試述頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐冶煉中氧化脫磷與固磷的應(yīng)用

李海濤 陳偉 宋殿飛 汪新富 朱崇進

摘要：鋼鐵冶煉過程中，鋼中的成品P含量直接受到氧化脫磷與固磷的影響。當前，高堿度轉(zhuǎn)爐爐渣仍是我國當下最主要的鋼鐵冶煉渣系，其冶煉過程中不僅會產(chǎn)生大量的能源消耗，還會降低鋼鐵性能的控制力度。基于此，本文重點針對鋼鐵冶煉過程中氧化脫磷與固磷的應(yīng)用進行了詳細的分析，旨在為提升轉(zhuǎn)爐煉鋼終點P控制提供參考。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)爐冶煉;氧化脫磷;固磷

經(jīng)過相關(guān)人員的研究，發(fā)現(xiàn)在鋼鐵冶煉過程中，脫磷和固磷處于并行存在狀態(tài)。只要提升爐渣固磷率，就可以實現(xiàn)鋼鐵的快速脫磷。但是，鋼鐵的氧化脫磷對于冶煉環(huán)境的要求比較特殊，而爐渣中磷的固化依賴于C2S固溶固磷相C2S-C3P的應(yīng)用，固磷相的富存需要處于低濃度的氧化亞鐵環(huán)境中。所以，在鋼鐵冶煉的過程中，需要對具體的冶煉工藝流程進行優(yōu)化，通過脫磷與固磷之間平衡的把握，來提升鋼鐵性能和冶煉經(jīng)濟性。

一、吹煉實驗

某鋼廠有90t的煉鋼轉(zhuǎn)爐，冶煉最終成品為低磷鋼，鋼水中磷元素的含量在0.13%--0.14%之間。將低磷鋼分別放在兩個不同堿度環(huán)境下進行吹煉實驗。第一個冶煉環(huán)境的堿度為3.0--3.3，第二個冶煉環(huán)境的堿度為3.5--4.0。為了保證實驗結(jié)果真實、有效，需要在正式開始冶煉之前，對鋼渣進行化渣處理。經(jīng)過實驗，得出在低堿度冶煉環(huán)境中，鋼鐵的氧化亞鐵含量為13%--16%;在高堿度冶煉環(huán)境中，鋼鐵的氧化亞鐵含量為19%--23%。

在對鋼鐵進行冶煉的過程中，可以使用雙渣吹煉工藝。首先，在剛開始吹煉的時候，先將40%的石灰原始量和白云石加入其中，然后在冶煉下槍后加入70%的燒結(jié)礦或紅泥。在這一過程中，可以將吹煉供氣量控制到19600m3/h;3.0min之后，再將吹煉供氣量降低至17500m3/h。其次，在脫磷期，可以將槍位涉及到1.39m的高槍位，1.0min之后，再將槍位降低至1.09m，保持3min。在這一階段，可以將供氣量控制在16900m3/h--18400m3/h，并最終穩(wěn)定在20900m3/h。底吹流量在4.0m3/min，采用4孔供氣，吹煉過程流量維持不變。

二、鋼鐵冶煉過程中的造渣控制

在鋼鐵冶煉過程中，化渣階段會形成大量的初期渣，其熔點偏低，化渣難度不大。鋼渣的脫磷發(fā)生在3min--5min之間。這一時間段的鋼渣存在堿度，且脫磷產(chǎn)物已經(jīng)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榱姿徕}。鋼渣中的氧化亞鐵和磷酸鈣相中也發(fā)現(xiàn)了磷元素的存在。為了提升脫磷效果，需要對溫度進行嚴格的控制，避免溫度過高，又發(fā)生磷還原現(xiàn)象[1]。

脫磷末期，鋼渣中的堿度會大幅度降低，氧化亞鐵的含量也會大幅度降低，所以其在渣相圖上的位置會表現(xiàn)出靠近C2S的變化趨勢。也就是說，鋼渣中的C2S含量增多，鋼鐵冶煉中的固磷能力就會增加，C3P的容納量就會擴大，鋼渣的使用效率也會有所增加。在整個脫磷過程中，需要對壓槍作用位置進行科學的調(diào)整，確保鋼渣中的氧化亞鐵含量逐漸降低。與此同時，還要增加石灰用量，通過大流量氧氣供應(yīng)來為熔池內(nèi)的氧化反應(yīng)的有效進行提供保證。只有這樣，爐長才能夠?qū)︿撛难趸赃M行有效的管理與控制[2]。

三、冶煉鋼渣微相分析

（一）脫磷期渣相分析

通過上文的對比實驗，發(fā)現(xiàn)低堿度冶煉環(huán)境中，鋼鐵的氧化亞鐵半鋼渣的堿度是1.65。這一渣樣的物相有兩種：一種是基體相的深灰色，主要成分是硅酸鹽相，富集著大量的磷元素;除此之外，還固溶了一些鐵和鎂。另一種是在基體相上廣泛分布的枝晶狀白色相，主要成分是鈣鐵相。

在高堿度冶煉環(huán)境中，鋼鐵的氧化亞鐵半鋼渣堿度為1.69。這一渣樣的物相同樣也有兩種：一種是基體相的灰色相，主要成分是硅酸鹽相，富集著大量的磷元素。同時，固溶了大量的鐵元素。與低濃度冶煉環(huán)境中的深灰色相相比，這一渣樣中溶固的鐵元素更多。另一種是在基體上分布的枝晶狀白色相，即鈣鐵相。蘊含的鐵元素質(zhì)量分數(shù)較為突出，磷元素的質(zhì)量分數(shù)則偏低[3]。

半鋼渣的堿度值主要集中在1.60--1.70之間，這類鋼渣的物質(zhì)向也有兩種：一種是基體相的深灰色相，即硅酸鹽相，磷元素大量富集。另一種是白色相，即鈣鐵相，以鐵和鈣為主，基本不含磷。也就是說，氧化亞鐵含量高的渣，磷元素質(zhì)量也偏低。

（二）轉(zhuǎn)爐終渣渣相分析

對隨機轉(zhuǎn)爐終渣的渣樣進行分析，可以明確，當鐵水條件一致的時候，低堿度冶煉環(huán)境中的鋼渣，氧化亞鐵含量較低，而磷分配則相對較高，對于輔料石灰的消耗量也不大。低堿度冶煉環(huán)境中的氧化亞鐵渣系中含有的一氧化硅質(zhì)量分數(shù)有所升高。究其原因，主要與兩方面因素有關(guān)：第一鋼渣堿度降低，石灰加入量也降低;第二冶煉后期低槍位和高供氧控制嚴格，與傳統(tǒng)的冶煉爐此相比，轉(zhuǎn)爐終渣的氧化亞鐵質(zhì)量分數(shù)明顯下降。

也就是說，使用傳統(tǒng)的冶煉工藝，所生產(chǎn)出的氧化亞鐵鋼渣中的固磷相占比2.18%，鐵酸鈣占比0.52%，氧化物占比0.37%。對冶煉工藝進行優(yōu)化，所生產(chǎn)出的氧化亞鐵鋼渣中的固磷相占比2.86%，鐵酸鈣占比0.82%，氧化物占比0.56%。由此可以得出，經(jīng)過優(yōu)化的鋼鐵冶煉工藝，可以有效降低冶煉過程中的固磷相含量，并提升固磷特性。將20%的傳統(tǒng)工藝石灰量加入到優(yōu)化后的冶煉過程當中，并使用70%的燒結(jié)礦，也可以大幅度降低鋼鐵冶煉過程中對于輔料數(shù)量的消耗[4]。

四、結(jié)語

在鋼鐵冶煉過程中，脫磷與固磷同步進行。對爐渣的固磷率進行提升，就可以有效改善鋼鐵的脫磷率。而鋼鐵的氧化脫磷對于冶煉環(huán)境的要求比較苛刻，即氧化性高、堿性高、渣量大。但是，爐渣中的固磷，又必須要有C2S固溶固磷相C2S-C3P的參與。在鋼鐵冶煉過程中，C2S-C3P與氧化亞鐵含量之間存在著反比例關(guān)系，氧化亞鐵的含量越低，固磷相的含量越高，爐渣的固磷效果就越好，鋼鐵的脫磷率就越高。在優(yōu)化后的鋼鐵冶煉工藝下，獲得的氧化亞鐵鋼渣中固磷相占比2.86%。而未經(jīng)優(yōu)化的鋼鐵冶煉工藝下，氧化亞鐵鋼渣中的固磷相占比2.18%。優(yōu)化后的鋼鐵工藝下，僅需要加入傳統(tǒng)工藝所需石灰量的40%，燒結(jié)礦或紅泥的70%，就可以完成相應(yīng)的冶煉任務(wù)。且整個冶煉過程，消耗的輔料也非常少。

參考文獻

[1]戴張杰，焦海東，彭軍，劉媛媛.含鉻鐵水的氧化脫磷的條件和影響因素[J].中國鑄造裝備與技術(shù)，2020，55（06）：11-17.

[2]馮曉明.鋼鐵冶煉過程中氧化脫磷與固磷的應(yīng)用研究[J].中國金屬通報，2020（04）：113-114.

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