真空感應爐脫硫工藝試驗

　　在真空感應爐中冶煉超潔凈鋼種，硫含量的控制是一個(gè)難點(diǎn)。本文設計了四種不同的冶煉方案，研究了脫硫渣成分配比、脫硫渣量、精煉參數、鋼液中的碳含量、脫硫渣的加入時(shí)間等因素對鋼液中硫含量的影響。結果表明，將1000 g 含CaO、CaF2 各50%的脫硫渣隨爐加入坩堝內，選擇合適的精煉參數，在允許的范圍內提高鋼液中的碳含量，鋼液的脫硫率可達80%以上。

　　硫在鋼中以硫化物(MnS、FeS 等)形式存在，對力學(xué)性能的影響是：(1)使鋼材橫向、厚度方向強度、塑性、韌性顯著(zhù)低于軋制方向(縱向)，特別是鋼板低溫沖擊性能；(2) 顯著(zhù)降低鋼材抗氫致裂紋能力，因此用于海洋工程、鐵道橋梁、高層建筑、大型儲氫罐[S]≤50×10^-6。硫還影響鋼材抗腐蝕性能，用于輸送含H2S 等酸性介質(zhì)油氣管線(xiàn)鋼，[S]降至(5~10)×10^-6。此外硫對鋼材熱加工性能、可焊性均發(fā)生不利影響。因此，對于有些鋼種來(lái)講，如何在冶煉過(guò)程中脫硫就顯得非常重要。江蘇省(沙鋼)鋼鐵研究院150 kg 真空感應爐承擔著(zhù)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的初試生產(chǎn)任務(wù)，經(jīng)常生產(chǎn)一些超潔凈鋼種，其中存在的難點(diǎn)是如何控制鋼液中的硫含量，而采用超低硫含量的原材料，成本高，不適合大規模生產(chǎn)。由于無(wú)法扒渣、擋渣的技術(shù)特點(diǎn)，脫硫是真空感應冶煉的一個(gè)弱項，本文通過(guò)改進(jìn)脫硫渣成分配比、脫硫渣量、精煉參數、鋼液中的碳含量、脫硫渣的加入時(shí)間等方法，實(shí)現了鋼液中硫的大量脫除，為超潔凈鋼的實(shí)驗室制備研究提供了技術(shù)和實(shí)驗基礎。

　　1、實(shí)驗裝置和方案設計

　　1.1、實(shí)驗裝置和方法

　　本實(shí)驗在150 kg 真空感應爐上進(jìn)行，熔煉坩堝材質(zhì)為氧化鋁。采用冷裝料法裝料，將經(jīng)過(guò)表面除銹、烘干等處理的工業(yè)純鐵加入爐內，在真空下熔化并在一定真空度下精煉20 min，精煉結束后，充入一定量保護氣體，按照合金加入順序要求加入合金，待合金全部熔化并保溫5 min 后出鋼。實(shí)驗所用相關(guān)原材料為工業(yè)純鐵、石墨、Fe-S 合金。

　　1.2、實(shí)驗方案設計

　　真空下鋼液的脫硫反應主要與脫硫渣成分配比、脫硫渣量、真空度、鋼液中的碳含量、脫硫渣的加入時(shí)間等因素有關(guān)。為了找出上述影響因素對鋼液脫硫反應的影響程度并確定150 kg 真空感應爐的最佳脫硫方案，本實(shí)驗設計A~D 4 個(gè)方案。選取的脫硫渣系為CaO 與CaF2 的機械混合物，渣系用研磨機研成粉狀，裝爐量為80 kg，加入Fe-S 合金使各方案的初始硫含量為0.015%。如表1 所示，A、B、C三個(gè)方案都是在真空度為30 Pa 下精煉20 min。不同的是A 方案中，在原料熔清后加入0.1%碳和1000 g 不同成分配比的脫硫渣；B 方案中，隨爐加入0.1%碳和不同重量固定成分配比的脫硫渣；C 方案中，隨爐加入不同碳量和1000 g 固定成分配比的脫硫渣；D 方案中，在原料熔清后加入0.1%碳和1000 g 固定成分配比的脫硫渣，在不同真空度下精煉20 min。A、B、C 方案，取鋼錠樣分析最終硫含量；D 方案在精煉過(guò)程中，每隔5 min 取樣分析鋼液中硫含量，硫元素的測定用碳硫分析儀。

表1 真空感應冶煉脫硫工藝試驗方案

　　3、結語(yǔ)

　　為了提高真空感應爐冶煉超低硫鋼種的脫硫率，可以采取以下措施：

　　(1)選用適當的脫硫渣成分配比，在盡量提高脫硫渣堿度的同時(shí)，使脫硫渣有一個(gè)比較好的流動(dòng)性，本實(shí)驗最終脫硫渣成分配比為CaO 與CaF2 各為50%。

　　(2)石墨與脫硫渣隨原材料加入爐內。

　　(3)在所煉鋼種化學(xué)成分允許范圍內，盡可能的提高鋼液中碳含量。

　　(4)在熔化期及精煉期內，盡量提高爐內真空度，同時(shí)，選擇合適的精煉時(shí)間，本文確定了最佳精煉時(shí)間為10 min。

　　(5)脫硫渣的加入量要適量，在不影響生產(chǎn)安全及產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，盡量提高脫硫渣的加入量，本實(shí)驗最終確定脫硫渣的加入量為1000g。為了得到更低硫含量的產(chǎn)品，必須精選原材料，降低原材料帶入鋼液的硫量。