基于转炉双渣法优化的合金钢冶炼工艺研究

陈 凯

（东北大学，辽宁 沈阳 110004）

对于大部分钢种来说，磷是有害元素。磷使钢的塑性和韧性降低，产生“冷脆”现象。随着钢中磷的含量升高，导致钢液表面张力降低，从而降低了钢的抗热裂纹性能。脱磷任务主要在转炉炼钢过程中进行，如反应式（1）所示。

磷首先被氧化成P2O5，再与CaO反应生成稳定的磷酸钙，从而使磷由钢液进入渣中，达到脱磷效果。然而，当脱磷条件不好，例如碱度过低、炉渣氧化性低、流动性差等，往往会造成“回磷”现象，即磷又从熔渣返回到钢液中。针对此，由日本新日铁公司最先使用的双渣法脱磷工艺很好地抑制了转炉“回磷”现象的发生，同时诸如国内本钢、迁钢、唐钢等也相继投入使用该工艺，逐步取代传统的转炉单渣法工艺，占转炉冶炼工艺比率约65%。

1 双渣法冶炼工艺概述

转炉双渣法少渣炼钢工艺指的是在冶炼过程中将转炉吹炼分成两步进行，首先将金属液进行脱磷、脱硅，完成后将部分炉渣倒出进行二次吹炼；其次，将金属液进行脱碳处理，达到出钢要求。

转炉双渣法冶炼过程如图1所示。与传统单渣法冶炼相比，双渣法通过中间的倒渣操作，将转炉的脱磷与脱碳阶段进行分离，一方面保证了前期脱磷彻底，防止发生“回磷”现象，另一方面由于进行倒渣后的渣量少，减少了熔池内热量损失，保证了后期出钢温度，同时也有效避免了由于渣量过大而造成的“溢渣”现象。

图1 转炉双渣法操作流程

2 双渣法炼钢工艺制度分析

2.1 双渣法炼钢炉内部分合金化

采用少渣炼钢工艺可以大大减少造渣材料的消耗，因此由于钢液不必向渣中传递大量热量，从而能够为铬矿及锰矿向合金化的转化创造有利条件。

2.2 双渣法炼钢造渣制度

采用转炉进行少渣吹炼工作时，更多的选择在吹炼工作前期或中期进行生石灰、白云石等其他造渣材料的投入。

2.3 双渣法炼钢供气制度

进行少渣炼钢工作，前期会因为转炉内铁水中有较低含量的硅、锰，提前发生碳氧反应，当顶吹氧枪出现枪位低、炉渣量少便会引起金属喷溅。当前期转炉内铁水中含有较高成分的硅、锰时，选择较高枪位进行操作，便可迅速化渣，提高渣中氧化铁含量。

3 双渣法少渣冶炼工艺的注意事项

高效提取出脱磷炉渣的关键在于如何有效对炉渣流动性进行控制，在冶炼工作中需做到几点：确保炉渣处于低粘度；脱磷时对炉内温度进行适当提升；确保炉渣完全熔化，避免炉渣结块，发生“返干”。

一旦出现钢水中的磷含量较低或较高时，必须采用后吹或补吹以保证其含量稳定。在吹炼前期进行高效脱磷主要有3个关键步骤：（1）强化金属熔池内的搅拌，使磷成分在熔池内传质迅速。（2）对供氧进行调整，抑或采用铁矿石、氧化铁皮成分的加入，能够对氧化铁的活度完成高效提升。（3）进行中间倒渣操作时机应准确，一般选取冶炼开始6~7 min后进行倒渣操作。

4 双渣法与传统单渣法对比

近年来，转炉双渣法工艺已被我国各大钢厂广泛采用并施行，对本钢、邯钢、迁钢、首秦4个钢厂的转炉双渣法与单渣法工艺参数进行对比，如表1所示。

表1 国内各钢厂单双渣冶炼工艺对比

由表1可见，转炉双渣法工艺相比于传统单渣法冶炼工艺，脱磷率平均提高4.3%，石灰消耗量降低 10～25 kg/t，白云石消耗量降低 4～10 kg/t，钢铁料消耗降低5～7 kg/t，氧耗平均降低1.75 m3/t。可见采用转炉双渣法少渣冶炼工艺，不仅能进一步起到深脱磷的效果，同时对钢铁料、造渣料以及吹炼用氧消耗也大幅度减少，在满足冶炼要求的同时降低了转炉冶炼成本。

5 双渣法存在问题

由于该工艺在冶炼中期进行倒渣操作，会造成中后期渣量较少，从而渣层较薄，此时若化渣不良，极易造成炉渣“返干”，在顶吹射流冲击以及底吹搅拌的搅拌作用下，极易发生金属飞溅出炉外，造成金属损失并对炉口、除尘设施、氧枪等造成烧损。

为避免这种危害的产生，应严格按照造渣制度加料，保证化渣良好，使炉渣适度泡沫化从而对钢液起到良好的覆盖作用。

6 结 语

采用转炉双渣这一少渣冶炼操作方法进行金属冶炼能够高效提升铁水收得率，减少冶炼时间，有效提升转炉的工作效率，延长转炉使用寿命，提升钢水纯净度，最终实现经济效益的提高。根据国内外诸多钢铁工艺研究证明，双渣法少渣炼钢这一工艺的低钢铁消耗量可以缓解我国目前的铁矿资源紧张现状，应用前景非常可观。