天鐵180 t轉爐少渣低溫高效脫磷冶煉工藝實踐

劉建龍

（天津天鐵冶金集團熱軋板公司，河北涉縣056404）

天鐵180 t轉爐少渣低溫高效脫磷冶煉工藝實踐

劉建龍

（天津天鐵冶金集團熱軋板公司，河北涉縣056404）

為優化轉爐冶煉工藝，對180 t頂底復吹轉爐進行少渣低溫高效冶煉試驗，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→終點出鋼，實現了前期渣堿度平均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；轉爐

1 引言

轉爐冶煉的主要任務是脫磷與脫碳升溫。轉爐冶煉傳統采用“單渣法”工藝，即在轉爐冶煉終點脫碳任務基本完成后，以相對高的堿度、氧化性與渣量進行后期脫磷，進而實現轉爐脫磷與脫碳冶煉的任務。近年來國內外鋼鐵企業對轉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頂底復吹轉爐常規冶煉過程中為實現與精煉、連鑄及生產任務的匹配，傳統采用“單渣法”冶煉工藝，受外部形勢與自身生產節奏的影響，從技術研究與降本增效的角度，天鐵熱軋就轉爐少渣低溫高效脫磷冶煉展開了相關技術研究。

2 技術原理

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

公式（1）[3]為熔池Lp的理論計算公式，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。根據文獻[6]，轉爐冶煉前期與后期熔池Lp隨溫度變化的對比如圖1所示?？梢钥闯?，轉爐冶煉前期熔池的Lp明顯優于轉爐冶煉后期，更利于磷的脫除。在圖1所示渣中CaO、T·Fe含量條件下，可以實現冶煉前期低溫、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 轉爐冶煉前期與后期熔池Lp的對比圖

3 試驗條件與結果

3.1 試驗條件與冶煉工藝

天鐵熱軋有180 t頂底復吹轉爐兩座，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。試驗工藝流程為：濺渣護爐→轉爐兌鐵水、廢鋼→轉爐前期脫磷冶煉→前期渣排出→轉爐后期脫碳冶煉。試驗鋼種主要為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→終點出鋼。如圖2所示，在冶煉前期：為達到“脫磷保碳”的效果，氧槍控制模式與供氧強度模式均為“低-高-低”，即采用相對低的槍位（受干法除塵影響，開吹供氧強度相對低）進行開吹點火，相對高的供氧強度與相對低的槍位進行快速脫硅脫錳，相對低的供氧強度與相對高的槍位進行“脫磷保碳”，為順利倒渣在提槍前采取相對低的供氧強度與相對低的槍位進行泡沫渣控制；為增強過程熔池攪拌動力學條件，采取相對高的底吹強度（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；前期供氧時間340～400 s。

3.2 試驗結果

試驗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%，實現了在低溫的轉爐冶煉前期將超過一半的鐵水磷脫除到轉爐渣中。脫磷渣的倒出有效的降低了轉爐后期的脫磷壓力，TSC過程樣磷含量平均0．029%、TSO終點樣磷含量平均0．016%，實現全程平均脫磷率90%以上。

圖3 試驗爐次冶煉過程磷含量變化

試驗爐次的渣料消耗及與“單渣法”對比如圖4所示?？梢钥闯鲞^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。據試驗爐次的渣量稱量統計，試驗爐次的渣量平均降低幅度在20%以上。試驗爐渣爐渣控制結果列見表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 試驗爐次渣料消耗情況及與“單渣法”對比

表1 試驗爐次爐渣控制結果（平均值）/%

針對Q235B與Q345B鋼種，圖5給出了不同工藝相同終點碳條件下的脫磷冶煉效果?？梢钥闯觯合鄬τ趩卧に?，相同終點碳條件下，少渣冶煉工藝的終點磷含量變化區間更集中，終點磷含量平均降低0．004%。得出：天鐵熱軋現有少渣冶煉工藝在降低過程渣料消耗的同時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 不同工藝終點冶煉效果分析

圖6給出了試驗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，半鋼磷呈現先下降后上升的趨勢，前期脫磷效果最優爐次的熔池溫度最佳控制范圍在1 350～1 400℃；試驗爐次隨著熔渣氧化性的提高，前期脫磷量增加。

圖7為試驗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出鋼磷含量的降低，試驗爐次終渣堿度的提高與終點出鋼溫度的提高都不利于終點出鋼磷含量的降低，這是因為現有終渣氧化性條件下堿度的提高導致爐渣渣化的惡化，并不利于終點低磷含量的獲得。

4.2 討論

轉爐煉鋼就是煉渣，只有化好渣才能煉好鋼。這一論述在轉爐前期低溫高效脫磷方面更為適用。只有在短暫的轉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時間。數據統計發現，試驗過程中化渣優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

試驗爐次終點出鋼磷平均0．016%，與常規工藝平均0．018%的出鋼磷相比，并無明顯優勢。前期渣的排出一方面降低了冶煉后期的磷負荷，一方面降低了冶煉后期的熔池渣量，進入碳-氧反應期的冶煉后期在少渣冶煉條件下極易“返干”，統計試驗爐次的后期“返干”時間較傳統“單渣法”工藝延長約40～60 s，長時間的“返干”使原本需要在冶煉后期完成的脫磷任務受到影響。

圖7 后期脫磷影響因素分析

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

5 結論

天鐵熱軋180 t頂底復吹轉爐的少渣低溫高效冶煉工藝試驗不僅實現了該工藝的順行，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。試驗爐次前期脫磷率平均56．25%，終點脫磷率＞90%，證明現有少渣工藝可以提高過程脫磷冶煉效果。

根據試驗爐次，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”，影響后期冶金任務的進一步優化。

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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，主要從事轉爐冶煉方面的研究工作。