王忠剛, 劉忠建, 段朋朋

(萊蕪鋼鐵集團(tuán)銀山型鋼有限公司 煉鋼廠，山東萊蕪 271126)

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中高磷鐵水雙聯(lián)煉鋼在萊鋼120t轉(zhuǎn)爐的實(shí)踐研究

王忠剛, 劉忠建, 段朋朋

(萊蕪鋼鐵集團(tuán)銀山型鋼有限公司 煉鋼廠，山東萊蕪 271126)

分析了轉(zhuǎn)爐脫磷工藝原理，研究了復(fù)吹轉(zhuǎn)爐雙渣法冶煉中高磷鐵水的工藝方案，并進(jìn)行了工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，半鋼終點(diǎn)溫度控制在1340-1400℃，終點(diǎn)碳控制在3.0%以上，解決了半鋼配加硅鐵等發(fā)熱元素的問(wèn)題，優(yōu)化了中高磷鐵水雙聯(lián)冶煉方案。

中高磷鐵水; 脫磷; 脫碳

前言

近年來(lái)，隨著鋼鐵行業(yè)的飛速發(fā)展，世界范圍內(nèi)低磷鐵礦石的瀕臨枯竭，高磷鐵礦的開采和冶煉逐步被提上日程，高爐使用高磷礦石造成鐵水磷含量偏高，傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)爐冶煉方式不能滿足生產(chǎn)需要，易造成部分鋼水磷高，給鋼水質(zhì)量和成本帶來(lái)嚴(yán)重的影響。由于萊鋼高爐鐵礦石資源的多元化，個(gè)別時(shí)期鐵水磷含量存在較高的情況，而萊鋼銀山煉鋼廠無(wú)鐵水預(yù)脫磷設(shè)備，為解決高磷鐵水冶煉低磷鋼的難題，適應(yīng)鋼鐵業(yè) “低成本、高潔凈鋼”發(fā)展方向，萊鋼煉鋼廠2013年10月起在萊鋼銀山煉鋼廠120t頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐上進(jìn)行中高磷鐵水轉(zhuǎn)爐雙聯(lián)煉鋼研究，開發(fā)出了“低堿度”轉(zhuǎn)爐雙聯(lián)煉鋼方案。

1 轉(zhuǎn)爐去磷基本原理

1.1 去磷反應(yīng)及熱力學(xué)分析

Healy G W 研究了煉鋼爐渣成分變化對(duì)爐渣脫磷能力的影響，對(duì)于煉鋼過(guò)程，脫磷反應(yīng)可以寫為：

2[P]+5(FeO)+4(CaO)=Ca4P2O9

(1)

爐渣成分變化對(duì)渣-鋼間磷分配系數(shù)的影響為：

lg(%P)/[%P]=22350/T-16.0+0.08×(%CaO)+2.5×lg(%FeO)

(2)

由反應(yīng)式可知，溫度越低、a(%FeO)和a(%CaO)越高，則磷分配比越大，熔池磷含量越低。在轉(zhuǎn)爐吹煉期間熔池溫度越低去磷條件越好。

1.2 去磷反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)分析

轉(zhuǎn)爐冶煉過(guò)程脫磷反應(yīng)是在渣鋼界面上進(jìn)行，脫磷速率主要受渣鋼兩側(cè)的傳質(zhì)速率控制。由于磷的氧化速度系數(shù)K遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于鋼液中[P]的傳質(zhì)系數(shù)K1,和渣相中(P2O5)的傳質(zhì)系數(shù)K2，即鋼液中磷的擴(kuò)散和熔渣中(P2O5)的擴(kuò)散是限制環(huán)節(jié)。因此，創(chuàng)造良好的渣鋼接觸條件，對(duì)提高脫磷速率是十分必要的；同時(shí)，爐渣良好的流動(dòng)性對(duì)提高渣鋼接觸面積，促進(jìn)脫磷反應(yīng)進(jìn)行有積極作用，充分的攪拌、適當(dāng)?shù)娜鄢販囟饶芡苿?dòng)鋼渣接觸，是促進(jìn)脫磷反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)條件。

2 萊鋼雙聯(lián)煉鋼工藝方案

參照國(guó)內(nèi)外一些廠家的經(jīng)驗(yàn)，萊鋼銀山型鋼煉鋼廠雙聯(lián)工藝采用轉(zhuǎn)爐同跨雙聯(lián)布置，即脫磷、脫碳爐布置在同跨，在脫磷爐前平臺(tái)開孔。脫磷爐出的脫磷鐵水，從孔中吊起兌入脫碳轉(zhuǎn)爐冶煉。雙聯(lián)冶煉工藝流程：鐵水勾兌后，將鐵水及廢鋼加入到脫磷爐，氧槍吹煉脫磷至終點(diǎn)后，往鋼包出半鋼后，測(cè)溫、取樣后兌入脫碳爐，吹煉脫碳，結(jié)束后出鋼進(jìn)入下一道工序。

3 轉(zhuǎn)爐雙聯(lián)工業(yè)實(shí)驗(yàn)

2013年10月至11月份萊鋼銀山煉鋼廠共組織了33爐中高磷鐵水轉(zhuǎn)爐雙聯(lián)模式生產(chǎn)試驗(yàn)，鐵水條件如表1所示，脫磷爐和脫碳爐終點(diǎn)磷控制效果如圖1、圖2所示。

表1 鐵水預(yù)脫硫后成分

圖1 實(shí)驗(yàn)半鋼終點(diǎn)磷分布圖

圖2 實(shí)施成品磷分布圖

4 實(shí)驗(yàn)效果分析

從脫磷爐磷含量控制來(lái)看，脫磷爐終點(diǎn)磷最低0.026%，最高0.075%，平均0.048%，控制正常，最后兩爐試驗(yàn)效果較好，脫磷爐終點(diǎn)磷一爐0.026%，一爐0.028%；從脫碳爐磷含量控制來(lái)看，轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)磷最低0.004%，最高0.025%，平均0.013%。

4.1 脫磷爐冶煉工藝

4.1.1 半鋼溫度對(duì)磷的影響

從圖3可以看出，半鋼溫度控制在1300—1450℃范圍內(nèi)，1340—1400℃范圍內(nèi)相對(duì)來(lái)說(shuō)利于去磷。脫磷是強(qiáng)放熱反應(yīng)，降低反應(yīng)溫度利于脫磷，但過(guò)低的溫度不利于石灰的熔化，因此冶煉半鋼溫度目標(biāo)控制在1340—1400℃。

圖3 半鋼溫度對(duì)半鋼磷的影響

4.1.2 爐渣FeO對(duì)脫磷率的影響

由圖4可知脫磷爐脫磷率隨渣中(FeO)含量增加而提高，相關(guān)文獻(xiàn)記載當(dāng)渣中(FeO)超過(guò)30%時(shí)，增加渣中(FeO)，渣中(P2O5)變化不明顯。根據(jù)120t轉(zhuǎn)爐統(tǒng)計(jì)渣樣數(shù)據(jù)及終點(diǎn)化渣脫P(yáng)情況，確定渣中(FeO)含量為15%～25%最佳。

圖4 脫磷終渣TFe與脫磷率的關(guān)系圖

4.1.3 脫P(yáng)爐供氧模式及造渣制度

為了取得較快的化渣效果，采用低-高-高槍位控制，過(guò)程氧壓控制偏大不利于化渣脫磷，過(guò)程氧壓控制在0.70-0.75 MPa，后期視化渣情況適當(dāng)調(diào)槍，終點(diǎn)不壓槍。底吹模式采用強(qiáng)攪模式，全程吹N2。加料制度采取頭批料加入全部石灰、燒結(jié)礦1/2，鐵釩土500 kg,點(diǎn)火1分鐘開始加入。其余燒結(jié)礦(球團(tuán)礦)小批量分批次加入，終點(diǎn)提槍30秒前全部加完。

4.1.3 爐渣堿度的控制

爐渣堿度高，渣中(CaO)增加，利于脫磷。增加渣中CaO可提高磷在渣鐵間的分配比。在轉(zhuǎn)爐脫P(yáng)段吹煉過(guò)程中，為保證終點(diǎn)較高 [C],溫度≤1400℃，液態(tài)渣的堿度不易過(guò)高。

一般高堿度、高氧化鐵的爐渣能使磷呈現(xiàn)強(qiáng)烈的氧化趨(P205)，并與(CaO)結(jié)合成穩(wěn)定的磷酸鈣。因此增加渣中CaO可以提高磷在渣鐵間的分配比。但在轉(zhuǎn)爐脫P(yáng)段吹煉過(guò)程中，為了保證終點(diǎn)有較高的[C]，溫度一定不能超過(guò)1400℃，而在這樣的溫度下，液態(tài)渣的堿度不可能高。同時(shí)，片面追求高堿度，則渣中固相比例上升，熔渣流動(dòng)性變差，反而影響了脫磷的效果，所以對(duì)于脫磷過(guò)程的爐渣堿度要合理控制。由爐渣堿度與脫磷率的關(guān)系圖(圖5)可知，脫P(yáng)爐終渣堿度控制在2.0的目標(biāo)較為合適。

圖5 爐渣堿度與脫磷率的關(guān)系

4.2 脫碳爐冶煉工藝

由于半鋼中Si，P含量極低，因此脫碳爐冶煉的任務(wù)主要是脫碳、升溫，造渣的目的主要是在熔池表面形成一層能覆蓋熔池爐渣層，同時(shí)含有一定量的(MgO)以保護(hù)爐襯。由于鋼水中Si含量極低，爐渣中的SiO2主要來(lái)自投入的散裝料和隨半鋼入爐的爐渣，給石灰熔化帶來(lái)了困難。為此，采用鐵礦石和

鐵礬土進(jìn)行調(diào)渣。頭批料加入鐵釩土300 kg、碳鎂球全部，后加石灰1t；其余石灰后期分小批量加入。為防止過(guò)程嚴(yán)重返干現(xiàn)象采用高槍位低氧壓操作，即開吹正常槍位，2分鐘后過(guò)程槍位2100 mm，高槍位2500 mm，終點(diǎn)壓槍保證60秒，過(guò)程氧壓控制在0.75-0.80 MPa。萊鋼120噸脫碳爐終點(diǎn)爐渣成分如表2所示。

表2 脫碳爐終點(diǎn)渣樣成分表

4.3 存在的問(wèn)題及解決措施

由于渣量少、鋼渣界面反應(yīng)少，脫碳爐存在粘槍情況，后期試驗(yàn)采取低氧壓后化渣效果好，粘槍程度有所減輕，使用刮渣器可以處理。

5 結(jié)論

(1)解決了中高磷鐵水冶煉低磷鋼的問(wèn)題，為建立高效低成本潔凈鋼技術(shù)平臺(tái)打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

(2)為保證去磷效果半鋼終點(diǎn)溫度控制在1340-1400℃，終點(diǎn)碳控制在3.0%以上。

(3)解決了半鋼配加硅鐵等發(fā)熱元素的問(wèn)題，為低成本下冶煉中高磷鐵水打下了良好的基礎(chǔ)。

(4)脫碳爐過(guò)程易返干，粘槍問(wèn)題較突出，應(yīng)在脫碳期合理控制槍位。

[1] 劉皓銘.京唐公司轉(zhuǎn)爐雙聯(lián)冶煉工藝及技術(shù)指標(biāo)[J].河北大學(xué)聯(lián)合學(xué)報(bào).

[2] 刁江.中高磷鐵水轉(zhuǎn)爐雙聯(lián)脫磷的應(yīng)用基礎(chǔ)研究.重慶：重慶大學(xué), 2010.

The high phosphorus hot metal double 120 t converter steelmaking in laiwu practice research

WANG Zhonggang, LIU Zhongjian, DUAN Pengpeng

(Laiwu Steel Group Yinshan Section Steel Co,Ltd Steelworks 271126)

The converter dephosphorization process principle, the paper studies the method of double the combined-blowing converter slag smelting high phosphorus hot metal process scheme, and the industrial field test was carried out.The test results show that the semi steel end temperature control in 1340-1400 ℃, endpoint carbon control over 3.0%, solved the heating element such as semi steel with addition of silicon, high phosphorus hot metal duplex smelting scheme was optimized.

the high phosphorus hot meta dephosphorization; ecarburization

王忠剛(1971-)，男，高級(jí)工程師，大學(xué)，1999年畢業(yè)于華東冶金學(xué)院.

TF704.4

A

1671-3818(2016)03-0010-03