超低磷工業(yè)純鐵生產(chǎn)實(shí)踐

陳澤民，李 青，張錦文

（山西太鋼不銹鋼股份有限公司技術(shù)中心，山西 太原 030003）

0 引言

磷在大多數(shù)合金鋼中是有害元素，磷具有強(qiáng)烈的固溶強(qiáng)化作用，使鋼的強(qiáng)度[1]、硬度增加，塑性、韌性顯著降低。磷使鋼的韌性轉(zhuǎn)變溫度升高，磷在結(jié)晶過程中晶內(nèi)偏析嚴(yán)重，熱軋后出現(xiàn)帶狀組織而影響鋼材性能。工業(yè)純鐵[2]作為原料用于粉末冶金、高溫合金、非晶和超低磷不銹鋼等領(lǐng)域，下游行業(yè)對純鐵磷含量有嚴(yán)格要求。常規(guī)工藝冶煉純鐵，轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)可以達(dá)到0.010%以下。為進(jìn)一步降低純鐵磷含量，通常采用“三脫”工藝將鐵水磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)處理至0.020%，或者采用轉(zhuǎn)爐“雙聯(lián)[3]”工藝，達(dá)到降低轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)磷含量的目的。本文通過采用轉(zhuǎn)爐“雙渣”操作，結(jié)合轉(zhuǎn)爐爐后脫磷工藝，在超低磷工業(yè)純鐵生產(chǎn)中取得了良好的效果。

1 太鋼工業(yè)純鐵磷含量控制現(xiàn)狀

連續(xù)統(tǒng)計(jì)太鋼煉鋼廠生產(chǎn)的5 個常見純鐵品種，共計(jì)435 爐鋼的成品磷含量數(shù)據(jù)，磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.004 6%～0.011%之間波動，分鋼種平均磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制水平在0.005 5%～0.006 1%之間，如圖1 所示。常規(guī)冶煉方法很難將成品磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在0.003%以下。

圖1 工業(yè)純鐵分鋼種磷含量控制水平

2 脫磷熱力學(xué)分析

以石灰脫磷，脫磷產(chǎn)物為4CaO·P2O5為例，反應(yīng)式如下：

脫磷反應(yīng)為放熱反應(yīng)，低溫有利于脫磷。同時，爐渣堿度越高，脫磷能力越強(qiáng)。渣中FeO 含量對脫磷有重要作用，F(xiàn)eO 含量越高，越有利于脫磷。

3 工業(yè)試驗(yàn)方案

3.1 工藝路線設(shè)計(jì)

為解決磷含量偏高的問題，采用“轉(zhuǎn)爐煉鋼→爐后造渣脫磷→RH 真空處理→連鑄”工藝生產(chǎn)工業(yè)純鐵。

3.2 工藝條件

1）轉(zhuǎn)爐出鋼溫度≥1 720 ℃，轉(zhuǎn)爐下渣量≤15 kg/t 鋼。

2）鐵水條件如表1 所示。

表1 鐵水條件

3.3 工藝措施

1）轉(zhuǎn)爐采用“雙渣”操作，即吹氧5～8 min 左右，硅、錳氧化結(jié)束，碳氧激烈氧化前，進(jìn)行一次倒渣操作。倒渣結(jié)束后，爐內(nèi)渣量不大于倒渣前爐渣總量的50%。

2）為提高造渣效果，造渣料分兩批加入。第一批料在兌鐵前加入轉(zhuǎn)爐內(nèi)，包括30～40 kg/t CaO、20～30 kg/t 輕燒、6～7 kg/t 紅泥球和1.2～2.0 kg/t 螢石。第二批料在第一次倒渣后，吹煉開始時加入。

3）控制好吹煉前期氧槍槍位，確保化渣效果。以80 t 轉(zhuǎn)爐為例，槍位根據(jù)化渣效果控制在1.6～1.8 m之間。

4）轉(zhuǎn)爐出鋼前鋼包內(nèi)加入以下渣料：300 kg 紅泥球、100 kg 螢石和400 kg 石灰。

5）轉(zhuǎn)爐出鋼過程打開鋼包底吹氬，出鋼結(jié)束后繼續(xù)吹氬攪拌5～8 min，吹氬強(qiáng)度控制在300～360 m3/min水平。

6）吹氬攪拌結(jié)束后，扒渣去除鋼包內(nèi)爐渣，扒渣后殘余渣量不大于總渣量的30%。

4 試驗(yàn)結(jié)果及分析

生產(chǎn)期間，選取工業(yè)純鐵其中的一個牌號（代號5）開展了2 爐試驗(yàn)，成品磷含量控制水平如表2 所示。

表2 成品磷含量

4.1 轉(zhuǎn)爐脫磷過程分析

試驗(yàn)爐次鐵水磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.048%、0.050%，如表3 所示。轉(zhuǎn)爐吹煉前期加料情況及氧槍槍位控制情況如表4 所示。轉(zhuǎn)爐吹煉前，爐內(nèi)提前加入造渣料，同時使用螢石助熔化渣，提高了化渣效果。合適的氧槍槍位，保證了吹煉前期快速化渣，不噴濺、不返干。轉(zhuǎn)爐吹煉6 min 后，搖爐倒渣。之后，根據(jù)爐內(nèi)測溫情況，加入適量造渣材料繼續(xù)吹煉，直至溫度、成分符合要求后出鋼。試驗(yàn)爐次轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別達(dá)到0.004 8%、0.003 5%，脫磷率分別達(dá)到90%、93%，比同期脫磷率高2%～5%，如圖2 所示。

表3 試驗(yàn)用鐵水參數(shù)

表4 轉(zhuǎn)爐吹煉前期主要參數(shù)

圖2 工業(yè)純鐵轉(zhuǎn)爐工序脫磷率比較

4.2 鋼包爐脫磷分析

鋼包爐脫磷過程料渣加入量等參數(shù)如表5 所示。轉(zhuǎn)爐渣中氧化鐵含量較高，利用原始轉(zhuǎn)爐渣，配加紅泥球，使渣中具有較高的FeO 含量。同時，加入適量石灰，提高爐渣堿度，螢石作為助溶劑，有利于化渣并提高爐渣流動性。高氧化性、高堿度爐渣為脫磷提供了良好的熱力學(xué)條件。鋼包底吹氬，為鋼包爐脫磷提供了良好的動力學(xué)條件，促使鋼渣反映快速進(jìn)行。試驗(yàn)爐次，脫磷前后磷含量如圖3 所示，鋼包爐內(nèi)脫磷率分別達(dá)到47.9%、34.3%，且初始磷含量越高，脫磷率越高。

表5 鋼包爐脫磷過程參數(shù)

圖3 脫磷前后工業(yè)純鐵磷含量

4.3 爐渣控制水平分析

表6 中，爐序號1 和2 在轉(zhuǎn)爐采用了“雙渣”工藝，渣中w（P2O5）較低。由此可見，通過轉(zhuǎn)爐“雙渣”操作，有效降低了渣中P2O5的含量，有利于脫磷反應(yīng)。同時，試驗(yàn)爐次鋼包爐脫磷結(jié)束后，渣中w（FeO）＞30%，相比未進(jìn)行鋼包爐脫磷的對比爐次，氧化性更強(qiáng)，堿度R 值更高，強(qiáng)氧化性和高堿度有利于鋼包內(nèi)脫磷。

5 結(jié)論

1）通過轉(zhuǎn)爐“雙渣”操作有效降低了渣中P2O5的含量，有利于脫磷反應(yīng)。轉(zhuǎn)爐采用“雙渣”操作，轉(zhuǎn)爐脫磷率可以達(dá)到90%以上，比常規(guī)工藝脫磷率提高2%～5%，轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)w（P）在0.005%以內(nèi)。

2）采用鋼包爐脫磷，高氧化性、高堿度爐渣為脫磷提供了良好的熱力學(xué)條件。鋼包爐脫磷結(jié)束后，渣中w（FeO）＞30%。相比常規(guī)工藝，爐渣氧化性更強(qiáng)，堿度更高。

3）鋼包爐脫磷率可以達(dá)到34%以上，且初始磷含量較高時，脫磷效果更好。

4）采用轉(zhuǎn)爐“雙渣”與鋼包爐脫磷相結(jié)合的工藝，可以生產(chǎn)成品w（P）在0.003%以內(nèi)的工業(yè)純鐵。