120 t转炉高效脱磷生产实践

钟国庆，李维

（天津钢铁集团有限公司技术中心，天津300301）

120 t转炉高效脱磷生产实践

钟国庆，李维

（天津钢铁集团有限公司技术中心，天津300301）

为实现低磷钢批量生产，通过控制冶炼过程工艺参数并采取双渣法脱磷，使倒渣温度控制在1 350～1 400℃；冶炼时间控制在＜350 s；炉渣碱度控制在1.7～2.0，使前期脱磷率控制在70%以上。转炉终点平均出钢P含量由0.012%降低至0.009%，出钢温度由1 642℃提升至1 649℃，取得了良好的脱磷效果。

转炉；双渣；脱磷

1　引言

随着钢铁行业竞争日趋激烈，钢铁产能严重过剩、产品价格长期处在低位，而与此同时，矿石价格下跌幅度较小，造成钢铁企业的盈利空间越来越小，甚至许多钢铁企业出现亏损，迫使钢铁企业向压缩生产成本方向进行研究。

采用低品位矿进行冶炼能有效地降低生产成本，但也给生产带来一定的难度，主要问题集中在铁水P含量上。铁水P含量过高，给转炉脱磷造成很大影响。天津钢铁集团有限公司（以下简称天钢）在使用小品位矿石炼铁时，铁水P含量在0.17%～0.22%之间，而大多数冶炼品种要求转炉终点P＜0.015%，有些品种要求转炉终点P＜0.010%，采用常规的单渣法脱磷不能满足品种钢对P含量的要求。有学者［1-4］指出铁水预脱磷和转炉双联法炼钢能有效解决铁水P高造成的冶炼问题，为此，天钢在采用低品位矿炼铁降低生产成本的基础上，改造转炉底吹供气条件并采取双渣法脱磷，实现了良好的脱磷效果。

2　理论研究

在炼钢的造渣制度下，FeO和CaO是生产稳定磷酸盐的最主要氧化物。氧化铁的脱磷反应为：

磷酸铁只能在较低的温度（1 400～1500℃）下才能稳定存在。在温度较高、熔渣碱度较高时，3FeO·P2O5可变为稳定的3CaO·P2O5或4CaO· P2O5。所以脱磷主要是依靠磷酸钙的形成，其主要反应方程为：

由于脱磷是放热反应，低温对脱磷有利，提高熔池温度，会使磷的分配比降低，对磷从金属向炉渣的转移不利。但温度升高又可以降低炉渣粘度，加速石灰的溶解，从而有利于磷从金属向炉渣转移。为使反应快速进行，需要有较好的底吹效果对熔池进行搅拌，提供良好的脱磷动力学条件［5］。理论研究表明，在一定条件下，最有效的脱磷有一个最佳温度范围。

另外，为保证冶炼后期具有合适的出钢温度，前期倒渣时铁水中碳不能被大量氧化。转炉内脱磷反应是与碳的氧化反应同时进行的，氧流与熔池接触的火点区温度很高（至少高于2 000℃）。因此，在开吹的初期，石灰就开始熔化，形成含氧化铁、具有高反应能力的炉渣。转炉中P的渣化从吹炼初期就已经开始。当熔池含碳量还很高时，含磷量就已逐渐降低了。转炉中C和P浓度随冶炼时间的变化如图1所示。

图1　转炉冶炼过程C、P含量的变化

综上，为达到良好的前期脱磷效果，需控制好前期冶炼工艺的倒渣温度、炉渣碱度和吹炼时间。

3　工艺试验及分析

3.1底吹供气条件

天钢配有3座120 t顶底复吹转炉，原底吹透气元件采用毛细管式透气元件，容易堵塞，不能为脱磷反应提供良好的动力学条件。为保证底吹元件良好的透气效果，将底吹元件更换为环缝式透气元件，底吹供气强度上限≥0.25 Nm3/min·t，能够实现稳定的大流量供气，而且不容易堵塞，满足了脱磷良好的供气条件。

3.2转炉前期的脱磷关键影响因素试验

理论基础研究提供了指导方向，在实际的转炉冶炼生产中，重点对转炉冶炼前期（脱磷期）的倒渣熔池温度、炉渣碱度和吹炼时间3个关键因素对脱磷率的影响进行试验分析。首批生产中采集得到58炉数据，对58炉数据的温度、碱度和冶炼时间的影响进行分析。

3.2.1倒渣熔池温度

图2　熔池温度对脱磷率影响

图2给出了熔池温度对脱磷率的影响。从图2中可以看出，转炉冶炼前期脱磷率总体趋势随熔池温度的升高而降低，但并没有呈现较好的线性关系，原因是受到其它条件的影响。当倒渣时熔池温度＜1 400℃时，约60%的炉次脱磷率＞60%；当温度＞1 400℃时，只有约37%的炉次脱磷率＞60%。因此，倒渣温度控制在1 350～1 400℃。

3.2.2炉渣碱度

图3为炉渣碱度对脱磷率影响。由图3可以看出，前期炉渣碱度较大或较小时都不利于高效脱磷，合适的炉渣碱度在1.7～2.0。因此，炉渣碱度应控制在1.7～2.0。

图3　炉渣碱度对脱磷率影响

3.2.3冶炼时间

图4给出了转炉冶炼时间对脱磷率影响。图4可以看出，当冶炼时间＜350 s时，随冶炼时间的延长，脱磷率不断提高；当冶炼时间＞350 s时，随着冶炼时间的延长，脱磷率没有呈现增长迹象，反而有较小幅度下降趋势。因此，转炉冶炼时间应控制在＜350 s。

3.3转炉前期的脱磷试验效果分析

图4　冶炼时间对脱磷率影响

综合上述分析，为保证较好的脱磷率，转炉关键工艺控制点为：倒渣温度控制在1 350～1 400℃；冶炼时间控制在＜350 s；炉渣碱度控制在1.7～2.0。在实际生产中，在铁水情况基本一致情况下，再进行50炉试验，转炉脱磷工艺操作按照该工艺参数进行控制，并忽略铁水差异带来的影响。

图5为50炉综合试验的脱磷率。从图5中数据显示，当冶炼条件符合关键工艺控制点时，转炉前期的脱磷率基本稳定在70%～80%，平均值74.86%，实现了脱磷率＞70%的预期目标，最大脱磷率接近90%，仅有2炉前期脱磷率＜60%。

图5　综合试验炉次的脱磷率

3.4转炉终点控制情况分析

首批试验的58炉转炉终点控制平均C含量为0.12%，平均P含量为0.012%，出钢温度平均值1 642℃。综合试验的50炉转炉终点控制平均C含量为0.14%，平均P含量为0.009%，出钢温度平均值1 649℃。

将工艺优化后转炉终点控制情况与首批试验情况进行比较，验证工艺优化效果。转炉终点平均出钢C含量提高，由0.12%提升至0.14%，有利于降低钢水中的溶解氧；转炉终点P含量降低，由0.012%降低至0.009%，有效提高了脱磷效果，保证了品种钢的生产；出钢温度有所提高，由1 642℃提升至1 649℃，为后续工序奠定了基础。

4　后续改进方向

虽然天钢在转炉炼钢过程中取得了较好的前期脱磷控制效果，但在冶炼过程中仍存在待改进之处，主要有以下两方面：

4.1前期渣倒出率低

前期渣倒出率低，一般只能倒出一半左右。其原因是前期渣泡沫性较强，前期渣主要是以CaOSiO2-FeO为主。图6是一定温度条件下CaO-SiO2-FeO三元系炉渣与铁水界面张力随炉渣中FeO含量的变化规律。从图6可以看出，在冶炼前期所期望控制的准三元炉渣成分约在圆圈区域。在该区域中，炉渣等粘度线很密集，说明是炉渣粘度变化比较敏感的区域；准三元炉渣与铁水之间的界面张力随着渣中FeO浓度变化也处于比较敏感区域。上述现象说明，在新工艺过程中，冶炼前期炉渣正好处于粘度和界面张力这两个参数变化比较频繁的阶段，可能出现多种不同组合形态，炉渣泡沫化现象不可避免，这是新工艺所希望得到的控制窗口参数决定的。

图6　1 400℃时CaO-FeO-SiO2三元系炉渣等粘度

4.2采用双渣法冶炼倒渣后易出现“返干”现象

造成“返干”原因有多种，主要是因为在C-O大量反应过程中炉渣中FeO较少。在倒前期渣过程中渣中大量FeO被倒出，而在后面的冶炼过程中没有及时生成足够FeO。C-O大量反应发生的温度在1 400～1 450℃，因此倒渣后很容易产生FeO不足现象。

5　总结

天钢使用双渣法冶炼高P钢水，通过控制冶炼过程工艺参数，使倒渣温度控制在1 350～1 400℃；冶炼时间控制在＜350 s；炉渣碱度控制在1.7～2.0，使前期脱磷率控制在70%以上。

工艺优化后转炉终点平均出钢P含量由0.012%降低至0.009%，出钢温度由1 642℃提升至1 649℃。

在冶炼过程中存在待改进的方面。前期渣泡沫性强倒出率低和倒渣后容易出现“返干”现象需进一步研究攻关。

［1］朱英雄，钟良才，萧中敏.复吹转炉深脱磷技术在国内的应用与进展［J］.炼钢，2013，29（4）：1-6.

［2］吕铭，胡滨，王学新，等.双联炼钢法的研究与实践［J］.炼钢，2010，26（3）：8-11.

［3］潘秀兰，王艳红，梁慧智，等.转炉双联法炼钢工艺的新进展［J］.鞍钢技术，2007（5）：5-10.

［4］李峻，曾加庆，高建军，等.低碱度渣铁水预处理脱磷研究［J］.钢铁，2006，41（8）：28-33.

［5］黄希枯.钢铁冶金原理［M］.北京：冶金工业出版社，1990：194.

Production Practice of High Efficient Dephosphorization at 120 t Converter

ZHONG Guo-qing and LIWei
（Technology Center of Tianjin Iron and Steel Group Co.，Ltd.，Tianjin 300301，China）

In order to realize the scale production of low phosphorous steel，process parameters formelting process were controlled and double slag method dephosphorization was adopted to bring deslagging temperature within 1 350～1 400℃，smelting time＜350 s，slag basicity within 1.7～2.0 and dephosphorization rate at early stage over 70%.Average tapping phosphorous content at converter endpointwas reduced from 0.012%to 0.009%and tapping temperature increased from 1 642℃to 1 649℃.Good dephosphorization effectwas achieved.

converter；double slag；dephosphorization

10.3969/j.issn.1006-110X.2016.04.005

2016-03-07

2016-04-07

钟国庆（1983—），男，河北邢台人，工程师，主要从事炼钢方面的研究工作。