轉爐脫磷工藝中單渣法的研究進展

崔 璇，周朝剛，回 屹，陳慶功，趙定國

（華北理工大學冶金與能源學院，河北 唐山 063210）

單渣法（如圖1所示）作為鋼鐵行業轉爐脫磷最為常見的工藝，盡管脫磷效果與雙聯法、雙渣法相比較差，但因其冶煉周期短、投入成本低等特點，被各大鋼鐵廠廣為使用[1]。

圖1 單渣法工藝流程演示圖

留渣工藝可以實現低成本、高效率，并且可以減少石灰的用量，達到較好的脫磷效果，單渣工藝與留渣工藝相配合往往效果更佳[2]。朱祥亮[3]對65t轉爐氣化脫磷試驗發現，通過控制底吹氣體的流量350Nm3/h、設焦粉為氣化脫磷劑，以1.1倍碳當量分批加入，配合留渣操作，可提升氣化脫磷率至37.0%~42.3%。

1 溫度條件

溫度對轉爐脫磷的重要影響因素，溫度過低，爐渣不易熔化，流動性差，而溫度過高則會影響脫磷效果[4]。

控制單渣-留渣工藝溫度的關鍵歸結于關鍵在于留渣量及渣中FeO含量。在返干期分批加入冷料，可提高FeO含量，利于熔池溫度提升。廣為認可的最適脫磷的轉爐前期溫度為1300℃~1400℃[5]。葛允宗等[6]使用SPHD工藝，在硅氧化期后加入燒結礦，以防止前期爐溫過高。發現，李正嵩等[7]在水鋼100t轉爐生產實踐中，為使轉爐溫度達到最適脫磷溫度，控制溫度至1400℃后，采取每20s加200kg含FeO冷卻劑的方式，有效保證脫磷率及爐渣中FeO含量。

王彥林等[8]在武鋼工藝實踐中發現，控制終點溫度1600℃~1640℃，可在滿足LF爐生產要求同時降低脫磷率。楊曉江等[9]對150t頂底復吹轉爐進行單渣法脫磷發現，如圖2所示，控制終點溫度1620℃~1640℃，可使終點P含量不超過0.010%，1630℃時，脫磷率高達93.65%，證明前述觀點。

圖2 終點磷含量與終點溫度關系

2 堿性條件

除溫度條件外，爐渣堿度對脫磷率也有極大調節作用。Chen等[10]研究了爐渣堿度對含磷釩爐渣中脫磷的影響，發現渣堿度為1.93時可獲得最高的脫磷率。天鋼[11]在生產實踐中發現，通過如表1所示參數控制堿度、爐渣循環次數、槍位等，可在節省鋼鐵料以及輔料消耗的前提下將脫磷效率提升3%。

表1 單渣脫磷時參數與工藝的控制

王彥林等[8]建議，若使用鐵礦石替代CaCO3等助熔劑, 前期應控制堿度2.5~3.5，以減弱返干提高脫磷率。葛允宗等[6]在寧鋼復吹轉爐工藝實踐中，在吹煉終點前3min分批次加入燒結礦，控制堿度3.2~3.6，得到較好脫磷率。楊曉江等[9]建議控制FeO（如圖3所示），在防止FeO含量過高稀釋堿度的前提下，控制堿度不超過3.7，獲得較高脫磷率。

圖3 終點磷含量與爐渣堿度關系

3 FeO含量

FeO直接影響爐渣的氧化性，FeO含量低，不利于造渣料的熔化；而FeO含量過高，CaO的濃度下降，將導致堿度下降，影響脫磷率。找到合適的FeO配比則尤為重要[12]。

周清[13]結合熱軋轉爐煉鋼的生產實際工藝以及轉爐鋼水脫磷的機理，通過改變熔渣中FeO的含量，優化了轉爐吹煉制度，得到“前期早化渣，化好化透渣”的脫磷操作重點；中期通過控制渣料入口及槍位，調節渣中FeO含量，避免“返干”現象，使得不易發生噴濺；后期對溫度、渣量、堿度等提出建議，在理論上有效減少回磷，提高脫磷效率。姚俊等[14]通過控制轉爐冶煉后期時的槍位及供氣量，實現了對FeO含量的控制，得到了較好的渣系固磷相比例，極大降低能耗，提升了產品質量。研究發現，轉爐中固磷相C2S-C3P的含量與FeO的含量成反比，通過新工藝，降低FeO含量，可將渣中固磷相所占比例提升約0.7%，有效提高固磷效果，大幅提高脫磷率。翟勇強等[15]利用終渣FeO含量高的特點，通過單渣留渣工藝，快速將下一爐CaO-TiO2-SiO2渣系轉變為CaO-TiO2-SiO2-FeO四元渣系，使得轉爐脫磷率達到88%~92%，大大提高脫磷效率。當終點爐渣中的FeO含量為14.62%~26.55%時，終點鋼液磷含量隨終點爐渣中FeO含量增大而顯著降低。楊曉江等[9]發現了如圖4所示的終渣FeO含量對脫磷率關系，再次為工業提出指導。

圖4 終點磷含量與終渣FeO含量關系

關于其他鐵的氧化物的研究，Yang等[16]研究了Fe2O3加入量對1623K、低堿度、生石灰二氧化硅占比約1.5的爐渣脫磷效果的影響，發現隨Fe2O3的加入，脫磷率升高。同時，當界面處的氧勢以及氧活度分別大于0.72×10-12和7.1×10-3時，脫磷率迅速提升。當Fe2O3加入量增至30g時，脫磷率最高，達約83.3%。

4 總結

磷含量是影響鋼材性能的一個重要因素，通過分析溫度、堿度和FeO含量對轉爐脫磷的影響因素及脫磷效果。未來，單渣法脫磷的重點在于前期快速成渣，中期減弱熔渣返干，后期避免氧化性熔渣富集；熔渣中溫度、堿度、FeO的含量對脫磷有重要影響，合理控制溫度，提高堿度，適當提高鋼渣中氧化物的含量，可以獲得良好的脫磷率。