转炉双联法脱磷成渣工艺分析

2014-08-15石磊

冶金与材料 2014年4期

关键词：渣中双联碱度

石磊

(首秦金属材料有限公司，河北秦皇岛066000)

1 转炉双联法冶炼超低磷钢工艺

转炉双联法冶炼将传统的转炉炼钢过程单一功能化，便于控制和管理冶炼过程，进而提高钢水的质量，减少能耗，缩短冶炼周期，生产出符合要求的超低磷钢材。双联法的转炉冶炼工艺主要有两个阶段，即脱碳精炼的D－P阶段和提温少渣的D－C阶段。

1.1 脱碳精炼的D－P阶段

采用转炉双联法冶炼，在脱碳精炼的D－P阶段要注意统计出钢温度、炉渣碱度和脱磷率、终点磷的质量分数相互之间的关系，以控制好脱磷率。出钢温度过高不利于脱磷，但出钢温度过低不利于化渣和CaO作用的发挥。因此，为了达到最佳转炉脱磷效率，应将出钢温度控制在1 450～1 499℃之间。此外，为了达到60%以上的脱磷率，满足前半钢去磷的要求，应将炉渣碱度控制到2.5～3.0。同时，要生产超低磷钢，且保证渣中w(FeO)不至于过高而增加铁损，应将终渣w(FeO)控制在20%≤w(FeO)＜30%。实际生产中，仍需要对脱碳精炼的D－P阶段的操作不断进行相关优化，开发前半钢的供氧制度、渣料等相关技术，寻求更加精确的控制条件。

1.2 提温少渣的D－C阶段

D－C阶段的有效进行仍然离不开对转炉出钢温度、炉渣碱度和终点磷的质量分数等的技术掌握和数据控制。为了提高转炉双联D－C阶段对脱磷率的有效控制，综合考虑，需将出钢温度控制在1 640～1 660℃;综合考虑实际条件和成本控制的情况下，将碱度控制在4.0～6.0之间，保证终点渣中w(FeO)≤30%。

2 转炉脱磷的影响因素

2.1 炉渣的碱度

CaO具有较强的脱磷能力，且生成的磷酸钙能稳定存在于炼钢高温中，炉渣中CaO的质量分数与炉渣碱度成正比。但并不是说CaO的质量分数越多越好，渣中过多的CaO会增加炉渣黏度;而当CaO颗粒不能完全熔入炉渣时，会降低炉渣的流动性，影响脱磷效果。

在整个冶炼期间，初期时，石灰刚加入炉内，温度尚未达到，并未熔化。因此，液态炉渣主要与铁水中的Si，Mn，Fe等氧化产物反应。随着反应的进行和温度的逐渐升高，石灰慢慢熔化，使碱度升高。冶炼初期最终碱度可达到1.3～1.5。冶炼中期，随着石灰的熔化，脱碳速度加快，渣中的FeO的质量分数逐渐降低，当石灰的融化量与FeO的质量分数达到一定比例时，石灰熔化速度开始逐渐减缓，碱度的增加也随之变缓。应当注意的是，碱度的增加只是变缓，但是总趋势还是增加的，此时碱度约为1.8。冶炼后期，脱碳速度下降，渣中FeO的质量分数再次升高，石灰在高温下熔化速度随之加快，碱度快速增加并达到3.0左右。根据生产经验，脱磷效率随碱度的升高而升高;但是，当碱度达到3.5左右，脱磷效果达到饱和，随后不论碱度如何提高，脱磷率基本不变。

2.2 终渣的氧化性

由于渣中FeO在脱磷过程中起到关键的作用，FeO是去磷的必要条件。生产研究表明，FeO作为炉中反应的氧化剂，既可以氧化磷，又可以与P2O5结合生成化合物FeO·P205。但是，由于渣中存在的3FeO·P205在温度高于1 470℃时性质并不稳定，为达到去磷目的，可利用石灰熔化后生成的稳定化合物4CaO·P2O5。

要想利用好FeO对脱磷的综合影响，需严格控制FeO的质量分数。如果FeO的质量分数较低会影响石灰的熔化，不能脱磷;如果FeO的质量分数过高，将稀释CaO的脱磷作用。渣中FeO的质量分数是影响脱磷率的主要因素，脱磷率与其几乎呈线性关系。这是因为随着FeO的质量分数的增加，炉渣氧化性增强，磷在炉渣和钢水中的分配比也随之增大，氧化性有利于脱磷反应的进行，因此氧化性越强，脱磷率也就越高。生产实践表明，渣中FeO的质量分数随着吹炼的进行逐步降低，最后再次升高。其中，吹炼开始时FeO的质量分数最高;吹炼至70%，降至最低水平，此时为防止炉渣“返干”，应该适当加入球团矿化渣;吹炼至80%以后，随着熔池中C的质量分数降低和脱碳速度的降低，渣中w(FeO)逐步升高，去磷速度也再次加快。当炉渣碱度在2.8～3.5，w(FeO)控制在18%～20%范围内时，脱磷率最高，可达到85%以上，有时甚至可达90%。

2.3 温度

温度对脱磷反应的影响应是复杂的。由于脱磷反应放热，高温不利于其反应的发生;但是，高温可以加速石灰的熔化，提高熔渣碱度，给反应提供更多的原材料和合适的碱度，并能提高磷在炉渣和钢水中的分配比。同时，高温能提高渣的流动性，通过加强渣钢界面反应提高脱磷反应的速度。由此看来，温度过低和过高都不利于脱磷，应该把温度控制在合理的范围内。

大量生产实践证明，如果冶炼终点温度较高，P在钢渣中的分配比则会降低。但是，影响脱磷率的因素中温度作用不如碱度和FeO的质量分数的作用显著;脱磷的关键在于控制冶炼过程渣，特别是终渣。