钢铁冶炼过程中氧化脱磷与固磷的应用研究

姚 俊

（宝钢湛江钢铁有限公司，广东 湛江 524000）

钢铁是广泛应用在国民经济各行业的一种产品，在社会发展进步中扮演着重要的角色。在传统的钢铁冶炼工艺中，普遍采用大渣量、高碱性、高氧化性的冶炼环境，以提高脱磷率。但其存在着耗能高、固体废弃物排放量大的缺陷，无法适应当今社会低耗能、低污染的发展趋势。通过研究发现在钢铁冶炼的过程中脱磷和固磷是并行存在的，通过对炉渣固磷率［1］的提升能够加快对钢铁的脱磷，钢铁的氧化脱磷需要大渣量、高碱性、高氧化性的冶炼环境但炉渣中磷的固化则是利用C2S固溶固磷相C2S-C3P来实现的，而固磷相在低浓度的氧化亚铁的环境中更容易赋存，因此需要在冶炼过程中通过改变现有的冶炼工艺流程来在脱磷和固磷之间寻找一个平衡点，根据理论分析，文章提出了在冶炼过程中采用低碱度和高碱度的吹炼试验方案，对不同碱度情况下的钢铁脱磷特性进行研究，获得了最佳的冶炼碱度，最终实现了脱磷和降低钢铁冶炼成本的统一，提升了钢铁性能和冶炼的经济性。

1 试验方案

文章以某钢厂的100t的炼钢转炉为研究对象，其冶炼的产品为低磷钢［2］，钢水中磷元素的含量约0.12%～0.14%，分别将其在碱度为3.0和碱度为4.0情况下进行吹炼验证，冶炼时的温度为1280°～1340°，为了确保验证结果的统一性，将钢渣在冶炼的前期进行充分的化渣处理，常规高碱度冶炼和新的低碱度冶炼过程中氧化亚铁含量和钢渣碱度数据如表1所示。

表1 对比试验验证中各氧化亚铁和钢渣碱度参数

在冶炼的过程中采用了双渣吹炼工艺，在吹炼开始时先加入冶炼所需石灰原始量的20%，所需石灰石的全部以及所需白云石的全部，当冶炼下枪后再加入所需红泥的70%。在吹炼初期采用1.43 m的常规枪位高度进行吹炼，初始吹炼供气量设置为179600 m3/h，经过3.2 min以后将吹炼时的供气量降为17500 m3/h，一直到脱磷期。进入到脱磷期后将枪位设置为1.59 m的高枪位，保持0.98 min后将枪位调整到1.49 m，然后保持到3 min，此过程中供气量需保持在13900～18400 m3/h之间，然后逐步提升供气量到22900 m3/h，脱磷期吹炼枪位和供气量变化如图1所示。

图2 脱磷期的枪位和供气变化示意图

2 冶炼过程中造渣控制分析

在冶炼过程中，在化渣阶段主要产生的是初期渣，该阶段初期渣的熔点较低，容易化渣。钢渣的脱磷主要集中在第3～5 min之间，此时钢渣已具有一定的碱度，脱磷时的产物已经逐渐向着磷酸钙转变，钢渣中的氧化亚铁和磷酸钙相中均有一定的磷元素。此时为了确保脱磷效果，需确保脱磷时的温度处在较低的状态，避免发生磷还原现象。

在脱磷的末期，钢渣中的碱度显著降低，同时钢渣中的氧化亚铁含量也逐渐降低，其在渣相图上的位置也逐渐向着C2S接近，因此钢渣中C2S的含量逐渐增加，冶炼过程中的固磷能力也逐步的得到了提升，使可以容纳更多的C3P，进一步的提升了钢渣的使用效率。该过程的实现，主要是通过调整压枪作用位置，使钢渣中的FeO含量逐渐降低，同时在脱磷的过程降低摄入的石灰的量，采用大流量的氧气供应，增加了熔池内的还原反应过程，实现了对钢渣氧化性的控制，在钢铁冶炼末期的成渣路线如图2所示。

图2 钢铁冶炼末期的成渣路线示意图

3 冶炼钢渣微相分析

分别对新的冶炼工艺下获得的低FeO钢渣和传统冶炼工艺下获得的高FeO钢渣进行渣相分析，其结构如图3所示。

由对比分析结果可知，采用新的冶炼工艺获得的低FeO钢渣中固磷相（图中A处的斑块所示）所占的比例约为2.86%，铁酸钙（图中B处的斑块所示）的比例约为0.82%，氧化物（图中C处的斑块所示）的比例约为0.56%。采用传统的冶炼工艺获得的低FeO钢渣中固磷相（图中A处的斑块所示）所占的比例约为2.18%，铁酸钙（图中B处的斑块所示）的比例约为0.52%，氧化物（图中B处的斑块所示）的比例约为0.37%。由此可知采用新的冶炼工艺后能够极大的提升冶炼过程中固磷相的含量，进而提升固磷特性。

同时在冶炼过程中加入的石灰的量为传统工艺的20%，所需的红泥的量为原始量的70%，在冶炼过程中消耗的辅料也显著的低于传统的冶炼工艺。

图4 不同浓度FeO钢渣渣相示意图

4 结语

通过对钢铁冶炼过程中脱磷过程的分析，为了改变现有冶炼方式存在的能量消耗大，脱磷效率低的难题，文章提出了一种新的冶炼脱磷工艺，根据实际验证结果表明：

（1）钢铁冶炼的过程中脱磷和固磷是并行存在的，通过对炉渣固磷率的提升能够加快对钢铁的脱磷，钢铁的氧化脱磷需要大渣量、高碱性、高氧化性的冶炼环境但炉渣中磷的固化则是利用C2S固溶固磷相C2S-C3P来实现的。

（2）冶炼过程中固磷相C2S-C3P的含量与FeO的含量成反比关系，FeO的含量越低，固磷相含量就越高，炉渣的固磷效果就越好，钢铁的脱磷率就越高；

（3）采用新的冶炼工艺获得的低FeO钢渣中固磷相所占的比例约为2.86%，传统的冶炼工艺获得的低FeO钢渣中固磷相所占的比例约为2.18%；

（4）新的冶炼过程中加入的石灰的量为传统工艺的20%，所需的红泥的量为原始量的70%，在冶炼过程中消耗的辅料也显著的低于传统的冶炼工艺。