摘要宝钢炼钢厂开发了高效CaO-CaF2系脱硫剂，采用RH进行深脱硫处理超低硫钢，脱硫效率稳定的控制在40～50%，在原始硫含量并不很低的前提下，脱硫后可使钢水硫含量稳定达到20ppm以下，稳定的生产出超低碳、超低硫钢种。
关键词深脱硫RH热力学动力学
1、前言
钢中硫容易在钢中晶界富集，可以加速硫化锰的形成，对洁净钢的性能影响很大，所以必须通过精炼深脱硫处理严格控制钢中硫含量，才可以稳定的生产出此类洁净钢[1,2]。
常规处理极低硫钢采用LF炉进行深脱硫。但对于超低碳，超低硫，超低氮钢种时，进行LF炉脱硫处理不利于钢中碳和氮含量的稳定控制。另受RH喷粉设备的运行成本较高，一般主要通过RH合金溜槽将脱硫剂加入真空槽内进行脱硫[3,4,5]。其优点是：1、真空室内高真空度使钢液中氧活度降低，有利于脱硫；2、RH脱硫处理过程可以有效避开钢包顶渣，受顶渣影响相对较小，可不必对钢包顶渣进行改质；3、RH脱硫处理由于隔绝大气而不会因钢液表面裸露而吸氮。
2、RH真空脱硫热力学和动力学
2.1RH脱硫反应热力学
从上式中分析，有利于促进脱硫反应进行的热力学条件有：1、采用高碱度的脱硫剂，即增大CaO浓度，提高脱硫剂的硫容量；2、钢中高的铝含量，可以促进脱硫反应向右进行；3、提高钢水处理温度，因脱硫反应为吸热反应，高的处理温度有利于脱硫反应进行，但由于高牌号电工钢由于对等轴晶率要求比较高，需要低温浇注，所以RH处理后期温度较低，不利于脱硫；4、钢水中低氧含量，降低钢中a[o]，有利于钢水脱硫。
2.2RH脱硫反应动力学
在RH精炼脱硫时，脱硫剂经合金溜槽加入到真空室内与循环的钢流相混合后经下降管流到钢包中。脱硫反应就在这样的混合搅拌过程中进行,其搅拌效果强,使脱硫剂迅速散开,这就增加了脱硫剂与钢液的混合,故脱硫速度很快。
有利于脱硫的动力学条件：1、增加Ls，提高脱硫剂碱度，2、增加ks，增强渣钢混合，提高环流量，3、增大渣钢反应面积F。
综上，利于RH脱硫的条件：
1)实现高碱度操作，对钢包顶渣改质。
2)强化对炉渣和钢水的脱氧。
3)较高的精炼温度。
4)良好的搅拌条件和长的搅拌时间。
5)脱硫剂熔化温度低，粒度合适，成渣速度快。
3、讨论
宝钢炼钢厂选用了高效的CaO-CaF2系脱硫剂，采用RH进行深脱硫，并且尽量控制钢包渣厚≤100mm，脱硫效率稳定的控制在40～50%，稳定的生产出超低碳、超低硫钢。一般RH脱硫在加入脱硫剂3~5分钟内完成，所以需要在加入脱硫剂之前要创造好脱硫条件以实现快速脱硫。随着脱硫的进行，渣中SiO2，Al2O3不断增加，脱硫效率也有所降低。
3.1脱硫剂的选择
用于精炼脱硫的渣系主要有CaO-CaF2，CaO-CaF2-Al2O3,CaO-Al2O3[10,11]。RH脱硫有其独特性，主要采用CaO-CaF2渣系进行脱硫，主要由于：
1、该渣系具有最高脱硫能力，且在相同脱硫任务下脱硫剂耗量也最低。
2、由于RH脱硫在真空条件下进行，渣系各组分应在真空条件下稳定，而CaO为真空条件下稳定的物质。
3、由于CaF2含量较高，对RH下部真空槽侵蚀较严重，极大影响RH槽龄。故在脱硫剂中加入一定含量的MgO，提高渣粘度，减缓脱硫剂对真空槽的侵蚀。但过多MgO又会影响[S]从钢液到渣中的传递，对于MgO含量应综合考虑。根据图2显示，现使用中的脱硫剂硫分配系数为110左右。
所有炉次在钢包[S]平均为21ppm条件下，经RH脱硫处理后，成品[S]平均为11.9ppm，最低达到了4ppm，平均脱硫效率达到了43%。但在生产中发现脱硫剂的加入会增[C]现象，所以在处理此类钢种时，要尽量将[C]脱到最低。
3.2转炉下渣及渣改质
为提高转炉渣的脱硫能力，在进行脱硫处理的炉次中应尽力控制转炉下渣量，并对炉渣进行适当处理。在转炉出钢过程中向钢包投入适量的炉渣改质料，提高炉渣的碱度，降低炉渣的（FeO）含量。由脱硫反应式可见，渣中含有（CaO）是脱硫的首要条件，随着碱度的增加，渣中自由的（CaO）含量增多，精炼渣的脱硫能力增大。但碱度过高会引起炉渣黏度增大，恶化双向反应的动力学条件而不利于脱硫反应的进行。炉渣碱度在2.0－3.5时较适宜。在出钢中向钢包中投入铝渣球和钢包渣改质剂，使炉渣具有高的碱度和低的Fe0含量。经过铝渣改质处理后，钢包顶渣中的Fe0含量大大降低，同时，由于大量石灰的加入，也使得顶渣的碱度得到提高。一般来说，钢包顶渣经过改质处理后，顶渣的碱度≥3、TFe含量≤3%。
另外严格控制转炉下渣量也是保证RH脱硫最有效的措施。现分厂转炉终渣T.Fe控制在15~20%之间，经渣改质后在5%左右。为了在生产超低硫钢时获得较好的脱硫效果，要求严格控制钢包渣厚。现钢包平均渣厚为58mm，控制较好，大大降低了钢水的氧化性，增强了脱硫能力。
3.3钢包游离氧
对于此类超低碳、超低硫钢种，当钢中碳含量很低时，钢中的溶解氧会相对较高。当利用RH进行脱硫处理时，无法像LF炉脱硫可以对渣进行脱氧，这对脱硫不利。在处理高牌号电工钢时，部分炉次由于在RH处理前游离氧不够而进行强制吹氧脱碳，加重了钢水和炉渣的氧化性，恶化了脱硫条件，相比不吹氧炉次脱硫效率较低，如下图3所示。所以在转炉吹炼时，要控制停吹碳和合适的游离氧，要有足够的游离氧进行脱碳，尽量避免由于游离氧不足而进行吹氧脱碳。
3.4钢中[Al]的影响
铝具有很强的脱氧能力,当钢中[AL]含量较高时，钢中[O]下降到极低的水平，为脱硫创造了有利的条件。从RH脱硫热力学分析，钢中[Al]参与脱硫反应。高的[Al]含量可以提高硫分配系数，促进脱硫反应的进行，有利于硫含量的降低。
对于超低碳钢种进行RH精炼深脱硫时，需要首先进行脱碳处理，然后再用Al对钢水进行强脱氧，使钢中氧降到很低的水平，再进行真空脱硫这样更容易达到平衡，有利于脱硫反应的进行。所以在精炼操作中，为保证钢种较低的[O]，在配加钢中成分铝时应往铝上限配加，一方面高的铝含量促进脱硫反应的进行，另一方面可以补充脱硫剂造成的铝损和连铸铝损。
3.5脱硫剂的粒度及投入方法
在RH真空脱气的条件下，脱硫剂的粒度与脱硫效率也有着极大的关系。RH处理时较大的排气能力对脱硫剂的脱硫率影响较大，较小粒度的脱硫剂，在脱硫剂投入过程中会发生被真空排气抽取的现象，部分脱硫剂未能参与脱硫反应，从而影响了脱硫剂的收得率，因此适当的增加粒度有利于真空状态下的脱硫。
另外RH深脱硫处理过程中，经常会发现部分脱硫剂加入真空室后，部分脱硫剂由于未及时熔化，悬浮在下降管处钢水表面，可能造成钢水脱硫效果不佳。所以在加入脱硫剂时要注意进行少量连续投入，确保脱硫剂的快速熔化，并且调整好环流气流量，促进脱硫剂与钢水的充分混匀，创造好的脱硫动力学条件以快速脱硫。
4、结论
通过对宝钢炼钢厂利用RH工位进行真空脱硫处理的热力学和动力学分析，并且结合现场脱硫生产实绩，可以得出以下结论。
（1）利用RH进行深脱硫处理超低碳、超低硫钢时，通过严格控制转炉渣厚以及停吹游离氧，平均硫含量可由钢包21ppm降低到12ppm，脱硫效率稳定控制在40~50%。
（2）生产中使用CaO-CaF2系脱硫剂，硫分配系数在110左右，可以稳定超低硫、超低碳钢种。
（3）采用渣改质技术，并且严格控制转炉下渣量，渣厚平均为58mm，利用RH高真空处理，大大降低了转炉渣对脱硫的负作用。
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