86 工程科学学报.第42卷，增刊1 (3)LF精炼中期硫的质量分数控制在0.008%~ 初期通过降低氧和硫含量，促进强还原气氛和有 0.010%范围内，加入A1-Mg-Ca合金后钙的质量 利脱砷的热力学条件形成.因此LF精炼前期必须 分数高于0.0055%时，钢液中砷含量开始出现下 强化有关脱氧和脱硫的操作，精确控制氧和硫的 降趋势.说明在还原气氛下通过精确化控制钢液 含量范围.经过前期形成强还原性气氛及有利脱 中硫和钙含量能够实现钢液脱砷效果 砷热力学条件后，分批次加入钙系合金，才能够在LF 3结果分析与讨论 精炼中、后期阶段进行脱砷处理.因此LF精炼前期 的主要任务是促进有利脱砷热力学条件的形成. 3.1 钢液脱砷效率分析 对于成功脱砷试验炉次（炉次3、5、7、13和 工业脱砷试验分析结果表明硫含量对工业条件 14),由于LF前期精炼阶段已形成脱砷反应所需 下的脱砷效率有重要影响.结合理论分析62和 热力学条件，加入钙系合金脱砷剂后，在LF中、后 试验结果，经过前期脱氧、脱硫及合金化等处理 期砷含量出现下降趋势.对于未能成功脱砷的炉 后，精炼中期加入钙系合金进行脱砷处理，各炉次 次，由于LF精炼前期脱硫效果不理想，未能形成 脱砷效果也不尽相同.从表1和图1~图3中可以 促进脱砷反应的热力学条件，导致精炼过程中砷 看出，在吨钢脱砷剂用量相同的生产条件下，硫含 含量无明显变化.由此可以得出结论，LF精炼前 量越低越有利于钢液脱砷，即LF精炼前期钢液脱 期形成有利脱砷热力学条件后，LF精炼中、后期 硫越彻底，LF中、后期对应脱砷效果越好.主要原 是实现脱砷的关键阶段.若想合理解决钢液脱砷 因为钢液中砷脱除主要依靠钢液中的溶解钙与砷 问题，必须明确LF精炼各阶段的任务和目标 接触反应.从热力学角度，钙与硫反应的热力学驱 LF精炼前期阶段的主要任务是在钢液中形成强还 动力远高于砷与钙反应的驱动力，过高硫含量会 原气氛、精确控制氧和硫的含量范围.减轻LF精 大量消耗钢液中的溶解钙，使钙与砷无法进一步 炼中、后期钢液脱砷难度.只有达到要求的钢液 接触反应，影响脱砷效果 才能够进行下一阶段的脱砷处理，而在LF精炼 而从动力学角度，过高的硫含量会使形成 中、后期的主要任务则是充分利用脱砷热力学和 的Cas附着在钙气泡的气-液界面上，阻碍其在钢 动力学条件，降低钢液中的砷含量 液中溶解，降低其利用率，而从工业试验结果中也 3.3脱砷工艺控制条件 可以看出，LF中期对应硫含量较高（硫的质量分 从图1可以看出，精炼初期钢液中硫的质量分 数高于0.01%)，加入A1-Mg-Ca合金之后钙含量 数差别较大，主要集中在0.02%~0.55%之间，个 也较低的炉次（钙的质量分数低于0.0010%），其脱 别炉次高于0.055%，还有一小部分炉次低于 砷效果普遍不理想.主要原因是LF前期阶段脱硫 0.015%,说明之前冶炼操作波动较大.而从试验结 效果不佳，影响了Al-Mg-Ca合金的脱砷效果，导 果可以看出，初期硫含量过高容易使LF精炼中、 致钙合金脱砷利用率不高，无法实现工业条件下 后期硫含量相对过高，增大脱砷难度.因此有必要 的有效脱砷.另一方面，LF精炼前期控制硫的质 将精炼前期的硫含量控制在一定范围内.从图1~ 量分数低于0.008%~0.01%，在LF精炼中期分批 图3可以看出，精炼前期钢液中钙的质量分数较 次加入Al-Mg-Ca合金后，钢液中钙的质量分数 低，在0.0002%~0.0008%之间.加入A1-Mg-Ca 高于0.0055%能够对钢液脱砷起到良好作用.因 合金之后钙含量有所升高.对于未能成功脱砷的 此，为了提高工业条件下的钢液脱砷效率，LF精 炉次，经过LF精炼前期，硫的质量分数普遍高于 炼前期必须将硫含量精确控制在较低范围内，为 0.01%,加入Al-Mg-Ca合金后钙的质量分数明显 实现高效脱砷创造有利条件 低于0.0010%，脱砷热力学条件不足，无法进行脱 3.2合理脱砷工序环节判定 砷反应.而脱砷成功的炉次，LF精炼前期将硫的 热力学理论分析与有关实验室热态脱砷结果 质量分数控制在0.0080%~0.010%之间，加入 表明6,22训，在进行脱砷处理之前，钢液中的强还 Al-Mg-Ca合金之后钙的质量分数控制在0.0055% 原性是实现脱砷的首要条件.LF炉具备钢液还原 以上，个别炉次甚至高于0.01%.对比有效脱砷炉 精炼功能，满足脱砷所需首要条件，是实现钢液脱 次与未有效脱砷炉次试验结果发现，有效脱砷炉 砷较为理想的工业设备.而工业脱砷试验结果也 次硫含量明显偏低，且加入Al-Mg-Ca合金之后， 表明，满足条件的钢液在LF炉中能够实现脱砷 有效脱砷炉次钙含量也明显较高.从热力学角度 若想取得合理而有效的脱砷效果，必须在LF精炼 来讲，有效脱砷炉次钢液中还原气氛以及脱砷热（3）LF 精炼中期硫的质量分数控制在 0.008%～ 0.010% 范围内，加入 Al–Mg–Ca 合金后钙的质量 分数高于 0.0055% 时，钢液中砷含量开始出现下 降趋势. 说明在还原气氛下通过精确化控制钢液 中硫和钙含量能够实现钢液脱砷效果. 3    结果分析与讨论 3.1    钢液脱砷效率分析 工业脱砷试验分析结果表明硫含量对工业条件 下的脱砷效率有重要影响. 结合理论分析[16−24] 和 试验结果，经过前期脱氧、脱硫及合金化等处理 后，精炼中期加入钙系合金进行脱砷处理，各炉次 脱砷效果也不尽相同. 从表 1 和图 1～图 3 中可以 看出，在吨钢脱砷剂用量相同的生产条件下，硫含 量越低越有利于钢液脱砷，即 LF 精炼前期钢液脱 硫越彻底，LF 中、后期对应脱砷效果越好. 主要原 因为钢液中砷脱除主要依靠钢液中的溶解钙与砷 接触反应. 从热力学角度，钙与硫反应的热力学驱 动力远高于砷与钙反应的驱动力，过高硫含量会 大量消耗钢液中的溶解钙，使钙与砷无法进一步 接触反应，影响脱砷效果. 而从动力学角度[16] ，过高的硫含量会使形成 的 CaS 附着在钙气泡的气–液界面上，阻碍其在钢 液中溶解，降低其利用率. 而从工业试验结果中也 可以看出，LF 中期对应硫含量较高（硫的质量分 数高于 0.01%），加入 Al–Mg–Ca 合金之后钙含量 也较低的炉次（钙的质量分数低于 0.0010%），其脱 砷效果普遍不理想. 主要原因是 LF 前期阶段脱硫 效果不佳，影响了 Al–Mg–Ca 合金的脱砷效果，导 致钙合金脱砷利用率不高，无法实现工业条件下 的有效脱砷. 另一方面，LF 精炼前期控制硫的质 量分数低于 0.008%～0.01%，在 LF 精炼中期分批 次加入 Al–Mg–Ca 合金后，钢液中钙的质量分数 高于 0.0055% 能够对钢液脱砷起到良好作用. 因 此，为了提高工业条件下的钢液脱砷效率，LF 精 炼前期必须将硫含量精确控制在较低范围内，为 实现高效脱砷创造有利条件. 3.2    合理脱砷工序环节判定 热力学理论分析与有关实验室热态脱砷结果 表明[16, 22, 24] ，在进行脱砷处理之前，钢液中的强还 原性是实现脱砷的首要条件. LF 炉具备钢液还原 精炼功能，满足脱砷所需首要条件，是实现钢液脱 砷较为理想的工业设备. 而工业脱砷试验结果也 表明，满足条件的钢液在 LF 炉中能够实现脱砷. 若想取得合理而有效的脱砷效果，必须在 LF 精炼 初期通过降低氧和硫含量，促进强还原气氛和有 利脱砷的热力学条件形成. 因此 LF 精炼前期必须 强化有关脱氧和脱硫的操作，精确控制氧和硫的 含量范围. 经过前期形成强还原性气氛及有利脱 砷热力学条件后，分批次加入钙系合金，才能够在 LF 精炼中、后期阶段进行脱砷处理. 因此 LF 精炼前期 的主要任务是促进有利脱砷热力学条件的形成. 对于成功脱砷试验炉次（炉次 3、5、7、13 和 14），由于 LF 前期精炼阶段已形成脱砷反应所需 热力学条件，加入钙系合金脱砷剂后，在 LF 中、后 期砷含量出现下降趋势. 对于未能成功脱砷的炉 次，由于 LF 精炼前期脱硫效果不理想，未能形成 促进脱砷反应的热力学条件，导致精炼过程中砷 含量无明显变化. 由此可以得出结论，LF 精炼前 期形成有利脱砷热力学条件后，LF 精炼中、后期 是实现脱砷的关键阶段. 若想合理解决钢液脱砷 问题 ，必须明 确 LF 精炼各阶段的任务和目标 . LF 精炼前期阶段的主要任务是在钢液中形成强还 原气氛、精确控制氧和硫的含量范围，减轻 LF 精 炼中、后期钢液脱砷难度. 只有达到要求的钢液 才能够进行下一阶段的脱砷处理，而在 LF 精炼 中、后期的主要任务则是充分利用脱砷热力学和 动力学条件，降低钢液中的砷含量. 3.3    脱砷工艺控制条件 从图 1 可以看出，精炼初期钢液中硫的质量分 数差别较大，主要集中在 0.02%～0.55% 之间，个 别 炉 次 高 于 0.055%， 还 有 一 小 部 分 炉 次 低 于 0.015%，说明之前冶炼操作波动较大. 而从试验结 果可以看出，初期硫含量过高容易使 LF 精炼中、 后期硫含量相对过高，增大脱砷难度. 因此有必要 将精炼前期的硫含量控制在一定范围内. 从图 1～ 图 3 可以看出，精炼前期钢液中钙的质量分数较 低 ，在 0.0002%～0.0008% 之间. 加入 Al–Mg–Ca 合金之后钙含量有所升高. 对于未能成功脱砷的 炉次，经过 LF 精炼前期，硫的质量分数普遍高于 0.01%，加入 Al–Mg–Ca 合金后钙的质量分数明显 低于 0.0010%，脱砷热力学条件不足，无法进行脱 砷反应. 而脱砷成功的炉次，LF 精炼前期将硫的 质 量 分 数 控 制 在 0.0080%～ 0.010% 之 间 ， 加 入 Al–Mg–Ca 合金之后钙的质量分数控制在 0.0055% 以上，个别炉次甚至高于 0.01%. 对比有效脱砷炉 次与未有效脱砷炉次试验结果发现，有效脱砷炉 次硫含量明显偏低，且加入 Al–Mg–Ca 合金之后， 有效脱砷炉次钙含量也明显较高. 从热力学角度 来讲，有效脱砷炉次钢液中还原气氛以及脱砷热 · 86 · 工程科学学报，第 42 卷，增刊 1