转炉高效脱磷炉渣的研究及生产应用

管 挺， 谢 立， 万文华， 林 俊

(中天钢铁集团有限公司， 江苏 常州 213100)

引 言

磷元素一般被认为是钢中的有害杂质，容易在晶界偏析，造成钢材“冷脆”，显著降低钢材的低温冲击韧性。随着高品质钢需求的日益增大，对钢中磷含量的要求更高[1-2]。国内某钢厂120 t顶底复吹转炉采用常规的单渣工艺冶炼磷质量分数低于0.015%的钢种时，转炉冶炼终点脱磷率约85.6%，补吹率为7.34%。

为提高产品质量的提高，降低炼钢成本，需开发高效的脱磷工艺。文献调研发现，业内已经对转炉脱磷做了大量的基础研究，其中李建新等[3]对不同转炉吹炼工艺的炉渣岩相结构做了细致的分析，统计了不同炉渣渣相的含量变化；杨肖等[4]对转炉冶炼过程的脱磷规律进行了研究，得出在转炉吹炼前期将炉渣碱度控制在1.5-2.2、全铁质量分数控制在10-15%，转炉炉渣具有更高的脱磷效率。本文对转炉冶炼过程的脱磷规律和炉渣特性进行研究，设计合理的加料造渣工艺，提高转炉脱磷效率。

1 转炉冶炼过程脱磷规律研究

转炉脱磷过程是将铁水中的磷氧化成P2O5，并使之与炉渣中的CaO结合成稳定的化合物。文献调查发现，在 1400-1450 ℃条件下，泡沫化程度高、流动性好的高碱度炉渣有利于提高脱磷效率[5-7]。由此分析可知，前期炉渣的熔化温度需低于此温度范围。某钢厂转炉前期炉渣成分的控制如表1所示，由表1中可知，转炉炉渣主要由CaO、SiO2、MgO、MnO和T.Fe等组成，各组分的含量决定了炉渣的熔点。采用型号为ND-П的高温物性测试仪对40炉炉渣熔点进行测定，并根据测定结果研究炉渣碱度、MgO含量和MnO+FeO对炉渣熔点的影响，最终得到低熔点炉渣的成分区间。

表1 转炉吹炼前期炉渣成分

炉渣成分对炉渣熔点的影响如图1所示。由图1可知，炉渣熔点随着炉渣碱度和w(MgO)的增大而逐渐升高，随着w(FeO)和w(MnO)的和值的增加而降低。这是因为炉渣中的CaO和MgO为高熔点物质，并且在转炉冶炼过程中CaO和MgO与炉渣中的其它组分反应生成2CaO·SiO2和镁橄榄石，均为高熔点物质[8-10]；而MnO和FeO 本身为低熔点物质，且 MnO可与炉渣中的SiO2反应生成MnO·SiO2(熔点：1285 ℃)， FeO可与炉渣中的其他组分生成FeO·SiO2(熔点：1205 ℃)、CaO·FeO·SiO2(熔点：1205 ℃)等低熔点物质[8-9]，能有效降低炉渣的熔点。为保证前期炉渣的熔化，建议炉渣碱度控制在2.0以下，炉渣MgO含量控制在9%以下，w(T.Fe)与w(MnO)的和值控制在15-20%，此时炉渣熔点基本能控制在1400 ℃以下。

图1 炉渣组分对熔点的影响

将炉渣熔点与影响因素进行拟合，得到如下公式：

熔点=-6.7w(FeO+MnO)+115.6R+9.1

w(MgO)+1176.4

(1)

2 工艺优化措施

(1)转炉冶炼前期，控制熔池温度为1400-1450 ℃，同时为得到流动性好的高效脱磷炉渣，炉渣成分的设计应如表2所示。以公式1对表2中成分的炉渣熔点进行计算，熔点在1300-1400 ℃之间。

表2 设计的前期炉渣成分

(2)转炉冶炼过程枪位控制如图2所示，优化后的枪位与常规工艺相比，提高了前期的枪位，并增加了冶炼末期的压枪时间。

图2 常规工艺和新工艺枪位对比图

(3)根据炉渣碱度和MgO含量的要求，计算转炉冶炼各阶段的石灰和轻烧白云石加入量，并输入到转炉自动炼钢模型中，用于指导转炉整个冶炼阶段石灰和轻烧白云石的加入，同时为保证化渣效果，冶炼前期适当提高枪位的同时，增加矿石加入量，前期加入的矿石量占总量的60%以上。

3 生产实践效果

根据优化后的措施，采用单渣法组织生产，并跟踪2020年第一季度要求磷含量低于0.015%钢种的生产数据，转炉终点情况如表3和图3所示。与常规工艺相比，转炉终点脱磷率提高了3.3%，补吹率由常规工艺的 7.34%降低到2.83%，取得明显进步。

图3 工艺优化前后脱磷率对比

表3 工艺优化前后转炉终点情况对比

4 结 论

(1) 转炉吹炼前期炉渣熔点随着炉渣碱度和w(MgO)的增加而增加，随w(FeO)和w(MnO)的和值增加而降低；炉渣w(MgO)控制在6-9%，w(FeO+MnO)控制在15-20%，炉渣碱度控制在1.5-2.0，此炉渣熔点在1300-1400 ℃之间。

(2) 转炉冶炼前期半钢磷含量随炉渣碱度的增加而降低，但当碱度超过2.0时，脱磷效果增加不明显；半钢磷含量随炉渣w(FeO)的增加而降低，当w(FeO)超过20%，脱磷效果增加不明显。

(3) 生产实践表明，以优化后的单渣工艺冶炼，转炉终点脱磷率可由85.6%提高至88.9%，补吹率可由7.34%降低至2.83%。