转炉留渣脱磷工艺实践

韩雨亮，杨怀春

（新疆八一钢铁股份有限公司 炼钢厂，新疆 乌鲁木齐 830022）

转炉留渣脱磷工艺实践

韩雨亮，杨怀春

（新疆八一钢铁股份有限公司 炼钢厂，新疆 乌鲁木齐 830022）

介绍了某炼钢厂40t顶吹转炉的留渣操作工艺。从转炉脱磷的热力学和动力学理论两方面进行了分析，并针对性地制定了转炉吹炼过程去磷的有效措施，包括采用转炉留渣操作提高前期去磷效果、提高炉渣碱度等。实践证明，实施留渣操作对转炉冶炼时的脱磷十分有利，脱磷率由80.1%提高到89.9%，还可以降低石灰及钢铁料消耗，提高炉龄，取得了显著的经济效益。

转炉脱磷；留渣；低磷钢；成渣路线

磷是普钢中有害元素之一，虽然磷能提高钢的强度，但随着磷含量的逐渐增加，钢的塑性和韧性降低，即出现“冷脆性”。当钢中 w（C）、w（O）、w（N）增加，磷的这种有害作用增强。某炼钢厂转炉脱磷率76%～81%，随着铁水中硅元素降低、磷元素的升高，目前工艺不能满足生产要求。留渣脱磷技术在20世纪80年代国内大型钢厂就已经提出，但是在冶炼过程中，受渣量、炉内反应剧烈程度因素影响，时常会出现降低脱磷效果的现象［1］，成为转炉冶炼控制难点。

本文从优化转炉留渣脱磷的角度出发，通过脱磷反应公式分析了炉渣碱度、渣中FeO和CaO含量对脱磷的影响，对低硅铁水留渣工艺进行调整，确定脱磷阶段理论渣系控制范围，总结了一条切实可行留渣脱磷工艺路线。该工艺的特点是：初期FeO含量高，碱度趋势为先快后缓。生产实践表明，采用该留渣工艺，促进初期渣的尽早形成，并且能有效提高前期去除P、S的效率，有利于冶炼前期的炉衬保护还可以节省石灰用量［2］，达到了降低渣料消耗与高效脱磷的双重目的。

1 原料条件及转炉参数

1.1 铁水技术条件

某炼钢厂铁水磷含量高且波动大，硅含量及铁水温度波动也较大。铁水成分：w(C)=3.10%～4.50%，w(Si)=0.13%～0.40%，w(Mn)=0.18%～0.30%，w(S)=0.020%～0.059%，w(P)=0.099%～0.140%；铁水温度为1 250～1 350℃。

1.2 转炉参数

某炼钢厂转炉参数：装入量45 t，氧气压力0.70～0.90 MPa，氧气流量10 658～11 989 m3/h，吹氧时间12.5～13.5 min，冶炼周期23.5 min。

1.3 石灰成分

某炼钢厂使用自产石灰，成分：w(SiO2)=1.75%，w(CaO)=89.45%，w(MgO)=1.38%，w(S)=0.28%，w(P)=0.012%；烧失5.36，活性度300.25。

1.4 工艺流程

工艺流程：高炉铁水→倒罐站→转炉→吹氩站→连铸（150 mm×150 mm）→棒材机组。

2 转炉脱磷的反应原理

脱磷反应是在钢-渣界面进行的，转炉脱磷反应：

根据热力学条件，在高温（T＞1 450℃）条件下，3FeO·P2O5不稳定，因此在炼钢高温条件下，只有使（P2O5）生成更稳定的化合物3CaO·P2O5或4CaO·P2O5，才能确保磷的去除［3］。

组合反应式（4）+（5），（4）+（6）得到

脱P的基本条件：高（FeO）、高（CaO）、高碱度、大渣量和较低温度及良好搅拌的动力学条件［4］。

3 留渣工艺操作要点

3.1 优化渣料配加方式

某炼钢厂低硅铁水的磷含量较高，且磷成份波动范围较大，导致部分炉次脱磷困难；由于铁水温度、硅含量的影响导致冶炼初期熔池温度低，石灰熔化速度慢，化渣效果不良，炉内的脱磷动力学条件不足。

现场实践得出：低硅中磷铁水前期w（FeO）控制在16%～20%为宜。可采取加入球团矿、污泥球（3～8 kg/t）和提高开吹枪位的方法提高渣中的氧化铁含量。炉渣碱度宜控制在1.5～2.0，其石灰要有较小的粒度和可靠的活性度，并配以适量萤石以加速炉渣的熔化，提高炉渣的流动性。冶炼终点w（FeO）在13%～16%，炉渣碱度在3.0～3.8。

根据某炼钢厂实际生产情况，对转炉冶炼过程初渣、终渣控制进行分析，详见表1。

表1 转炉冶炼过程初渣、终渣控制标准Tab.1 Requirements of the initial and final slag

3.2 采用留渣工艺

低硅铁水采用单渣法进行冶炼时，由于铁水硅、锰氧化时间较短，炉内温度较低，铁大量氧化，大量（∑FeO）的生成导致碳氧反应正向进行，碳氧反应又大量消耗渣中氧化铁，使石灰熔化减缓，降低了前期脱磷效果。冶炼中期，碳氧反应趋于剧烈，大量消耗渣中氧化铁的含量，并使之达到10%～14%，随着二批渣料的加入炉内温度降低，炉内渣料熔化速度减慢，炉渣变得黏度升高。随着冶炼反应进入后期，碳氧反应减弱，渣中氧化铁含量逐渐增加，但是由于熔池搅拌力减弱，炉渣中的有效CaO来不及与P元素反应就到达了冶炼终点。此时，低硅铁水渣量小，虽然终点炉渣碱度达到3.0～3.8，但炉渣脱磷能力并不高，钢水终点磷高。

针对低硅中磷铁水的冶炼特点，从成渣路线方面进行考虑。采用高（∑FeO）成渣路线，从供氧制度进行优化，提高初渣渣中（∑FeO）含量，促使石灰尽快溶解。根据现场数据整理得到渣-钢间磷分配关系如图1，随着平衡渣中（∑FeO）含量的增加，渣-钢间磷的分配比减少，是因为渣中（∑FeO）增加，相应地减小渣中CaO的含量，从而使炉渣的脱磷能力下降，从试验结果看，当（∑FeO）为15%左右时，炉渣脱磷能力较强。

图1 MgO饱和的CaO-SiO2-FeOn渣-钢间磷分配比与w（FeO）之间的关系Fig.1 Phosphorus distribution ratio between steel andw(FeO)in CaO-SiO2-FeOn slag with saturated MgO

图1为渣-钢反应平衡状态时，而在实际冶炼中渣-钢反应并未达到平衡，因此这个折点的w（FeO）应该高于15%。这说明，低硅中磷铁水采用高∑FeO炉渣的脱磷效果较好［5］。

某炼钢厂针对低硅中磷铁水采用留渣工艺进行冶炼，利用低温有利于脱磷的热力学基本原理，在转炉冶炼达到终点时，脱磷反应已趋于平衡此时炉渣已经不利于脱磷，通过溅渣护炉对炉底液态渣进行降温、固化，留在炉内的炉渣具有高温和高∑FeO的特性。冶炼初期铁水硅、锰氧化形成的酸性渣和留在炉内的酸性渣及高∑FeO，与第一渣料在氧气射流的作用下互溶，终渣中FeO、MnO等液态氧化物包裹在石灰表面，溶解石灰，并形成高碱度的熔渣；极少部分向石灰内部渗透形成易溶的固溶体和化合物［6］。随着冶炼初期的结束，第一批渣料已全部熔化，炉渣碱度达到1.5～2.0左右。由于前期碱性渣的形成和低温条件，满足了脱磷的热力学条件。

通过采取留渣冶炼工艺，以低硅中磷铁水为原料，采用留渣法用较少渣量实现了转炉深脱磷。对低硅中磷铁水采用留渣法进行冶炼时，其终点控制能力及平均脱磷率如表2所示。

表2 转炉终点控制能力及平均脱磷率Tab.2 Final control of converter and the average rate of dephosphorization

3.3 终点温度的控制

采用单渣法冶炼时，终点温度控制在1 630～1 680℃，根据某炼钢厂留渣作业的实际生产情况，作出了一次拉碳［P］与终点温度的关系图，如图2所示。

从图2可知，一次拉碳温度在1 610～1 660℃时，钢中磷质量分数可降到0.025%以下，最低达到0.008%，脱磷率可达88%～92%。一次拉碳温度在l 660～1 680℃时，钢中磷质量分数只能降到0.025%～0.030%，脱磷率只能达到79%～83%。根据现场实际情况得出：采用留渣进行冶炼时，一次拉碳温度选择在1 640～1 660℃为宜。

图2 一次拉碳w（P）与温度的关系Fig.2 Relationship ofw（P）and temperature in one carbon cycle

3.4 选择合适的终点［C］范围

根据某炼钢厂实际生产情况，作出了终渣w（FeO）、终点［P］与终点［C］的关系图，如图3所示。为了满足脱磷要求和提高转炉炼钢金属收得率，降低钢水氧活度。冶炼终点w（FeO）控制在13%～16%，钢液［C］控制在0.07%～0.08%，而冶炼终点［P］质量分数在0.015%～0.020%范围内是合适的，这对提高炉渣脱磷以及钢坯质量有益。

图3 终渣w（FeO）、w（P）与终点w（C）的关系Fig.3 Relationship of final slagw（FeO），w（P）and final temperaturew（C）

3.5 提高转炉挡渣率

炉渣中P2O5含量高，由于在脱氧过程中Si氧化生成SiO2，导致炉渣碱度降低，炉渣固磷效果降低，渣中P2O5分解返回至钢液中，导致回磷现象的发生，因此减少钢包渣量也是冶炼低磷钢的控制措施之一［7］。为此，从工艺优化方面采取措施，在出钢过程中采用双挡渣法，挡渣帽挡前期渣，后期采用挡渣标挡渣，并通过下渣检测［8］、留钢操作的措施，控制钢包渣量在3.0%范围内，预防钢包下渣回磷。

4 结论

针对低硅中磷铁水采用留渣法进行冶炼，根据实际情况合理优化冶炼过程装料、供氧、吹炼、造渣、终点控制工艺，减少出钢过程的下渣量，转炉脱磷率由80.1%提高到89.9%，提高了转炉冶炼过程的脱磷率，实现转炉深脱磷的效果。

［1］尹建妙.转炉留渣操作工艺实践［J］.天津冶金，2014（6）：8-9.

［2］吕凯辉.转炉留渣双渣操作生产工艺实践［J］.河北冶金，2014（1）：38-41.

［3］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）：25-26.

［4］朱苗勇.现代冶金学［M］.北京：冶金工业出版社，2008：171-174.

［5］冯捷，张红文.转炉炼钢生产［M］.北京：冶金工业出版社，2009：104-108.

［6］李翔，包燕平，王敏，等.转炉留渣双渣工艺脱磷阶段成渣路线研究［J］.炼钢，2016，32（1）：6-11.

［7］窦楠，付劲光，郭永谦，等.150t转炉滑板挡渣工艺技术应用实践［J］.河南冶金，2013，21（1）：34-35.

［8］孙兴洪，蒋小弟.宝钢炼钢厂转炉挡渣工艺技术的发展［J］.宝钢技术，2010（2）：62-66.

Process of slag-remaining dephosphorization practice in converter

HAN Yuliang，YANG Huaichun

（Xinjiang Bayi Iron&Steel Co.，Ltd，Urumqi 830022，China）

The slag-remaining process used in 40 t top blown converter in Iron&Steel was introduced in this paper.According to the analysis on the thermodynamics and dynamics theory about dephosphorization of converter steelmaking，the process parameters were changed，including slag-remaining operation process，to improve the slag dephosphorization and basicity.The results shows that the slag-remaining operation is favorable for dephosphorization in the melting process.The dephosphorization rate is increased from 80.1%to 89.9%.Moreover，it’s beneficial to the consumption reduction of iron and lime，the increase of the furnace service life and improvement of the profit．

dephosphorization；converter；slag-remaining operation；the slag formation

October 14，2016）

TF729.5

A

1674-1048（2017）03-0167-04

10.13988/j.ustl.2017.03.002

2016-10-14。

韩雨亮（1988—），男，内蒙古赤峰人，助理工程师。