轉(zhuǎn)爐雙聯(lián)法脫磷成渣工藝分析

石 磊

(首秦金屬材料有限公司，河北 秦皇島066000)

1 轉(zhuǎn)爐雙聯(lián)法冶煉超低磷鋼工藝

轉(zhuǎn)爐雙聯(lián)法冶煉將傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)爐煉鋼過程單一功能化，便于控制和管理冶煉過程，進(jìn)而提高鋼水的質(zhì)量，減少能耗，縮短冶煉周期，生產(chǎn)出符合要求的超低磷鋼材。雙聯(lián)法的轉(zhuǎn)爐冶煉工藝主要有兩個(gè)階段，即脫碳精煉的D－P階段和提溫少渣的D－C階段。

1.1 脫碳精煉的D－P階段

采用轉(zhuǎn)爐雙聯(lián)法冶煉，在脫碳精煉的D－P階段要注意統(tǒng)計(jì)出鋼溫度、爐渣堿度和脫磷率、終點(diǎn)磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)相互之間的關(guān)系，以控制好脫磷率。出鋼溫度過高不利于脫磷，但出鋼溫度過低不利于化渣和CaO作用的發(fā)揮。因此，為了達(dá)到最佳轉(zhuǎn)爐脫磷效率，應(yīng)將出鋼溫度控制在1 450～1 499℃之間。此外，為了達(dá)到60%以上的脫磷率，滿足前半鋼去磷的要求，應(yīng)將爐渣堿度控制到2.5～3.0。同時(shí)，要生產(chǎn)超低磷鋼，且保證渣中w(FeO)不至于過高而增加鐵損，應(yīng)將終渣w(FeO)控制在20%≤w(FeO)＜30%。實(shí)際生產(chǎn)中，仍需要對(duì)脫碳精煉的D－P階段的操作不斷進(jìn)行相關(guān)優(yōu)化，開發(fā)前半鋼的供氧制度、渣料等相關(guān)技術(shù)，尋求更加精確的控制條件。

1.2 提溫少渣的D－C階段

D－C階段的有效進(jìn)行仍然離不開對(duì)轉(zhuǎn)爐出鋼溫度、爐渣堿度和終點(diǎn)磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)等的技術(shù)掌握和數(shù)據(jù)控制。為了提高轉(zhuǎn)爐雙聯(lián)D－C階段對(duì)脫磷率的有效控制，綜合考慮，需將出鋼溫度控制在1 640～1 660℃;綜合考慮實(shí)際條件和成本控制的情況下，將堿度控制在4.0～6.0之間，保證終點(diǎn)渣中w(FeO)≤30%。

2 轉(zhuǎn)爐脫磷的影響因素

2.1 爐渣的堿度

CaO具有較強(qiáng)的脫磷能力，且生成的磷酸鈣能穩(wěn)定存在于煉鋼高溫中，爐渣中CaO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與爐渣堿度成正比。但并不是說CaO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越多越好，渣中過多的CaO會(huì)增加爐渣黏度;而當(dāng)CaO顆粒不能完全熔入爐渣時(shí)，會(huì)降低爐渣的流動(dòng)性，影響脫磷效果。

在整個(gè)冶煉期間，初期時(shí)，石灰剛加入爐內(nèi)，溫度尚未達(dá)到，并未熔化。因此，液態(tài)爐渣主要與鐵水中的Si，Mn，F(xiàn)e等氧化產(chǎn)物反應(yīng)。隨著反應(yīng)的進(jìn)行和溫度的逐漸升高，石灰慢慢熔化，使堿度升高。冶煉初期最終堿度可達(dá)到1.3～1.5。冶煉中期，隨著石灰的熔化，脫碳速度加快，渣中的FeO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)逐漸降低，當(dāng)石灰的融化量與FeO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到一定比例時(shí)，石灰熔化速度開始逐漸減緩，堿度的增加也隨之變緩。應(yīng)當(dāng)注意的是，堿度的增加只是變緩，但是總趨勢還是增加的，此時(shí)堿度約為1.8。冶煉后期，脫碳速度下降，渣中FeO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)再次升高，石灰在高溫下熔化速度隨之加快，堿度快速增加并達(dá)到3.0左右。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，脫磷效率隨堿度的升高而升高;但是，當(dāng)堿度達(dá)到3.5左右，脫磷效果達(dá)到飽和，隨后不論堿度如何提高，脫磷率基本不變。

2.2 終渣的氧化性

由于渣中FeO在脫磷過程中起到關(guān)鍵的作用，F(xiàn)eO是去磷的必要條件。生產(chǎn)研究表明，F(xiàn)eO作為爐中反應(yīng)的氧化劑，既可以氧化磷，又可以與P2O5結(jié)合生成化合物FeO·P205。但是，由于渣中存在的3FeO·P205在溫度高于1 470℃時(shí)性質(zhì)并不穩(wěn)定，為達(dá)到去磷目的，可利用石灰熔化后生成的穩(wěn)定化合物4CaO·P2O5。

要想利用好FeO對(duì)脫磷的綜合影響，需嚴(yán)格控制FeO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。如果FeO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低會(huì)影響石灰的熔化，不能脫磷;如果FeO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)過高，將稀釋CaO的脫磷作用。渣中FeO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是影響脫磷率的主要因素，脫磷率與其幾乎呈線性關(guān)系。這是因?yàn)殡S著FeO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，爐渣氧化性增強(qiáng)，磷在爐渣和鋼水中的分配比也隨之增大，氧化性有利于脫磷反應(yīng)的進(jìn)行，因此氧化性越強(qiáng)，脫磷率也就越高。生產(chǎn)實(shí)踐表明，渣中FeO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨著吹煉的進(jìn)行逐步降低，最后再次升高。其中，吹煉開始時(shí)FeO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高;吹煉至70%，降至最低水平，此時(shí)為防止?fàn)t渣“返干”，應(yīng)該適當(dāng)加入球團(tuán)礦化渣;吹煉至80%以后，隨著熔池中C的質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低和脫碳速度的降低，渣中w(FeO)逐步升高，去磷速度也再次加快。當(dāng)爐渣堿度在2.8～3.5，w(FeO)控制在18%～20%范圍內(nèi)時(shí)，脫磷率最高，可達(dá)到85%以上，有時(shí)甚至可達(dá)90%。

2.3 溫度

溫度對(duì)脫磷反應(yīng)的影響應(yīng)是復(fù)雜的。由于脫磷反應(yīng)放熱，高溫不利于其反應(yīng)的發(fā)生;但是，高溫可以加速石灰的熔化，提高熔渣堿度，給反應(yīng)提供更多的原材料和合適的堿度，并能提高磷在爐渣和鋼水中的分配比。同時(shí)，高溫能提高渣的流動(dòng)性，通過加強(qiáng)渣鋼界面反應(yīng)提高脫磷反應(yīng)的速度。由此看來，溫度過低和過高都不利于脫磷，應(yīng)該把溫度控制在合理的范圍內(nèi)。

大量生產(chǎn)實(shí)踐證明，如果冶煉終點(diǎn)溫度較高，P在鋼渣中的分配比則會(huì)降低。但是，影響脫磷率的因素中溫度作用不如堿度和FeO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的作用顯著;脫磷的關(guān)鍵在于控制冶煉過程渣，特別是終渣。

3 結(jié)語

(1)轉(zhuǎn)爐雙聯(lián)冶煉脫磷工藝是一項(xiàng)高效、穩(wěn)定的低磷鋼生產(chǎn)工藝。為了保證脫磷率，操作工藝要求較高，需嚴(yán)格控制溫度、堿度、FeO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)等相關(guān)影響因素。雙聯(lián)法的脫碳精煉的D－P階段要求出鋼溫度控制在1 450～1 499℃之間，爐渣堿度為2.5～3.0;提溫少渣的D－C階段要求爐渣堿度4～6。

(2)為了形成具有一定堿度和流動(dòng)性好的前期渣，利用前期有利條件在吹煉前期盡快早化渣、多脫磷;吹煉過程中要控制好溫度及渣況，均勻升溫，盡量使冶煉在低溫區(qū)的時(shí)間延長，同時(shí)為避免爐渣返干，應(yīng)控制好渣中的FeO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，達(dá)到有效脫磷;吹煉后期利用高堿度、高FeO和適當(dāng)高溫的條件進(jìn)一步脫磷。

［1］馬勇，王曉峰.轉(zhuǎn)爐雙聯(lián)法冶煉超低磷鋼工藝研究［J］.鞍鋼技術(shù)，2013.

［2］丁文胤.影響轉(zhuǎn)爐脫磷的因素分析［J］.武鋼技術(shù)，2010.

［3］朱苗勇.現(xiàn)代冶金學(xué)［M］.北京:冶金工業(yè)出版社.2008:171－173.