转炉少渣低温高效冶炼工艺“半钢”磷的控制

史湘东1,王杰2,徐兆国1,杨秀芬1（1.天津铁厂，热轧公司，邯郸，056404；2.天津铁厂，...

摘    要：本文结合天铁热轧板有限公司采用 180t 转炉实际生产数据，热轧板公司采用特有的少渣冶炼生产工艺，主要针对半钢脱磷的控制进行了研究。试验炉次前期脱磷率平均 56.25%，前期脱碳率 31.01%，得出：弱顶吹供氧与强底吹供气强度的顶底复合吹炼模式有利于前期的脱磷保碳， 冶炼前期温度 1350~1400℃、炉渣碱度 1.5~2.0 的条件有利于铁水磷的脱除，渣中(FeO)含量的提高有利于前期化渣也有利于铁水磷的脱除。

关键词：少渣冶炼；低温；碱度；脱磷；

前言

我国钢铁工业发展到今天，产能过剩、资源紧缺、环境压力过大等问题突出，整个行业面临着低利润甚至亏损的严峻挑战。天铁热轧板有限公司基于高效率、低成本、高质量、稳定批量生产满足客户对高性能钢材需求这一理念，采用了铁水脱硫→转炉半钢脱磷→转炉造渣脱碳→精炼→铸机生产工艺。在转炉工序，通过加强半钢操作控制，将前期脱磷渣倒出，降低脱碳期磷负荷，实现脱碳期少渣冶炼。通过一段时间的试验，各项技术指标得到了大幅度优化，为新钢种冶炼打下了坚实的一步。

1 半钢脱磷理论基础

在炼钢过程中，有 2 个脱磷时机可供选择：一是温度较低的冶炼前期，一是传统转炉炼钢过程的冶炼后期[1]。前期脱磷就是利用冶炼前期（＜6min）的低温热力学条件，采用顶枪与转炉底吹的合理配合，实现快速化渣脱磷。

转炉吹炼前期，熔池温度偏低（＜1400℃），此时[Si]和[Mn]的氧位最低，即与氧的结合能力最强，首先被氧化进入渣中，随着[Si]和[Mn]质量分数的降低，铁水的温度逐渐升高，此时各元素的平衡氧位也相应升高，铁液中出现[P]和[C]的选择性氧化问题。已知，降低熔池温度，保持适当高的碱度和(FeO)含量条件下有利于实现脱磷保碳[2]。在冶炼过程中，通过适当添加废钢、造渣剂与枪位控制等可以将炼钢温度控制在合适温度范围，并且造适度碱性渣和保持适量的(FeO)含量，可将脱磷炉内的磷含量降低到较低水平，同时也满足了脱磷保碳的要求

2 半钢磷控制方案

2.1 半钢炉渣控制：

前期温度较低，化渣困难，去磷主要靠炉内氧化性气氛，生成大量的 P2O5，在 P2O5 没有完全被固化时倒出炉外，起到脱磷目的。因此，炉渣碱度控制不宜高，这样既能保证炉渣化透，又能保证 P2O5 脱除。

渣料控制的另一个主要作用是保证半钢温度达到要求，[P]和[C]发生选择性氧化的转折温度在1350℃~1400℃范围，为了保证化渣良好，实际操作中半钢温度控制在：1340~1380℃。

2.2 半钢冶炼供氧控制

为了在冶炼前期保证硅锰氧化的同时促进前期化渣、造优质泡沫渣、控制合理炉温；冶炼前期采用顶吹弱供氧模式。为维持活跃度较高的泡沫渣，采取“滑枪”操作，维持泡沫渣至倒炉倒渣。

2.3 底吹气体控制

高底吹强度是提高脱磷效率的有效途径[3]。因前期氧流量偏低，熔池搅拌动力主要由底吹提供，脱磷过程采用顶吹弱供氧与底吹高供气强度的顶底复合冶炼模式。

3 试验条件与结果

天铁热轧有 180t 顶底复吹转炉两座，顶吹氧枪为 5 孔拉瓦尔式，氧枪流量 32000~38000Nm³/h，底吹供气元件为 8 孔透气砖式，底吹流量 240~600Nm³/h。试验工艺流程为：溅渣护炉→转炉兑铁水、废钢→转炉前期脱磷冶炼→前期渣排出→转炉后期脱碳冶炼。试验钢种主要为 Q235B 与 Q345B。

试验炉次冶炼效果如图2所示。铁水磷平均0.16%的条件下，前期脱磷量平均0.09%，脱磷率平均56.25%，在低温的转炉冶炼前期实现将超过一半的铁水磷脱除到转炉渣中；冶炼前期顶吹弱供氧制度下，铁水碳平均 4.45%的条件下，在前期吹氧结束时半钢碳平均保持在 3.07%，前期脱碳率 31.01%，实现了脱磷保碳的效果。



图 2 给出了取得图 1 所示冶金效果的试验炉次的渣料消耗。过程石灰与白云石的消耗量都明显降低，其中石灰降低幅度＞30%，至 22.5kg/t；白云石降低幅度＞40%，至 17.0kg/t。据试验炉次的渣量称量统计，试验炉次的渣量平均降低幅度在 20%以上。



4 前期脱磷影响因素分析

4.1 温度对于脱磷效果影响

根据试验炉次，半钢磷随半钢温度温度升高呈现先降低后增加的趋势，表明温度对脱磷的影响起着双向作用，并不是温度越低越好。一方面，脱磷是放热反应，高温不利于脱磷；另一方面，铁水温度升高，可以促进石灰熔化，快速提高熔渣碱度，优化熔渣的流动性，能加强渣-钢界面的反应速率，促进磷的脱除；由图 3 可以看出，当铁水温度在 1350℃~1400℃温度范围内时，试验炉次半钢磷含量最低，脱磷效果最好。



4.2 渣碱度对脱磷的影响

根据试验炉次，半钢磷随熔渣碱度提高同样呈现先降低后增加的趋势，表明碱度对脱磷的影响也起着双向作用。一方面熔渣碱度高，表明炉渣中的 CaO 含量高，生成的磷酸钙在炼钢温度下将铁水磷稳定的脱除到熔渣中；另一方面，CaO 含量过多，不能完全融化的 CaO 以粒子存在渣中，使炉渣的粘度增加，流动性变差，影响脱磷反应在钢液与炉渣间的界面进行，降低脱磷效果。因此脱碳炉的白灰消耗控制在合理范围内有利于脱磷，未必是大量白灰取得较好的脱磷效果。由图 4 可以看出，试验炉次钢渣的碱度控制在1.5~2.0 时，脱磷效果最好。



4.3 渣中(FeO)含量对脱磷的影响

根据试验炉次，随着渣中(FeO)含量的增加，半钢磷含量成下降趋势。这主要是因为试验铁水温度较低，平均低于 1250℃，这种铁水温度下渣料的熔化在低供氧强度条件下很大程度上借助含铁物料的添加，大量含铁物料的添加导致渣中(FeO)含量的提高，(FeO)含量提高对半钢磷的影响更多的体现在对化渣的影响。



5.结论

天铁热轧板有限公司采用“少渣冶炼”冶炼工艺流程，通过各个工艺环节上原料、工艺及操作的严格要求，能够稳定的生产出低磷钢水。

① 试验过程采用的弱顶吹供氧与强底吹供气强度的顶底复合吹炼模式有利于冶炼前期的脱磷保碳，是否和前期去磷的吹炼工艺。

② 过程石灰、白云石消耗分别降低 30%、20%以上的条件下，试验炉次前期脱磷率平均 56.25%，终点脱磷率＞90%；

③ 根据试验炉次，冶炼前期碱度 1.5~2.0，熔池温度 1350~1400℃更有利于铁水磷的脱除；炉渣氧化性的提高都有利于促进化渣与磷的脱除；

参考文献

[1]曾加庆, 潘贻芳, 王立平，等. 对复吹转炉低成本、高效化生产洁净钢水理论与实践的再认识[J]. 钢铁, 2014, 49(10):1-6.

[2]黄希祜. 钢铁冶金原理[M]. 第三版. 北京:冶金工业出版社, 2010.

[3]徐匡迪, 肖丽俊. 转炉铁水预处理脱磷的基础理论分析 [J]. 上海大学学报(自然科学版) , 2011, 17(4): 331-335.

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