“留渣+雙渣”高效脫磷工藝的研究

邢建森，崔　猛，靳東興（天津鋼鐵集團有限公司，天津300301）

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“留渣+雙渣”高效脫磷工藝的研究

邢建森，崔猛，靳東興
（天津鋼鐵集團有限公司，天津300301）

[摘要]天津鋼鐵集團有限公司開發(fā)了“留渣+雙渣”脫磷工藝，通過轉爐冶煉出鋼結束后留渣和前期脫磷的有利條件實現高效去磷，在冶煉中途進行倒渣以減少熔池的磷含量，最終實現少渣煉鋼的目的。制定了該工藝的關鍵控制點并形成相關的操作規(guī)范，采用強底吹模式，控制前期冶煉時間、溫度及堿度等因素，成功將前期的脫磷率提升至60%以上，而噸鋼石灰消耗降低至24 kg。

[關鍵詞]留渣+雙渣；脫磷；轉爐；少渣煉鋼；石灰；消耗

修回日期：2015-04-06

1　引言

為降低生產成本，增加盈利能力，天津鋼鐵集團有限公司在高爐中配加低價高磷礦，鐵水P含量波動在0.12% ~0.18%范圍內，平均P含量在0.15%左右。同時國內市場競爭日趨激烈，企業(yè)的盈利空間不斷縮小，以客戶需求為導向的市場背景迫使公司不斷提高產品等級，其中品種鋼中低磷鋼的需求不斷增加。為解決高磷鐵水原料和低磷品種鋼產品的矛盾，選擇“留渣+雙渣”工藝，提高轉爐冶煉前期的脫磷率，通過采用少渣煉鋼技術降低生產成本成為當下的必由之路。

2　“留渣+雙渣”工藝的技術特點

2.1“留渣+雙渣”的工藝流程

圖1　“留渣+雙渣”工藝流程圖

如圖1所示，較傳統(tǒng)的單渣冶煉工藝流程，“留渣+雙渣”工藝在工藝環(huán)節(jié)上的改變主要有兩點：轉爐冶煉出鋼結束后采用留渣處理，通過濺渣護爐輔以部分散裝料的方式將爐渣固化，并對固化情況進行確認；通過倒渣將冶煉工藝分為兩個階段，分別為前期的脫磷期和后期的脫碳期。

2.2“留渣+雙渣”工藝高效脫磷的原理

2.2.1“留渣+雙渣”工藝技術原理

將轉爐吹煉過程分為兩個階段：第一階段脫硅脫磷階段，脫磷結束后進行前期倒爐倒渣，將部分富磷渣倒出爐外；第二階段脫碳升溫階段，吹煉終點保留脫碳渣，實現爐渣的熱回收，用于下一爐的前期脫磷[2]。

該工藝的主要原理是通過多留終渣，利用上一爐高FeO、高CaO以及前期溫度低等有利條件，充分發(fā)揮上一爐終渣的作用，做到前期多去磷。通過倒渣，一方面可以降低熔池中的磷負荷，保證終點鋼水磷的合格率，另一方面硅質爐渣的倒出降低了后期物料的使用量，從而有效控制了渣量。

脫磷期和脫碳期形成爐渣的良性循環(huán)，不僅大幅度降低了煉鋼白灰的消耗和煉鋼渣量，同時有效利用了爐渣在不同時期的冶金特點來完成脫磷任務。

2.2.2脫磷熱力學和動力學的協(xié)同問題

轉爐冶煉過程鋼渣間的脫磷反應如下：式中，K為平衡常數；T為反應溫度[3]。

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

轉爐冶煉過程脫磷反應基本是在渣鋼界面上進行，脫磷速率主要受渣鋼兩側的傳質速率控制。因此，充分的攪拌能是促進脫磷反應的動力學條件。

頂吹氧氣流對熔池升溫影響最大，采用強頂吹模式，雖然有利于金屬熔池中硅、磷的氧化去除，也有利于改善渣-金屬界面?zhèn)髻|條件，但由于受渣-金屬界面溫度快速提升的影響，可能會激活熔池中碳氧化的整體反應提前發(fā)生，使熔池中碳氧化的反應被整體激活，不僅要與硅和磷爭搶與氧氣的反應機會，抑制磷的氧化脫除（磷與渣中堿性氧化物結合生產穩(wěn)定的磷酸鈣）的過程，還可能進一步引發(fā)熔池溫度的整體快速提升，很可能會使其脫磷效果大打折扣。所以，若要實現預期的脫磷效果，不能刻意追求某單一因素來滿足要求，而應實現兩者的協(xié)同。

3　“留渣+雙渣”工藝高效脫磷的控制要點

3援1關鍵控制點的理論探究

3.1.1弱頂吹和強底吹的復合吹煉模式

為實現脫磷熱力學和動力學兩者的協(xié)同，在煉鋼工藝執(zhí)行初期將轉爐原有的毛細管式底吹元件改造為環(huán)縫式底吹元件。環(huán)縫式底吹供氣元件的氣流通道相對集中，氣流沖擊力強，抗堵塞能力較強，特別適用于濺渣護爐的轉爐。

該種復合吹煉模式的原理是：利用頂吹軟吹模式，保證爐渣中有合適的氧化鐵組分，利于低溫化渣；利用強底吹氣流攪拌熔池，使底吹氣流能穿透渣-金屬界面，增加爐渣內部和金屬熔池內部向實際渣-金屬反應界面的傳質、傳熱能力，這種頂吹與底吹協(xié)同形成的熔池攪拌。一方面，可以抑制由頂吹造成的渣-金屬反應界面（甚至整個熔池）溫度的快速提升，為渣-金屬反應界面創(chuàng)造較好的脫磷熱力學條件；另一方面，借助強底吹攪拌作用，可以克服氧槍“軟吹”對熔池攪拌的力度不足的弱點。

高的底吹強度有利于促成冶煉脫磷期較高脫磷率的獲得。這是因為，轉爐脫磷是渣-金屬界面反應，轉爐冶煉前期溫度條件下，傳質是脫磷反應的限制性因素，因此動力學條件的優(yōu)化有助于促進脫磷反應的發(fā)生。

3.1.2前期高效脫磷的工藝控制

（1）適當延長前期吹煉時間

脫磷期冶煉時間的延長有利于促進鐵水中的磷更多地進入脫磷渣而脫除。這是因為鐵水中磷的還原性弱于硅、錳的還原性，大量磷的氧化需要在鐵水中硅、錳基本氧化結束的基礎上才能進行。脫磷期冶煉時間應控制在350 s以上。

（2）控制合理的倒渣溫度

低溫有利于促進脫磷期鐵水磷的高效脫除。這是因為脫磷反應是放熱反應，低溫有利于促進反應向脫磷反應的方向進行。脫磷期熔池溫度的控制應低于1 400益。

（3）控制合理的脫磷渣堿度

由圖2可以看出，隨著脫磷渣堿度的提高，前期脫磷率呈“峰值”趨勢變化，在脫磷渣堿度為1.8~ 2.0范圍內取得最優(yōu)值。這是因為，鐵水磷的脫除既需要氧化劑（氧）將磷氧化成P2O5，又需要脫磷劑（CaO）將P2O5固定成P2O5·CaO，脫除到渣中，因此脫磷渣需要一定的堿度。但是在轉爐前期冶煉條件下（溫度約1 400益），脫磷渣的堿度受爐渣熔點的限制而不能太高，而且堿度的提高會增加熔渣內固體CaO質點的含量，增加熔渣的粘度，對脫磷的動力學有影響。脫磷渣堿度的控制范圍當為1.8~2.0。

圖2　脫磷渣堿度與前期脫磷率關系

3.1.3脫碳渣循環(huán)對下一爐次前期脫磷的影響

新工藝中，上一爐次留下來循環(huán)利用的脫碳渣正好為下一爐次脫磷期冶煉提供了良好的預熔的高堿度爐渣。上一爐次留下來的脫碳渣的堿度在4.0左右時，可以使下一爐次前期脫磷效果達到最優(yōu)。上一爐次高堿度脫碳渣雖然可以促進下一爐次前期脫磷渣的生成，但是脫碳渣的堿度如果過高會導致下一爐次前期脫磷渣堿度的提高，從而引起CaO質點的增多而使脫磷渣變粘。

3.2“留渣+雙渣”工藝控制的關鍵點

通過對試驗數據的整理和分析，將工藝的控制關鍵點概括為以下幾點，如表1所示。

表1　工藝控制關鍵點

4　“留渣+雙渣”工藝的操作實踐

為了更好地完成該工藝的控制關鍵點，實現前期的高效脫磷，在布料，控制氧壓和槍位，前期時間控制等方面做出相關調整，以獲得倒渣時熔池的目標溫度T，爐渣的合理堿度R以及良好的流動性，進而取得最佳的脫磷效果。

4.1布料方面

布料方面控制的主要原則是：根據不同的鋼種對磷的成分的要求來控制石灰的加入量，同時結合鐵水的Si含量做出相應的調整，其中爐渣堿度主要通過改變白灰和石灰石的加入量進行調整，而溫度則主要通過控制添加返礦等冷料的數量進行調整，再根據相應的鐵水條件計算出對應的布料數量和方式。

4.2氧壓方面

4.2.1脫磷前期氧壓調整

熔煉前期氧壓的變化為0.7 MPa寅0.6 MPa寅0.5 MPa，下槍開吹采用較大氧壓有利于提升熔煉前期對熔池的攪拌力，加快熔池反應和提高熔池溫度，促進熔煉前期物料的熔解。結合CO的變化趨勢及時調整氧壓，放慢熔煉前期后階段的熔池反應，進而控制熔煉前期的熔池溫度和半成品鋼液的C成分。

4.2.2脫C后期氧壓變化

后期氧壓的變化為0.5 MPa寅0.6 MPa寅0.75 MPa，倒渣下槍開吹普遍會出現“返干”，而較低的氧壓有利于減緩“返干”的程度。后期氧壓的調整主要是控制脫C升溫和縮短后期的冶煉時間。當后期調整為較大氧壓后，可以加大氣流的沖擊深度，降低熔渣的TFe含量。

4.3前期時間方面

前期的供氧時間為360~420 s，結合鐵水Si含量和鐵水溫度選擇合適的倒渣時間，以保證倒渣的溫度控制在合理范圍內。

5　“留渣+雙渣”工藝的實施效果

圖3為新工藝采用前后前期脫磷效果對比圖。

圖3　新工藝采用前后前期脫磷效果對比

（下轉第33頁）

6　結語

天津鋼鐵集團有限公司“留渣+雙渣”工藝的執(zhí)行率達到90%以上，前期脫磷率達到60%以上，較之前提升10%。提高脫磷率的關鍵點主要包括：熔煉前期的時間控制在360~420 s，溫度控制在1 360~1 400益，爐渣堿度控制在1.8~2.0；熔煉終點爐渣堿度控制在3.5~4.0，底吹采用大流量，總管流量為1 320 Nm3/h；“留渣+雙渣”工藝采用終點留渣，前期倒渣的方式達到了少渣煉鋼的冶煉標準，噸鋼石灰用量降至24 kg。

參考文獻

[1]王新華.氧氣轉爐“留渣垣雙渣”煉鋼工藝技術研究[J].中國冶金，2013，23（4）：40-46.

[2]賈崇學.120噸轉爐“少渣煉鋼”工藝的研究與應用[J].甘肅科技，2014，36（6）：59-61.

[3]王富亮.鞍鋼260 t轉爐少渣冶煉實踐[J].鞍鋼科技，2013（4）：43-45.

Study on "Double Slag + HotHeel" High EfficientDephosphorization ProcessXING Jian-sen,CUIMengand JIN Dong-xing

(Tianjin Iron and SteelGroup Co.,Ltd.,Tianjin 300301,China)

AbstractTianjin Iron and Steel Group Co.,Ltd.developed "double slag + hotheel" dephosphorization process.High efficientdephosphorization wasrealized byhotheelaftertappingatconverterand the favorable conditions of early dephosphorization and eventually the goal of lean slag melting,by deslagging during melting to reduce phosphorous content in bath. The critical control points for the above process were formulated and relevantoperation specifications drafted.W ith hard bottom blowing mode and controlover melting time,temperature and basicity,dephosphorization rate atearly stage wassuccessfully increased over 60% and specificlimeconsumption decreased to24 kg.

Key words"doubleslag+ hotheel";dephosphorization;converter;lean slagmelting;lime;consumption

收稿日期：2015-03-12

doi：10.3969/j.issn.1006-110X.2015.04.006

作者簡介：邢建森（1986—），男，河北滄州人，本科，主要從事煉鋼工序的工藝研究工作。