硫在绝大多数钢种中都是有害元素，对钢种的机械性能有严重影响，对不同钢种还有其它危害。以无取向电工钢为例，硫常以MnS、FeS等形式存在于钢中，其含量偏高对无取向电工钢铁芯损耗和磁感应强度有严重危害。随着无取向电工钢需求量不断增加，对钢材性能要求也日益提高，这就要求在生产过程中严格控制钢中硫含量。现在铁水预处理工艺可以把硫质量分数控制在0.003%以下，但由于转炉钢水中氧含量高，脱硫极为困难，而且加入的废钢、石灰等原料会带入0.001%~0.003%的硫，使转炉出钢时硫含量高于入炉铁水硫含量，因此，转炉出钢后必须对其进行炉外精炼。无取向电工钢属于超低碳钢，转炉出钢时一般采取弱脱氧或不脱氧出钢，故钢液中氧含量极高，这对炉外精炼提出更高的要求。采用RH真空脱硫可以获得较好效果，这主要是由于：1）RH真空冶炼能够有效降低钢液中氧的活度；2）RH脱硫时隔绝空气能够有效避免钢液的氧化。
2012年9月根据某厂实际情况，选用RH真空投入法进行脱硫试验。采用牌号为DW800的无取向电工钢作为试验钢种，钢液中平均硫质量分数降低到20×10-6以下，为生产高牌号无取向电工钢提供了保证。
1、工业试验
采用铁水预脱硫→BOF（210t）→RH→CC的冶炼工艺。试验钢种为DW800无取向电工钢，共进行6炉，试验脱硫剂为CaO-CaF2复合渣系。
钢水在转炉出钢过程中加入一定量的石灰，RH进站后加入铝对顶渣进行改质，RH脱氧合金化后加入脱硫剂进行脱硫，脱硫剂平均加入量为7kg/t，循环一定时间破空出站。对RH进站、合金化后、RH出站前分别取钢样和渣样。对渣中MgO、Al2O3、SiO2、CaO、FeO、MnO、S的含量进行分析检测。钢中硫用C-S仪分析，其它成分按常规分析方法进行分析。
2、试验结果与分析
2.1、脱硫效果
试验共进行6炉，根据取样分析得到6炉钢水中硫含量、硫分配比及脱硫率如表1所示。由表1可知钢水经过RH脱硫处理后，终点最高和最低硫质量分数分别为22×10-6、13×10-6，平均硫质量分数为18×10-6；最高和最低脱硫率分别为47.1%、33.3%，平均脱硫率为41.7%，结果表明脱硫效果较好。RH进站时钢中初始硫质量分数从22×10-6到38×10-6不等，经RH处理后，最终w（S）均降到22×10-6以下，表明RH精炼过程所炼终渣有较强脱硫能力。同样，RH精炼过程中钢-渣间平均硫分配比从进站时的14增加到出站时的51，也反应出精炼渣有较强脱硫能力。
表1：RH脱硫的试验结果
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炉次
|
w（S）/10-6
|
硫分配比LS
|
脱硫率/%
|
||
|
RH进站
|
RH出站
|
RH进站
|
RH出站
|
||
|
1
|
38
|
22
|
10
|
45
|
42.1
|
|
2
|
22
|
13
|
15
|
49
|
40.9
|
|
3
|
24
|
16
|
12
|
44
|
33.3
|
|
4
|
29
|
16
|
7
|
46
|
44.8
|
|
5
|
36
|
21
|
24
|
46
|
41.7
|
|
6
|
34
|
18
|
16
|
74
|
47.1
|
|
平均值
|
31
|
18
|
14
|
51
|
41.7
|
由表1还可以看出，RH进站时钢水中硫含量越高脱硫效果越明显，脱硫率越高；进站时钢水中硫含量越低，经过RH精炼后成品中硫含量越低。炉次3的脱硫率和其它炉次相差较大的主要原因是该炉次加入合金时溜槽出现问题，导致脱硫剂没有完全加入。
2.2、顶渣成分变化
表2为RH精炼过程渣中成分、碱度、MI指数（MI＝w（CaO）/[w（Al2O3）·w（SiO2）]）变化。由表2可知：
1）RH进站时渣中w（FeO+MnO）＝20.16%，经过改性处理后w（FeO+MnO）大幅下降，其平均质量分数仅有12.60%。文献研究表明，改性后钢包顶渣w（FeO+MnO）最好在5%~6%。严格控制转炉下渣量或在加入脱硫剂之前加铝对钢液进行脱氧，能够使渣中（FeO+MnO）含量足够低。本试验在加铝脱氧后，渣中平均w（FeO+MnO）＝4.79%，满足获得较好脱硫效果的条件。
2）RH精炼过程中，钢水进站时的平均碱度为7.98，经过合金化后，其碱度下降到5.66。碱度在加入脱硫剂后平缓下降，到RH出站时平均碱度为5.02。
3）渣中MI指数随着精炼过程的进行不断减小，其平均值从RH进站时的0.465下降到RH出站时的0.181。
表2：RH精炼不同时期炉渣样中w（FeO+MnO）、碱度及MI的变化
|
炉次
|
w（FeO+MnO）/%w
|
（S）/%
|
碱度
|
MI
|
||||||||
|
进站
|
合金化
|
出站
|
进站
|
合金化
|
出站
|
进站
|
合金化
|
出站
|
进站
|
合金化
|
出站
|
|
|
1
|
22.89
|
16.62
|
4.92
|
0.030
|
0.041
|
0.102
|
9.19
|
4.85
|
3.99
|
0.456
|
0.155
|
0.144
|
|
2
|
19.83
|
12.98
|
5.06
|
0.021
|
0.032
|
0.061
|
5.96
|
5.16
|
5.24
|
0.407
|
0.200
|
0.208
|
|
3
|
19.57
|
12.31
|
5.64
|
0.041
|
0.028
|
0.072
|
10.90
|
6.76
|
5.38
|
0.564
|
0.217
|
0.189
|
|
4
|
20.63
|
17.56
|
4.26
|
0.015
|
0.019
|
0.018
|
4.90
|
4.57
|
4.80
|
0.320
|
0.166
|
0.154
|
|
5
|
19.93
|
5.71
|
4.98
|
0.047
|
0.087
|
0.096
|
8.07
|
4.65
|
4.78
|
0.538
|
0.162
|
0.166
|
|
6
|
18.13
|
10.39
|
3.90
|
0.035
|
0.056
|
0.106
|
8.88
|
7.94
|
5.91
|
0.504
|
0.280
|
0.226
|
|
平均值
|
20.16
|
12.60
|
4.79
|
0.030
|
0.044
|
0.080
|
7.98
|
5.66
|
5.02
|
0.465
|
0.197
|
0.181
|
2.3、（FeO+MnO）含量对脱硫效果影响
根据表1和表2中的数据，用炉次作为横坐标，按照各炉次出站时（FeO+MnO）含量的降序排列，可以得到脱硫率与顶渣（FeO+MnO）含量之间的关系如图1。
图1：脱硫率与顶渣（FeO+MnO）含量的关系
由图1可以看出脱硫率随着RH出站时（FeO+MnO）含量的降低而升高。当RH出站时w（FeO+MnO）＜5%其脱硫率在40%以上，且要使脱硫率达到47%以上，渣中w（FeO+MnO）＜4%。RH进站和RH出站时各炉次顶渣中（FeO+MnO）含量变化较小且具有相同的变化规律，说明各炉次造渣稳定性高且渣成分稳定。
通过RH精炼后渣中的（FeO+MnO）含量下降幅度达到15%以上，使得RH出站时渣中的（FeO+MnO）质量分数最高为5.64%，最低为3.90%。从表2可以看出RH出站时顶渣中的（FeO+MnO）含量大大低于RH进站时，其主要原因是在RH精炼过程中加入铝丸脱氧。因此采用在顶渣中加入铝丸来降低（FeO+MnO）含量是一种很好的提高RH脱硫效果的方法。
2.4、碱度对脱硫效果的影响
根据表1和表2中的数据，用炉次为横坐标，按RH出站时碱度升序排列，可以得到各炉次碱度与脱硫率的关系如图2。
综合分析表2和图1、图2可知，炉次1的出站碱度最低为3.99，脱硫率为42.1%，但其脱硫率超过炉次3，炉次3脱硫率为33.3%，且其出站碱度为5.38，其原因是炉次1出站时顶渣氧化性为4.92%，而炉次3出站时顶渣氧化性为5.64%。图2中，随着出站碱度升高，脱硫率有升有降，也是由于各炉次出站时顶渣氧化性不同导致。本试验RH出站时，顶渣氧化性为3.90%~5.64%，碱度基本在5以上，平均脱硫率为41.7%，和文献中顶渣氧化性为1.58%~3.21%，碱度为1.71~2.85，平均脱硫率为31.01%对比可知，提高炉渣碱度可以提高脱硫率。在RH精炼过程中各炉次从进站到出站渣中碱度下降明显是因为RH精炼过程中CaO的消耗及硅合金化后渣中SiO2含量增加。因此在钢包顶渣中加入一定量的CaO提高顶渣碱度一方面能够保证RH脱硫效果，另一方面可以防止后续工序回硫的发生。图1和图2对比可知，渣氧化性能比炉渣碱度对脱硫率的影响更大。在炉渣碱度足够高时，炉渣氧化性越低脱硫率越高。因此在RH精炼过程中在保证渣具有足够高的碱度时，应严格控制炉渣中（FeO+MnO）的含量。
图2：碱度与脱硫率的关系
2.5、曼内斯曼指数（MI）对脱硫效果影响
根据表1和表2中的数据，用炉次为横坐标，按RH出站时MI升序排列，可知各炉次MI与脱硫率的变化如图3。
图3：曼内斯曼指数与脱硫率的关系
由表可知，RH出站时各炉次的MI平均值为0.181，最大值为0.225、最小值为0.144。RH从进站到出站过程中，MI下降明显。主要有以下3点原因：1）加铝丸脱氧时生成的Al2O3夹杂物被顶渣所吸收；2）在RH脱硫过程中CaO直接参加脱硫反应其含量不断减少；3）精炼时硅合金化后SiO2含量增加导致碱度下降。综合分析表2和图1、图3可知，炉次6的氧化性最低、MI指数最大，脱硫率最高为47.1%；炉次1的MI指数最小为0.144，但其脱硫率比炉次3高，其主要原因为炉次1的顶渣氧化性比炉次3要低。MI和碱度对脱硫率的影响相似，它们之间相互关联，分别从热力学和动力学两方面影响脱硫。
综上所述，脱硫率受到多重因素（渣的氧化性、碱度、MI）的影响，但顶渣中w（FeO+MnO）是最主要的影响因素，脱硫率随着顶渣中（FeO+MnO）含量的降低而升高。本次试验所有炉次RH脱硫效果明显，最终成品硫质量分数平均为18×10-6。
2.6、硫分配比与顶渣氧化性间的关系
根据表1和表2中的数据，可以得出RH进站与出站时渣-钢间硫分配比与顶渣氧化性之间的关系如图4。
图4：（FeO+MnO）含量对Lｓ的影响
由图4可知，当顶渣中w（FeO+MnO）≤5%时，渣-钢间的硫分配比在40以上。渣-钢间的硫分配比随着渣中氧化性降低而增加，其原因为LS与a[O]之间的关系为lgLS＝lgCS+lgfS-lga[O]-935/T+1.375，渣中（FeO+MnO）含量会影响钢液中a[O]的值。当（FeO+MnO）含量降低时钢液中a[O]减少导致渣-钢间的硫分配比增加。为能够获得较大的渣-钢间的硫分配比，应严格控制顶渣中w（FeO+MnO）＜5%。
3、结论
1）RH脱硫效果显著，钢液中硫质量分数从平均的31×10-6下降到18×10-6，其平均脱硫率为41.7%，最高达到47.1%，能够满足高牌号无取向电工钢深脱硫的要求。
2）RH出站时钢包顶渣中w（FeO+MnO）控制在5%以下，碱度控制在5以上，MI控制在0.2~0.25，RH能够达到较高的脱硫效果。
3）顶渣氧化性、碱度、MI对脱硫率都有影响，但顶渣氧化性对脱硫率的影响起主要作用，碱
度和终渣MI优化也应引起足够重视。
4）渣-钢间的硫分配比随着顶渣中（FeO+MnO）含量的减少而增加。
收稿时间：2013年3月
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