天鐵熱軋180 t復吹轉爐冶煉低磷鋼水的研究

周 清

（天津天鐵冶金集團熱軋板有限公司，河北涉縣056404）

0 引言

天鐵集團熱軋板有限公司現有兩座180 t頂底復吹轉爐，冶煉鋼種絕大部分要求磷含量較低，雖然轉爐脫磷能力強，脫磷率可達90%左右，但由于煉鐵廠所供給的鐵水條件不穩定，鐵水中硅含量波動較大且磷含量一般偏高，使轉爐煉鋼時有發生終點磷偏高的情況。

1 磷對鋼水的危害

磷是鋼中的有害元素之一。通常，磷可略微增加鋼的強度，但會使鋼的韌性降低。“冷脆”是磷的突出危害，這是由于磷在結晶過程中會發生晶內偏析，偏析會促進“冷脆”現象的發生。磷的偏析還會使鋼在熱軋后出現帶狀組織而影響鋼材性能。磷能夠降低鋼的焊接性能及塑性，使冷彎性變差。因此，脫磷是轉爐煉鋼的一項重要任務。

2 脫磷的理論基礎

通常認為，[Fe3P]或[Fe2P]是磷在鋼中的存在形式。在煉鋼過程中，脫磷反應發生在金屬液與熔渣界面，磷最初被氧化成（P2O5），而后與CaO發生反應，生成性質穩定的磷酸鈣。圖1為CaO-FeOn-SiO2三元相圖的1 600℃截面圖。在煉鋼過程中，初渣轉化為終渣，可以有3條路線，分別為ABC、AB′C和AB″C。根據FeO在成渣時的含量，可將ABC和AB″C路線分別稱為鈣質成渣路線、鐵質成渣路線。鐵質成渣途徑的優勢：避免了進入C2S兩相區，成渣快，石灰熔化快，爐渣流動性好，且在吹煉中期時，爐渣不容易返干，這些特點使得爐渣具有良好的脫硫、脫磷能力。可見，熔渣中ΣFeO的增加速率直接影響到石灰的熔解速率及熔渣的狀態和性質。

鋼渣界面脫磷化學反應式：

或：

或：

在轉爐煉鋼條件下，脫磷效果可用磷的分配系數Lp來表示，Lp主要取決于熔渣成分和溫度。

磷的分配系數越大，說明爐渣脫磷能力越強，脫磷效果越好。

（1）平衡移動原理，從脫磷反應式中可以看出，提高（FeO）和（CaO）的濃度，降低（4CaO-P2O5）的濃度，可以使反應向正反應方向進行，從而降低終點磷的含量。如果提高堿度，會增加氧化鐵的含量，從而使熔渣容易脫磷。

（2）促進脫磷反應的方法：增加（FeO）在熔渣中的含量，可以改善熔渣的流動性和加速石灰的渣化。可通過增加（CaO）的有效濃度來提高堿度，這樣有助于脫磷反應的發生。但是并非堿度越高就越好，如果石灰加入過多，會影響渣化和熔渣的流動性，這樣反而對脫磷不利。

（3）脫磷反應是強放熱反應，因此低溫有利于脫磷反應正向進行。爐溫過高反應則逆向進行，鋼水中的磷不但不降，反而會產生“回磷”現象。石灰渣化與爐溫有關，如果爐溫過低不利于石灰的渣化，而且會影響熔渣的流動性，也減慢了脫磷反應的速度。生產實踐證明脫磷的適宜溫度為：1 450～1 550℃。

3 天鐵熱軋轉爐煉鋼鋼水磷高原因分析

一般情況下，鋼水“回磷”的發生及回磷程度的大小與下列因素有關：入爐鐵水磷含量偏高，前期化渣不良，熔渣流動性不好，爐渣堿度低，去磷效果不好；中期出現“反干”現象，而沒有及時采取有效措施進行制止，長時間“反干”造成回磷；后期出現爐渣堿度過低，鋼水溫度偏高，爐渣過粘降低了渣中FeO的活度，爐渣的氧化能力下降，致使終點倒爐磷含量偏高；出鋼過程使用脫氧劑不當，生成大量的SiO2，降低了爐渣堿度；出鋼下渣量大導致回磷。

4 優化煉鋼生產實踐

針對煉鋼入爐鐵水成分波動較大、鐵溫低、廢鋼加入量偏大的特點，結合自身煉鋼工藝特點，根據鋼水回磷成因，制定了一系列行之有效的措施來降低鋼水中的磷含量，滿足實際生產需要。

4.1 吹煉前期

當Si%＜0.030%，鐵水溫度低時，前期采用低槍位（1.5 m）點火吹煉，使Si、Mn迅速氧化升溫，開吹40 s后加入石灰，輕燒白云石，氧化鐵皮進行造渣，此時可適當提高搶位（1.7 m），降低吹氧強度，延長硅、錳的氧化期，增加渣中（FeO）的含量，快速形成泡沫渣，使渣的堿度大于1.5～1.7，減輕前期酸性渣對爐襯的侵蝕和提高前期渣的去磷效果。采用留渣操作對低硅高磷鐵水是一種有效的方法，這是由于爐渣本身具有堿性,它可以避免前期酸性爐渣對爐襯的侵襯作用,同時可以較早地形成一定量的TFe和一定堿度的初期渣,這樣可以促進前期低溫階段的脫磷。

當Si%＞0.70%，磷含量也偏高時，采用雙渣法吹煉。采用低高低搶位，快速化渣，形成一定堿度的爐渣，達到去磷效果，逐漸降低搶位，防止TFe過度聚集，泡沫化嚴重導致噴濺。待吹煉到5 min左右，渣中（FeO）含量降低，碳反應初起時提槍倒渣。

4.2 吹煉中期

隨著鐵水中硅、錳氧化已基本結束，爐溫升高，石灰進一步熔化，碳氧化反應開始。碳氧反應開始后，可小批量加入第二批造渣料石灰。隨著溫度的提升，碳氧反應加劇，渣中（FeO）含量降低，此時可適當加入燒結礦和氧化鐵皮，提高搶位化渣，提高渣中（FeO）的含量，以保證化好渣、熔池活躍，使爐渣具有高堿度，不產生“反干”現象，并在不發生噴濺的前提下，最大程度地產生泡沫渣，達到去磷效果。

4.3 吹煉后期

此階段碳氧反應速度下降，三相乳化現象減弱，溫度升高較快，要控制好終點溫度。終點溫度不宜過高，過高的爐溫會導致脫磷反應逆向進行。然而，適當的溫度可以使石灰快速渣化，成渣速率快，增強爐渣流動性，脫磷效果好。

后期槍位要根據實際情況進行調整，若吹煉過程化渣不良，則需要提高槍位化渣，增加渣中（FeO）的含量，使熔渣流動性增大，促進脫磷。但槍位不能過高，時間不能過長，否則會引起噴濺。要密切觀察火焰，當火焰收縮頻繁，火焰變得短而透明時，降槍拉碳，達到出鋼要求后提槍，結束吹煉。若吹煉過程化渣良好，吹煉末期可直接降低槍位拉碳，均勻鋼水成分和溫度，降低渣中（FeO）含量，使終渣做黏減少吹損，提高鋼水收得率。

4.4 出鋼作業

倒爐出鋼進行脫氧合金化。脫氧劑和合金料要盡量在出鋼至2/3前加完，配加碳粒和合金盡量一次到位，防止出鋼完畢后補加合金，大氣攪動鋼水形成洗渣回磷。出鋼口采用雙擋渣法出鋼，即出鋼前用擋渣塞防止前期下渣，在出鋼后期采用擋渣標擋渣，可以避免出鋼后期下渣回磷現象的產生。在出鋼時，向鋼包內投入少量小塊石灰，可以提高鋼包內渣層堿度和稠化爐渣，從而減少鋼渣接觸發生回磷現象。

5 結束語

通過對熱軋轉爐煉鋼脫磷采取一些列措施，脫磷效果明顯，有效控制了由于磷高而發生超內控的情況。轉爐煉鋼脫磷操作重點為：前期早化渣，化好化透渣；中期控制好渣料加入和槍位，調節渣中（FeO）含量，避免“反干”現象，又不出現因TFe聚集產生噴濺；后期控制好溫度，調好爐渣，保持大渣量、高堿度，減少回磷。同時，維護好出鋼口，對擋渣不好的爐次，要及時對出鋼口進行維護或調標，精心出鋼，避免因出鋼過程下渣造成回磷。