中磷铁水高效冶炼工艺浅析

□ 马理杰 董尉民 王海霞 王 刚

中磷铁水高效冶炼工艺浅析

□ 马理杰 董尉民 王海霞 王 刚

介绍了安钢3号高炉投产后的铁水情况。根据150 t转炉工艺特点，对中磷铁水冶炼重点和脱磷机理进行了分析，提出了相应的改进措施。通过采取留渣操作，实行少渣冶炼工艺，在保证脱磷效果的同时，实现了造渣料消耗和钢铁料消耗的进一步降低，有效地实践了低成本生产原则。

转炉； 高效冶炼；脱磷

在钢铁市场持续低迷的严峻形势下，依托先进工艺装备优势，深入挖掘工艺潜力，进一步降低生产成本，是钢铁企业应对钢价深度下滑、抢占市场生存空间的共同目标。安钢第二炼轧厂3座150t转炉承接了公司2/3的炼钢产能，针对3号高炉投产后铁水条件，在过程操作、工艺优化方面进行了积极的尝试，促进了钢铁料消耗、渣料消耗等的持续降低，有效地降低了炼钢生产成本。

一、基本工艺概况

1. 装备情况

该厂装备有3座150t顶底复吹转炉、1座1 300t混铁炉、3座双工位LF精炼炉、1座RH真空精炼炉、1座VD真空精炼炉、1台3 500mm超宽板坯连铸机、2台常规板坯连铸机、1台方（圆）坯连铸机。3座转炉均配备副枪系统和二级炼钢模型，实现了自动化炼钢。

2. 生产组织特点

针对生产过程中工艺路径和物流衔接交叉、冲突频繁，充分利用MES系统，采用”冶炼时刻表”生产组织模式，即围绕铸机生产节奏，以铸机开浇时刻倒推确定精炼、炼钢、铁水预处理等各环节的生产时序，指导各岗位在限定时间内完成铁水准备、兑铁、冶炼、出钢、精炼、吊运等作业，保证生产过程中定时、高效、有序的物流衔接。

3. 原料条件

3号高炉投产之后，日产铁达10 000t，全部由3座150t转炉消化，约占该厂铁水消耗量的60%～70%。其铁水磷含量偏高，平均在0.093%，铁水温度平均在1 330℃，见表1。

炼钢用石灰有效氧化钙含量平均在89%，活性度平均为390ml，基本可以满足冶炼需求，见表2。

二、中磷铁水冶炼工艺重点

1. 快速脱磷需求

为了满足公司铁钢平衡和转炉—连铸间炉机匹配需求，转炉冶炼周期控制在30～35min，纯供氧时间在12～16min。根据脱磷热力学、动力学条件，”早化渣、化好渣”，充分利用冶炼前期低温特点，实现快速脱磷。

2. 低渣量需求

高碱度有利于脱磷，但过高的碱度会带来炉渣不化、恶化熔池传质等副作用。因此，在满足炉渣碱度（3.2～3.5）要求的基础上，合理调整渣料结构，优化过程操作，实现少渣冶炼，以减少渣料消耗，降低成本。

三、工艺实践

1. 转炉脱磷反应机理

转炉冶炼过程发生在钢渣间的脱磷反应主要是：

从而可得出脱磷的条件：

（1）温度。因为脱磷反应是强放热过程，因此低温有利于脱磷。但是低温不利于化渣，难以获得高碱度的泡沫渣，所以采取中温脱磷最好。

（2）高碱度、高氧化铁的熔渣。因为磷强烈地氧化，并使生成的五氧化二磷结合成稳定的磷酸钙。LP随氧化钙及氧化铁含量的增加而提高。为了达到较高的LP，对于一定的碱度，(%FeO)和(%CaO)/(%FeO)比值应有适宜值。前者为14%～18%，后者为2.5%～3.0%。(%CaO)/ (%FeO)值较大时，αFeO会降低，不仅磷氧化困难，而且石灰也难于溶解，但比值过低时，αCaO又降低了，不利于稳定磷酸盐的形成。

（3）熔池内脱磷反应是在渣、钢界面上进行，脱磷速率决定于渣、钢两侧的传质速率。保持良好的炉渣流动性和必要的泡沫化长度，增大渣、钢反应界面，创造良好的渣、钢接触条件，对促进脱磷反应有积极作用。因此，充分的搅拌、适当的熔池温度能推动渣、钢接触，是促进脱磷反应的动力学条件。

磷的平衡常数与温度的关系如图1所示。

由图1可以看出，吹炼至终点时，炉渣在高温下脱磷能力非常弱。但是，如果把这部分高碱度的炉渣留到下一炉使用，可以大大提高前期渣的碱度，有助于转炉吹炼前期快速成渣，再充分利用前期熔池温度低的优势，二者结合，可以显著提高冶炼中前期脱磷深度，而且能够节约石灰，降低金属铁损失。

2. 合理控制铁水成分,稳定原料条件

铁水入厂后，通过MES系统在线反馈的铁水信息，采用混铁炉—铁水包、铁水罐—铁水包直接折兑两种模式，以折兑为主，以混铁炉出铁为辅，对铁水成分、温度进行合理的均匀化调整，尽量稳定入炉铁水成分，使铁水[Si]≤0.60%的比例控制在85%以上，为转炉稳定操作提供良好的原料条件。

3. 实行留渣操作,提高冶炼前期脱磷效率

转炉终渣具有碱度高、温度高、氧化铁含量高的特点，出钢后将部分或全部炉渣留在炉内参与下一炉次的吹炼，促进脱磷点。

该工艺的基本原理为：利用低温有利于脱磷反应的热力学基本原理，在转炉吹炼终点，由于温度较高，钢水中磷含量较低，炉渣已经不具备脱磷能力，转炉终渣留在炉内，在下一炉吹炼前期由于温度较低，铁水中磷含量较高，炉渣重新具备脱磷能力。该工艺重复利用了上炉留渣，能够降低石灰、轻烧白云石消耗，因此产渣量降低；同时，由于在转炉出钢结束后炉渣留在炉内，避免了常规工艺因倒渣而导致的转炉内残钢随炉渣倒出引起的钢铁料损失。

留渣操作时，开吹枪位较常规吹炼时降低了100～200 mm，在前期渣形成后适当提高枪位，提高炉渣泡沫化程度；同时，加大供氧流量，强化熔池搅拌，促进熔池内部[P]向渣/铁界面传输，加入铁矿石和烧结返矿来提高渣中氧化铁活度。从而保证了在吹炼前期尽快形成泡沫化良好的炉渣，前期渣脱磷效率达到50%以上。为了避免炉渣在炉内大量富集造成剧烈喷溅，要求每隔3～5炉倒渣1次，重新加入石灰和白云石造渣，以提高炉渣的磷容量。

需要特别注意的是，溅渣护炉时要合理调节枪位和氮气流量，确保炉渣溅得起、粘得上，炉渣过稀时，要加入石灰或白云石调渣、降温、固化，以免兑铁时发生激烈喷溅。

4. 充分利用烧结返矿,降低出钢温度

当冶炼中期熔池温度达到1 500℃以上时，炉渣的脱磷能力大大降低，温度过高时，脱磷反应甚至会逆向进行，发生”回磷”现象。因此，在吹炼过程中要小批量、多批次加入烧结返矿，严格控制熔池升温速度，避免温度过高，终点温度一般控制在1 630℃左右。

5. 加入钢水改质剂,避免出钢回磷

出钢过程中在合金加完后，在钢包内加入钢水改质剂200～300kg，消除合金化对终渣性质和脱磷反应的影响。

四、应用效果

1. 钢铁料消耗、渣料消耗同步降低

采用少渣冶炼工艺快速脱磷，较常规冶炼工艺石灰消耗降低7kg/t，总渣料消耗降低8kg/t，渣料成本降低28元/t，钢铁料消耗降低1.92kg/t。指标对比见表3。

2. 脱磷效率略有提高

对Q235B钢种随机抽查常规冶炼与少渣冶炼各100炉进行对比，平均脱磷效率略有提高，结果见表4。

3. 经济效益

采用少渣冶炼时钢铁料消耗降低1.92kg/t，渣料消耗降低8kg/t，月产按45万吨钢计算，合计每年可节约成本3 900万元。

五、结束语

通过炼钢终渣的功能性循环再利用实现少渣冶炼，在降低石灰消耗的同时，提高了吹炼过程转炉脱磷效率，也减少了炉渣带走的铁损，有利于钢铁料消耗指标的控制，成为安钢在降低炼钢成本、实施低成本战略的重要支撑。○

[1]刘效森，王念欣，贾崇雪，等.济钢120t转炉留渣操作工艺的实践[J].河北冶金，2010（4）.

[2]张祥远. 120t转炉少渣冶炼试验研究[J].中国科技纵横，2014（4）.

[3]马勇，万雪峰，曹东，等. 鞍钢超低磷钢生产实践[J].鞍钢技术，2012（5）.

(作者单位:安阳钢铁集团有限责任公司,河南安阳455004)

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1002-1779 （2015） 03-0032-02