宋萬平　賈旭崗

(安陽鋼鐵股份有限公司)

復(fù)吹轉(zhuǎn)爐高碳潔凈鋼脫磷工藝研究與應(yīng)用

宋萬平賈旭崗

(安陽鋼鐵股份有限公司)

摘要介紹了安鋼開發(fā)的復(fù)吹轉(zhuǎn)爐高碳潔凈鋼脫磷工藝及其應(yīng)用效果。100 t復(fù)吹轉(zhuǎn)爐前期控制脫磷渣堿度為2.0～2.3，冶煉時(shí)間為4 min ～6 min，半鋼溫度控制在1380 ℃～1410 ℃，供氧強(qiáng)度為2.6 m3/(t·min)～2.8 m3/(t·min)，底吹強(qiáng)度為0.05 m3/(t·min)～0.10 m3/(t·min)，平均脫磷率達(dá)到68.53%。同原工藝相比，冶煉終點(diǎn)平均碳含量由0.47%提高為0.62%，磷含量由0.015%降低至0.012%，點(diǎn)吹次數(shù)降低1.2次/爐。

關(guān)鍵詞復(fù)吹轉(zhuǎn)爐脫磷工藝造渣脫磷率

RESEARCH AND APPLICATION ON DEPHOSPHORIZATION PRETREATMENTPROCESS IN COMBINED-BLOWING CONVERTER

Song WanpingJia Xugang

(Anyang Iron and Steel Stock Co.，Ltd)

ABSTRACTThe development of dephosphorization pretreatment process in combined-blowing converter and its application effect in Anyang steel are introduced.The average dephosphorization rate is up to 68.53% in the case of slag basicity controlled within 2.0～2.3, blowing time is 4 min ～6 min, semi-steel temperature is controlled within 1380 ℃～1410 ℃,blowing oxygen intensity is 2.6 m3/(t·min)～2.8 m3/(t·min),and bottom blowing gas intensity is 0.05 m3/(t·min)～0.10 m3/(t·min).Compared with the old process, the average carbon content increases from 0.47% to 0.62%, phosphorus content reduces from 0.015% to 0.012%, and the number of reblowing reduces 1.2 times/heat.

KEY WORDScombined-blowing converterdephosphorization processslaggingdephosphorization rate

0前言

高碳潔凈鋼通常用來制作鋼絞線、胎圈鋼絲、簾線等金屬制品，加工過程中通常需要進(jìn)行拉絲、熱處理、合股處理，對(duì)鋼質(zhì)純凈度要求高。安陽鋼鐵股份有限公司(以下簡稱安鋼)在100 t復(fù)吹轉(zhuǎn)爐開發(fā)了SWRH82B、C72DA等高碳潔凈鋼。但是隨著鐵水磷升高后，為了脫磷，點(diǎn)吹次數(shù)明顯升高，脫磷率和終點(diǎn)碳合格率降低，鋼液氧含量升高。同時(shí)加入大量增碳劑增碳而引起鋼液氮含量升高[1]。為此，開發(fā)了復(fù)吹轉(zhuǎn)爐高碳潔凈鋼脫磷工藝。筆者主要介紹脫磷預(yù)處理工藝參數(shù)及2014年以來在SWRH82B鋼生產(chǎn)上的應(yīng)用效果。

1工業(yè)試驗(yàn)

1.1工藝路線

安鋼100 t復(fù)吹轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)高碳潔凈鋼脫磷工藝流程如圖1所示。冶煉時(shí)采用優(yōu)化的脫磷工藝參數(shù)進(jìn)行脫硅、脫磷處理，然后將高磷爐渣盡量倒掉，再對(duì)爐內(nèi)留下的半鋼進(jìn)行少渣冶煉操作。

1.2試驗(yàn)原料條件

圖1　工藝流程示意圖

安鋼2014年1～5月份鐵水成分見表1。

表1　鐵水的化學(xué)成分(WB) 　/ %

由表1可知，鐵水w(P)偏高，平均為0.127%。造渣材料采用活性石灰、輕燒白云石、螢石等。

1.3試驗(yàn)終點(diǎn)控制

試驗(yàn)鋼種為SWRH82B。裝入制度：鐵水108 t，廢鋼10 t。終點(diǎn)控制：終點(diǎn)w(C)0.40%～0.70%，終點(diǎn)W(P)≤0.015%。終點(diǎn)倒渣取樣結(jié)束后(耗氧量累計(jì)4000 m3～4200 m3)，按碳、磷成分調(diào)整終點(diǎn)操作。

2復(fù)吹轉(zhuǎn)爐前期脫磷工藝?yán)碚摲治?/p>

2.1工藝原理

該工藝的基本原理為：利用低溫有利于脫磷反應(yīng)的熱力學(xué)基本原理，在轉(zhuǎn)爐吹煉終點(diǎn)，由于溫度較高，鋼水中磷含量較低，爐渣已經(jīng)不具備脫磷能力，將轉(zhuǎn)爐部分終渣留在爐內(nèi)；在下一爐吹煉前期，由于溫度較低，鐵水中磷含量較高，爐渣重新具備脫磷能力；隨著吹煉進(jìn)行，在溫度升高至對(duì)脫磷不利前倒出部分爐渣，之后再造渣進(jìn)行脫碳階段的吹煉。

2.2轉(zhuǎn)爐脫磷反應(yīng)機(jī)理

轉(zhuǎn)爐脫磷反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)方程式為：

2[P]+5[O]=P2O5

△Gθ=-832384+632.65T

(1)

(2)

磷的平衡常數(shù)與溫度的關(guān)系如圖2所示，終渣在高溫下已基本不具備脫磷能力。如果將部分終渣留到爐內(nèi)，加入鐵水后進(jìn)行下爐吹煉，吹煉前期由于溫度低，所留爐渣重新具備脫磷能力。在溫度升至對(duì)脫磷不利前盡量將爐渣倒出，加入渣料進(jìn)行第二階段吹煉進(jìn)一步脫磷。

圖2　磷的平衡常數(shù)與溫度的關(guān)系

3前期脫磷工藝參數(shù)確定

復(fù)吹轉(zhuǎn)爐吹煉前期是脫磷的最佳時(shí)期，在傳統(tǒng)冶煉工藝基礎(chǔ)上，調(diào)整優(yōu)化脫磷工藝參數(shù)，盡可能多地將鐵水中磷脫除，避免高溫回磷，提高轉(zhuǎn)爐脫磷效率，同時(shí)還可以減少部分渣料。

3.1脫磷渣堿度對(duì)脫磷的影響

脫磷渣堿度對(duì)脫磷效果的影響如圖3所示。當(dāng)脫磷渣堿度在2.0～2.5，隨著堿度的增加，脫磷率逐漸升高。轉(zhuǎn)爐脫磷渣中的主要堿性氧化物有CaO、MgO、MnO和FeO，其中CaO的脫磷能力最強(qiáng)。隨著脫磷渣堿度的提高，石灰的活度也逐漸增加，渣中CaO將與P2O5結(jié)合成穩(wěn)定的磷酸鈣，從而有利于進(jìn)一步深脫磷。因此，提高爐渣堿度可以有效地提高脫磷效果[2]。但堿度不易過高，否則渣中會(huì)有大量CaO、MgO微粒懸浮在液態(tài)渣中，降低了爐渣的流動(dòng)性，使?fàn)t渣變粘，不易脫磷。綜合考慮脫磷終點(diǎn)對(duì)半鋼磷含量的要求，應(yīng)該保持爐渣堿度在2.0～2.3。

圖3　脫磷渣堿度對(duì)脫磷率的影響

3.2前期脫磷時(shí)間對(duì)脫磷率的影響

前期脫磷時(shí)間對(duì)脫磷率的影響如圖4所示。前期脫磷時(shí)間在4 min～6 min，隨著脫磷時(shí)間延長，脫磷率逐漸升高。通過對(duì)冶煉過程的深入了解，前期倒渣時(shí)間不能過早，否則把剛剛造好的爐渣倒掉了，這些爐渣并沒有發(fā)揮其去磷的功效。南鋼復(fù)吹120 t轉(zhuǎn)爐前期脫磷時(shí)間控制在5.4 min～7.1 min(平均為6.3 min)，實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)爐冶煉前期一次倒渣脫磷率達(dá)53．2%～69．7%(平均62．2%)[3]。綜合分析各種影響因素，根據(jù)鋼水中磷的氧化機(jī)理，其合理的倒渣時(shí)間應(yīng)控制在全程吹煉時(shí)間的35%～44%范圍內(nèi)。對(duì)于100 t復(fù)吹轉(zhuǎn)爐冶煉來講，冶煉高碳鋼潔凈鋼時(shí)全程供氧時(shí)間為14 min，所以前期脫磷時(shí)間控制在開吹后4 min～6 min為宜。

圖4　前期脫磷時(shí)間對(duì)脫磷率的影響

3.3半鋼溫度對(duì)脫磷率的影響

半鋼溫度對(duì)脫磷率的影響如圖5所示。半鋼溫度在1350 ℃～1450 ℃，隨著溫度的升高，脫磷率逐漸降低，但總體變化較小。由于鐵水中氧和硅的親和力比磷強(qiáng)，在轉(zhuǎn)爐吹煉初期較低溫度下，向熔池吹氧和加入造渣劑脫磷時(shí)，硅、錳比磷優(yōu)先氧化，當(dāng)硅氧化至痕量時(shí)，磷才開始大量氧化。隨著脫磷反應(yīng)的進(jìn)行和熔池升溫，碳和磷也會(huì)出現(xiàn)選擇性氧化轉(zhuǎn)變，即在低于某一溫度時(shí)鐵液中的磷優(yōu)先氧化，反之碳優(yōu)先氧化，磷的氧化受到抑制。因此以轉(zhuǎn)爐吹煉前期熔池內(nèi)碳磷選擇性氧化溫度作為一次倒渣操作的控制溫度。鋼鐵冶煉原理中理論計(jì)算表明碳、磷選擇性氧化溫度為1332 ℃[4]。李建新等[5]通過對(duì)雙渣法脫磷的理論計(jì)算分析，碳磷選擇性氧化溫度為1320 ℃。劉躍等[6]將一次倒?fàn)t排渣的鋼水(或半鋼)溫度控制在1380 ℃～1410 ℃，也得到了較高的脫磷率。另外，爐內(nèi)半鋼溫度還要保證半鋼流動(dòng)性和滿足渣料快速熔化的要求。半鋼溫度較低難以獲得堿度高、流動(dòng)性好的均勻爐渣，溫度升高能夠降低爐渣黏度，加速石灰的熔解，從而有利于改善磷從金屬相向脫磷渣轉(zhuǎn)移的動(dòng)力學(xué)條件。依據(jù)100 t復(fù)吹轉(zhuǎn)爐鐵水溫度、鋼鐵料結(jié)構(gòu)和爐渣流動(dòng)性等實(shí)際情況，將半鋼溫度控制在1380 ℃～1410 ℃。

3.4脫磷期供氧強(qiáng)度對(duì)脫磷率的影響

轉(zhuǎn)爐采用常規(guī)供氧強(qiáng)度時(shí)，冶煉前期吹煉至5 min熔池溫度可達(dá)1400 ℃以上[7]，超過碳、磷選擇氧化溫度，影響前期脫磷效果。一方面為了配合冶煉前期控制升溫速度和和促進(jìn)快速化渣的脫磷工藝要求，采取適當(dāng)降低供氧強(qiáng)度。另一方面降低供氧強(qiáng)度，減少前期脫碳率，控制爐渣適當(dāng)泡沫化，既有利于前期快速倒渣又減少碳氧化渣中w(FeO)量，提高前期渣脫磷效果。根據(jù)100 t轉(zhuǎn)爐鐵水成分含量 及冶煉鋼種對(duì)碳、磷含量和溫度的要求，選擇其前期供氧強(qiáng)度為2.6 m3/(t·min)～2.8 m3/(t·min)。

圖5　半鋼溫度對(duì)脫磷率的影響

3.5底吹強(qiáng)度對(duì)脫磷率的影響

安鋼100 t復(fù)吹轉(zhuǎn)爐為底吹惰性氣體類型。冶煉時(shí)，為了延長前期吹煉時(shí)間，提高脫磷效率，適當(dāng)降低了前期供氧強(qiáng)度。冶煉前期頂吹供氧強(qiáng)度的降低，影響熔池?cái)嚢栊Ч?，為此?yīng)提高底吹供氣強(qiáng)度加強(qiáng)熔池?cái)嚢?所以將轉(zhuǎn)爐脫磷期底吹供氣強(qiáng)度提高到0.05 m3/(t·min)～0.10 m3/(t·min)。

上述高碳潔凈鋼脫磷工藝參數(shù)的選擇，還應(yīng)該考慮它們之間相互配合以及制約的關(guān)系。

4應(yīng)用效果

按照上述的優(yōu)化工藝，進(jìn)行了工業(yè)試驗(yàn)，取得了較明顯的效果。脫磷渣堿度、前期脫磷時(shí)間、半鋼溫度、脫磷期供氧強(qiáng)度、底吹強(qiáng)度得到穩(wěn)定控制，實(shí)現(xiàn)了保碳脫磷。從2014年開始至今，安鋼100 t復(fù)吹轉(zhuǎn)爐采用該工藝冶煉高碳低磷鋼種比例已達(dá)70%以上。采集2015年冶煉SWRH82B鋼的150爐生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行效果分析，其結(jié)果如表2所示。

表2　100 t復(fù)吹轉(zhuǎn)爐脫磷工藝應(yīng)用效果

從表2可以看出，半鋼平均碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.19%，平均磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.032%，前期平均脫磷率為68.53%。在終點(diǎn)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.57%的情況下，終點(diǎn)磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.012%。

5結(jié)論

1) 安鋼100 t復(fù)吹轉(zhuǎn)爐前期脫磷工藝參數(shù)為：脫磷渣爐渣堿度為2.0～2.3；前期脫磷時(shí)間為4 min～6 min；半鋼溫度為1380 ℃～1410 ℃；脫磷期供氧強(qiáng)度為2.6 m3/(t·min)～2.8 m3/(t·min)；底吹強(qiáng)度為0.05 m3/(t·min)～0.10 m3/(t·min)。

2) 工藝優(yōu)化后，前期半鋼磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均為0.038%，脫磷率可以達(dá)68.53%。同原來的冶煉工藝相比較，終點(diǎn)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)由0.47%提高為0.62%，磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.015%降低為0.012%，點(diǎn)吹次數(shù)降低1.2次/爐。

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收稿日期：聯(lián)系人：宋萬平，高級(jí)工程師，河南.安陽(455004)，安陽鋼鐵股份有限公司第一煉軋廠；2015—7—10