鞍钢100 t顶吹转炉双联法脱磷工艺的研究

栾花冰 ，王爽 ， 孙振宇 ，李泊 ，马超 ，朱晓雷

（1.鞍钢股份有限公司炼钢总厂，辽宁 鞍山114021；2.鞍钢集团钢铁研究院，辽宁 鞍山114009；3.鞍钢招标有限公司，辽宁 鞍山 114033）

钢中磷含量是衡量产品品质的重要因素之一。对于绝大多数钢种来说，磷元素越低越好。磷在晶界上偏聚会引起钢材的回火脆性并且降低钢材的低温韧性，还会降低钢的抗裂纹性、可焊性、机械性能以及不锈钢的抗腐蚀性。因此，降低钢水中的磷含量是转炉冶炼过程中的重要操作之一，也是冶炼高附加值产品的前提。相关文献介绍过耐腐蚀管线用钢、原子能钢、航空用钢要求磷小于0.005%。当前国内外先进钢厂均采用转炉双联法脱磷以及铁水“三脱”等先进工艺处理钢水，以达到深脱磷的目的[1-3]。鞍钢股份有限公司炼钢总厂一分厂9Ni钢、高锰钢、帘线钢、核电钢、石油管线钢以及军工钢等品种要求磷含量小于0.010%甚至小于0.008%，产品目标ω[P]≤0.010%的品种比例迅速增加。由于钢厂使用的原材料价格上涨，高炉提供的铁水条件却逐渐变差，为了确保核电钢、石油管线钢、军工钢等钢种高质量、高附加值的要求，必须降低炼钢成本，改善转炉炼钢脱磷效果，研究适合一分厂100 t转炉的双联脱磷工艺。

1 脱磷反应分析

氧化脱磷反应是渣-金界面反应，转炉内熔池的主要脱磷反应如下[4]：

从式（1）、（2）可以看出，炉渣碱度、FeO 含量及钢水温度是影响脱磷效果的主要因素。脱磷反应为放热反应，当温度升高时，P的分配系数Lp减小，脱磷率有所下降。渣中FeO、CaO含量的增加有利于脱磷反应的进行。因此，操作上要控制好熔池温度，造高碱度、高氧化性的炉渣极为关键。

2 顶吹转炉双联法工业实践

双联法炼钢是利用1座转炉脱除铁水中磷，其利用的是转炉炉内自由空间大、氧化气氛强、形渣速度快、能达到强烈搅拌钢水等特点；利用另外1座转炉脱除钢中的碳含量，其通过顶吹氧将钢中碳、磷、硫等元素控制到目标要求，同时温度达到目标要求。采用2座转炉组织生产，以达到有效改善钢水质量的目的。

2.1 双联法前半钢阶段分析

双联法前半钢阶段主要工作：将前半钢出钢碳控制在2%以上，出钢磷控制在0.02%以下，出钢温度控制在1 400℃以上，以保证双联后半钢冶炼的温度要求和成分控制要求。为达到以上目的，需确定前半钢出钢磷含量与出钢温度、炉渣碱度、炉渣FeO含量之间的关系。

2.1.1 前半钢关键参数与脱磷率的关系

为了找出生产实际中最佳的控制参数，统计分析了一个月的数据。前半钢不同终点温度、炉渣碱度和炉渣中FeO含量与脱磷率的关系见图1～3。从图1前半钢不同终点温度和脱磷率的关系来看，出钢温度的高低影响转炉的脱磷效率。尽管从理论上说低温对脱磷有利，但是生产实践表明，在温度范围为1 450～1 490℃时，炉渣流动性较好，低温、流动性好、活跃的炉渣更有利于脱磷反应的进行，所以最佳的出钢温度控制到1 450～1 490℃。从图2看出，随着炉渣中碱度的增加，脱磷能力逐步增强。根据实际情况，将炉渣碱度控制到2.0～2.5，在炉渣熔化较好条件下可达到60%以上的脱磷率，满足前半钢的去磷要求。从图3脱磷率与渣中FeO含量的关系来看，随着炉渣中FeO含量的增加，钢渣中的脱磷能力逐步增强。生产实践表明，双联工艺生产超低磷钢前半钢的终渣FeO含量应控制在≥25%。

图1 前半钢终点温度与脱磷率的关系

图2 前半钢脱磷率与碱度的关系

图3 前半钢脱磷率与渣中FeO含量的关系

2.1.2 前半钢供氧制度

转炉双联法冶炼前半钢供氧制度主要涉及枪位、氧压、供氧强度等，控制出发点是“初期加大搅拌，前期快成渣，中期保持炉渣活跃，后期保证成分均匀”。

枪位控制上，通过试验对原氧枪控制方案进行了优化，达到了快速成渣的目的，有效地促进了脱磷反应的进行。表1为前半钢各阶段的枪位控制。在氧压、氧气流量控制上，开吹1 min之内，吹氧压力为 0.85 MPa，氧气流量为 20 000 m3/h，1 min以后将氧压调整为0.65 MPa，氧气流量为18 000 m3/h。通过优化氧压和氧气流量，既保证加入的第一批渣料尽快熔化，又保证炉渣内FeO含量，降低转炉脱碳速率。

表1 前半钢各阶段的枪位控制 m

2.1.3 前半钢造渣制度

前半钢造渣制度包括渣料组成和加入方式，达到“快速成渣、保证炉渣碱度在2.5～3.0”。根据铁水硅含量确定炉料加入数量，确定渣料加入情况。前半钢渣料加入量见表2。

表2 前半钢渣料加入量

2.2 双联法后半钢分析

转炉双联法后半钢铁水条件为：温度1 430～1 470℃；C含量2.00%～3.00%，Si含量≤0.05%，Mn含量≤0.15%。后半钢主要工作为脱碳，进一步脱磷（磷含量小于0.004%），温度升到目标温度。同前半钢的分析一样，确定后半钢最佳操作参数。图4为后半钢脱磷率与炉渣碱度的关系。由图4看出，后半钢脱磷率随炉渣碱度的提高而增大。

图4 后半钢脱磷率与炉渣碱度的关系

图5为后半钢脱磷率与终渣FeO含量的关系，由图5看出，脱磷率则随终点炉渣中FeO含量的增加而降低，但变化幅度不大。为此，应保证终点渣中ω（FeO）≥30%。图6为后半钢脱磷率与出钢温度的关系。

图5 后半钢脱磷率与终渣FeO含量的关系

图6 后半钢脱磷率与出钢温度的关系

由图6看出，后半钢脱磷效率随出钢温度降低而增加，综合考虑，需将出钢温度控制到1 640℃以下。根据以上分析，需要对双联法后半钢阶段的操作进行优化，即开发后半钢阶段的供氧制度、渣料制度。

2.2.1 后半钢供氧制度

枪位控制方面，双联法后半钢枪位控制原则为“前期尽快成渣、中期防止炉渣返干，后期保证熔池搅拌”。 后半钢各阶段枪位控制要求见表3。

表3 后半钢各阶段枪位控制要求 m

氧压、氧气流量控制方面，开吹2 min之内，吹氧压力为 0.85 MPa，氧气流量为 19 800 m3/h；2 min以后氧压调整为0.65 MPa，氧气流量为17 500 m3/h，结束前2 min氧压调整为0.8 MPa,氧气流量为19 000 m3/h。

2.2.2 后半钢造渣制度

既要保证炉渣充分熔化，又要保证炉渣碱度，对双联法后半钢的渣料组成和加入批次进行优化，后半钢各阶段渣料组成及加入量如表4。

表4 后半钢各阶段渣料组成以及加入量 t

3 效果分析

采用双联工艺后，统计了11炉的数据，半钢磷含量和成品磷含量均达到了预定目标，其中后半钢出钢磷控制在0.002 1%～0.003 0%的比例达到了55.56%，出钢磷小于0.002 0%和0.003 1%～0.004 0%的比例均为20%，而最终成品磷控制在0.003 1%～0.004 0%的比例为60%，成品磷控制在0.002 1%～0.003 0%的比例达到31.11%，成品磷含量小于0.006%的比例达到100%，完全满足炼钢总厂一分厂生产低磷、超低磷钢的成品要求。采用双联法与普通工艺路线在脱磷率、终点磷含量控制方面的数据对比见图7、8。由图7、8看出，双联法比普通工艺路线脱磷率均值提高了5.2%，终点磷均值降低了0.003 4%。

图7 两种生产方法脱磷率比较

图8 两种生产方法终点磷含量比较

4 结论

为了满足鞍钢股份有限公司炼钢总厂一分厂生产低磷、超低磷钢种对磷含量的要求，在前期大量试验数据的基础上，结合理论分析结果，从供氧制度、加料制度方面研究了适用于100 t顶吹转炉的双联控制工艺。结果表明，成品磷含量控制在0.004%以下的比例占91.11%，成品磷含量小于0.006%的比例达到100%，采用双联法工艺生产后，完全满足了低磷、超低磷钢种的生产要求。

[1]朱英雄，钟良才，萧忠敏.复吹转炉深脱磷技术在国内的应用与进展[J].炼钢，2013， 29（4）：10-13.

[2]吕铭，胡滨，王学新，等.双联炼钢法的研究与实践[J].炼钢，2010，26（3）：8-11.

[3]刘浏，曾加庆.纯净钢及其生产工艺的发展[J].钢铁，2000，35（3），68-72.

[4]吕明，朱荣，毕秀荣，等．应用COMI炼钢工艺控制转炉脱磷基础研究[J]．钢铁， 2011， 46（8）： 31-35.