轉(zhuǎn)爐脫磷工藝的優(yōu)化

姚娜，李祥勝

（1.濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 濟(jì)源454650；2.漣源鋼鐵廠，湖南 婁底417000）

磷是一般鋼種中有害元素之一。[1]鋼中最大允許的ω[P]為 0.02%～0.05%，而對某些鋼種則要求在0.008%～0.015%范圍內(nèi)。磷能提高鋼的強(qiáng)度,但隨著ω[P]的增加,鋼的塑性和韌性降低（特別是低溫沖擊性降低），即出現(xiàn)鋼的脆性現(xiàn)象。由于這種現(xiàn)象在低溫更為嚴(yán)重，所以通常稱為“冷脆性”。一般鋼中ω[C]、ω[O]、ω[N]增加，磷的這種有害作用增強(qiáng)。磷對鋼的焊接性能也有不利影響。因而，磷是煉鋼過程中需要清除的有害元素，脫磷是轉(zhuǎn)爐煉鋼的主要任務(wù)之一。

1 試驗條件

本次試驗在1座210t頂吹轉(zhuǎn)爐上進(jìn)行，主要鋼種為低磷鋼，轉(zhuǎn)爐氧槍為六孔噴頭，氧氣量為48000m3/h，氧槍槍位為160～250cm，吹煉過程中進(jìn)行副槍取樣、測溫。煉鋼用的鐵水條件如表1所示。

表1 煉鋼用鐵水條件技術(shù)條件

2 轉(zhuǎn)爐脫磷分析

2.1 脫磷影響因素理論分析[2]

磷在鋼中是以[Fe3P]或[Fe2P]形式存在，為方便起見，均用[P]表示。煉鋼過程的脫磷反應(yīng)是在金屬液與熔渣界面進(jìn)行的，首先是[P]被氧化成（P2O5），而后與（CaO）結(jié)合成穩(wěn)定的磷酸鈣，其反應(yīng)式可表示為：

定義Cp為磷容，即

則

影響脫磷的主要因素是熔池溫度、爐渣成分和金屬液的成分。

煉鋼溫度的影響。脫磷反應(yīng)是強(qiáng)放熱反應(yīng)，如熔池溫度降低，脫磷反應(yīng)的平衡常數(shù)KP增大，LP增大，因此，從熱力學(xué)觀點(diǎn)，低溫脫磷比較有利。

爐渣成分的影響。主要表現(xiàn)為爐渣堿度和爐渣氧化性的影響。P2O5屬于酸性氧化物，CaO、MgO等堿性氧化物能降低它的活度，堿度越高，渣中CaO的有效濃度越高，LP越大，脫磷越完全。

熔渣中（FeO）含量對脫磷反應(yīng)具有重要作用，渣中（FeO）是脫磷的首要因素。因為磷首先氧化生成P2O5，然后再與CaO作用生成3CaO·P2O5或4CaO·P2O5。

作為磷的氧化劑，（FeO）可增大a（FeO），而作為堿性氧化物可降低γP2O5，因此，隨著爐渣（FeO）含量增加，LP增大，促進(jìn)了脫磷。

脫磷的條件：高堿度、高氧化鐵含量（氧化性）、良好流動性熔渣、充分的熔池攪動、適當(dāng)?shù)臏囟群痛笤俊?/p>

2.2 轉(zhuǎn)爐脫磷工藝特點(diǎn)

脫磷反應(yīng)在整個吹煉過程持續(xù)進(jìn)行，吹煉前期脫磷速度最快，也是脫磷的最佳時期。根據(jù)轉(zhuǎn)爐脫磷工藝特點(diǎn)，在操作上必須做到：

在吹煉前期盡快早化渣，形成具有一定堿度和流動性好的前期渣，利用前期有利條件盡可能多脫磷；吹煉中期要控制好過程溫度及渣況，做到均勻升溫并且延長在低溫區(qū)（1450℃～1550℃）的冶煉時間，同時控制好過程槍位，使渣中含有一定（FeO），避免爐渣返干，達(dá)到有效的脫磷；吹煉后期利用高（FeO）、高堿度的條件進(jìn)一步脫磷。

2.3 優(yōu)化脫磷工藝操作

2.3.1 控制原輔材料質(zhì)量

由于轉(zhuǎn)爐原輔材料特別是冶金石灰質(zhì)量直接影響著吹煉過程爐渣的形成和脫磷能力。以前使用的冶金石灰中有效成分和活性度較低，達(dá)不到冶煉的要求，直接影響轉(zhuǎn)爐脫磷操作。自從采用活性石灰后，轉(zhuǎn)爐全部采用活性度大于300m l的石灰，石灰質(zhì)量明顯好轉(zhuǎn)，石灰消耗也由原來的87.46kg/t（鋼）降低到58.53kg/t（鋼），見表2。另外對所需的其它等熔劑以及出鋼合金化所需合金的質(zhì)量指標(biāo)進(jìn)行了嚴(yán)格的控制，所需的低碳錳鐵的磷含量必須在技術(shù)要求之內(nèi)。

表2 石灰技術(shù)條件

2.3.2 優(yōu)化供氧制度

針對鐵水在兌入轉(zhuǎn)爐前沒有進(jìn)行鐵水預(yù)處理操作，鐵水中的磷含量較高，這就要求在冶煉過程中要加入大量的造渣材料，達(dá)到脫磷的目的，經(jīng)過實(shí)踐摸索和總結(jié)，氧槍槍位采用高—低—高的六段式操作[3]，如圖1。

圖1 高—低—高的六段式操作

吹煉前期，鐵水中的硅迅速氧化，渣中的（SiO2）較高而熔池的溫度尚低，為了加速頭批渣料的熔化，盡早去P并減輕爐襯侵蝕，除加適量螢石或氧化鐵皮助熔外應(yīng)采用較高的槍位，保證渣中的（FeO）達(dá)到并維持在20%～25%的水平，促進(jìn)石灰熔化，盡快形成具有一定堿度的爐渣，利用前期脫磷的低溫、高堿度、高（FeO）的最佳時機(jī)進(jìn)行最大限度的脫磷。

吹煉后期槍位應(yīng)適當(dāng)高些，基本任務(wù)是調(diào)好爐渣的氧化性和流動性，利用繼續(xù)高堿度、高（FeO）盡量的去除磷。吹煉過程中爐渣堿度、（FeO）及鋼水溫度的變化情況分別見圖2、圖3和圖4。

圖2 吹煉過程中堿度的變化

圖3 吹煉過程中（FeO）的變化

圖4 吹煉過程中溫度的變化

2.3.3 提高擋渣效果，減少下渣量

由于渣中含磷很高，故出鋼帶渣是回磷的主要來源，因此減少出鋼下渣量也是控制鋼磷含量的關(guān)鍵措施之一。為此，為提高擋渣效果，從工藝優(yōu)化和提高操作水平等方面采取措施。在工藝上采用雙擋渣法，出鋼前期采用擋渣帽擋前期渣，出鋼后期采用擋渣棒擋后期渣，并通過下渣檢測等手段，嚴(yán)格控制渣量在100mm以內(nèi)，防止下渣回磷。

在操作方面加強(qiáng)對出鋼口形狀的維護(hù)，保證內(nèi)口規(guī)則，四周均勻平滑；出鋼前稠渣操作；在整個出鋼過程加強(qiáng)搖爐操作，做到鋼流圓而不散等。

3 效 果

通過對轉(zhuǎn)爐吹煉工藝的優(yōu)化和改進(jìn)，轉(zhuǎn)爐的脫磷效果得到大幅度提高，轉(zhuǎn)爐的脫磷率由原來的85%提高到90%以上，轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)平均磷含量為0.015%，轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)鋼水磷的命中率達(dá)到95%以上；對擋渣采取進(jìn)一步措施后，平均下渣量約80mm，過程總回磷量小于0.005%，平均為0.0014%，成品平均磷含量為0.0102%，較以前平均下降了近 40PPm，最低磷含量達(dá)到 0.004%，完全滿足了新產(chǎn)品開發(fā)的要求，也提高了產(chǎn)品的質(zhì)量。

4 結(jié) 論

（1）轉(zhuǎn)爐冶煉過程磷的控制主要包括優(yōu)化供氧制度和在工藝上采用雙擋渣法，并通過下渣檢測等手段抑制回磷兩個方面。

（2）要想降低終點(diǎn)磷含量，操作上必須做到：在吹煉前期要盡快形成一定堿度與FeO的前期渣，吹煉中期控制好槍位與溫度，避免爐渣返干，做到吹煉中、后期有效地脫磷。

[1] 鄭沛然. 煉鋼學(xué)[M] . 北京: 冶金工業(yè)出版社, 1994. 114.

[2] 王雅貞.煉鋼知識問答[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2003.7.

[3] 張臣.本鋼轉(zhuǎn)爐脫磷工藝的研究[J].本鋼技術(shù)，2008，（3）:19