转炉过程TFe含量控制与低磷钢冶炼

张建师　秦登平　危尚好　魏锐　张俊飞

摘 要 本文集中探讨了中厚板生产中转炉过程TFe含量控制与低磷钢冶炼的应用研究。结果表明：对脱磷渣中TFe含量影响因素进行了分析研究，得出半钢渣中TFe含量主要受脱磷期枪位控制和脱磷时间的影响；转炉SGRS工艺脱磷阶段去磷反应的关键是：渣中（FeO）含量达到7.19%以上时可满足脱磷阶段铁水去磷至0.025%的热力学前提条件，同时低枪位强搅拌同时加入铁矿石控制渣中（FeO）含量可提高脱磷效果；对影响终渣TFe含量因素进行了分析，分析表明影响转炉终点TFe含量的主要因素是转炉终点C含量和终点温度。对中碳钢而言，中碳钢终点C含量控制在0.075%～0.085%间，既能保证钢种要求成分范围，又能降低钢水过氧化，而终点温度在1640～1670℃之间为最佳。通过技术优化，目前已经实现在高磷铁水条件进行低磷钢的生产，同时渣中TFe含量控制较好。

关键词 转炉冶炼 过程控制 TFe含量 低磷钢

0引言

近年来，由于钢铁企业产能过剩和钢铁形势日趋严峻，钢铁企业利润逐渐减少，甚至出现逐年亏损的局面，同时随着新品种钢研发的进行，对于钢中P含量的控制要求越来越高，而随着铁水中P含量的不断增加，转炉脱磷成为难点和热点问题。终渣TFe含量是反应冶炼控制水平高低的一项重要技术经济指标。降低终渣TFe含量，有利于减少铁损、降低钢铁料消耗，同时确保溅渣质量和冶炼稳定顺行。因此，优化冶炼工艺、降低终渣TFe含量是钢铁企业加强和完善管理，改善技术经济指标和提高效益长抓不懈的一项重要工作。转炉冶炼TFe 含量的高低，决定着石灰溶解速度、化渣程度、脱P和脱S程度、炉渣的喷溅程度与“返干”量、钢水收得率、终点钢水氧含量、炉衬侵蚀程度、合金吸收率等的高低[1-5]。吹炼各期炉渣都应具有合适的氧化性，原则上在吹炼初期应把渣中TFe含量控制得高些，以利于化渣，同时减轻渣中酸性氧化物对炉衬的侵蚀；在吹炼终点应降低 TFe 含量，以利于脱硫。本文就100 t转炉进行转炉过程中TFe含量的控制和低磷钢冶炼进行深入理论分析和研究。

1工艺条件

目前转炉钢渣主要分两种，一种是半钢渣，主要是SGRS工艺要求的前期脱磷渣，下文称之为“转炉半钢渣”；另外一种是转炉终点渣。每炉钢水再冶炼当中基本都要倒一定量的半钢渣和终点渣，渣中TFe含量高低将直接影响着转炉金属料收得率。采用优化工艺前某厂100t转炉终渣TFe含量控制现状为，转炉终点平均TFe水平为18.49%，转炉终点平均TFe较高，严重影响着金属料收得率，同时由于TFe控制能力较差使得冶炼低磷钢时P控制不稳定，存在较大波动。转炉SGRS工艺脱磷阶段兑铁之前炉内含有大量转炉终渣，并且渣中含有的组元P2O5含量在1.5%以上。为了使炉渣具有较好的流动性，需要保证炉渣碱度控制在在1.3-1.5左右，较低的碱度加大了脱磷的难度。

2结果与讨论

2.1半钢渣TFe含量控制及理论分析

脱磷阶段低FetO控制对脱磷与降低冶炼成本其重要作用，為此研究脱磷阶段去磷机理以及计算合适的顶渣FetO含量，对于控制脱磷具有重要意义。

半钢渣TFe含量控制理论基础如下计算所示，去磷反应可以表示为：

5=6.0310-15，因此得，半钢[P]含量为0.025%时，铁液中因脱磷而需要存在的[O]含量为0.039%，由于SGRS脱磷阶段铁水中[C]含量为（2.8%～3.8%），铁液中溶解氧活度受[C]含量控制，由公式给出的[C][O]反应平衡常数计算与活度相互作用系数计算，在1330℃～1380℃范围内计算铁液中氧活度为0.0008～0.0015左右，因此，脱磷反应不能在熔池内部进行。

由以上分析与计算可知，转炉SGRS工艺脱磷阶段去磷反应的关键是：

（1）渣中（FeO）含量达到7.19%以上时可满足脱磷阶段铁水去磷至0.025%的热力学前提条件；

（2）为了提高脱磷效果，可以在低枪位强搅拌同时加入铁矿石控制渣中（FeO）含量。

2.2 双渣前冶炼控制对半钢渣中TFe含量影响

2.2.1枪位对半钢渣中TFe含量的影响

如下图所示，在实际冶炼过程中，脱磷阶段脱的硅期结束至脱磷阶段结束氧枪枪位分别控制在1.2m-1.5m条件下，对应渣中TFe含量分别控制在7%～10%、6%～13%、14%～17%、16%～23%之间，如图1所示。

如图1所示，随着脱磷阶段后期枪位的提高，渣中TFe含量逐渐增加，枪位越低则转炉熔搅拌强度越强，渣中TFe含量间接反映了转炉熔池搅拌强度。

2.2.2 脱磷阶段结束（TFe）对[P]含量的影响

如上图2所示，脱磷期结束铁水[P]含量与脱磷渣（TFe）含量的关系，随着脱磷渣中（TFe）含量的降低，脱磷期结束铁水磷含量降低。该关系间接反映了炉内动力学条件对脱磷的影响，即在（TFe）含量降低的条件下，通过钢液的充分搅拌，依然可以获得较好的脱磷效果。在充分满足动力学条件的状况下，低枪位强搅拌，（TFe）含量控制在10%以下，可以获得脱磷期铁水磷含量低于0.025%左右的脱磷效果。

2.3 终渣TFe控制

2.3.1 终渣TFe含量控制理论基础

式中：PFEMN为终渣中MnO与终渣TFe含量关系系数（0.382～0.392）；PFEBAS为终渣碱度与终渣TFe含量关系系数（0.485～0.535）；P为渣中磷含量，0.84%；Beff为终渣碱度；[Mn]为钢中Mn含量。（MnO）为渣中MnO含量。

将炼钢实际生产数据，钢中Mn含量均值0.05%，终渣碱度均值3.2，渣中P含量均值1.92%，渣中MnO均值1.92%代入终渣TFe理论计算模型，可以得出终渣TFe理论含量在17.4～18.034%。

2.4冶炼控制对终渣TFe的影响

2.4.1终点C含量对终渣TFe的影响

根据碳氧平衡原理，当钢水中碳含量小于0.04%后，钢水终点氧含量随碳含量的降低而急剧上升，从实际生产统计看出，终点C含量>0.06%的炉次.其终渣TFe含量平均为16.9%，C含量在0.04%～0.06%的炉次，其终渣TFe含量平均为20.8%，终点C含量<0.04%的炉次。其终渣TFe含量平均为21.3%，说明转炉冶炼过程中，加强终点碳含量控制，能有效控制终渣TFe含量。生产实践表明，中碳钢终点C含量控制在0.075%～0.085%间，既能保证钢种要求成分范围，又能降低钢水过氧化。

2.4.2出钢温度对终渣TFe的影响

转炉终点钢水氧含量与终点碳含量存在一定平衡，其含量积在一定温度压力下是定值。转炉终点的碳氧积随着转炉终点温度的增加而不断增加。这种规律可以用热力学的原理来解释。转炉炼钢中主要的脱碳反应为：

当终点C含量为0.05%，温度为1700℃时，按照上表计算钢中平衡氧含量约为436ppm。而当终点C含量提高至0.07%，温度降为1600℃左右时，钢水中平衡氧含量约为286ppm，两者相差150ppm。而实际转炉炼钢熔池中的[O]含量要高于相应的平衡含量，且钢水C含量越低，必须维持钢水中[O]含量越高，所以实际生产中上述两种条件下的终点钢水氧含量相差要较150ppm高。

因此在实际生产中，在满足其他条件的基础上，要尽可能的降低转炉终点温度，以便降低终点的碳氧积，以进一步降低钢水氧含量，实现钢渣中TFe含量得到有效的降低。

从图4可以看出当转炉终点C含量为0.06%时，转炉终点温度降低39℃，渣中TFe含量降低1.01%。通过技术优化，目前已经实现在高磷铁水条件进行低磷鋼的生产，同时渣中TFe含量控制较好。

3总结

（1）对脱磷渣中TFe含量影响因素进行了分析研究，得出半钢渣中TFe含量主要受脱磷

期枪位控制和脱磷时间的影响。

（2）转炉SGRS工艺脱磷阶段去磷反应的关键是：渣中（FeO）含量达到7.19%以上时可满足脱磷阶段铁水去磷至0.025%的热力学前提条件，同时低枪位强搅拌同时加入铁矿石控制渣中（FeO）含量可提高脱磷效果。

（3）对影响终渣TFe含量因素进行了分析，分析表明影响转炉终点TFe含量的主要因素是转炉终点C含量和终点温度。对中碳钢而言，中碳钢终点C含量控制在0.075%～0.085%间，既能保证钢种要求成分范围，又能降低钢水过氧化，而终点温度在1640～1670℃之间为最佳。

（4）通过技术优化，目前已经实现在高磷铁水条件进行低磷钢的生产，同时渣中TFe含量控制较好。

参考文献

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[3] 孟凡陈，么洪勇，刘曙光等.影响转炉钢铁料消耗的因素分析[J].河北冶金，2012（9）：72-75.

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[5] 张海诚，李连盈，王伟男.降低转炉终渣∑FeO含量的措施[J].河北冶金，2016（9）：60-63.