中高磷鐵水雙聯煉鋼在萊鋼120t轉爐的實踐研究

王忠剛, 劉忠建, 段朋朋

(萊蕪鋼鐵集團銀山型鋼有限公司 煉鋼廠，山東萊蕪 271126)

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中高磷鐵水雙聯煉鋼在萊鋼120t轉爐的實踐研究

王忠剛, 劉忠建, 段朋朋

(萊蕪鋼鐵集團銀山型鋼有限公司 煉鋼廠，山東萊蕪 271126)

分析了轉爐脫磷工藝原理，研究了復吹轉爐雙渣法冶煉中高磷鐵水的工藝方案，并進行了工業現場試驗。試驗結果表明，半鋼終點溫度控制在1340-1400℃，終點碳控制在3.0%以上，解決了半鋼配加硅鐵等發熱元素的問題，優化了中高磷鐵水雙聯冶煉方案。

中高磷鐵水; 脫磷; 脫碳

前言

近年來，隨著鋼鐵行業的飛速發展，世界范圍內低磷鐵礦石的瀕臨枯竭，高磷鐵礦的開采和冶煉逐步被提上日程，高爐使用高磷礦石造成鐵水磷含量偏高，傳統的轉爐冶煉方式不能滿足生產需要，易造成部分鋼水磷高，給鋼水質量和成本帶來嚴重的影響。由于萊鋼高爐鐵礦石資源的多元化，個別時期鐵水磷含量存在較高的情況，而萊鋼銀山煉鋼廠無鐵水預脫磷設備，為解決高磷鐵水冶煉低磷鋼的難題，適應鋼鐵業 “低成本、高潔凈鋼”發展方向，萊鋼煉鋼廠2013年10月起在萊鋼銀山煉鋼廠120t頂底復吹轉爐上進行中高磷鐵水轉爐雙聯煉鋼研究，開發出了“低堿度”轉爐雙聯煉鋼方案。

1 轉爐去磷基本原理

1.1 去磷反應及熱力學分析

Healy G W 研究了煉鋼爐渣成分變化對爐渣脫磷能力的影響，對于煉鋼過程，脫磷反應可以寫為：

2[P]+5(FeO)+4(CaO)=Ca4P2O9

(1)

爐渣成分變化對渣-鋼間磷分配系數的影響為：

lg(%P)/[%P]=22350/T-16.0+0.08×(%CaO)+2.5×lg(%FeO)

(2)

由反應式可知，溫度越低、a(%FeO)和a(%CaO)越高，則磷分配比越大，熔池磷含量越低。在轉爐吹煉期間熔池溫度越低去磷條件越好。

1.2 去磷反應的動力學分析

轉爐冶煉過程脫磷反應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。由于磷的氧化速度系數K遠遠大于鋼液中[P]的傳質系數K1,和渣相中(P2O5)的傳質系數K2，即鋼液中磷的擴散和熔渣中(P2O5)的擴散是限制環節。因此，創造良好的渣鋼接觸條件，對提高脫磷速率是十分必要的；同時，爐渣良好的流動性對提高渣鋼接觸面積，促進脫磷反應進行有積極作用，充分的攪拌、適當的熔池溫度能推動鋼渣接觸，是促進脫磷反應的動力學條件。

2 萊鋼雙聯煉鋼工藝方案

參照國內外一些廠家的經驗，萊鋼銀山型鋼煉鋼廠雙聯工藝采用轉爐同跨雙聯布置，即脫磷、脫碳爐布置在同跨，在脫磷爐前平臺開孔。脫磷爐出的脫磷鐵水，從孔中吊起兌入脫碳轉爐冶煉。雙聯冶煉工藝流程：鐵水勾兌后，將鐵水及廢鋼加入到脫磷爐，氧槍吹煉脫磷至終點后，往鋼包出半鋼后，測溫、取樣后兌入脫碳爐，吹煉脫碳，結束后出鋼進入下一道工序。

3 轉爐雙聯工業實驗

2013年10月至11月份萊鋼銀山煉鋼廠共組織了33爐中高磷鐵水轉爐雙聯模式生產試驗，鐵水條件如表1所示，脫磷爐和脫碳爐終點磷控制效果如圖1、圖2所示。

表1 鐵水預脫硫后成分

圖1 實驗半鋼終點磷分布圖

圖2 實施成品磷分布圖

4 實驗效果分析

從脫磷爐磷含量控制來看，脫磷爐終點磷最低0.026%，最高0.075%，平均0.048%，控制正常，最后兩爐試驗效果較好，脫磷爐終點磷一爐0.026%，一爐0.028%；從脫碳爐磷含量控制來看，轉爐終點磷最低0.004%，最高0.025%，平均0.013%。

4.1 脫磷爐冶煉工藝

4.1.1 半鋼溫度對磷的影響

從圖3可以看出，半鋼溫度控制在1300—1450℃范圍內，1340—1400℃范圍內相對來說利于去磷。脫磷是強放熱反應，降低反應溫度利于脫磷，但過低的溫度不利于石灰的熔化，因此冶煉半鋼溫度目標控制在1340—1400℃。

圖3 半鋼溫度對半鋼磷的影響

4.1.2 爐渣FeO對脫磷率的影響

由圖4可知脫磷爐脫磷率隨渣中(FeO)含量增加而提高，相關文獻記載當渣中(FeO)超過30%時，增加渣中(FeO)，渣中(P2O5)變化不明顯。根據120t轉爐統計渣樣數據及終點化渣脫P情況，確定渣中(FeO)含量為15%～25%最佳。

圖4 脫磷終渣TFe與脫磷率的關系圖

4.1.3 脫P爐供氧模式及造渣制度

為了取得較快的化渣效果，采用低-高-高槍位控制，過程氧壓控制偏大不利于化渣脫磷，過程氧壓控制在0.70-0.75 MPa，后期視化渣情況適當調槍，終點不壓槍。底吹模式采用強攪模式，全程吹N2。加料制度采取頭批料加入全部石灰、燒結礦1/2，鐵釩土500 kg,點火1分鐘開始加入。其余燒結礦(球團礦)小批量分批次加入，終點提槍30秒前全部加完。

4.1.3 爐渣堿度的控制

爐渣堿度高，渣中(CaO)增加，利于脫磷。增加渣中CaO可提高磷在渣鐵間的分配比。在轉爐脫P段吹煉過程中，為保證終點較高 [C],溫度≤1400℃，液態渣的堿度不易過高。

一般高堿度、高氧化鐵的爐渣能使磷呈現強烈的氧化趨(P205)，并與(CaO)結合成穩定的磷酸鈣。因此增加渣中CaO可以提高磷在渣鐵間的分配比。但在轉爐脫P段吹煉過程中，為了保證終點有較高的[C]，溫度一定不能超過1400℃，而在這樣的溫度下，液態渣的堿度不可能高。同時，片面追求高堿度，則渣中固相比例上升，熔渣流動性變差，反而影響了脫磷的效果，所以對于脫磷過程的爐渣堿度要合理控制。由爐渣堿度與脫磷率的關系圖(圖5)可知，脫P爐終渣堿度控制在2.0的目標較為合適。

圖5 爐渣堿度與脫磷率的關系

4.2 脫碳爐冶煉工藝

由于半鋼中Si，P含量極低，因此脫碳爐冶煉的任務主要是脫碳、升溫，造渣的目的主要是在熔池表面形成一層能覆蓋熔池爐渣層，同時含有一定量的(MgO)以保護爐襯。由于鋼水中Si含量極低，爐渣中的SiO2主要來自投入的散裝料和隨半鋼入爐的爐渣，給石灰熔化帶來了困難。為此，采用鐵礦石和

鐵礬土進行調渣。頭批料加入鐵釩土300 kg、碳鎂球全部，后加石灰1t；其余石灰后期分小批量加入。為防止過程嚴重返干現象采用高槍位低氧壓操作，即開吹正常槍位，2分鐘后過程槍位2100 mm，高槍位2500 mm，終點壓槍保證60秒，過程氧壓控制在0.75-0.80 MPa。萊鋼120噸脫碳爐終點爐渣成分如表2所示。

表2 脫碳爐終點渣樣成分表

4.3 存在的問題及解決措施

由于渣量少、鋼渣界面反應少，脫碳爐存在粘槍情況，后期試驗采取低氧壓后化渣效果好，粘槍程度有所減輕，使用刮渣器可以處理。

5 結論

(1)解決了中高磷鐵水冶煉低磷鋼的問題，為建立高效低成本潔凈鋼技術平臺打下了堅實基礎。

(2)為保證去磷效果半鋼終點溫度控制在1340-1400℃，終點碳控制在3.0%以上。

(3)解決了半鋼配加硅鐵等發熱元素的問題，為低成本下冶煉中高磷鐵水打下了良好的基礎。

(4)脫碳爐過程易返干，粘槍問題較突出，應在脫碳期合理控制槍位。

[1] 劉皓銘.京唐公司轉爐雙聯冶煉工藝及技術指標[J].河北大學聯合學報.

[2] 刁江.中高磷鐵水轉爐雙聯脫磷的應用基礎研究.重慶：重慶大學, 2010.

The high phosphorus hot metal double 120 t converter steelmaking in laiwu practice research

WANG Zhonggang, LIU Zhongjian, DUAN Pengpeng

(Laiwu Steel Group Yinshan Section Steel Co,Ltd Steelworks 271126)

The converter dephosphorization process principle, the paper studies the method of double the combined-blowing converter slag smelting high phosphorus hot metal process scheme, and the industrial field test was carried out.The test results show that the semi steel end temperature control in 1340-1400 ℃, endpoint carbon control over 3.0%, solved the heating element such as semi steel with addition of silicon, high phosphorus hot metal duplex smelting scheme was optimized.

the high phosphorus hot meta dephosphorization; ecarburization

王忠剛(1971-)，男，高級工程師，大學，1999年畢業于華東冶金學院.

TF704.4

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1671-3818(2016)03-0010-03