天鐵熱軋 180 t 復吹轉爐冶煉低磷鋼水的研究

[摘 要] 針對天津天鐵冶金集團熱軋板有限公司入爐鐵水磷含量高、轉爐生產低磷鋼種偏多的現狀，結合熱軋轉爐煉鋼生產實際工藝和轉爐鋼水脫磷的機理，優化了轉爐吹煉製度，造渣制度和溫度制度等影響轉爐脫磷的關鍵工藝參數，轉爐冶煉終點磷含量控制在了合格範圍內。

[關鍵詞] 轉爐；脫磷；鹼度；優化

0 引言

天鐵集團熱軋板有限公司現有兩座 180 t 頂底復吹轉爐，冶煉鋼種絕大部分要求磷含量較低，雖然轉爐脫磷能力強，脫磷率可達 90%左右，但由於煉鐵廠所供給的鐵水條件不穩定，鐵水中矽含量波動較大且磷含量一般偏高，使轉爐煉鋼時有發生終點磷偏高的情況。

1 磷對鋼水的危害

磷是鋼中的有害元素之一。通常，磷可略微增加鋼的強度，但會使鋼的韌性降低。「冷脆」是磷的突出危害，這是由於磷在結晶過程中會發生晶內偏析，偏析會促進「冷脆」現象的發生。磷的偏析還會使鋼在熱軋後出現帶狀組織而影響鋼材性能。磷能夠降低鋼的焊接性能及塑性，使冷彎性變差。因此，脫磷是轉爐煉鋼的一項重要任務。

2 脫磷的理論基礎

通常認為，[Fe3P]或[Fe2P]是磷在鋼中的存在形式。在煉鋼過程中，脫磷反應發生在金屬液與熔渣界面，磷最初被氧化成（P2O5），而後與 CaO 發生反應，生成性質穩定的磷酸鈣。圖 1 為 CaO-FeOn-SiO2三元相圖的 1 600 ℃截面圖。在煉鋼過程中，初渣轉化為終渣，可以有 3 條路線，分別為 ABC、ABˊC 和AB"C。根據 FeO 在成渣時的含量，可將 ABC 和 AB"C 路線分別稱為鈣質成渣路線、鐵質成渣路線。鐵質成渣途徑的優勢：避免了進入 C2S 兩相區，成渣快，石灰熔化快，爐渣流動性好，且在吹煉中期時，爐渣不容易返幹，這些特點使得爐渣具有良好的脫硫、脫磷能力。可見，熔渣中 撞FeO 的增加速率直接影響到石灰的熔解速率及熔渣的狀態和性質。

鋼渣界面脫磷化學反應式：

2[P]+4(CaO)+5(FeO)=5[Fe]+(4CaO-P2O5) 放熱反應

或：

2[P]+3(CaO)+5(FeO)=5[Fe]+(3CaO-P2O5) 放熱反應

當反應達到平衡時，其平衡常數表達式為：

Kp=W(4CaO-P2O5)/W2[P]*W5(FeO)*W4(CaO)

或：

Kp=W(3CaO-P2O5)/W2[P]*W5(FeO)*W3(CaO)

在轉爐煉鋼條件下，脫磷效果可用磷的分配係數 Lp 來表示，Lp 主要取決於熔渣成分和溫度。

Lp=W(4CaO-P2O5)/W2[P] 或 Lp=W(P)/W2[P]

磷的分配係數越大，說明爐渣脫磷能力越強，脫磷效果越好。

（1）平衡移動原理，從脫磷反應式中可以看出，提高（FeO）和（CaO）的濃度，降低（4CaO-P2O5）的濃度，可以使反應向正反應方向進行，從而降低終點磷的含量。如果提高鹼度，會增加氧化鐵的含量，從而使熔渣容易脫磷。

（2）促進脫磷反應的方法：增加（FeO）在熔渣中的含量，可以改善熔渣的流動性和加速石灰的渣化。可通過增加（CaO）的有效濃度來提高鹼度，這樣有助於脫磷反應的發生。但是並非鹼度越高就越好，如果石灰加入過多，會影響渣化和熔渣的流動性，這樣反而對脫磷不利。

（3）脫磷反應是強放熱反應，因此低溫有利於脫磷反應正向進行。爐溫過高反應則逆向進行，鋼水中的磷不但不降，反而會產生「回磷」現象。石灰渣化與爐溫有關，如果爐溫過低不利於石灰的渣化，而且會影響熔渣的流動性，也減慢了脫磷反應的速度。生產實踐證明脫磷的適宜溫度為：1 450~1 550 ℃。

3 天鐵熱軋轉爐煉鋼鋼水磷高原因分析

一般情況下，鋼水「回磷」的發生及回磷程度的大小與下列因素有關：入爐鐵水磷含量偏高，前期化渣不良，熔渣流動性不好，爐渣鹼度低，去磷效果不好；中期出現「反幹」現象，而沒有及時採取有效措施進行制止，長時間「反幹」造成回磷；後期出現爐渣鹼度過低，鋼水溫度偏高，爐渣過粘降低了渣中 FeO 的活度，爐渣的氧化能力下降，致使終點倒爐磷含量偏高；出鋼過程使用脫氧劑不當，生成大量的 SiO2，降低了爐渣鹼度；出鋼下渣量大導 致回磷。

4 優化煉鋼生產實踐

針對煉鋼入爐鐵水成分波動較大、鐵溫低、廢鋼加入量偏大的特點，結合自身煉鋼工藝特點，根據鋼水回磷成因，制定了一系列行之有效的措施來降低鋼水中的磷含量，滿足實際生產需要。

4.1 吹煉前期

當 Si%

當 Si%>0.70%，磷含量也偏高時，採用雙渣法吹煉。採用低高低搶位，快速化渣，形成一定鹼度的爐渣，達到去磷效果，逐漸降低搶位，防止 TFe 過度聚集，泡沫化嚴重導致噴濺。待吹煉到 5 min 左右，渣中（FeO）含量降低，碳反應初起時提槍倒渣。

4.2 吹煉中期

隨著鐵水中矽、錳氧化已基本結束，爐溫升高，石灰進一步熔化，碳氧化反應開始。碳氧反應開始後，可小批量加入第二批造渣料石灰。隨著溫度的提升，碳氧反應加劇，渣中（FeO）含量降低，此時可適當加入燒結礦和氧化鐵皮，提高搶位化渣，提高渣中（FeO）的含量，以保證化好渣、熔池活躍，使爐渣具有高鹼度，不產生「反幹」現象，並在不發生噴濺的前提下，最大程度地產生泡沫渣，達到去磷效果。

4.3 吹煉後期

此階段碳氧反應速度下降，三相乳化現象減弱，溫度升高較快，要控制好終點溫度。終點溫度不宜過高，過高的爐溫會導致脫磷反應逆向進行。然而，適當的溫度可以使石灰快速渣化，成渣速率快，增強爐渣流動性，脫磷效果好。

後期槍位要根據實際情況進行調整，若吹煉過程化渣不良，則需要提高槍位化渣，增加渣中（FeO）的含量，使熔渣流動性增大，促進脫磷。但槍位不能過高，時間不能過長，否則會引起噴濺。要密切觀察火焰，當火焰收縮頻繁，火焰變得短而透明時，降槍拉碳，達到出鋼要求後提槍，結束吹煉。若吹煉過程化渣良好，吹煉末期可直接降低槍位拉碳，均勻鋼水成分和溫度，降低渣中（FeO）含量，使終渣做黏，減少吹損，提高鋼水收得率。

4.4 出鋼作業

倒爐出鋼進行脫氧合金化。脫氧劑和合金料要儘量在出鋼至 2/3 前加完，配加碳粒和合金儘量一次到位，防止出鋼完畢後補加合金，大氣攪動鋼水，形成洗渣回磷。出鋼口採用雙擋渣法出鋼，即出鋼前用擋渣塞防止前期下渣，在出鋼後期採用擋渣標擋渣，可以避免出鋼後期下渣回磷現象的產生。在出鋼時，向鋼包內投入少量小塊石灰，可以提高鋼包內渣層鹼度和稠化爐渣，從而減少鋼渣接觸發回磷現象。

5 結束語

通過對熱軋轉爐煉鋼脫磷採取一些列措施，脫磷效果明顯，有效控制了由於磷高而發生超內控的情況。轉爐煉鋼脫磷操作重點為：前期早化渣，化好化透渣；中期控制好渣料加入和槍位，調節渣中（FeO）含量，避免「反幹」現象，又不出現因 TFe 聚集產生噴濺；後期控制好溫度，調好爐渣，保持大渣量、高鹼度，減少回磷。同時，維護好出鋼口，對擋渣不好的爐次，要及時對出鋼口進行維護或調標，精心出鋼，避免因出鋼過程下渣造成回磷。