真空感应炉脱硫工艺试验

　　在真空感应炉中冶炼超洁净钢种，硫含量的控制是一个难点。本文设计了四种不同的冶炼方案，研究了脱硫渣成分配比、脱硫渣量、精炼参数、钢液中的碳含量、脱硫渣的加入时间等因素对钢液中硫含量的影响。结果表明，将1000 g 含CaO、CaF2 各50%的脱硫渣随炉加入坩埚内，选择合适的精炼参数，在允许的范围内提高钢液中的碳含量，钢液的脱硫率可达80%以上。

　　硫在钢中以硫化物(MnS、FeS 等)形式存在，对力学性能的影响是：(1)使钢材横向、厚度方向强度、塑性、韧性显著低于轧制方向(纵向)，特别是钢板低温冲击性能；(2) 显著降低钢材抗氢致裂纹能力，因此用于海洋工程、铁道桥梁、高层建筑、大型储氢罐[S]≤50×10^-6。硫还影响钢材抗腐蚀性能，用于输送含H2S 等酸性介质油气管线钢，[S]降至(5~10)×10^-6。此外硫对钢材热加工性能、可焊性均发生不利影响。因此，对于有些钢种来讲，如何在冶炼过程中脱硫就显得非常重要。江苏省(沙钢)钢铁研究院150 kg 真空感应炉承担着产品开发的初试生产任务，经常生产一些超洁净钢种，其中存在的难点是如何控制钢液中的硫含量，而采用超低硫含量的原材料，成本高，不适合大规模生产。由于无法扒渣、挡渣的技术特点，脱硫是真空感应冶炼的一个弱项，本文通过改进脱硫渣成分配比、脱硫渣量、精炼参数、钢液中的碳含量、脱硫渣的加入时间等方法，实现了钢液中硫的大量脱除，为超洁净钢的实验室制备研究提供了技术和实验基础。

　　1、实验装置和方案设计

　　1.1、实验装置和方法

　　本实验在150 kg 真空感应炉上进行，熔炼坩埚材质为氧化铝。采用冷装料法装料，将经过表面除锈、烘干等处理的工业纯铁加入炉内，在真空下熔化并在一定真空度下精炼20 min，精炼结束后，充入一定量保护气体，按照合金加入顺序要求加入合金，待合金全部熔化并保温5 min 后出钢。实验所用相关原材料为工业纯铁、石墨、Fe-S 合金。

　　1.2、实验方案设计

　　真空下钢液的脱硫反应主要与脱硫渣成分配比、脱硫渣量、真空度、钢液中的碳含量、脱硫渣的加入时间等因素有关。为了找出上述影响因素对钢液脱硫反应的影响程度并确定150 kg 真空感应炉的最佳脱硫方案，本实验设计A~D 4 个方案。选取的脱硫渣系为CaO 与CaF2 的机械混合物，渣系用研磨机研成粉状，装炉量为80 kg，加入Fe-S 合金使各方案的初始硫含量为0.015%。如表1 所示，A、B、C三个方案都是在真空度为30 Pa 下精炼20 min。不同的是A 方案中，在原料熔清后加入0.1%碳和1000 g 不同成分配比的脱硫渣；B 方案中，随炉加入0.1%碳和不同重量固定成分配比的脱硫渣；C 方案中，随炉加入不同碳量和1000 g 固定成分配比的脱硫渣；D 方案中，在原料熔清后加入0.1%碳和1000 g 固定成分配比的脱硫渣，在不同真空度下精炼20 min。A、B、C 方案，取钢锭样分析最终硫含量；D 方案在精炼过程中，每隔5 min 取样分析钢液中硫含量，硫元素的测定用碳硫分析仪。

表1 真空感应冶炼脱硫工艺试验方案

　　3、结语

　　为了提高真空感应炉冶炼超低硫钢种的脱硫率，可以采取以下措施：

　　(1)选用适当的脱硫渣成分配比，在尽量提高脱硫渣碱度的同时，使脱硫渣有一个比较好的流动性，本实验最终脱硫渣成分配比为CaO 与CaF2 各为50%。

　　(2)石墨与脱硫渣随原材料加入炉内。

　　(3)在所炼钢种化学成分允许范围内，尽可能的提高钢液中碳含量。

　　(4)在熔化期及精炼期内，尽量提高炉内真空度，同时，选择合适的精炼时间，本文确定了最佳精炼时间为10 min。

　　(5)脱硫渣的加入量要适量，在不影响生产安全及产品质量的前提下，尽量提高脱硫渣的加入量，本实验最终确定脱硫渣的加入量为1000g。为了得到更低硫含量的产品，必须精选原材料，降低原材料带入钢液的硫量。