天鐵180 t轉(zhuǎn)爐少渣低溫高效脫磷冶煉工藝實(shí)踐

劉建龍

（天津天鐵冶金集團(tuán)熱軋板公司，河北涉縣056404）

天鐵180 t轉(zhuǎn)爐少渣低溫高效脫磷冶煉工藝實(shí)踐

劉建龍

（天津天鐵冶金集團(tuán)熱軋板公司，河北涉縣056404）

為優(yōu)化轉(zhuǎn)爐冶煉工藝，對180 t頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐進(jìn)行少渣低溫高效冶煉試驗(yàn)，采用少渣冶煉工藝，即：兌鐵→脫磷期冶煉→前期倒渣→脫碳期冶煉→終點(diǎn)出鋼，實(shí)現(xiàn)了前期渣堿度平均1.91，前期脫磷率平均56.25%，后期渣堿度平均3.02，終點(diǎn)脫磷率平均＞90%，過程石灰、白云石消耗分別降低30%、20%以上。冶煉前期堿度1.5～2.0，熔池溫度1 350～1 400℃更有利于鐵水中磷的脫除；隨著出鋼溫度和終渣堿度的提高，鋼中磷含量增加。

少渣；低溫；脫磷；轉(zhuǎn)爐

1 引言

轉(zhuǎn)爐冶煉的主要任務(wù)是脫磷與脫碳升溫。轉(zhuǎn)爐冶煉傳統(tǒng)采用“單渣法”工藝，即在轉(zhuǎn)爐冶煉終點(diǎn)脫碳任務(wù)基本完成后，以相對高的堿度、氧化性與渣量進(jìn)行后期脫磷，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)爐脫磷與脫碳冶煉的任務(wù)。近年來國內(nèi)外鋼鐵企業(yè)對轉(zhuǎn)爐少渣高效冶煉工藝展開了廣泛的研究[1-8]，取得不同的效果。天鐵熱軋180 t頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐常規(guī)冶煉過程中為實(shí)現(xiàn)與精煉、連鑄及生產(chǎn)任務(wù)的匹配，傳統(tǒng)采用“單渣法”冶煉工藝，受外部形勢與自身生產(chǎn)節(jié)奏的影響，從技術(shù)研究與降本增效的角度，天鐵熱軋就轉(zhuǎn)爐少渣低溫高效脫磷冶煉展開了相關(guān)技術(shù)研究。

2 技術(shù)原理

眾所周知，轉(zhuǎn)爐脫磷反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度的降低更有利于鐵水磷的高效脫除[9]。轉(zhuǎn)爐冶煉過程存在兩個(gè)脫磷時(shí)機(jī)：一是轉(zhuǎn)爐冶煉前期，采用低溫、低堿度、低氧化性進(jìn)行前期脫磷并進(jìn)行前期渣排出：二是轉(zhuǎn)爐冶煉后期，以相對高的堿度、氧化性與渣量進(jìn)行后期脫磷，并進(jìn)行終點(diǎn)渣排出[10]；

公式（1）[3]為熔池Lp的理論計(jì)算公式，可以看出熔池的T·Fe、CaO、MgO、T及C含量是影響Lp的重要因素。根據(jù)文獻(xiàn)[6]，轉(zhuǎn)爐冶煉前期與后期熔池Lp隨溫度變化的對比如圖1所示。可以看出，轉(zhuǎn)爐冶煉前期熔池的Lp明顯優(yōu)于轉(zhuǎn)爐冶煉后期，更利于磷的脫除。在圖1所示渣中CaO、T·Fe含量條件下，可以實(shí)現(xiàn)冶煉前期低溫、低堿度、低氧化性脫磷，可有效降低冶煉過程渣料消耗與渣量。

圖1 轉(zhuǎn)爐冶煉前期與后期熔池Lp的對比圖

3 試驗(yàn)條件與結(jié)果

3.1 試驗(yàn)條件與冶煉工藝

天鐵熱軋有180 t頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐兩座，頂吹氧槍為5孔拉瓦爾式，氧槍流量32 000～38 000 Nm3/ h，底吹供氣元件為8孔透氣磚式，底吹流量240～800 Nm3/h。試驗(yàn)工藝流程為：濺渣護(hù)爐→轉(zhuǎn)爐兌鐵水、廢鋼→轉(zhuǎn)爐前期脫磷冶煉→前期渣排出→轉(zhuǎn)爐后期脫碳冶煉。試驗(yàn)鋼種主要為Q235B與Q345B。

圖2 冶煉前期控制工藝

少渣冶煉工藝為：兌鐵→脫磷期冶煉→前期倒渣→脫碳期冶煉→終點(diǎn)出鋼。如圖2所示，在冶煉前期：為達(dá)到“脫磷保碳”的效果，氧槍控制模式與供氧強(qiáng)度模式均為“低-高-低”，即采用相對低的槍位（受干法除塵影響，開吹供氧強(qiáng)度相對低）進(jìn)行開吹點(diǎn)火，相對高的供氧強(qiáng)度與相對低的槍位進(jìn)行快速脫硅脫錳，相對低的供氧強(qiáng)度與相對高的槍位進(jìn)行“脫磷保碳”，為順利倒渣在提槍前采取相對低的供氧強(qiáng)度與相對低的槍位進(jìn)行泡沫渣控制；為增強(qiáng)過程熔池?cái)嚢鑴?dòng)力學(xué)條件，采取相對高的底吹強(qiáng)度（天鐵熱軋最高底吹流量800 Nm3/t·min）；為提高脫磷渣化渣速度，造渣料的投入模式為與含鐵物料一起分批次加入；前期供氧時(shí)間340～400 s。

3.2 試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)爐次冶煉前期鐵水磷含量變化如圖3所示。可以看出鐵水磷平均0．16%的條件下，前期脫磷量平均0．09%（半鋼磷平均0．07%），脫磷率平均56．25%，實(shí)現(xiàn)了在低溫的轉(zhuǎn)爐冶煉前期將超過一半的鐵水磷脫除到轉(zhuǎn)爐渣中。脫磷渣的倒出有效的降低了轉(zhuǎn)爐后期的脫磷壓力，TSC過程樣磷含量平均0．029%、TSO終點(diǎn)樣磷含量平均0．016%，實(shí)現(xiàn)全程平均脫磷率90%以上。

圖3 試驗(yàn)爐次冶煉過程磷含量變化

試驗(yàn)爐次的渣料消耗及與“單渣法”對比如圖4所示。可以看出過程石灰與白云石的消耗量都明顯降低，其中石灰降低幅度＞30%，至22．5 kg/t；白云石降低幅度＞40%，至17．0 kg/t。據(jù)試驗(yàn)爐次的渣量稱量統(tǒng)計(jì)，試驗(yàn)爐次的渣量平均降低幅度在20%以上。試驗(yàn)爐渣爐渣控制結(jié)果列見表1，其中前期渣堿度（ω(CaO)/ω(SiO2)）平均1．91，后期渣堿度平均3．05。

圖4 試驗(yàn)爐次渣料消耗情況及與“單渣法”對比

表1 試驗(yàn)爐次爐渣控制結(jié)果（平均值）/%

針對Q235B與Q345B鋼種，圖5給出了不同工藝相同終點(diǎn)碳條件下的脫磷冶煉效果。可以看出：相對于單渣工藝，相同終點(diǎn)碳條件下，少渣冶煉工藝的終點(diǎn)磷含量變化區(qū)間更集中，終點(diǎn)磷含量平均降低0．004%。得出：天鐵熱軋現(xiàn)有少渣冶煉工藝在降低過程渣料消耗的同時(shí)可以提高脫磷冶煉效果。

4 影響因素分析與討論

4.1 脫磷影響因素分析

圖5 不同工藝終點(diǎn)冶煉效果分析

圖6給出了試驗(yàn)爐次冶煉前期影響因素的分析，可以看出：隨著前期渣堿度的提高，半鋼磷含量呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢，前期脫磷效果較好爐次的爐渣堿度范圍在1．5～2．0；隨著前期溫度的提高，半鋼磷呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢，前期脫磷效果最優(yōu)爐次的熔池溫度最佳控制范圍在1 350～1 400℃；試驗(yàn)爐次隨著熔渣氧化性的提高，前期脫磷量增加。

圖7為試驗(yàn)爐次冶煉后期影響因素的分析，可以看出：除終渣氧化性的提高可以出盡終點(diǎn)出鋼磷含量的降低，試驗(yàn)爐次終渣堿度的提高與終點(diǎn)出鋼溫度的提高都不利于終點(diǎn)出鋼磷含量的降低，這是因?yàn)楝F(xiàn)有終渣氧化性條件下堿度的提高導(dǎo)致爐渣渣化的惡化，并不利于終點(diǎn)低磷含量的獲得。

4.2 討論

轉(zhuǎn)爐煉鋼就是煉渣，只有化好渣才能煉好鋼。這一論述在轉(zhuǎn)爐前期低溫高效脫磷方面更為適用。只有在短暫的轉(zhuǎn)爐冶煉前期快速化好渣，才能給鐵水的體溫脫磷提供更多的反應(yīng)時(shí)間。數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，試驗(yàn)過程中化渣優(yōu)異爐次的脫磷率較其他爐次的脫磷率提高10%～20%。

圖6 前期脫磷影響因素分析

試驗(yàn)爐次終點(diǎn)出鋼磷平均0．016%，與常規(guī)工藝平均0．018%的出鋼磷相比，并無明顯優(yōu)勢。前期渣的排出一方面降低了冶煉后期的磷負(fù)荷，一方面降低了冶煉后期的熔池渣量，進(jìn)入碳-氧反應(yīng)期的冶煉后期在少渣冶煉條件下極易“返干”，統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)爐次的后期“返干”時(shí)間較傳統(tǒng)“單渣法”工藝延長約40～60 s，長時(shí)間的“返干”使原本需要在冶煉后期完成的脫磷任務(wù)受到影響。

圖7 后期脫磷影響因素分析

對于一次倒?fàn)t熔池溫度的選擇，主要有“碳-磷選擇性氧化”的轉(zhuǎn)變溫度與“脫磷反應(yīng)”平衡溫度[11]兩種觀點(diǎn)。兩種觀點(diǎn)的控溫區(qū)間分別為1 300～1 350℃與1 400～1 440℃。低溫不利于化渣，溫度區(qū)間1 300～1 350℃的控制，以犧牲脫磷渣堿度（1．2～1．5）為代價(jià)；溫度區(qū)間1 400～1 440℃內(nèi)脫磷渣的堿度雖然得以提高，但脫磷的溫度條件變差。經(jīng)過試驗(yàn)，以熱軋的生產(chǎn)條件該區(qū)間以1 350～1 400℃為宜，與文獻(xiàn)[12]的觀點(diǎn)吻合，以能滿足相對高堿度的相對低溫度區(qū)間為宜。

5 結(jié)論

天鐵熱軋180 t頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐的少渣低溫高效冶煉工藝試驗(yàn)不僅實(shí)現(xiàn)了該工藝的順行，并取得了如下冶金效果：

冶煉前期，“低-高-低”的氧槍控制模式與供氧強(qiáng)度模式能夠滿足冶煉前期快速化渣與脫磷的需要。

過程石灰、白云石消耗分別降低30%、20%以上。煉鋼前期渣堿度平均1．91，后期渣堿度3．02的條件下。試驗(yàn)爐次前期脫磷率平均56．25%，終點(diǎn)脫磷率＞90%，證明現(xiàn)有少渣工藝可以提高過程脫磷冶煉效果。

根據(jù)試驗(yàn)爐次，冶煉前期堿度1．5～2．0，熔池溫度1 350～1 400℃更有利于鐵水磷的脫除；冶煉后期，出鋼溫度的提高與終渣堿度的提高都不利于鋼中磷含量的降低；不管冶煉前期還是后期，爐渣氧化性的提高都有利于磷的脫除。

提高冶煉前期的化渣速度是提高前期脫磷效果的重要措施之一；冶煉后期的少渣冶煉容易引起“返干”，影響后期冶金任務(wù)的進(jìn)一步優(yōu)化。

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Smelting Process Practice of Less slag Lower Temperature High Efficient Dephosphorization at Tiantie Hot Rolling 180 t Converter

LIU Jian-long
(Plate Hot Rolling Company Limited,Tianjin Tiantie Metallurgy Group Co．,Ltd．,She County, Hebei Province 056404,China)

In order to optimize converter melting process,less slag lower temperature high efficient melting test was carried out on 180 t top and bottom blowing converter．Less slag melting process,i．e．,hot metal charging→ melting during dephosphorization phase→ deslagging at early phase→ melting during decarburization phase→tapping at end point,realized an average slag basicity of 1．91 at early phase,an average dephosphorization rate of 56．25%at early phase,an average slag basicity of 3．02 at latter phase,an average dephosphorization rate of＞90%at end point and the reduction of over 30%and 20%of lime and dolomite consumption respectively．The author points out the basicity of 1．5～2．0 at early melting phase and the bath temperature of 1,350～1,400℃ are favorable for hot metal dephosphorization;phosphorous content at end point tapping will increase with the increase of end point temperature and end slag basicity．

less slag;lower temperature;dephosphorization;converter

10．3969/j．issn．1006-110X．2016．06．001

2016-08-10

2016-09-04

劉建龍（1983—），男，主要從事轉(zhuǎn)爐冶煉方面的研究工作。