真空感應(yīng)爐脫硫工藝試驗(yàn)

2015-01-07 劉建民江蘇省（沙鋼）鋼鐵研究院

　　在真空感應(yīng)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(shè)計(jì)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(shù)、鋼液中的碳含量、脫硫渣的加入時(shí)間等因素對(duì)鋼液中硫含量的影響。結(jié)果表明，將1000 g 含CaO、CaF2 各50%的脫硫渣隨爐加入坩堝內(nèi)，選擇合適的精煉參數(shù)，在允許的范圍內(nèi)提高鋼液中的碳含量，鋼液的脫硫率可達(dá)80%以上。

　　硫在鋼中以硫化物(MnS、FeS 等)形式存在，對(duì)力學(xué)性能的影響是：(1)使鋼材橫向、厚度方向強(qiáng)度、塑性、韌性顯著低于軋制方向(縱向)，特別是鋼板低溫沖擊性能；(2) 顯著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(chǔ)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)油氣管線鋼，[S]降至(5~10)×10^-6。此外硫?qū)︿摬臒峒庸ば阅堋⒖珊感跃l(fā)生不利影響。因此，對(duì)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(yīng)爐承擔(dān)著產(chǎn)品開發(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(guī)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(yīng)冶煉的一個(gè)弱項(xiàng)，本文通過(guò)改進(jìn)脫硫渣成分配比、脫硫渣量、精煉參數(shù)、鋼液中的碳含量、脫硫渣的加入時(shí)間等方法，實(shí)現(xiàn)了鋼液中硫的大量脫除，為超潔凈鋼的實(shí)驗(yàn)室制備研究提供了技術(shù)和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。

　　1、實(shí)驗(yàn)裝置和方案設(shè)計(jì)

　　1.1、實(shí)驗(yàn)裝置和方法

　　本實(shí)驗(yàn)在150 kg 真空感應(yīng)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(nèi)，在真空下熔化并在一定真空度下精煉20 min，精煉結(jié)束后，充入一定量保護(hù)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(yàn)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(yàn)方案設(shè)計(jì)

　　真空下鋼液的脫硫反應(yīng)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(duì)鋼液脫硫反應(yīng)的影響程度并確定150 kg 真空感應(yīng)爐的最佳脫硫方案，本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)A~D 4 個(gè)方案。選取的脫硫渣系為CaO 與CaF2 的機(jī)械混合物，渣系用研磨機(jī)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(cè)定用碳硫分析儀。

表1 真空感應(yīng)冶煉脫硫工藝試驗(yàn)方案

真空感應(yīng)冶煉脫硫工藝試驗(yàn)方案