80 t頂吹轉(zhuǎn)爐雙渣冶煉工藝實(shí)踐

午億土,姜卓豪,孟義春

（1.太原理工大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，山西 太原， 030024；2.首鋼長治鋼鐵有限公司煉鋼廠技術(shù)科,山西 長治， 046031）

轉(zhuǎn)爐在傳統(tǒng)煉鋼工藝流程中不僅僅具有脫碳、升溫、初步合金化的作用，而且也是最為理想的脫磷反應(yīng)器。隨著用戶對(duì)高品種低磷鋼的要求日趨苛刻，轉(zhuǎn)爐承載的脫磷任務(wù)也日趨加重［1］。因此，如何提高鋼水質(zhì)量，生產(chǎn)出高附加值、低成本的優(yōu)質(zhì)鋼材，是每個(gè)煉鋼工作者面臨的一個(gè)重要課題［2］。本文就首鋼長治鋼鐵有限公司（以下簡(jiǎn)稱長鋼）80 t頂吹轉(zhuǎn)爐雙渣法深脫磷技術(shù)進(jìn)行工藝與實(shí)踐探究。

1 鐵水條件

鐵水中硅、碳會(huì)降低磷的溶解度，但提高它的活度系數(shù)；錳會(huì)與磷形成磷化物，降低磷的活度，但硅、錳的存在會(huì)抑制磷的氧化。從熱力學(xué)角度看，低溫條件也有利于脫磷；從動(dòng)力學(xué)角度看，低溫又會(huì)增大渣的黏度，降低渣的流動(dòng)性，反而阻礙磷的脫除。因此，最有效的脫磷條件是在一個(gè)最佳的鐵水成分范圍及溫度范圍內(nèi)進(jìn)行。在實(shí)際脫磷操作過程中，操作人員需綜合考慮，長鋼入爐鐵水條件見表1。

表1 鐵水條件

2 工藝控制

在鐵水條件一定的前提下，要實(shí)現(xiàn)深脫磷目標(biāo)必須優(yōu)化吹煉制度，合理控制過程參數(shù)，把握倒?fàn)t時(shí)機(jī)等。吹煉過程進(jìn)行第一次倒?fàn)t放渣和終點(diǎn)倒?fàn)t放渣（以下簡(jiǎn)稱一倒、終點(diǎn)）。

2.1 一倒控制

關(guān)于轉(zhuǎn)爐脫磷的主要影響因素在文獻(xiàn)［3-6］中已有深入的研究，針對(duì)長鋼生產(chǎn)實(shí)際中工藝控制要點(diǎn)進(jìn)行分析研究。

2.1.1 鐵水硅對(duì)脫磷的影響

入爐鐵水硅含量對(duì)脫磷過程沒有直接影響，但在冶煉過程中鐵水硅的氧化產(chǎn)物對(duì)爐渣的性質(zhì)有影響。如鐵水中含硅量過高，影響爐渣堿度不利于脫磷，且硅高增加渣量易引起噴濺。在生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)入爐鐵水w（Si）大于0.60%，易發(fā)生渣溢，嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)噴濺。如鐵水中含硅量過低，影響升溫速率和化渣效果。因此，鐵水硅含量控制在0.30%≤w（Si）≤0.70%較為合適。

2.1.2 一倒溫度對(duì)脫磷的影響

從熱力學(xué)角度分析脫磷是放熱反應(yīng)，因此低溫有利于脫磷反應(yīng)的進(jìn)行。如下頁圖1所示（圖中半鋼溫度系數(shù)為：半鋼溫度），在T＜1 400℃時(shí)，脫磷效率是隨著溫度的升高而降低，符合低溫去磷理論；當(dāng)T＞1 420℃時(shí)，脫磷效率是隨著溫度的升高而升高。從生產(chǎn)實(shí)際來看，當(dāng)T＜1 330℃時(shí)，渣鋼分離不良，造成倒渣不易。可見，在目前條件下，為了保證脫磷效果，同時(shí)滿足成渣溫度需求，一倒溫度需控制在（1 370±20）℃，符合長鋼吹煉前期去磷要求。

2.1.3 堿度對(duì)脫磷的影響

吹煉前期堿度平均為2.39。如下頁圖2所示，一倒?fàn)t渣堿度R 為2.1時(shí)，爐渣w（P2O5）為2.75%，R為2.80時(shí)，爐渣w（P2O5）達(dá)最大3.3%。因此爐渣堿度控制在2.0＜R＜3.0之間，脫磷效率較高。隨著堿度的升高勢(shì)必要增加石灰用量，在供氧時(shí)間、渣中w（TFe）一定的前提下，石灰溶解受到影響。R 大于2.5時(shí)，前期渣鋼分離不良，倒渣量較少。綜合考慮一倒?fàn)t渣R 控制在2.0～2.2較為合適。

圖1 渣中w（P2O5）和溫度的關(guān)系圖

圖2 渣中w（P2O5）和堿度的關(guān)系圖

2.1.4 渣中TFe對(duì)脫磷的影響

渣中w（TFe）平均12.96%。如圖3所示，渣中w（TFe）%控制在13%～15%時(shí)，脫磷效果最佳。渣中TFe含量低，不僅爐渣容易返干，而且有效堿度也難以提高。提高開吹槍位可以提高w（TFe），但減弱了吹煉前期熔池的攪拌，同樣不能有效提高吹煉前期脫磷,所以開吹槍位較單渣冶煉提高100～200 mm即滿足要求。

圖3 渣中w（P2O）和w（TFe）的關(guān)系圖

2.1.5 倒吹煉前期渣時(shí)間的控制

倒渣時(shí)間過早，容易將剛造好的爐渣倒掉，而沒有發(fā)揮其脫磷功效；倒渣時(shí)間過晚，則進(jìn)入脫碳期，爐渣嚴(yán)重泡沫化，不易倒出前期渣。綜合分析各種影響因紊，根據(jù)鋼中[P]的氧化機(jī)理和雙渣操作原理，其合理的倒渣時(shí)間應(yīng)控制在全程吹煉時(shí)間的35%～40%，故長鋼雙渣冶煉的倒渣時(shí)間應(yīng)控制在4～4.5 min滿足要求。

2.2 終點(diǎn)控制

2.2.1 溫度控制

不同鋼種對(duì)合金需求的種類及數(shù)量差異較大，由此引起的合金化過程溫度波動(dòng)也不同。在滿足鋼種出鋼溫度要求的同時(shí)，應(yīng)盡可能降低出鋼溫度，當(dāng)出鋼溫度控制在1 660～1 680℃時(shí)，鋼水中磷基本穩(wěn)定在0.015%左右。

2.2.2 堿度控制

當(dāng)爐渣堿度大于3.0，脫磷指數(shù)隨FeO含量的增加而增大，隨堿度的增加變化不大。實(shí)際操作中經(jīng)常出現(xiàn)石灰加入很多，終點(diǎn)[P]仍然較高的現(xiàn)象，其原因就是爐渣沒有化透或溫度太高。因此爐渣堿度控制在2.8～3.2之間，爐渣化透并含有適量的FeO較為合理。

2.2.3 出鋼回磷控制

要防止鋼水回磷，首先要擋好渣，減少出鋼過程的下渣量最為關(guān)鍵。其次是嚴(yán)格出鋼合金化操作的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化，杜絕出鋼后期補(bǔ)加合金（如硅鐵、碳化硅、碳粉等）。再次，萬一爐渣過稀或下渣量大應(yīng)及時(shí)向鋼包內(nèi)加石灰粉稠化爐渣，以減弱回磷反應(yīng)的能力。

3 脫磷效率

雙渣冶煉的脫磷率平均為84.37%，最高89.78%，最低72.21%。吹煉前期脫磷率為45.14%，最高57.2%。

表2 一倒脫磷率和終點(diǎn)脫磷率 %

當(dāng)脫磷效率一定時(shí)，鐵水w（P）越低，成品鋼中w（P）也越低。所以為了保證成品鋼磷含量更低，入爐鐵水w（P）應(yīng)控制在0.10%以下。

4 結(jié)論

1）為提高終點(diǎn)脫磷率，應(yīng)控制一次倒渣時(shí)間為4～4.5 min，鐵水中0.30%≤w（Si）≤0.70%、堿度為2.0～2.3、爐渣w（TFe）為14%～16%、一倒溫度為（1 370±20）℃較為合適。

2）通過優(yōu)化轉(zhuǎn)爐雙渣前期工藝，合理控制終點(diǎn)爐渣的堿度2.8～3.2之間、溫度控制在1 680℃以下、控制好出鋼過程防止回磷，可以獲得較高的脫磷率。

3）采用雙渣冶煉工藝，脫磷效果顯著提高，成品鋼中w（P）最低為0.013%。

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