120 t轉(zhuǎn)爐高效脫磷生產(chǎn)實(shí)踐

鐘國(guó)慶，李維

（天津鋼鐵集團(tuán)有限公司技術(shù)中心，天津300301）

120 t轉(zhuǎn)爐高效脫磷生產(chǎn)實(shí)踐

鐘國(guó)慶，李維

（天津鋼鐵集團(tuán)有限公司技術(shù)中心，天津300301）

為實(shí)現(xiàn)低磷鋼批量生產(chǎn)，通過(guò)控制冶煉過(guò)程工藝參數(shù)并采取雙渣法脫磷，使倒渣溫度控制在1 350～1 400℃；冶煉時(shí)間控制在＜350 s；爐渣堿度控制在1.7～2.0，使前期脫磷率控制在70%以上。轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)平均出鋼P(yáng)含量由0.012%降低至0.009%，出鋼溫度由1 642℃提升至1 649℃，取得了良好的脫磷效果。

轉(zhuǎn)爐；雙渣；脫磷

1　引言

隨著鋼鐵行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，鋼鐵產(chǎn)能嚴(yán)重過(guò)剩、產(chǎn)品價(jià)格長(zhǎng)期處在低位，而與此同時(shí)，礦石價(jià)格下跌幅度較小，造成鋼鐵企業(yè)的盈利空間越來(lái)越小，甚至許多鋼鐵企業(yè)出現(xiàn)虧損，迫使鋼鐵企業(yè)向壓縮生產(chǎn)成本方向進(jìn)行研究。

采用低品位礦進(jìn)行冶煉能有效地降低生產(chǎn)成本，但也給生產(chǎn)帶來(lái)一定的難度，主要問(wèn)題集中在鐵水P含量上。鐵水P含量過(guò)高，給轉(zhuǎn)爐脫磷造成很大影響。天津鋼鐵集團(tuán)有限公司（以下簡(jiǎn)稱天鋼）在使用小品位礦石煉鐵時(shí)，鐵水P含量在0.17%～0.22%之間，而大多數(shù)冶煉品種要求轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)P＜0.015%，有些品種要求轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)P＜0.010%，采用常規(guī)的單渣法脫磷不能滿足品種鋼對(duì)P含量的要求。有學(xué)者［1-4］指出鐵水預(yù)脫磷和轉(zhuǎn)爐雙聯(lián)法煉鋼能有效解決鐵水P高造成的冶煉問(wèn)題，為此，天鋼在采用低品位礦煉鐵降低生產(chǎn)成本的基礎(chǔ)上，改造轉(zhuǎn)爐底吹供氣條件并采取雙渣法脫磷，實(shí)現(xiàn)了良好的脫磷效果。

2　理論研究

在煉鋼的造渣制度下，F(xiàn)eO和CaO是生產(chǎn)穩(wěn)定磷酸鹽的最主要氧化物。氧化鐵的脫磷反應(yīng)為：

磷酸鐵只能在較低的溫度（1 400～1500℃）下才能穩(wěn)定存在。在溫度較高、熔渣堿度較高時(shí)，3FeO·P2O5可變?yōu)榉€(wěn)定的3CaO·P2O5或4CaO· P2O5。所以脫磷主要是依靠磷酸鈣的形成，其主要反應(yīng)方程為：

由于脫磷是放熱反應(yīng)，低溫對(duì)脫磷有利，提高熔池溫度，會(huì)使磷的分配比降低，對(duì)磷從金屬向爐渣的轉(zhuǎn)移不利。但溫度升高又可以降低爐渣粘度，加速石灰的溶解，從而有利于磷從金屬向爐渣轉(zhuǎn)移。為使反應(yīng)快速進(jìn)行，需要有較好的底吹效果對(duì)熔池進(jìn)行攪拌，提供良好的脫磷動(dòng)力學(xué)條件［5］。理論研究表明，在一定條件下，最有效的脫磷有一個(gè)最佳溫度范圍。

另外，為保證冶煉后期具有合適的出鋼溫度，前期倒渣時(shí)鐵水中碳不能被大量氧化。轉(zhuǎn)爐內(nèi)脫磷反應(yīng)是與碳的氧化反應(yīng)同時(shí)進(jìn)行的，氧流與熔池接觸的火點(diǎn)區(qū)溫度很高（至少高于2 000℃）。因此，在開(kāi)吹的初期，石灰就開(kāi)始熔化，形成含氧化鐵、具有高反應(yīng)能力的爐渣。轉(zhuǎn)爐中P的渣化從吹煉初期就已經(jīng)開(kāi)始。當(dāng)熔池含碳量還很高時(shí)，含磷量就已逐漸降低了。轉(zhuǎn)爐中C和P濃度隨冶煉時(shí)間的變化如圖1所示。

圖1　轉(zhuǎn)爐冶煉過(guò)程C、P含量的變化

綜上，為達(dá)到良好的前期脫磷效果，需控制好前期冶煉工藝的倒渣溫度、爐渣堿度和吹煉時(shí)間。

3　工藝試驗(yàn)及分析

3.1底吹供氣條件

天鋼配有3座120 t頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐，原底吹透氣元件采用毛細(xì)管式透氣元件，容易堵塞，不能為脫磷反應(yīng)提供良好的動(dòng)力學(xué)條件。為保證底吹元件良好的透氣效果，將底吹元件更換為環(huán)縫式透氣元件，底吹供氣強(qiáng)度上限≥0.25 Nm3/min·t，能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定的大流量供氣，而且不容易堵塞，滿足了脫磷良好的供氣條件。

3.2轉(zhuǎn)爐前期的脫磷關(guān)鍵影響因素試驗(yàn)

理論基礎(chǔ)研究提供了指導(dǎo)方向，在實(shí)際的轉(zhuǎn)爐冶煉生產(chǎn)中，重點(diǎn)對(duì)轉(zhuǎn)爐冶煉前期（脫磷期）的倒渣熔池溫度、爐渣堿度和吹煉時(shí)間3個(gè)關(guān)鍵因素對(duì)脫磷率的影響進(jìn)行試驗(yàn)分析。首批生產(chǎn)中采集得到58爐數(shù)據(jù)，對(duì)58爐數(shù)據(jù)的溫度、堿度和冶煉時(shí)間的影響進(jìn)行分析。

3.2.1倒渣熔池溫度

圖2　熔池溫度對(duì)脫磷率影響

圖2給出了熔池溫度對(duì)脫磷率的影響。從圖2中可以看出，轉(zhuǎn)爐冶煉前期脫磷率總體趨勢(shì)隨熔池溫度的升高而降低，但并沒(méi)有呈現(xiàn)較好的線性關(guān)系，原因是受到其它條件的影響。當(dāng)?shù)乖鼤r(shí)熔池溫度＜1 400℃時(shí)，約60%的爐次脫磷率＞60%；當(dāng)溫度＞1 400℃時(shí)，只有約37%的爐次脫磷率＞60%。因此，倒渣溫度控制在1 350～1 400℃。

3.2.2爐渣堿度

圖3為爐渣堿度對(duì)脫磷率影響。由圖3可以看出，前期爐渣堿度較大或較小時(shí)都不利于高效脫磷，合適的爐渣堿度在1.7～2.0。因此，爐渣堿度應(yīng)控制在1.7～2.0。

圖3　爐渣堿度對(duì)脫磷率影響

3.2.3冶煉時(shí)間

圖4給出了轉(zhuǎn)爐冶煉時(shí)間對(duì)脫磷率影響。圖4可以看出，當(dāng)冶煉時(shí)間＜350 s時(shí)，隨冶煉時(shí)間的延長(zhǎng)，脫磷率不斷提高；當(dāng)冶煉時(shí)間＞350 s時(shí)，隨著冶煉時(shí)間的延長(zhǎng)，脫磷率沒(méi)有呈現(xiàn)增長(zhǎng)跡象，反而有較小幅度下降趨勢(shì)。因此，轉(zhuǎn)爐冶煉時(shí)間應(yīng)控制在＜350 s。

3.3轉(zhuǎn)爐前期的脫磷試驗(yàn)效果分析

圖4　冶煉時(shí)間對(duì)脫磷率影響

綜合上述分析，為保證較好的脫磷率，轉(zhuǎn)爐關(guān)鍵工藝控制點(diǎn)為：倒渣溫度控制在1 350～1 400℃；冶煉時(shí)間控制在＜350 s；爐渣堿度控制在1.7～2.0。在實(shí)際生產(chǎn)中，在鐵水情況基本一致情況下，再進(jìn)行50爐試驗(yàn)，轉(zhuǎn)爐脫磷工藝操作按照該工藝參數(shù)進(jìn)行控制，并忽略鐵水差異帶來(lái)的影響。

圖5為50爐綜合試驗(yàn)的脫磷率。從圖5中數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)冶煉條件符合關(guān)鍵工藝控制點(diǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)爐前期的脫磷率基本穩(wěn)定在70%～80%，平均值74.86%，實(shí)現(xiàn)了脫磷率＞70%的預(yù)期目標(biāo)，最大脫磷率接近90%，僅有2爐前期脫磷率＜60%。

圖5　綜合試驗(yàn)爐次的脫磷率

3.4轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)控制情況分析

首批試驗(yàn)的58爐轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)控制平均C含量為0.12%，平均P含量為0.012%，出鋼溫度平均值1 642℃。綜合試驗(yàn)的50爐轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)控制平均C含量為0.14%，平均P含量為0.009%，出鋼溫度平均值1 649℃。

將工藝優(yōu)化后轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)控制情況與首批試驗(yàn)情況進(jìn)行比較，驗(yàn)證工藝優(yōu)化效果。轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)平均出鋼C含量提高，由0.12%提升至0.14%，有利于降低鋼水中的溶解氧；轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)P含量降低，由0.012%降低至0.009%，有效提高了脫磷效果，保證了品種鋼的生產(chǎn)；出鋼溫度有所提高，由1 642℃提升至1 649℃，為后續(xù)工序奠定了基礎(chǔ)。

4　后續(xù)改進(jìn)方向

雖然天鋼在轉(zhuǎn)爐煉鋼過(guò)程中取得了較好的前期脫磷控制效果，但在冶煉過(guò)程中仍存在待改進(jìn)之處，主要有以下兩方面：

4.1前期渣倒出率低

前期渣倒出率低，一般只能倒出一半左右。其原因是前期渣泡沫性較強(qiáng)，前期渣主要是以CaOSiO2-FeO為主。圖6是一定溫度條件下CaO-SiO2-FeO三元系爐渣與鐵水界面張力隨爐渣中FeO含量的變化規(guī)律。從圖6可以看出，在冶煉前期所期望控制的準(zhǔn)三元爐渣成分約在圓圈區(qū)域。在該區(qū)域中，爐渣等粘度線很密集，說(shuō)明是爐渣粘度變化比較敏感的區(qū)域；準(zhǔn)三元爐渣與鐵水之間的界面張力隨著渣中FeO濃度變化也處于比較敏感區(qū)域。上述現(xiàn)象說(shuō)明，在新工藝過(guò)程中，冶煉前期爐渣正好處于粘度和界面張力這兩個(gè)參數(shù)變化比較頻繁的階段，可能出現(xiàn)多種不同組合形態(tài)，爐渣泡沫化現(xiàn)象不可避免，這是新工藝所希望得到的控制窗口參數(shù)決定的。

圖6　1 400℃時(shí)CaO-FeO-SiO2三元系爐渣等粘度

4.2采用雙渣法冶煉倒渣后易出現(xiàn)“返干”現(xiàn)象

造成“返干”原因有多種，主要是因?yàn)樵贑-O大量反應(yīng)過(guò)程中爐渣中FeO較少。在倒前期渣過(guò)程中渣中大量FeO被倒出，而在后面的冶煉過(guò)程中沒(méi)有及時(shí)生成足夠FeO。C-O大量反應(yīng)發(fā)生的溫度在1 400～1 450℃，因此倒渣后很容易產(chǎn)生FeO不足現(xiàn)象。

5　總結(jié)

天鋼使用雙渣法冶煉高P鋼水，通過(guò)控制冶煉過(guò)程工藝參數(shù)，使倒渣溫度控制在1 350～1 400℃；冶煉時(shí)間控制在＜350 s；爐渣堿度控制在1.7～2.0，使前期脫磷率控制在70%以上。

工藝優(yōu)化后轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)平均出鋼P(yáng)含量由0.012%降低至0.009%，出鋼溫度由1 642℃提升至1 649℃。

在冶煉過(guò)程中存在待改進(jìn)的方面。前期渣泡沫性強(qiáng)倒出率低和倒渣后容易出現(xiàn)“返干”現(xiàn)象需進(jìn)一步研究攻關(guān)。

［1］朱英雄，鐘良才，蕭中敏.復(fù)吹轉(zhuǎn)爐深脫磷技術(shù)在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用與進(jìn)展［J］.煉鋼，2013，29（4）：1-6.

［2］呂銘，胡濱，王學(xué)新，等.雙聯(lián)煉鋼法的研究與實(shí)踐［J］.煉鋼，2010，26（3）：8-11.

［3］潘秀蘭，王艷紅，梁慧智，等.轉(zhuǎn)爐雙聯(lián)法煉鋼工藝的新進(jìn)展［J］.鞍鋼技術(shù)，2007（5）：5-10.

［4］李峻，曾加慶，高建軍，等.低堿度渣鐵水預(yù)處理脫磷研究［J］.鋼鐵，2006，41（8）：28-33.

［5］黃?？?鋼鐵冶金原理［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，1990：194.

Production Practice of High Efficient Dephosphorization at 120 t Converter

ZHONG Guo-qing and LIWei
（Technology Center of Tianjin Iron and Steel Group Co.，Ltd.，Tianjin 300301，China）

In order to realize the scale production of low phosphorous steel，process parameters formelting process were controlled and double slag method dephosphorization was adopted to bring deslagging temperature within 1 350～1 400℃，smelting time＜350 s，slag basicity within 1.7～2.0 and dephosphorization rate at early stage over 70%.Average tapping phosphorous content at converter endpointwas reduced from 0.012%to 0.009%and tapping temperature increased from 1 642℃to 1 649℃.Good dephosphorization effectwas achieved.

converter；double slag；dephosphorization

10.3969/j.issn.1006-110X.2016.04.005

2016-03-07

2016-04-07

鐘國(guó)慶（1983—），男，河北邢臺(tái)人，工程師，主要從事煉鋼方面的研究工作。