鐘國慶，李維

（天津鋼鐵集團有限公司技術中心，天津300301）

120 t轉爐高效脫磷生產實踐

鐘國慶，李維

（天津鋼鐵集團有限公司技術中心，天津300301）

為實現低磷鋼批量生產，通過控制冶煉過程工藝參數并采取雙渣法脫磷，使倒渣溫度控制在1 350～1 400℃；冶煉時間控制在＜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。轉爐終點平均出鋼P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。

轉爐；雙渣；脫磷

1　引言

隨著鋼鐵行業(yè)競爭日趨激烈，鋼鐵產能嚴重過剩、產品價格長期處在低位，而與此同時，礦石價格下跌幅度較小，造成鋼鐵企業(yè)的盈利空間越來越小，甚至許多鋼鐵企業(yè)出現虧損，迫使鋼鐵企業(yè)向壓縮生產成本方向進行研究。

采用低品位礦進行冶煉能有效地降低生產成本，但也給生產帶來一定的難度，主要問題集中在鐵水P含量上。鐵水P含量過高，給轉爐脫磷造成很大影響。天津鋼鐵集團有限公司（以下簡稱天鋼）在使用小品位礦石煉鐵時，鐵水P含量在0.17%～0.22%之間，而大多數冶煉品種要求轉爐終點P＜0.015%，有些品種要求轉爐終點P＜0.010%，采用常規(guī)的單渣法脫磷不能滿足品種鋼對P含量的要求。有學者［1-4］指出鐵水預脫磷和轉爐雙聯法煉鋼能有效解決鐵水P高造成的冶煉問題，為此，天鋼在采用低品位礦煉鐵降低生產成本的基礎上，改造轉爐底吹供氣條件并采取雙渣法脫磷，實現了良好的脫磷效果。

2　理論研究

在煉鋼的造渣制度下，FeO和CaO是生產穩(wěn)定磷酸鹽的最主要氧化物。氧化鐵的脫磷反應為：

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，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，其主要反應方程為：

由于脫磷是放熱反應，低溫對脫磷有利，提高熔池溫度，會使磷的分配比降低，對磷從金屬向爐渣的轉移不利。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移。為使反應快速進行，需要有較好的底吹效果對熔池進行攪拌，提供良好的脫磷動力學條件［5］。理論研究表明，在一定條件下，最有效的脫磷有一個最佳溫度范圍。

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

圖1　轉爐冶煉過程C、P含量的變化

綜上，為達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、爐渣堿度和吹煉時間。

3　工藝試驗及分析

3.1底吹供氣條件

天鋼配有3座120 t頂底復吹轉爐，原底吹透氣元件采用毛細管式透氣元件，容易堵塞，不能為脫磷反應提供良好的動力學條件。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，底吹供氣強度上限≥0.25 Nm3/min·t，能夠實現穩(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轉爐前期的脫磷關鍵影響因素試驗

理論基礎研究提供了指導方向，在實際的轉爐冶煉生產中，重點對轉爐冶煉前期（脫磷期）的倒渣熔池溫度、爐渣堿度和吹煉時間3個關鍵因素對脫磷率的影響進行試驗分析。首批生產中采集得到58爐數據，對58爐數據的溫度、堿度和冶煉時間的影響進行分析。

3.2.1倒渣熔池溫度

圖2　熔池溫度對脫磷率影響

圖2給出了熔池溫度對脫磷率的影響。從圖2中可以看出，轉爐冶煉前期脫磷率總體趨勢隨熔池溫度的升高而降低，但并沒有呈現較好的線性關系，原因是受到其它條件的影響。當倒渣時熔池溫度＜1 400℃時，約60%的爐次脫磷率＞60%；當溫度＞1 400℃時，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為爐渣堿度對脫磷率影響。由圖3可以看出，前期爐渣堿度較大或較小時都不利于高效脫磷，合適的爐渣堿度在1.7～2.0。因此，爐渣堿度應控制在1.7～2.0。

圖3　爐渣堿度對脫磷率影響

3.2.3冶煉時間

圖4給出了轉爐冶煉時間對脫磷率影響。圖4可以看出，當冶煉時間＜350 s時，隨冶煉時間的延長，脫磷率不斷提高；當冶煉時間＞350 s時，隨著冶煉時間的延長，脫磷率沒有呈現增長跡象，反而有較小幅度下降趨勢。因此，轉爐冶煉時間應控制在＜350 s。

3.3轉爐前期的脫磷試驗效果分析

圖4　冶煉時間對脫磷率影響

綜合上述分析，為保證較好的脫磷率，轉爐關鍵工藝控制點為：倒渣溫度控制在1 350～1 400℃；冶煉時間控制在＜350 s；爐渣堿度控制在1.7～2.0。在實際生產中，在鐵水情況基本一致情況下，再進行50爐試驗，轉爐脫磷工藝操作按照該工藝參數進行控制，并忽略鐵水差異帶來的影響。

圖5為50爐綜合試驗的脫磷率。從圖5中數據顯示，當冶煉條件符合關鍵工藝控制點時，轉爐前期的脫磷率基本穩(wěn)定在70%～80%，平均值74.86%，實現了脫磷率＞70%的預期目標，最大脫磷率接近90%，僅有2爐前期脫磷率＜60%。

圖5　綜合試驗爐次的脫磷率

3.4轉爐終點控制情況分析

首批試驗的58爐轉爐終點控制平均C含量為0.12%，平均P含量為0.012%，出鋼溫度平均值1 642℃。綜合試驗的50爐轉爐終點控制平均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)化后轉爐終點控制情況與首批試驗情況進行比較，驗證工藝優(yōu)化效果。轉爐終點平均出鋼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；轉爐終點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；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。

4　后續(xù)改進方向

雖然天鋼在轉爐煉鋼過程中取得了較好的前期脫磷控制效果，但在冶煉過程中仍存在待改進之處，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，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，說明是爐渣粘度變化比較敏感的區(qū)域；準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。上述現象說明，在新工藝過程中，冶煉前期爐渣正好處于粘度和界面張力這兩個參數變化比較頻繁的階段，可能出現多種不同組合形態(tài)，爐渣泡沫化現象不可避免，這是新工藝所希望得到的控制窗口參數決定的。

圖6　1 400℃時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“返干”現象

造成“返干”原因有多種，主要是因為在C-O大量反應過程中爐渣中FeO較少。在倒前期渣過程中渣中大量FeO被倒出，而在后面的冶煉過程中沒有及時生成足夠FeO。C-O大量反應發(fā)生的溫度在1 400～1 450℃，因此倒渣后很容易產生FeO不足現象。

5　總結

天鋼使用雙渣法冶煉高P鋼水，通過控制冶煉過程工藝參數，使倒渣溫度控制在1 350～1 400℃；冶煉時間控制在＜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)化后轉爐終點平均出鋼P含量由0.012%降低至0.009%，出鋼溫度由1 642℃提升至1 649℃。

在冶煉過程中存在待改進的方面。前期渣泡沫性強倒出率低和倒渣后容易出現“返干”現象需進一步研究攻關。

［1］朱英雄，鐘良才，蕭中敏.復吹轉爐深脫磷技術在國內的應用與進展［J］.煉鋼，2013，29（4）：1-6.

［2］呂銘，胡濱，王學新，等.雙聯煉鋼法的研究與實踐［J］.煉鋼，2010，26（3）：8-11.

［3］潘秀蘭，王艷紅，梁慧智，等.轉爐雙聯法煉鋼工藝的新進展［J］.鞍鋼技術，2007（5）：5-10.

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

［5］黃希枯.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

鐘國慶（1983—），男，河北邢臺人，工程師，主要從事煉鋼方面的研究工作。