復吹轉爐高碳潔凈鋼脫磷工藝研究與應用

宋萬平　賈旭崗

(安陽鋼鐵股份有限公司)

復吹轉爐高碳潔凈鋼脫磷工藝研究與應用

宋萬平賈旭崗

(安陽鋼鐵股份有限公司)

摘要介紹了安鋼開發(fā)的復吹轉爐高碳潔凈鋼脫磷工藝及其應用效果。100 t復吹轉爐前期控制脫磷渣堿度為2.0～2.3，冶煉時間為4 min ～6 min，半鋼溫度控制在1380 ℃～1410 ℃，供氧強度為2.6 m3/(t·min)～2.8 m3/(t·min)，底吹強度為0.05 m3/(t·min)～0.10 m3/(t·min)，平均脫磷率達到68.53%。同原工藝相比，冶煉終點平均碳含量由0.47%提高為0.62%，磷含量由0.015%降低至0.012%，點吹次數(shù)降低1.2次/爐。

關鍵詞復吹轉爐脫磷工藝造渣脫磷率

RESEARCH AND APPLICATION ON DEPHOSPHORIZATION PRETREATMENTPROCESS IN COMBINED-BLOWING CONVERTER

Song WanpingJia Xugang

(Anyang Iron and Steel Stock Co.，Ltd)

ABSTRACTThe development of dephosphorization pretreatment process in combined-blowing converter and its application effect in Anyang steel are introduced.The average dephosphorization rate is up to 68.53% in the case of slag basicity controlled within 2.0～2.3, blowing time is 4 min ～6 min, semi-steel temperature is controlled within 1380 ℃～1410 ℃,blowing oxygen intensity is 2.6 m3/(t·min)～2.8 m3/(t·min),and bottom blowing gas intensity is 0.05 m3/(t·min)～0.10 m3/(t·min).Compared with the old process, the average carbon content increases from 0.47% to 0.62%, phosphorus content reduces from 0.015% to 0.012%, and the number of reblowing reduces 1.2 times/heat.

KEY WORDScombined-blowing converterdephosphorization processslaggingdephosphorization rate

0前言

高碳潔凈鋼通常用來制作鋼絞線、胎圈鋼絲、簾線等金屬制品，加工過程中通常需要進行拉絲、熱處理、合股處理，對鋼質純凈度要求高。安陽鋼鐵股份有限公司(以下簡稱安鋼)在100 t復吹轉爐開發(fā)了SWRH82B、C72DA等高碳潔凈鋼。但是隨著鐵水磷升高后，為了脫磷，點吹次數(shù)明顯升高，脫磷率和終點碳合格率降低，鋼液氧含量升高。同時加入大量增碳劑增碳而引起鋼液氮含量升高[1]。為此，開發(fā)了復吹轉爐高碳潔凈鋼脫磷工藝。筆者主要介紹脫磷預處理工藝參數(shù)及2014年以來在SWRH82B鋼生產上的應用效果。

1工業(yè)試驗

1.1工藝路線

安鋼100 t復吹轉爐生產高碳潔凈鋼脫磷工藝流程如圖1所示。冶煉時采用優(yōu)化的脫磷工藝參數(shù)進行脫硅、脫磷處理，然后將高磷爐渣盡量倒掉，再對爐內留下的半鋼進行少渣冶煉操作。

1.2試驗原料條件

圖1　工藝流程示意圖

安鋼2014年1～5月份鐵水成分見表1。

表1　鐵水的化學成分(WB) 　/ %

由表1可知，鐵水w(P)偏高，平均為0.127%。造渣材料采用活性石灰、輕燒白云石、螢石等。

1.3試驗終點控制

試驗鋼種為SWRH82B。裝入制度：鐵水108 t，廢鋼10 t。終點控制：終點w(C)0.40%～0.70%，終點W(P)≤0.015%。終點倒渣取樣結束后(耗氧量累計4000 m3～4200 m3)，按碳、磷成分調整終點操作。

2復吹轉爐前期脫磷工藝理論分析

2.1工藝原理

該工藝的基本原理為：利用低溫有利于脫磷反應的熱力學基本原理，在轉爐吹煉終點，由于溫度較高，鋼水中磷含量較低，爐渣已經(jīng)不具備脫磷能力，將轉爐部分終渣留在爐內；在下一爐吹煉前期，由于溫度較低，鐵水中磷含量較高，爐渣重新具備脫磷能力；隨著吹煉進行，在溫度升高至對脫磷不利前倒出部分爐渣，之后再造渣進行脫碳階段的吹煉。

2.2轉爐脫磷反應機理

轉爐脫磷反應的化學反應方程式為：

2[P]+5[O]=P2O5

△Gθ=-832384+632.65T

(1)

(2)

磷的平衡常數(shù)與溫度的關系如圖2所示，終渣在高溫下已基本不具備脫磷能力。如果將部分終渣留到爐內，加入鐵水后進行下爐吹煉，吹煉前期由于溫度低，所留爐渣重新具備脫磷能力。在溫度升至對脫磷不利前盡量將爐渣倒出，加入渣料進行第二階段吹煉進一步脫磷。

圖2　磷的平衡常數(shù)與溫度的關系

3前期脫磷工藝參數(shù)確定

復吹轉爐吹煉前期是脫磷的最佳時期，在傳統(tǒng)冶煉工藝基礎上，調整優(yōu)化脫磷工藝參數(shù)，盡可能多地將鐵水中磷脫除，避免高溫回磷，提高轉爐脫磷效率，同時還可以減少部分渣料。

3.1脫磷渣堿度對脫磷的影響

脫磷渣堿度對脫磷效果的影響如圖3所示。當脫磷渣堿度在2.0～2.5，隨著堿度的增加，脫磷率逐漸升高。轉爐脫磷渣中的主要堿性氧化物有CaO、MgO、MnO和FeO，其中CaO的脫磷能力最強。隨著脫磷渣堿度的提高，石灰的活度也逐漸增加，渣中CaO將與P2O5結合成穩(wěn)定的磷酸鈣，從而有利于進一步深脫磷。因此，提高爐渣堿度可以有效地提高脫磷效果[2]。但堿度不易過高，否則渣中會有大量CaO、MgO微粒懸浮在液態(tài)渣中，降低了爐渣的流動性，使爐渣變粘，不易脫磷。綜合考慮脫磷終點對半鋼磷含量的要求，應該保持爐渣堿度在2.0～2.3。

圖3　脫磷渣堿度對脫磷率的影響

3.2前期脫磷時間對脫磷率的影響

前期脫磷時間對脫磷率的影響如圖4所示。前期脫磷時間在4 min～6 min，隨著脫磷時間延長，脫磷率逐漸升高。通過對冶煉過程的深入了解，前期倒渣時間不能過早，否則把剛剛造好的爐渣倒掉了，這些爐渣并沒有發(fā)揮其去磷的功效。南鋼復吹120 t轉爐前期脫磷時間控制在5.4 min～7.1 min(平均為6.3 min)，實現(xiàn)了轉爐冶煉前期一次倒渣脫磷率達53．2%～69．7%(平均62．2%)[3]。綜合分析各種影響因素，根據(jù)鋼水中磷的氧化機理，其合理的倒渣時間應控制在全程吹煉時間的35%～44%范圍內。對于100 t復吹轉爐冶煉來講，冶煉高碳鋼潔凈鋼時全程供氧時間為14 min，所以前期脫磷時間控制在開吹后4 min～6 min為宜。

圖4　前期脫磷時間對脫磷率的影響

3.3半鋼溫度對脫磷率的影響

半鋼溫度對脫磷率的影響如圖5所示。半鋼溫度在1350 ℃～1450 ℃，隨著溫度的升高，脫磷率逐漸降低，但總體變化較小。由于鐵水中氧和硅的親和力比磷強，在轉爐吹煉初期較低溫度下，向熔池吹氧和加入造渣劑脫磷時，硅、錳比磷優(yōu)先氧化，當硅氧化至痕量時，磷才開始大量氧化。隨著脫磷反應的進行和熔池升溫，碳和磷也會出現(xiàn)選擇性氧化轉變，即在低于某一溫度時鐵液中的磷優(yōu)先氧化，反之碳優(yōu)先氧化，磷的氧化受到抑制。因此以轉爐吹煉前期熔池內碳磷選擇性氧化溫度作為一次倒渣操作的控制溫度。鋼鐵冶煉原理中理論計算表明碳、磷選擇性氧化溫度為1332 ℃[4]。李建新等[5]通過對雙渣法脫磷的理論計算分析，碳磷選擇性氧化溫度為1320 ℃。劉躍等[6]將一次倒爐排渣的鋼水(或半鋼)溫度控制在1380 ℃～1410 ℃，也得到了較高的脫磷率。另外，爐內半鋼溫度還要保證半鋼流動性和滿足渣料快速熔化的要求。半鋼溫度較低難以獲得堿度高、流動性好的均勻爐渣，溫度升高能夠降低爐渣黏度，加速石灰的熔解，從而有利于改善磷從金屬相向脫磷渣轉移的動力學條件。依據(jù)100 t復吹轉爐鐵水溫度、鋼鐵料結構和爐渣流動性等實際情況，將半鋼溫度控制在1380 ℃～1410 ℃。

3.4脫磷期供氧強度對脫磷率的影響

轉爐采用常規(guī)供氧強度時，冶煉前期吹煉至5 min熔池溫度可達1400 ℃以上[7]，超過碳、磷選擇氧化溫度，影響前期脫磷效果。一方面為了配合冶煉前期控制升溫速度和和促進快速化渣的脫磷工藝要求，采取適當降低供氧強度。另一方面降低供氧強度，減少前期脫碳率，控制爐渣適當泡沫化，既有利于前期快速倒渣又減少碳氧化渣中w(FeO)量，提高前期渣脫磷效果。根據(jù)100 t轉爐鐵水成分含量 及冶煉鋼種對碳、磷含量和溫度的要求，選擇其前期供氧強度為2.6 m3/(t·min)～2.8 m3/(t·min)。

圖5　半鋼溫度對脫磷率的影響

3.5底吹強度對脫磷率的影響

安鋼100 t復吹轉爐為底吹惰性氣體類型。冶煉時，為了延長前期吹煉時間，提高脫磷效率，適當降低了前期供氧強度。冶煉前期頂吹供氧強度的降低，影響熔池攪拌效果，為此應提高底吹供氣強度加強熔池攪拌,所以將轉爐脫磷期底吹供氣強度提高到0.05 m3/(t·min)～0.10 m3/(t·min)。

上述高碳潔凈鋼脫磷工藝參數(shù)的選擇，還應該考慮它們之間相互配合以及制約的關系。

4應用效果

按照上述的優(yōu)化工藝，進行了工業(yè)試驗，取得了較明顯的效果。脫磷渣堿度、前期脫磷時間、半鋼溫度、脫磷期供氧強度、底吹強度得到穩(wěn)定控制，實現(xiàn)了保碳脫磷。從2014年開始至今，安鋼100 t復吹轉爐采用該工藝冶煉高碳低磷鋼種比例已達70%以上。采集2015年冶煉SWRH82B鋼的150爐生產數(shù)據(jù)進行效果分析，其結果如表2所示。

表2　100 t復吹轉爐脫磷工藝應用效果

從表2可以看出，半鋼平均碳質量分數(shù)為3.19%，平均磷質量分數(shù)為0.032%，前期平均脫磷率為68.53%。在終點碳質量分數(shù)為0.57%的情況下，終點磷質量分數(shù)為0.012%。

5結論

1) 安鋼100 t復吹轉爐前期脫磷工藝參數(shù)為：脫磷渣爐渣堿度為2.0～2.3；前期脫磷時間為4 min～6 min；半鋼溫度為1380 ℃～1410 ℃；脫磷期供氧強度為2.6 m3/(t·min)～2.8 m3/(t·min)；底吹強度為0.05 m3/(t·min)～0.10 m3/(t·min)。

2) 工藝優(yōu)化后，前期半鋼磷質量分數(shù)平均為0.038%，脫磷率可以達68.53%。同原來的冶煉工藝相比較，終點碳質量分數(shù)由0.47%提高為0.62%，磷質量分數(shù)為0.015%降低為0.012%，點吹次數(shù)降低1.2次/爐。

6參考文獻

[1]石磊，李小明，洪軍，等.高碳硬線鋼中氮的產生原因及對策[C].本溪：中國金屬學會

[2 ]閆占輝，邢相棟，張建良，等.復吹轉爐脫磷預處理工業(yè)試驗[J].煉鋼，2014,30(2)：30-34.

[3] 武賀，李晶，周朝剛,等.120 t頂?shù)讖痛缔D爐雙渣脫磷一次倒渣的工藝實踐[J].特殊鋼，2013,34(6)：30-32.

[4]黃希祜.鋼鐵冶金原理[M].北京：北京工業(yè)出版社，2000:377-378.

[5] 李建新，郝旭東，仇圣桃，等.復吹轉爐多功能法脫磷工藝[J].北京科技大學學報，2009,31(8)：970.

[6] 劉躍，劉瀏，佟溥翹，等.優(yōu)質高碳鋼拉碳前期脫磷過程控制[J].煉鋼，2006,22(2)：27-29.

[7] 楊文遠，崔健，蔣曉放，等.大型轉爐吹煉過程中熔池溫度狀況的研究[C].北京：中國金屬學會,2003:254-257.

收稿日期：聯(lián)系人：宋萬平，高級工程師，河南.安陽(455004)，安陽鋼鐵股份有限公司第一煉軋廠；2015—7—10