濟鋼低溫低硅鐵水脫磷的工藝實踐

許建

（濟南鋼鐵股份有限公司煉鋼廠，山東 濟南250101）

低溫低硅鐵水的入爐給轉爐操作帶來了極大的困難，具體表現在爐渣化不透，中期返干嚴重，終點磷易出格，從而增加了后吹或點吹概率，影響著鋼水的質量及轉爐的壽命，增加了原料消耗，對降低成本非常不利。低溫低硅鐵水的冶煉還容易粘氧槍、煙道以及爐口，大大增加了工人的勞動強度，嚴重時甚至會打亂鑄機節奏，造成被迫性停澆，產生生產事故。

為了解決這一生產難題，濟鋼煉鋼廠210煉鋼車間根據實際生產條件，通過原因分析、大量實踐摸索，指定了一系列工藝優化措施，化渣效果得到改善，有效地解決了脫磷困難及粘槍的問題。

1 生產概況

濟鋼煉鋼廠210煉鋼車間現有210t頂底復吹轉爐一座，今年一季度冶煉了大量低溫低硅鐵水，溫度在1250～1310℃，平均溫度1280℃，鐵水成分見下表。

表1 入爐鐵水成分 單位：%

2 磷高主要原因分析

2.1 化渣不良

轉爐冶煉過程發生在鋼渣間的脫磷反應主要是[1]：

從公式（1）可以看出，適當提高爐渣中CaO、FeO含量，能夠促進脫磷脫磷反應的進行；從公式（2）可以看出，溫度升高，平衡常數降低，不利于脫磷反應的進行。

有利于脫磷的條件為：低溫、高堿度、高(FeO)、大渣量、良好的爐渣流動性。脫磷反應是強放熱反應，在影響脫磷的諸多因素中，溫度表現得尤為明顯，控制好溫度是脫磷的關鍵[2]。同時，爐渣良好的流動性對提高渣鋼接觸面積，促進脫磷具有積極的作用。而脫磷的最佳時期是冶煉前期，而能否盡快形成具有一定流動性和堿度的初期渣尤其關鍵。

但成渣的條件必須有充分的攪拌、適當高的熔池溫度，這是促進脫磷反應的動力學條件。沒有足夠的溫度，渣子不能熔化，即使能夠熔化，如果溫度不夠高，渣子的流動性不好，仍不能完成它應起的作用。

前期適當高溫有利于熔渣向石灰內部滲透，使生成的石灰塊外殼化合物迅速熔融成渣。低溫低硅鐵水由于鐵水溫度低導致轉爐冶煉初期溫度偏低，不利于初期渣的形成；同時由于冶煉初期降低爐渣熔點的SiO2含量低，不利于形成泡沫化良好爐渣，因此不利于轉爐冶煉初期脫磷。一旦前期爐渣化不透，中期則容易引起返干，并且難以調理，大大降低脫磷效率。指望后期大量的脫磷是非常困難的。另外頭批渣料加入數量過多，加入時機稍早等原因，也會造成吹煉前期熔池升溫速度慢、溫度低，致使前期渣料不具備充分熔化的熱力學條件。二批料加入過早或過晚，或者因為在吹煉中后期短時間內加入渣料數量過多、批次過勤，都會致使爐渣化不透，流動性較差，不具備充分的脫磷動力學條件。

2.2 槍位及氧壓控制不當

開吹階段槍位過高或氧壓較低，熔池升溫較緩慢，不利于石灰的熔化；若低槍位開吹時間較長而未及時提槍，則硅、錳氧化期更短，渣中（FeO）較低，不利于石灰的熔化，致使脫磷效果差。吹煉中后期，隨著熔池溫度的逐步升高，若吹煉槍位相對較低，碳氧反應劇烈，渣料加入相對滯后，致使中后期熔池溫度過高，形成爐渣“返干”，使爐渣失去脫磷能力。

3 工藝優化及改進措施

3.1 合理的裝入量制度

為了提高低溫低硅鐵水的物理熱和化學熱，給快速化渣提供溫度條件，需要提高鐵水裝入量，減少廢鋼量，降低廢鋼比。210t煉鋼車間把廢鋼比控制在了6.5%～7.5%。因為鐵塊相比廢鋼溫降效應要小許多，冶煉低溫低硅鐵水時，最好配加一定量的鐵塊。

3.2 槍位及造渣制度

整個冶煉過程槍位采用低-高-高-低四段法。開吹槍位設在2000mm左右，吹煉1～2分鐘，待熔池溫度快速升高到一定程度后，加入占總量40%～60%的渣料，避免一次性加入過多，不然會導致熔池溫度過低，化渣及脫磷效果反而會適得其反，這樣就能通過加強攪拌及快速提高熔池溫度防止渣料結團。為更好的化渣，1～2分鐘后，及時把槍位提到2400mm左右，以增加渣中(FeO)，促進石灰進一步溶解，盡快使前期渣活躍起來，開渣后加入第二批渣料，同時緩慢壓槍，以盡快形成一定堿度和流動性的爐渣而盡快盡多的去磷。有必要的情況下，可加入第三批渣料，但要渣料執行小批量多批次的加入模式。數據表明，當前期爐渣堿度控制在1.2～1.6時，可避免渣中形成高熔點的2CaO· SiO2，因此脫磷效果較好。中期C-O反應劇烈，渣中（FeO）消耗大，要及時提槍或降低氧壓以增加渣中（FeO）。冶煉低硅鐵水，應采用“高(FeO)成渣途徑”，槍位比冶煉正常鐵水要高出100～200mm，一般控制在2000～2200mm，以提高渣中（FeO）量，保證全程化渣。當爐渣化透后，要控制好降槍速度，不能降的過早、過急。如果渣中（FeO）含量未積累到一定程度時降槍，渣中（FeO）就會被碳氧反應很快消耗掉，繼續返干；如果積累到一定數量后降槍過急，激烈的碳氧反應會瞬時產生大量的CO氣體，引起噴濺，大量高FeO含量的爐渣會噴出，使爐內又重新返干，對脫磷不利。

另外，爐渣中加入6%左右的MgO對石灰溶解有利，因為CaOMgO-SiO2系化合物的熔點都比2CaO·SiO2低[3]。但加入白云石的量不要過高，當渣中MgO超過10%時，后期MgO會過飽和析出成為彌散的固體質點，增加爐渣粘度而影響化渣及去磷。

3.3 使用活性石灰

如果入爐石灰質量較差，有效CaO低，雜志多，若加入量少則爐渣堿度達不到要求；反之，低溫低硅鐵水條件下，則石灰更加難以熔化，堿度和流動性均不到脫磷的要求。而活性石灰有效CaO含量高，SiO2含量低，硫、磷含量少，生燒和過燒率低，氣孔率高，塊度合適，加入爐內能快速熔化，成渣速度快，因此能大大改善冶煉低溫低硅鐵水的冶金效果。

另外，前期盡量不要使用比如石灰石、生白云石等造渣料替代部分石灰和輕燒白云石。石灰石和生白云石加入爐內會進行分解反應，吸收大量的熱量，降低熔池溫度，由于多了一步分解反應，因而成渣速度較石灰和輕燒白云石要慢。

3.4 加入提溫劑及化渣劑，例如硅鐵及錳鐵

鐵水溫度和硅低時，由于熱量不足，可以加入適量硅鐵來增加鐵水熱量，鐵水錳低時，可以往鐵水中補加錳鐵以增加渣中MnO，渣中MnO對石灰溶解速度的影響僅次于FeO。通過大量實踐發現，當鐵水中Mn含量在0.50%～0.60%時，初期渣形成快，中期返干現象減輕，脫磷效果較好。

3.5 留渣操作

轉爐留渣操作是將上一爐的終渣全部或一部分留給下爐使用。由于爐渣堿度高、溫度高，并且有一定的(FeO)和(MnO)含量，且是現成的熔體,渣層比較活躍，爐渣流動性好，且本身還具有大量的物理熱，因而在前期溫度較低的情況下，對下一爐初期渣的形成十分有利，可以有效的去除磷、硫。但留渣操作在兌鐵過程中易產生噴濺，危及人身及設備安全，而且打火困難，易引起LT泄爆。可以通過以下措施解決：

（1）對于是否具備留渣的條件要做好確認，留渣量不宜過大，以防打火困難和噴濺。濟鋼210t轉爐大量實踐發現留渣量控制在3～7t效果較好。另外，連續留渣次數宜過多，一般不要超過3爐。

（2）對于（FeO）含量較高的爐渣，應延長濺渣時間，必要時往留渣爐內加入500～1000kg的石灰以稀釋渣中（FeO），稠化爐渣。同時，兌鐵時動作要采取緩慢細流原則。兌鐵完畢，要前后晃爐。

（3）開吹槍位設在2000mm且開大氧流量，待打著火后再把槍位緩到2400mm，一分鐘半以后加入頭批料。若沒有打著火，應使氧槍在1700～2100mm之間來回穿槍，1分鐘后打不著火應立即提槍前后晃爐，待氧含量降到一定程度后再次下槍吹煉，由于此時渣中積累了大量（FeO）,打著火后要及時降槍，防止大噴。

表2分別為20爐條件基本相同，留渣與不留渣爐次終點平均脫磷情況對比。

表2 留渣與不留著渣操作終點磷平均值對比

從表2可以看出，留渣操作即使在終點溫度偏高的條件下，脫磷效果也是比單渣操作效果顯著較多。

3.6 低溫操作

脫磷反應是放熱反應，高溫會產生回磷，對脫磷不利。冶煉低溫低硅鐵水時，在無法保證爐渣的渣量及良好的流動性的情況下，根據脫磷條件，可以采取低溫操作。大量實踐數據證明，低溫對脫磷的效果相當明顯。實踐證明副槍TSC溫度控制在1560～1575℃，碳控制在0.30～0.45%，TSO溫度控制在1620～1550℃，碳控制在0.05～0.08%時效果較佳。表3是幾組副槍數據。

表3 副槍數據

由此可見，利用低溫操作對轉爐脫磷是十分有利的，在滿足出鋼條件及后續工序要求的條件下，出鋼溫度越低越好。

4 實踐效果

210煉鋼車間經過采取以上一系列優化措施后，取得了不錯的效果。氧槍、煙道及爐口粘槍現象大大降低，減輕了工人的勞動強度；脫磷效果明顯改善，終點平均磷由工藝優化前的0.0213%提高到優化后的0.0154%。合格率由75.4%提高到93.3%。

5 結語

低溫低硅鐵水的冶煉，要想有效的脫除鐵水中的磷元素，操作上必須做到：在吹煉前期要盡快形成一定堿度、一定流動性與FeO的前期渣，吹煉中期要控制好槍位與溫度，避免爐渣返干，做到吹煉中、后期有效地脫磷。

［1］楊吉春,羅國萍,董方.鋼鐵冶金600問[M].北京:化學工業出版社,2007.

［2］黃希祜.鋼鐵冶金原理[M].北京:冶金工業出版社,1990.

［3］張芳.轉爐煉鋼[M].北京:化學工業出版社,2008.