70 t轉(zhuǎn)爐“留渣+雙渣”脫磷工藝研究與實(shí)踐

潘 軍，鄧南陽(yáng)，趙 濱，薛 順，趙 斌,楊 勇

(馬鋼股份公司長(zhǎng)材事業(yè)部 安徽馬鞍山 243000)

磷對(duì)絕大多數(shù)鋼種來(lái)說(shuō)均是有害元素，鋼中磷含量高時(shí)，會(huì)顯著降低鋼的韌性和塑性，產(chǎn)生脆性現(xiàn)象。單渣法作為轉(zhuǎn)爐脫磷傳統(tǒng)方法，因其存在大渣量、高堿度、高氧化性的弊端，不僅會(huì)造成金屬收得率低和原輔料消耗高，而且還會(huì)造成氧槍易粘鋼、吹煉易噴濺以及能量浪費(fèi)等問題[1]-[3]。為有效解決上述生產(chǎn)難題，國(guó)內(nèi)眾多鋼鐵企業(yè)對(duì)轉(zhuǎn)爐“留渣+雙渣”脫磷工藝進(jìn)行廣泛的研究與實(shí)踐，取得了一定的實(shí)際效果[4]-[8]。

為解決轉(zhuǎn)爐冶煉過程中原輔料和鋼鐵料消耗高、脫磷率不穩(wěn)定等問題，馬鋼長(zhǎng)材事業(yè)部通過對(duì)轉(zhuǎn)爐“留渣+雙渣”脫磷工藝進(jìn)行理論研究與生產(chǎn)實(shí)踐相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)爐低成本、高效率冶煉生產(chǎn)。

1 轉(zhuǎn)爐脫磷熱力學(xué)分析

轉(zhuǎn)爐脫磷反應(yīng)在主要在渣-金界面進(jìn)行，脫磷反應(yīng)及其平衡常數(shù)如式(1)、式(2)所示[9]：

2[P]+5(FeO)+3(CaO)=)(3CaO·P2O5)+5[Fe]

(1)

(2)

式(2)中，Lp為磷分配比，w(CaO)、w(T·Fe)分別表示爐渣(CaO)和全鐵含量，%。

由上式(2)可以看出，高堿度、高氧化性以及低溫度熱力學(xué)條件有利于提高磷的分配比。因此，轉(zhuǎn)爐“留渣+雙渣”脫磷工藝想要達(dá)到較好的脫磷效果，倒?fàn)t溫度、爐渣堿度以及渣中(FeO)含量是生產(chǎn)控制要點(diǎn)。

2 試驗(yàn)條件及控制工藝

2.1 試驗(yàn)條件

試驗(yàn)在馬鋼長(zhǎng)材事業(yè)部4 座70 t轉(zhuǎn)爐上進(jìn)行，吹煉氧槍為4孔噴頭，供氧強(qiáng)度為3.3 m3/(t·min)-3.6 m3/(t·min)。鐵水成分、溫度見表1，轉(zhuǎn)爐造渣主要原輔料技術(shù)指標(biāo)見表2。

表1 鐵水成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))及溫度

表2 轉(zhuǎn)爐主要造渣料技術(shù)指標(biāo)

2.2 冶煉控制工藝

轉(zhuǎn)爐“留渣+雙渣”脫磷工藝，為達(dá)到良好的脫磷效果，采用相對(duì)高的氧槍槍位點(diǎn)火，點(diǎn)火正常后，逐步降低氧槍槍位進(jìn)行快速脫硅脫錳；脫磷階段結(jié)束前，適當(dāng)提高氧槍槍位以增加渣中(FeO)含量，使?fàn)t渣具有一定的泡沫化程度，確保富磷渣能夠順利排出，脫磷階段供氧時(shí)間控制在2.5 min-3 min，倒渣時(shí)間1 min；倒渣結(jié)束后，進(jìn)入脫碳階段，造渣料和礦石分批加入，剩余造渣料在吹煉6 min前全部加入，剩余礦石根據(jù)熱平衡需要選擇性加入；吹煉末期，可適當(dāng)提高氧槍槍位，以促進(jìn)化渣，防止?fàn)t渣“返干”產(chǎn)生回磷；吹煉接近終點(diǎn)時(shí)，采用低槍位、大氧氣流量加強(qiáng)熔池?cái)嚢?，以促使鋼水成分和溫度更加均勻。圖1為轉(zhuǎn)爐“留渣+雙渣”脫磷工藝控制參數(shù)示意圖。

3 試驗(yàn)結(jié)果及討論

試驗(yàn)60余爐次，測(cè)定“留渣+雙渣”脫磷工藝不同階段鐵水和鋼水溫度，以及鋼水和爐渣成分進(jìn)行檢驗(yàn)分析，以研究倒?fàn)t溫度、爐渣堿度以及渣中(FeO)含量生產(chǎn)工藝控制要點(diǎn)與脫磷率的影響關(guān)系。

圖1 轉(zhuǎn)爐“留渣+雙渣”冶煉工藝控制參數(shù)示意圖

3.1 一倒控制對(duì)脫磷率的影響

試驗(yàn)鐵水成分及溫度、半鋼成分和溫度、半鋼爐渣成分見表3、表4和表5。一倒生產(chǎn)工藝控制要點(diǎn)與脫磷率的關(guān)系，如圖2所示。

表3 試驗(yàn)爐次鐵水成分及溫度

表4 試驗(yàn)爐次半鋼成分及溫度

表5 試驗(yàn)爐次一倒渣樣成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，%

圖2 一倒生產(chǎn)工藝控制要點(diǎn)對(duì)脫磷率的影響

由表3、表4及表5數(shù)據(jù)分析可知，馬鋼長(zhǎng)材事業(yè)部70 t轉(zhuǎn)爐“留渣+雙渣”脫磷工藝，脫磷階段平均脫磷率為45.57%。

由圖2(a)可以看出，當(dāng)?shù)範(fàn)t溫度T<1420 ℃時(shí)，脫磷率與倒?fàn)t溫度呈正比關(guān)系，當(dāng)?shù)範(fàn)t溫度T>1420℃時(shí)，脫磷率與倒?fàn)t溫度成反比關(guān)系。因此，一倒倒?fàn)t溫度控制在1380℃-1450℃范圍，脫磷率較高，脫磷效果相對(duì)較好。由圖2(b)可以看出，脫磷率隨爐渣堿度的變化有著明顯的變化。當(dāng)一倒?fàn)t渣堿度R<1.8時(shí)，隨著堿度的增加，脫磷率呈明顯上升趨勢(shì)，但當(dāng)爐渣堿度R>1.8 時(shí)，隨堿度的增加，脫磷率反而開始逐漸下降。因此，一倒?fàn)t渣堿度控制在1.3-1.8較為合理。由圖2(c)可以看出，當(dāng)爐渣w(FeO)<20%時(shí)，脫磷率與渣中(FeO)含量呈正比關(guān)系，但當(dāng)爐渣w(FeO)>20%時(shí)，脫磷率隨爐渣中(FeO)含量的增加反而逐漸降低。從試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，當(dāng)爐渣w(FeO)控制在15%左右時(shí)，已達(dá)到較高的脫磷率。因此，倒?fàn)t渣中(FeO)含量應(yīng)控制在15%-20%為宜。

3.2 終點(diǎn)控制對(duì)脫磷率的影響

試驗(yàn)相對(duì)應(yīng)爐次終點(diǎn)鋼水的成分及溫度、終渣成分，分別見表6和表7。終點(diǎn)生產(chǎn)工藝控制要點(diǎn)與脫磷率的關(guān)系，如圖3所示。

表6 試驗(yàn)爐次終點(diǎn)鋼水成分及溫度

表7 試驗(yàn)爐次終渣成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，%

由表6及表7數(shù)據(jù)分析可知，馬鋼長(zhǎng)材事業(yè)部70 t轉(zhuǎn)爐“留渣+雙渣”脫磷工藝，脫碳階段平均脫磷率為86.51%。

由圖3(a)可以看出，脫磷率與出鋼溫度呈反比關(guān)系。這是由于脫磷反應(yīng)是放熱反應(yīng)，出鋼溫度高，磷在渣-鋼間分配比降低，脫磷率降低。從試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，當(dāng)出鋼溫度控制≤1650℃時(shí)，已取得較好脫磷效果，脫磷率可達(dá)80%以上。由圖3(b)可以看出，脫磷率與終渣堿度呈正比關(guān)系。當(dāng)終渣堿度R>3.5時(shí)，脫磷率可以達(dá)到70%，且隨著堿度進(jìn)一步增加，脫磷率基本可以穩(wěn)定在80%以上。因此，終渣堿度可控制在3.5-4.0范圍。由圖3(c)可以看出，當(dāng)終渣w(FeO)<25%時(shí)，脫磷率隨終渣w(FeO)增加而升高；當(dāng)終渣w(FeO)>25%時(shí)，脫磷率有下降趨勢(shì)。因此，終渣(FeO)含量應(yīng)控制在18%-25%為宜。

4 應(yīng)用效果分析

表8為馬鋼長(zhǎng)材事業(yè)部傳統(tǒng)單渣法和“留渣+雙渣”法兩種脫磷工藝的冶煉技術(shù)指標(biāo)對(duì)比。

圖3 終點(diǎn)生產(chǎn)工藝控制要點(diǎn)對(duì)脫磷率的影響

表8 傳統(tǒng)單渣法和“留渣+雙渣”脫磷工藝技術(shù)指標(biāo)對(duì)比

由表8可以看出，馬鋼長(zhǎng)材事業(yè)部70 t轉(zhuǎn)爐采用“留渣+雙渣”脫磷工藝后，與單渣法相比，平均石灰消耗降低21.89kg/t，平均金屬收得率提高1.47%，平均鋼鐵料消耗下降4.39 kg/t，同時(shí)，轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)平均磷含量可穩(wěn)定控制在0.012%水平。

5 結(jié)論

由脫磷熱力學(xué)分析可知，倒?fàn)t溫度、爐渣堿度以及渣中(FeO)含量熱力學(xué)條件是影響脫磷效果的主要因素。

脫磷階段倒?fàn)t溫度控制在1380℃-1450℃，爐渣堿度控制在1.3-1.8，渣中(FeO)含量控制在15%-25%，可以獲得較高的脫磷效果，平均脫磷率為45.57%。

脫碳階段爐渣堿度控制在3.5-4.0，渣中(FeO)含量控制在18%-25%，終點(diǎn)溫度控制≤1650℃，轉(zhuǎn)爐平均脫磷率為86.51%。

轉(zhuǎn)爐“留渣+雙渣”脫磷工藝可滿足現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)對(duì)脫磷率的要求，轉(zhuǎn)爐平均脫磷率達(dá)到92.41%。與傳統(tǒng)單渣法相比，石灰消耗平均降低21.89 kg/t，鋼鐵料消耗平均下降4.39 kg/t，取得了良好的環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益。