轉爐冶煉預脫磷與“全三脫”鐵水少渣技術

吳東陽

（唐山中厚板公司，河北 唐山 063000）

隨著鋼材市場形勢的日益嚴峻，對鋼材質量提出了更高的要求，同時各冶金企業為了大幅降低冶煉成本，在轉爐煉鋼工藝過程中采取三托脫生產工藝模式，即在轉爐煉鋼過程中完成脫硅，脫硫和脫磷。細化了單體設備功能，也為后期潔凈鋼鐵生產奠定了基礎。

1 煉鋼工藝簡介

該煉鋼系統主要配備4 套KR 脫硫設備，2 套300t 脫磷轉爐，3 套300t 脫碳轉爐，2 套300t CAS 精煉爐，1 套帶兩站的LF 精煉爐和2 套兩站的轉爐。 RH 精煉爐，2 個2 個雙線高速連鑄機，每個150 mm，2 個雙線高速連鑄機，用于板坯1，650 mm。這樣的生產工藝模式產品包括了熱軋冷軋生產的汽車板和家電板，同時也為高強度管線鋼提供鋼水原料。在生產工藝過程中，利用鋼水包多功能化的特點，取消了中間魚雷罐倒罐站，可有效避免鐵水溫度降低，同時也避免了粉塵飄灑起到了良好的環保作用，在這一過程中，脫硫過程已在高溫熱力學條件下進行。在轉爐冶煉初期，要充分利用大反應空間和劇烈攪拌進行鐵水的脫硅和脫磷反應。因為鋼水的成分和溫度趨于均勻，對鐵水進行三脫吹煉過程，做好演練過程中的終點控制。

在生產實踐中，托林轉爐半出鋼后，可直接將鋼水包移至加料跨，用天車將半鋼包吊起后直接兌入脫碳轉爐，避免了轉運過程中的降溫，同時也加快了生產的節奏。脫磷轉爐充分利用低溫，低堿度的特點，采用高強度氧氣流進行攪拌，轉爐熔池溫度控制在1300℃～1350℃，爐渣堿度為2.0，其中FeO 含量為12%，前期的生產過程中，鐵水脫離率可高達70%。同時有效避免了鐵水魚雷罐進行脫硅或脫磷過程中出現的噴濺問題。采用全三脫轉爐生產工藝模式，石灰石消耗量可噸鋼降低15kg 左右，同時，顯著降低了最終溫度下鋼水渣的量，減少了鋼渣與鋼水的混合，避免了鋼水和鋼水之間的不均勻，大大提高了鋼水的質量。 在脫碳轉爐中，爐渣的堿度達到4.0 或更高，可通過循環回收后投入脫磷爐作為預處理劑，大幅的降低了冶煉過程中的石灰消耗，實現了物料的循環利用。

2 轉爐內鐵水預脫磷技術優化

脫磷轉化器不提供鐵水的脫硅功能，它旨在通過脫磷進行預處理，并且還執行諸如熔化廢料的任務。由于鋼水的最終溫度要求，脫磷轉爐必須在冶煉過程中保持半鋼中的高碳含量，而磷含量越低越好。在脫磷轉爐中對鐵水進行脫硅和脫磷后，鋼水的成分和溫度變得更加穩定。傳統冶煉工藝認為，轉爐脫磷冶煉要求在低溫，大渣量，高堿度環境下進行，但經過生產實踐摸索，爐渣中的FeO 質量分數對整個脫磷工藝影響效果不大，因此在保證爐渣中氧化鐵含量的前提下，開發測了新型脫磷，保碳技術。

轉爐煉鋼過程中頭加的廢鋼要求厚度小于6mm，重量小于700kg，同時石灰和礦石在前期投入時控制鋼水溫度在1350℃左右，以便提升初期化渣能力，采用先高后低的氧槍槍位進行吹煉，促進鋼渣的反應，利于廢鋼融化和脫磷。脫磷轉爐采用大流量硬吹工藝，更好地促進熔池內攪動。

2.1 轉爐底吹類型和流量控制

在脫磷轉爐中設置16 支底吹氧槍槍位，在冶煉過程中增大氧氣吹煉壓力，增加熔池內的鋼液流動性。通過氣流將轉爐內部分割成若干個小區域，在生產實踐中也可以發現過多的底吹孔更容易出現堵塞現象。通過脫磷轉爐1 ∶12 的水模型測定，在同一情況下，當僅使用8 支底部吹氣槍時，底部吹氣的強度為0.14m3/h，與外圈8 支底部吹氣槍的情況相比，內圈8 的混合時間減少了22 秒。 脫磷轉爐具有很好的效果，因為底部吹氣發生在運動的早期。 在中間階段，底部吹氣逐漸被爐渣覆蓋，這會降低效果并導致分離效率低下。

2.2 轉爐頂吹槍位優化

為了更好地促進低溫條件下脫磷爐向爐渣的轉化，通常將轉爐頂部的氧氣噴槍位置調整為1.8 ～2.0m，這種布置可以有效地促進有毒爐渣中大量氧化鐵的生成并迅速減少生成礦渣。在終點位置時，氧槍槍位控制在1.5～1.7 米，這主要是為了增進鋼水的攪拌強度，強化爐渣和鋼水的脫磷反應。

2.3 半鋼指標優化

在生產實踐過程中，鐵水波動較大，如表1 所示。脫磷轉爐半鋼磷質量分數小于0.035。合格率控制在80%，脫離率可達70%。鐵水經過脫磷轉爐錘煉之后，完成脫硅，脫磷。從而半鋼成分中的溫度和各元素質量更為穩定。如圖1 所示。剛剛平均溫度比鐵水溫度降低46℃。磷質量分數降低降低0.075%，標準差降低0.003%。

表1 脫磷轉爐鐵水條件

3 脫碳爐少渣冶煉技術

圖1 鐵水溫度與磷質量分數在脫磷轉爐冶煉前后對比

鐵水經過脫磷轉爐吹煉后，兌入到脫碳轉爐中，按照鋼水的終點溫度和成分要求，開始下一步冶煉達到轉入終點命中。針對脫碳轉爐熱量不足和渣量少等問題，主要采取以下改進工藝措施。脫碳轉爐冶煉采用低硅鐵屬冶煉技術，一般為了實現快速榮章，采用留渣操作方式。整個冶煉過程中，采用高腔位控制模式，避免爐渣反干及脫磷效果差。在出鋼過程中利用滑板擋渣技術，減少轉爐下渣量，以便提升最終的鋼水質量。利用白云石和石灰石代替原有煅燒石灰，防止出現在冶煉過程中的噴濺。SiO2-CaO-FeO 三元相圖如圖2 和圖3 所示，其中圖7 中小圓圈表示的是實際半鋼冶煉終點終渣成分在三元相圖中的分布。

圖2 SiO2-CaO-FeO 渣系液相區的分布

圖3 轉爐渣成渣路線

4 鋼水潔凈度情況

爐煉鋼生產實踐過程中采用三脫冶煉技術后，生產節奏明顯加快，鋼水質量也明顯優于常規冶煉技術。一冷軋生產用RH工藝為例，平均磷質量分數為0.0076%，硫質量分數為0.0046%，但質量分數為0.0023%，三者質量分數之和為0.0145%。同樣，在某一鋼種進行超低磷與超低硫RH 工藝生產，最終板坯（P ＋S＋N）元素質量分數之和全部小于0.009 5%，具體見表2。

表2 超低磷和超低硫鋼種成分（質量分數）控制

5 結論

在煉鋼生產實踐中，采用鐵水熔煉工藝的使用證實了新一代鋼鐵生產工藝的進展和可行性，并充分確保了高效，清潔的鋼鐵生產，其中各項鋼水質量含硫磷氮質量分數控制在合格范圍之內，叫以前鋼水質量有大幅提升。同時通過改變廢鋼尺寸和底吹氧槍數量，半鋼溫度和磷的質量分數已顯著提高，這為后續的轉爐脫碳工藝提供了良好的條件。脫碳轉爐在對鐵水進行冶煉過程中主要以脫碳升溫為主。在鐵水無硅情況下，噸鋼投入石灰15kg即可控制鋼水中爐渣堿度達4.0，實現了爐渣的循環再利用，同時，它還降低了轉換器的終點氧氣和吹掃速率，并延長了其使用壽命。 通過對鋼包澆鑄和煉鋼中的各種爐渣進行精確分類和處理，可以實現煉鋼中含鐵材料的自恢復。