大型轉爐脫磷熱力學規律及脫磷工藝優化

劉鑫光

（唐山不銹鋼有限責任公司煉鋼分廠轉爐作業區 河北唐山 063100）

引言

在鋼鐵產品中，磷在通常情況下是有害雜質，鋼鐵產品中存在較高含量的磷元素，會降低鋼的可塑性與韌性，導致低溫情況下容易出現冷脆斷裂。大多數優質鋼鐵產品都會嚴格控制鋼鐵產品中的磷含量，從而確保鋼鐵產品的高韌性，避免發生冷脆斷裂。在提高科學水平的當前時期，現代化工業提高了對超低磷鋼、低磷鋼的需求，為此要加大對大型轉爐冶煉中脫磷工藝的研究。

1 大型轉爐冶煉中脫磷熱力學規律

在大型轉爐冶煉中，依據suito公式將脫磷反應在平衡狀態下的渣鋼間熔池熱力學計算出來[1]。通過對比冶煉過程中平衡和實際的熔池熱力學，可以發現在冶煉過程中，熔池熱力學慢慢和平衡接近；轉爐冶煉的前期，熔池熱力學和平衡的偏離較遠，其原因主要是冶煉前期的冶煉時間比較短，慢慢改變平衡狀態，同時動力學的攪拌條件比較差；在冶煉的進行過程中，慢慢提高溫度，并且被脫碳氧位所影響，熔池熱力學會慢慢和平衡偏離，并且偏離程度比前期要弱；在冶煉的終點時期，脫磷氧位處于最低，接近與爐渣的氧位，爐間渣慢慢和平衡接近。一句元素的選擇性氧化原則可以知道，在冶煉的前期和后期具有脫磷的熱力學條件。

2 大型轉爐冶煉中改善脫磷工藝的途徑

2.1 提升底吹強度

2.1.1 試驗方案

在攪拌熔池中，底吹強度有重要價值，能干擾冶煉具體指標比如化渣脫磷。在大型轉爐的脫磷冶煉中，對脫磷工藝進行改善之前，底吹強度較弱，和轉爐底吹這種新技術存在很大差距。為了研究底吹強度會如何干擾轉爐冶煉，本文中對脫磷工藝進行改善的一個措施是增加轉爐底吹的流量，轉爐冶煉的其它操作不發生改變。在改善前和改善后對比底吹強度，如表一所示：

表1 底吹強度改善前后對比

2.1.2 底吹強度提升的試驗效果和分析

通過觀察底吹強度優化的現場發現，底吹強度在前期被增加后，熔池攪拌的水平也同時得到提升，熔池流動循環的頻率增加，在混合三相（氣、渣和鋼）時會有加劇性反應出現，成渣速度得到大大提升。在改善底吹強度的后期，顯著性返干現象未發生，總體上改進了化渣的效果。在提升底吹強度的試驗中，采集了50爐的有效數據。優化前后有關的參數指標見表二、表三所示：

表2 底吹強度改善前有關參數指標

表3 底吹強度改善后有關參數指標

通過對比底吹強度在改善前后的有關參數指標發現，轉爐脫磷的效果得到明顯改善，TSC-磷含量、終點磷含量都出現明顯的下降。同時與底吹強度改善之前相比，TSC-磷含量、TSO-磷含量發生波動的范圍明顯偏小，代表在底吹強度改善后，能更加高效化、平穩化實施脫磷冶煉工作。于單渣脫磷工藝而言，這樣的冶煉水平已經很好，能夠達到大部分轉爐冶煉中磷含量的要求。

攪拌熔爐的成效能在終點碳氧積中得到反映，在改善底吹強度后，降低了終點碳氧積的平均值，表示攪拌熔池的效果有顯著提升。在終點碳氧積的平均值降低后，鋼水過氧化也得到改進，渣中存在的TFe減少，鋼水的收得率得到提升，有效降低了消耗的鋼鐵料用量。

在對改善底吹強度之后做出的試驗數據進行分析，可以發現底吹強度的適當提升有利于鋼水收得、脫磷、化渣等指標。雖然提升底吹強度會使爐底、底吹元件所受到的侵蝕加快，不過在補爐工藝、濺渣護爐工藝、底吹快換工藝都逐漸成熟之后，就能將有效避免再出現這樣的問題。

2.2 綜合優化操作制度

某鋼廠如今還沒有形成規范化、系統化氧槍操作制度，氧槍操作在大型轉爐冶煉中有重要價值。所以，本文在研究中綜合改善造渣料加料、底吹強度和氧槍操作等制度，尋找脫磷冶煉的最適合方案。造渣料和加料的操作一般對第一批造渣料比例進行調整，仍然采用二級計算得到造渣料的用量。

在綜合優化操作制度的試驗中，為了化渣快速，采取分批加入造渣料、強底吹和前期高槍位三管齊下方式，通過觀察轉爐脫磷現場可以看出，化渣前期較好，成渣時間也縮短，同時，槍位在前期雖然增長了，中期時也未發生噴濺，后期時為發生顯著返干問題，冶煉整體過程較為穩定。

以往操作制度采取的操作方式是：一次性加入造渣料、弱底吹、前期中低槍位，發熔池會短時間內升溫，攪拌熔池的效果不佳。在前期化渣有一定的難度，造成脫氧在前期的效率偏低。在前期也就是吹氧之前的四分鐘采取高槍位操作，逐漸增加熔池內的溫度，讓脫磷最適宜的溫度盡可能保持更長的時間[3]。與此同時，添加渣中的一氧化鐵，并與分批加料和強底吹相結合，從而提前成渣的時間，加速化渣。攪拌條件良好、堿性爐渣處于高氧化性、溫度區間適宜達到脫磷適宜的動力學條件和熱力學條件，有效提升了脫氧的效率，終點鋼水的含磷量也得到降低，使單渣法脫磷達到較高的水平。底吹強度提升，并與終點前的壓槍操作相結合，從而大大提升熔池攪拌的效果，提升脫碳脫磷的效率，并使終點鋼液的碳氧積得到進一步降低，鋼液發生過氧化的問題得到緩解，有效提高鋼水的收得率，大大節省了所需要消耗的合金料，鋼種質量得到明顯提升。

3 大型轉爐冶煉中改善脫磷工藝的結論

將濺渣、合理補爐作為基礎，增加底吹強度有助于轉爐冶煉前期實施化渣脫磷，攪拌熔池的水平得到提升，以合理補爐和濺渣為基礎，提升底吹強度對轉爐前期的化渣脫磷比較有利，能夠提高熔池的攪拌能力，終點碳氧積得到有效降低，大幅度提升了鋼水收得率。脫磷最佳時期是吹煉前期。在吹煉前期利用分批加入造渣料、強底吹和高槍位的措施，熔池溫度要控制在適合脫磷的最適合范圍之內，通過在渣內添加一氧化鐵，從而提高化渣的速度，攪拌熔池的水平得到提升，提高鋼渣反應速度，達到脫磷最適宜的熱力學、動力學條件[4]。在大型轉爐吹煉中，氧槍的槍位操作建議采取高→低→高→低的步驟，在轉爐冶煉前期短時間內化渣，到轉爐冶煉的中后期槍適當提升，防止有返干現象出現，到轉爐冶煉最后時期采取壓槍措施，以保證反應處于平衡狀態。依照轉爐脫磷工藝特征，整體優化造渣、底吹和供氧等制度，從而實現有效、穩定的脫磷，達到所煉鋼種成分的要求。

結語

我國研究大型轉爐冶煉中的脫磷起步較晚，相比一些發達國家技術還比較落后，在數年的探索實踐后，我國的大型轉爐脫磷工藝有了一定進展。

參考文獻

[1]吳明,王軍,李應江等.120t轉爐冶煉低磷鋼深脫磷技術[J].煉鋼,2015,31(1):17-21.

[2]王凌川,李伯超,孫光等.影響轉爐脫磷的因素分析[J].黑龍江冶金,2017,31(2):40-41.

[3]胡紹巖,朱榮,劉福海等.110t轉爐脫磷工藝優化[J].工業加熱,2015(3):31-33.

[4]楊利彬.大型轉爐脫磷規律與工藝優化研究[D].鋼鐵研究總院,2015.