馬鋼轉(zhuǎn)爐雙渣法脫磷工藝生產(chǎn)實(shí)踐

王步更，湯演波，李 杰，夏云進(jìn)，王國(guó)梁

綜合

馬鋼轉(zhuǎn)爐雙渣法脫磷工藝生產(chǎn)實(shí)踐

王步更1，湯演波1，李 杰2，夏云進(jìn)2，王國(guó)梁2

（1.馬鞍山鋼鐵股份有限公司第三鋼軋總廠，安徽馬鞍山243000；2.安徽工業(yè)大學(xué)冶金工程學(xué)院，安徽馬鞍山243002）

主要介紹了馬鋼第三鋼軋總廠70 t轉(zhuǎn)爐煉鋼雙渣法脫磷工藝生產(chǎn)實(shí)踐，實(shí)踐結(jié)果表明，在脫磷階段，控制熔渣堿度在1.5～2.0，渣中ω(FeO)含量在10%～15%，一倒溫度在1400～1450℃，可以獲得較好的脫磷效果；在脫碳階段，終渣堿度控制在3.8～4.2，ω(FeO)含量控制在20%～25%，出鋼溫度控制在1650℃以內(nèi)，脫磷率可達(dá)90%以上。采用雙渣法工藝后，轉(zhuǎn)爐石灰用量減少約20 kg/t鋼，鋼鐵料消耗下降4～6 kg/t，具有良好的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。

轉(zhuǎn)爐；脫磷；雙渣法

對(duì)于絕大多數(shù)的鋼種來(lái)說(shuō)，磷是一種有害元素。磷容易偏聚在晶界處，從而降低鋼的低溫韌性，增加回火脆性敏感性，產(chǎn)生冷脆現(xiàn)象，同時(shí)磷還會(huì)降低鋼可焊接性能、抗裂紋性能以及不銹鋼的抗腐蝕性能等[1-5]。因此，不同用途的鋼對(duì)磷含量有著嚴(yán)格的要求，如優(yōu)質(zhì)合金鋼、深沖鋼、高級(jí)別管線鋼、低溫用鋼、海洋用鋼、抗氫致裂紋用鋼等鋼種往往要求ω（P）小于0.01%甚至0.005%以下[6]。

隨著市場(chǎng)及用戶對(duì)鋼材質(zhì)量的要求日趨苛刻，轉(zhuǎn)爐承載的任務(wù)也日趨加重。為了脫硅、脫磷、脫硫，傳統(tǒng)轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝過(guò)程中，需要加大量石灰而造成大量熔渣，大渣量吹煉往往會(huì)帶來(lái)金屬收得率低、熔劑消耗高、冶煉時(shí)間長(zhǎng)、粘槍及噴濺現(xiàn)象嚴(yán)重、熱量浪費(fèi)、爐襯壽命降低等問(wèn)題。結(jié)合馬鋼第三鋼軋總廠轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)實(shí)際情況，選擇采用雙渣法工藝，實(shí)現(xiàn)脫磷目標(biāo)，從而減少造渣料和鋼鐵料消耗，降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。

1 主要原料條件

馬鋼第三鋼軋總廠擁有4座公稱容量為70 t的頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐，吹煉氧槍為4孔，底吹供氣元件為6個(gè)。轉(zhuǎn)爐冶煉所用鐵水主要由一煉鐵廠供給，鐵水主要成分及溫度如表1所示。由表1可知，入爐鐵水硅含量波動(dòng)較大，通常為0.30%～0.80%，平均在0.45%左右，轉(zhuǎn)爐冶煉過(guò)程溫度有較大富余；鐵水中磷平均在0.18%左右，含量較高，轉(zhuǎn)爐脫磷任務(wù)大，轉(zhuǎn)爐操作的主要難點(diǎn)是脫磷。

表1 鐵水成分與溫度

轉(zhuǎn)爐主要渣料技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表2。

表2 轉(zhuǎn)爐煉鋼用主要原料技術(shù)指標(biāo)

2 雙渣法工藝路線

雙渣法工藝即在同一座轉(zhuǎn)爐中，將冶煉時(shí)期分成脫磷和脫碳2個(gè)階段，在第1階段脫磷，利用轉(zhuǎn)爐吹煉前期低溫的有利條件，快速造渣，實(shí)現(xiàn)充分脫磷，脫磷后倒掉40%～60%脫磷渣（一倒），進(jìn)入第2階段脫碳期，脫碳過(guò)程中加入少量渣料以確保少渣冶煉，出鋼后留渣作濺渣護(hù)爐用。

馬鋼三鋼軋轉(zhuǎn)爐雙渣法工藝路線：轉(zhuǎn)爐留渣+濺渣護(hù)爐+雙渣吹煉+控制回磷。

（1）上爐出鋼后將爐渣留在轉(zhuǎn)爐內(nèi)；

（2）采用濺渣護(hù)爐技術(shù)，降槍后用N2將爐渣濺至爐襯表面冷卻固化；濺渣結(jié)束后搖爐，對(duì)爐渣固化加以確認(rèn)；

（3）裝入廢鋼、鐵水，進(jìn)行第1階段吹煉，在脫磷結(jié)束后，倒出40%～60%爐渣，一倒時(shí)間為開(kāi)始后4～6 min內(nèi)；

（4）進(jìn)行第2階段吹煉，并加入少量造渣料，進(jìn)一步脫磷，吹煉結(jié)束后擋渣出鋼。

3 結(jié)果分析和討論

3.1 一倒控制對(duì)脫磷率的影響

轉(zhuǎn)爐吹煉過(guò)程中的脫磷反應(yīng)是在金屬液和熔渣界面進(jìn)行的，首先是[P]被氧化成(P2O5)，而后與(CaO)結(jié)合生成穩(wěn)定的磷酸鈣，其反應(yīng)式可表示為[7-8]：

由上述公式可知，有利于脫磷反應(yīng)的熱力學(xué)條件為：高堿度、高(FeO)含量（氧化性）、低溫，可見(jiàn)影響脫磷的主要熱力學(xué)因素為堿度、渣中FeO含量以及溫度。

一倒脫磷率與熔渣堿度的關(guān)系如圖1所示，在R＜2.0時(shí)，隨著堿度的增加，脫磷率逐漸升高，當(dāng)R＞2.0時(shí)，脫磷率反而逐漸降低。因?yàn)樵诖禑挸跗冢S著堿度的提高，渣中CaO的有效濃度增加，Lp越大，脫磷率增加；隨著堿度R的進(jìn)一步提高，所需加入石灰量增加，由于未預(yù)熱的石灰大量加入，使的初始形成的液態(tài)爐渣冷卻，爐渣黏度增大，流動(dòng)性減弱，同時(shí)在石灰表面形成一層冷凝外殼，石灰溶解受阻，化渣速度大為降低，脫磷率反而下降。因此，一倒熔渣堿度R控制在1.5～2.0之間較為合理。

圖1 一倒脫磷率與熔渣堿度的關(guān)系

一倒脫磷率與爐渣中FeO含量關(guān)系如圖2，爐渣中FeO質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，有利于脫磷反應(yīng)向正方向進(jìn)行。從脫磷的熱力學(xué)角度來(lái)看，爐渣中FeO含量越高，爐渣氧化性越強(qiáng)，磷在渣鐵間的分配比越大，脫磷效果越好。但爐渣中的FeO質(zhì)量分?jǐn)?shù)高到一定程度后，會(huì)稀釋爐渣中CaO的濃度，反而不利于脫磷，而且脫磷渣系中的FeO對(duì)爐襯有一定的侵蝕作用，F(xiàn)eO越高對(duì)爐襯侵蝕越嚴(yán)重，同時(shí)過(guò)高FeO也會(huì)造成鐵損失率高。因此一倒熔渣中ω(FeO)應(yīng)控制在10%～15%左右較為合理。

圖2 一倒脫磷率和ω(FeO)的關(guān)系

一倒脫磷率與溫度的關(guān)系如圖3所示，溫度T＜1425℃時(shí)，脫磷率隨溫度的升高而增加，溫度T＞1425℃，脫磷率隨溫度的升高而降低。脫磷反應(yīng)是放熱反應(yīng)，較低的溫度有利于脫磷反應(yīng)的進(jìn)行，但爐內(nèi)溫度也要滿足渣料熔化的要求，在T＜1425℃時(shí)，由于溫度低，爐渣未化好、化透，爐渣流動(dòng)性較差，難以獲得堿度高、流動(dòng)性好的均勻渣，脫磷的主要矛盾為動(dòng)力學(xué)條件，溫度升高，降低了爐渣的粘度，加速石灰的熔解，有利于磷從金屬向爐渣轉(zhuǎn)移，因而脫磷率隨溫度升高而增加，當(dāng)T＞1425℃時(shí)，主要矛盾又轉(zhuǎn)化為熱力學(xué)條件，溫度升高，平衡常數(shù)KP值減小，磷的分配比降低，脫磷率也隨之降低。煉鋼是一個(gè)復(fù)雜的綜合過(guò)程，因此選擇合適的溫度范圍，才能保證良好脫磷效果，一般一倒溫度應(yīng)控制在1400～1450℃之間。

圖3 一倒脫磷率和溫度的關(guān)系

3.2 終點(diǎn)控制

3.2.1終渣堿度、ω(FeO)和溫度對(duì)脫磷率的影響終渣堿度和爐渣ω(FeO)對(duì)終點(diǎn)脫磷率的影響如圖4和圖5所示，可以看出，高堿度和高氧化性有利于控制回磷、提高終點(diǎn)脫磷率，因此終渣堿度應(yīng)控制在3.8～4.2左右，ω(FeO)控制在20%～25%之間。由圖6可以看出，脫磷率隨終點(diǎn)溫度的升高而降低，因此在滿足鋼種出鋼溫度要求的同時(shí)，應(yīng)盡量將出鋼溫度降低，當(dāng)出鋼溫度控制在1650℃以內(nèi)時(shí)，脫磷率較高。

圖4 終點(diǎn)脫磷率與熔渣堿度的關(guān)系

圖5 終點(diǎn)脫磷率和ω(FeO)的關(guān)系

圖6 終點(diǎn)脫磷率和溫度的關(guān)系

3.2.2一倒脫磷率對(duì)終點(diǎn)脫磷率的影響一倒脫磷率對(duì)終點(diǎn)脫磷率的影響如圖7所示，一倒脫磷率越高，終點(diǎn)脫磷率也越高，一倒脫磷程度決定著整個(gè)工藝的脫磷效果，當(dāng)一倒脫磷率為40%以上時(shí)，終點(diǎn)脫磷率可達(dá)90%以上。因此，控制好一倒堿度、氧化性和溫度，提高一倒脫磷率是雙渣法工藝的關(guān)鍵所在。

圖7 一倒脫磷率和終點(diǎn)脫磷率的關(guān)系

3.3 雙渣法工藝的經(jīng)濟(jì)效益

雙渣法工藝對(duì)成本的貢獻(xiàn)主要體現(xiàn)在降低造渣料消耗和金屬料消耗兩個(gè)方面。馬鋼第三鋼軋總廠轉(zhuǎn)爐采用雙渣法工藝后，噸鋼石灰加入量減少約20 kg，鋼鐵料消耗下降4～6 kg/t，每年可帶來(lái)直接經(jīng)濟(jì)效益4000～6000萬(wàn)元，同時(shí)還產(chǎn)生資源能源節(jié)約、鋼渣等污染物排放減少等環(huán)境效益。

傳統(tǒng)工藝和雙渣法工藝兩種工藝的冶煉指標(biāo)見(jiàn)表3。

Production Practice of Double Slag Dephosphorization Process at the Converters of Masteel

WANG Bugeng1,TANG Yanbo1,LI Jie2,XIA Yunjin2,WANG Guoliang2
(1.The No.3 Steelworks of Maanshan Iron&Steel Co.,Ltd;2.The School of Metallurgical Engineering of Anhui University of Technology,Maanshan 243000,China)

The production practice of double-slag dephosphorizing process of the 70 t converter at Masteel’s No.3 steelmaking and rolling works is introduced,which has showed that good dephosphorizing effect can be obtained if the slag basicity is controlled at 1.5～2.0, ω(FeO)content in slag at 10%～15%and the first turning-down temperature at 1400～1450℃during the dephosphorizing stage,and dephosphorizing rate can reach more than 90%if the final slag basicity is controlled at 3.8～4.2,ω(FeO)content from 20%to 25%and steel temperature within 1650℃during the decarbonization stage.After adopting the double slag method,lime consumption has been reduced by about 20 kg per ton of steel and iron and steel material consumption reduced by 4～6 kg per ton of steel,achieving good economic and environmental benefit.

converter;dephosphorization;double slag process

TF713.3

B

1006-6764(2014)10-0084-03