实验选择表2中的17#~21#渣系，固定渣中MgO (10%)、Al₂O₃(22%)、Li₂O (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SiO₂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O²⁻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 ] ：

表1. 实验钢样成分, wt%

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，SiO₂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。

实验选择表2中的7#~11#渣系，固定渣中MgO (10%)、Li₂O (3%)含量和碱度(R = 5)，改变精炼渣中Al₂O₃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Al₂O₃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Al₂O₃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Al₂O₃，其脱硫脱氧的总反应式如下：

本实验采用铝完全脱氧，Al₂O₃为主要的夹杂物，为控制其在钢中含量，精炼渣中Al₂O₃的含量不宜过高。从实验效果来看，在渣中Al₂O₃含量较低时，LF低氟精炼渣的流动性是随Al₂O₃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，Al₂O₃本身不具备脱硫性能，在碱性LF精炼渣中Al₂O₃呈酸性，因此进一步增加Al₂O₃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Al₂O₃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Al₂O₃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Al₂O₃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Al₂O₃夹杂物的吸收。综合以上分析，铝镇静钢低氟渣系中Al₂O₃含量不宜过高，Al₂O₃含量在20%左右，脱硫率最高。

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O²⁻活度，降低渣中SiO₂活度，因此适量添加MgO有利于熔渣脱硫反应。

实验选择表2中的12#~16#渣系，固定渣中Al₂O₃(22%)、Li₂O (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。

本实验使用Li₂O替代CaF₂，研究了Li₂O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Al₂O₃(22%)、MgO (10%)含量和碱度(R = 5)，改变渣中Li₂O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Al₂O₃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CaF₂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Li₂O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Li₂O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，Li²⁺的离子半径比Ca²⁺小，静电势也比Ca²⁺低，在熔渣中比CaO更易释放氧离子。并且Li₂O分子量比CaO小，同等质量的Li₂O和CaO，Li₂O所能提供的O²⁻要比CaO多，所以精炼渣中加入Li₂O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Li₂O还能与渣中其它成分形成低熔点的复合化合物(如2Li₂O∙SiO₂，900℃；Li₂O∙Al₂O₃，1295℃)，从而降低精炼渣的熔化温度，有利于脱硫反应的进行。与Li₂O相比，在精炼渣中，CaF₂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CaF₂本身并不能脱硫，因此含CaF₂渣系的综合脱硫效果不如含Li₂O渣系。不过截至目前，含Li₂O矿物的过高成本限制了CaO-Al₂O₃-SiO₂-MgO-Li₂O低氟渣系的应用。从成本考虑，部分添加Li₂O的CaO-Al₂O₃-SiO₂-MgO-Li₂O-CaF₂渣系更适合于高品质铝镇静钢的冶炼。本实验中Li₂O替代CaF₂有很好的脱硫率，Li₂O含量大于3%时，LF低氟渣系具有很好的脱硫效果。