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user: 3. 实验结果与分析 3.1. 碱度对脱硫的影响 实验选择表2中的17#~21#渣系，固定渣中MgO (10%)、Al 2 O 3 (22%)、Li 2 O (3%)含量，改变精炼渣碱度，分析渣系脱硫率的变化，结果如图1所示。实验结果表明，低氟精炼渣碱度从3增加到7过程中，随着碱度的变化，脱硫率先是逐渐增大，其中渣系碱度为5时，脱硫率最大，为77.14%；随着碱度继续增大，脱硫率又逐渐降低到62.86%，碱度在4~5之间时有个脱硫率顶点。总体而言，随着碱度的增加，低氟精炼渣脱硫率先增大后减小。 生产铝镇静钢过程中为了防止回硅，精炼渣中SiO 2 含量不宜过高，Ca/Si值较大。在LF精炼过程中，随着碱度R增大，CaO含量增加，提供的O 2− 增多，光学碱度增大，熔渣的硫容量也增大，硫在渣钢间的分配比L s 提高，从而有利于脱硫。脱硫反应式如下 [ 4 ] ： (1) Table 1 Chemical composition of steel sample， wt 成分 C Si Mn P S 含量 0.10 0.057 0.26 0.025 0.035 表1. 实验钢样成分， wt% Table 2 Chemical composition of experimental LF refining slag， wt 成分 编号 SiO 2 CaO MgO Al 2 O 3 Li 2 O CaF 2 R = CaO/SiO 2 1 10.3 51.7 10 22 0 6 5 2 11 55 10 22 2 0 5 3 10.8 54.2 10 22 3 0 5 4 10.7 53.3 10 22 4 0 5 5 10.5 52.5 10 22 5 0 5 6 10.3 51.7 10 22 6 0 5 7 11.5 57.5 10 18 3 0 5 8 11.2 55.8 10 20 3 0 5 9 10.8 54.2 10 22 3 0 5 10 10.5 52.5 10 24 3 0 5 11 10.2 50.8 10 26 3 0 5 12 11.2 55.8 8 22 3 0 5 13 11 55 9 22 3 0 5 14 10.8 54.2 10 22 3 0 5 15 10.7 53.3 11 22 3 0 5 16 10.5 52.5 12 22 3 0 5 17 16.25 48.75 10 22 3 0 3 18 13 52 10 22 3 0 4 19 10.8 54.2 10 22 3 0 5 20 9.3 55.7 10 22 3 0 6 21 8.1 56.9 10 22 3 0 7 表2. 实验用LF精炼渣成分， wt% 图1. 17#~21#渣系碱度与脱硫率的关系图 不过由于CaO熔点较高，当渣系碱度过大时，过高的CaO含量使得渣中存在固相质点；同时渣钢界面脱硫产物CaS富集量增加，渣–钢间有效反应界面积减小；此外，SiO 2 属于表面活性物质，碱度过大，其含量过低，使炉渣粘度升高，渣流动性恶化。以上原因均能导致精炼渣的脱硫动力学条件变差。图2为17#~21#渣系的粘度图，从图中可以看出随着碱度增大，粘度不断变大，从而影响脱硫的动力学条件，不利于精炼渣脱硫反应。结合粘度变化。LF低氟精炼渣碱度为5左右时，脱硫效果较佳。 3.2. Al 2 O 3 对脱硫的影响 实验选择表2中的7#~11#渣系，固定渣中MgO (10%)、Li 2 O (3%)含量和碱度(R = 5)，改变精炼渣中Al 2 O 3 含量，分析渣系脱硫率的变化，结果如图3所示。实验结果表明，该系列低氟渣系的最大脱硫率77.14%，并且随着精炼渣中Al 2 O 3 含量的增加，渣系脱硫率总体呈逐步减小趋势。 在LF精炼渣中添加适量的Al 2 O 3 能够降低精炼渣的熔化温度，对其粘度也有一定的优化作用。铝镇静钢采用铝脱氧，也会生成一定量的Al 2 O 3 ，其脱硫脱氧的总反应式如下： (2) 本实验采用铝完全脱氧，Al 2 O 3 为主要的夹杂物，为控制其在钢中含量，精炼渣中Al 2 O 3 的含量不宜过高。从实验效果来看，在渣中Al 2 O 3 含量较低时，LF低氟精炼渣的流动性是随Al 2 O 3 含量的增加而提高。从脱硫动力学的角度来讲，这有利于渣–金界面间脱硫反应的进行以及脱硫产物向熔渣中的扩散，如图3所示，7#到8#变化中脱硫率提高。然而，Al 2 O 3 本身不具备脱硫性能，在碱性LF精炼渣中Al 2 O 3 呈酸性，因此进一步增加Al 2 O 3 含量会导致精炼渣中有效CaO浓度降低，脱硫率反而会降低。当渣样从9#到11#时，渣中Al 2 O 3 含量增加，尽管渣二元碱度不变，但CaO含量降低。由式(2)分析可知，随着Al 2 O 3 含量增大，CaO含量减小，CaO的活度将降低，脱硫动力学条件居于次要，脱硫反应向反方向进行，不利于CaS生成。LF精炼渣中过高的Al 2 O 3 含量将会使LF精炼渣的碱度降低，不利于脱硫，同时也不利于对钢液中Al 2 O 3 夹杂物的吸收。综合以上分析，铝镇静钢低氟渣系中Al 2 O 3 含量不宜过高，Al 2 O 3 含量在20%左右，脱硫率最高。 3.3. MgO对脱硫的影响 精炼渣中加入MgO主要是为了防止冶炼过程中熔渣对炉衬的侵蚀。此外，如式(3)所示，MgO本身也具有一定的脱硫能力，在精炼过程中MgO能提高熔渣O 2− 活度，降低渣中SiO 2 活度，因此适量添加MgO有利于熔渣脱硫反应。 (3) 实验选择表2中的12#~16#渣系，固定渣中Al 2 O 3 (22%)、Li 2 O (3%)含量和碱度(R = 5)，改变精炼渣中MgO含量，分析渣系脱硫率的变化，结果如图4所示。实验结果表明，MgO含量从8%至11%变化过程中，渣系脱硫率逐渐上升，MgO含量为11%时，脱硫率最大为77.14%；之后MgO含量继续增大，但渣系脱硫率反而下降。这是因为MgO的脱硫效果不如CaO，同时其熔点高达2800℃，随着其含量继续增大，熔渣迅速稠化，渣的流动性变差，过高的MgO含量不利于LF低氟精炼渣脱硫反应的进行。结合MgO在精炼渣中的主要作用和MgO的高熔点、低脱硫性，LF低氟渣系中MgO含量以10%左右为佳。 3.4. Li 2 O替代CaF 2 对脱硫的影响 本实验使用Li 2 O替代CaF 2 ，研究了Li 2 O含量变化对LF低氟精炼渣脱硫性能的影响。实验选择表2中的2#~6#渣系，固定渣中Al 2 O 3 (22%)、MgO (10%)含量和碱度(R = 5)，改变渣中Li 2 O含量，分析渣系 图2. 17#~21#渣系粘度随温度的变化图 图3. 7#~11#渣系Al 2 O 3 含量与脱硫率的关系图 图4. 12#~16#渣系MgO含量与脱硫率的关系图 脱硫率的变化，并与CaF 2 含量6%的1#渣样进行比较。结果表明，含氟1#渣样的脱硫率仅为62.86%，而2#~6#低氟渣系的脱硫率均稳定在68%以上。当渣中Li 2 O含量达到3%以上时，渣系脱硫率能达到74%以上，如图5所示。含锂LF低氟精炼渣脱硫率显著提高的原因在于Li 2 O为碱性氧化物，其光学碱度与CaO一样均为1.0，本身就具有较强的脱硫能力[ 5 ] -[ 7 ] 。根据离子理论，Li 2+ 的离子半径比Ca 2+ 小，静电势也比Ca 2+ 低，在熔渣中比CaO更易释放氧离子。并且Li 2 O分子量比CaO小，同等质量的Li 2 O和CaO，Li 2 O所能提供的O 2− 要比CaO多，所以精炼渣中加入Li 2 O可增强渣中氧离子的活度，更容易与扩散到钢–渣界面的硫反应，故它的脱硫效果要优于CaO，硫容量也有所提高，脱硫效果更好。同时Li 2 O还能与渣中其它成分形成低熔点的复合化合物(如2Li 2 O∙SiO 2 ，900℃；Li 2 O∙Al 2 O 3 ，1295℃)，从而降低精炼渣的熔化温度，有利于脱硫反应的进行。与Li 2 O相比，在精炼渣中，CaF 2 也能降低渣系的熔化温度，提高渣系流动性，改善精炼渣的脱硫动力学条件，但CaF 2 本身并不能脱硫，因此含CaF 2 渣系的综合脱硫效果不如含Li 2 O渣系。不过截至目前，含Li 2 O矿物的过高成本限制了CaO-Al 2 O 3 -SiO 2 -MgO-Li 2 O低氟渣系的应用。从成本考虑，部分添加Li 2 O的CaO-Al 2 O 3 -SiO 2 -MgO-Li 2 O-CaF 2 渣系更适合于高品质铝镇静钢的冶炼。本实验中Li 2 O替代CaF 2 有很好的脱硫率，Li 2 O含量大于3%时，LF低氟渣系具有很好的脱硫效果。