[科普中国]-硫分配比

简介

钢水在L F 精炼过程中,熔渣的组元组成对其脱硫能力有直接的影响。假设精炼熔渣为四元渣系(Al2 O32CaO2MgO2SiO2 ) ,通过目前应用较多的Ohta 和Suito 经验公式和光学碱度模型计算出熔渣的硫容量与平衡状态下的硫分配比,并将模型结果在实际L F 精炼渣上进行应用,验证计算模型的精度,可以明确渣中不同组元和温度等因素对脱硫效果的影响程度,为优化精炼渣成分提供依据1。

特点硫分配比CaS)的影响脱硫剂所含钙与煤中硫之摩尔比称为钙硫比.在影响脱硫效率的所有参数中,CaS影响最大.需要用多行数据表示的内容称为“二维表”,如工步表、工序自检表、更改信息表等。

理论背景熔渣的硫容量表示渣吸收硫的能力,其定义式可以由气渣反应平衡导出。

硫容量是熔渣特性之一,它的值取决于钢水温度和渣的成分组成,能反映在平衡状态下熔渣去除硫的能力,因此,硫容量可用于对比各种渣系的脱硫能力。

硫容量模型计算从目前的文献中可以找到多种计算硫容量的经验模型,其中包括Sosinsky 和Sommerville 模型、Young 等人的模型、KTH 模型等等,选取Young 等人的模型进行计算。

由于四元渣系中的Al2O3 活度直接测量非常困难,因此选用Ohta 和Suito在1 600 ℃条件下的表达式计算Al2O3 活度。

通常,大多数热力学数据是在某一固定温度下测量的,因此,对于随温度变化的作用系数,用固定值代替会产生一定误差,为简化计算,假设作用系数与钢水温度互不干扰2。

模型计算通常熔渣中的MgO 和SiO2 在整个L F 精炼过程中变化不大,因此在计算中将二者设为常数,只考虑组分Al2O3 、CaO 变化的影响。

1 渣中w (Al2O3 ) / w (CaO) 值与钢水温度对渣硫容量的影响

随着渣中w (Al2 O3 ) /w (CaO) 值增加,渣的硫容量呈下降趋势。随着钢水温度的增加,熔渣的硫容量增加,说明随着温度的增加,炉渣吸收硫能力增加。CaO 是熔渣中的主要脱硫组元,随着CaO 含量增加,熔渣碱度增加,有利于熔渣脱硫。

2 渣中w (Al2O3 ) / w (CaO) 值与钢水温度对硫分配比的影响

随着渣中w (Al2 O3 ) /w (CaO) 值增加,渣的硫分配比大幅下降;随着钢水温度增加,硫分配比呈下降趋势。

从理论计算上分析,随着渣中w (Al2 O3 ) /w (CaO) 值增加,硫容量下降,使硫分配比也随之下降;另外,渣中Al2 O3 比例增加,令平衡条件下的钢中氧活度增加,氧活度增加,硫分配比下降。钢水温度变化对硫分配比有一定影响,但其影响程度要远远小于熔渣成分变化对硫分配比的影响。

3 钢中碳含量和钢水温度对硫分配比的影响

随着钢水碳含量的下降,硫分配比降低;在碳含量稳定的条件下,随着温度的升高,硫分配比下降。实际生产中也证明,采用相同成分的精炼渣,钢水碳含量越低,脱硫效率越低。

从理论计算上分析,钢中硫和铝的活度系数f S 和f Al 随着碳含量增加而增加,铝活度系数的增加会导致氧活度下降, ,硫分配比随之增加。

4 钢中铝含量和钢水温度对硫分配比的影响

在熔渣成分固定的条件下,钢水中铝含量变化及钢水温度变化对硫分配比的影响。钢中铝含量增加,硫分配比也增加;随着钢水温度增加,硫分配比下降。从理论计算上分析,钢中铝含量增加,氧活度下降,因此硫分配比增加3。

实际生产精炼渣模型验证在首都钢铁集团公司炼钢厂某钢种L F 精炼过程中取样检测,对比分析模型计算的结果。

1 模型计算的硫分配比与实际测量值的对比

实际测量值与模型计算值相差很大,但整体趋势基本一致。造成理论LS1与实际LS2 值相差很大的主要原因有:

(1) 在L F精炼结束阶段取渣样时,渣钢界面还没有达到真正的平衡;

(2) 模型计算中,进行了多个假设,影响最终模型的计算精度。

2 渣中w (Al2O3 ) / w (CaO) 值和钢中铝含量对硫分配比的影响

由上述计算分析可知, 熔渣中w (Al2O3 ) /w (CaO) 值对硫分配比影响最明显;钢中的铝和碳含量也影响硫分配比。将这一结果在实际L F精炼渣上进行验证。

试验炉次测量的硫分配比值与模型计算的硫分配比值变化趋势相似,随着熔渣中w (Al2O3 ) / w (CaO) 值增加,硫分配比下降。

试验炉次测量的硫分配比值与模型计算的硫分配比值变化趋势相似,随着钢中铝含量的增加,硫分配比上升,但实际测量值的上升幅度很小。分析是由于渣成分变化等因素的干扰,由钢中铝含量变化引起的硫分配比变化并不明显2。

总结(1) 随着熔渣中w (Al2 O3 ) / w (CaO) 值增加,硫容量与硫分配比下降。对于四元渣系(Al2 O32CaO2MgO2SiO2 ) ,CaO 与Al2 O3 含量对熔渣脱硫能力有重要的影响;

(2) 随着钢水温度升高,硫分配比下降。但实际生产中,随着钢水温度的增高,熔渣流动性增强,改善了热力学与动力学条件,对脱硫反应的促进作用大于硫分配比降低带来的负作用;

(3) 随着钢中铝和碳含量增高,硫分配比增加。冶炼低碳钢,同成分渣系的脱硫能力随钢水碳含量下降而降低;另外,增加钢水中的铝含量有利于脱硫;

(4) 将本计算应用到实际生产中,证实熔渣硫分配比的变化规律与理论计算一致。模型计算值与实际测量值有较大差距,但不影响变化规律的趋势,因此该模型可用于判断某种四元渣系的脱硫能力与脱硫效果3。