孫 亮

（鞍鋼集團本鋼北營煉鋼廠，遼寧 本溪 117000）

一般情況下，磷在鋼鐵產(chǎn)品中是有害雜質，需在煉鋼時設法盡可能多地去除掉，若是鋼鐵的含磷量過高，會使鋼的塑性和韌性降低，即出現(xiàn)鋼的脆性現(xiàn)象，低溫時更加嚴重，通常稱之為冷脆[1]。隨著社會發(fā)展，我國對鋼鐵產(chǎn)品含磷量提出了更為嚴苛的生產(chǎn)標準。為滿足鋼鐵產(chǎn)品含磷量生產(chǎn)標準，有必要認真地研究轉爐煉鋼脫磷原理，創(chuàng)新轉爐煉鋼脫磷工藝，以此提升鋼鐵冶煉水平。

1 鋼種介紹

鞍鋼集團本鋼北營煉鋼廠新區(qū)三座120t 頂?shù)讖痛缔D爐，主要冶煉鋼種為優(yōu)質碳素結構鋼、焊接用鋼、冷鐓鋼、絞線鋼、簾線鋼、耐候鋼、汽車大梁、汽車結構用鋼、車輪用鋼、重軌等。生產(chǎn)過程中不同的鋼種對含磷量的要求存在差別（見表1）。相關人員需要應用科學的工藝有效做好鋼材的脫磷處理工作，滿足不同鋼種對含磷量的要求。

表1 我廠生產(chǎn)不同鋼種要求的磷含量

2 轉爐煉鋼脫磷原理與條件

2.1 轉爐煉鋼脫磷原理

通過掌握轉爐煉鋼脫磷原理，有助于深化發(fā)展脫磷工藝，因此需要積極地探究轉爐煉鋼脫磷原理。轉爐煉鋼脫磷原理具體如下介紹：在轉爐吹煉的過程中鐵水中的磷被氧化生成P2O5進入爐渣中。P2O5屬于酸性氧化物，爐渣含有堿性氧化物，比如FeO、CaO、MnO、MgO 等，而酸性氧化物與爐渣含有堿性氧化物會發(fā)生化學反應，進而生成磷酸鹽化合物，從而穩(wěn)定地存在爐渣中，并隨著爐渣被清除。爐渣的堿度含量影響著其與P2O5酸性氧化物的化學反應生成物的類型。其中，在爐渣的堿度含量比較低的情況下，兩者在發(fā)生化學反應后主要磷多以磷酸鐵（3FeO·P2O5）的形式存在，而在爐渣的堿度含量比較高的情況下，兩者在發(fā)生化學反應后主要磷多以磷酸鈣（3CaO·P2O5或4CaO·P2O5）的形式存在。對于轉爐煉鋼脫磷工藝實施者來講，其需要根據(jù)工藝實施步驟、工藝實施要求等，合理地把控脫磷工藝，從而保障脫磷工藝應用效果。

2.1.1 磷的氧化反應

在轉爐煉鋼脫磷工藝中，鋼鐵中含有的磷會發(fā)生氧化反應。磷的氧化反應在鋼-渣界面上進行，反應方程式一般有2 種。

第一種：

標準吉布斯能△G0=-384953+170.24T(J/mol)。

第二種：

標準吉布斯能△G0=-142944+65.48T(J/mol)。

2.1.2 P2O5在爐渣中的固定

倘若氧化生成的P2O5能夠穩(wěn)定在爐渣中，才可以更好地確保鋼鐵脫磷效果。而P2O5通過與爐渣中含有堿性氧化物，如FeO、CaO、MnO、MgO 等，生成磷酸鹽化合物時就可以保證氧化生成的P2O5能夠穩(wěn)定在爐渣中。在此項化學反應中主要涉及兩種化學反應方程式。

第一種：

標準吉布斯能△G0=-1372200+550.1T。

第二種：

標準吉布斯能△G0=-1486160+6360T。

通過以上化學反應方程式可以了解到，氧化生成的P2O5與爐渣中含有堿性氧化物生成了穩(wěn)定的磷酸鹽，而磷酸鹽則會與爐渣混合在一起。鋼-渣界面磷的氧化反應影響著脫磷的速度，因此需要科學地規(guī)范鋼-渣界面磷的氧化反應包括的工作，以此提升脫磷的速度。

2.2 轉爐煉鋼脫磷的基本條件

在轉爐煉鋼脫磷中，要研究轉爐煉鋼脫磷的基本條件，進而為轉爐煉鋼脫磷工藝的實施、推進提供良好的條件，從而保證脫磷效果[2]。為掌握轉爐煉鋼脫磷的基本條件，有必要深入地研究轉爐煉鋼脫磷的反應方程式。與此同時，還需要深入到煉鋼的實際生產(chǎn)之中，以此全面了解脫磷工藝。研究發(fā)現(xiàn)，轉爐鐵水中的氧量、爐渣堿度和溫度是影響脫磷效果的重要因素。本次從影響脫磷效果因素的角度出發(fā)，探究了轉爐煉鋼脫磷的基本條件，具體如下所述：

1.通過將磷穩(wěn)定地固定在爐渣中才可以更好地清除磷，保證鋼鐵的性能。而將磷穩(wěn)定地固定在爐渣中的重要方式是：使P2O5與爐渣中的CaO 等堿性氧化物發(fā)生充分的化學反應。其中，爐渣的堿度不能夠過高，同樣也不能夠過低。過高則會不易熔化，以致影響脫磷水平；過高則不利于P2O5與爐渣中的CaO 等堿性氧化物充分發(fā)生化學反應。為此，一定要合理地控制爐渣的堿度，從而確保脫磷效果。

2.脫磷的量與磷的氧化反應具有重要的關系。所以，需要規(guī)范磷的氧化反應。鋼液中的[O]含量以及爐渣中的（FeO）都屬于脫磷反應的氧化劑。如果能夠增加[O]、（FeO）含量，就可以在很大的程度上提升脫磷水平。為切實有效做好脫磷工作，相關人員深入地探究了脫磷要點，即在把爐渣堿度控制在2.5～3.0 范圍內以及把（FeO）控制在15%～20%范圍內，就可以更好地完成鋼鐵脫磷工作。脫磷工藝的實施者需要認真地踐行以上工作。

3.爐渣量控制是影響脫磷效果的一大因素。適當渣量可以稀釋磷酸鹽的濃度，保證P2O5與CaO 有效地發(fā)生化學反應，從而確保鋼鐵中磷含量更加符合規(guī)定標準。不過，一味地加大爐渣量則是錯誤的脫磷做法。究其原因：造熔點低，動力學條件好，吸附能力強的渣已經(jīng)是現(xiàn)代煉鋼的主流技術。而傳統(tǒng)煉鋼過于追求大渣量，高堿度來提高脫磷率，這種模式下操作極不穩(wěn)定，極易造成爆發(fā)性噴濺，增大鋼鐵料消耗，從而使轉爐生產(chǎn)成本增加；其次爐渣化不透，大量結塊，流動性極差，脫磷率不穩(wěn)定，影響產(chǎn)品質量在爐渣量過大時，會不利于吹氧入鋼水，也不利于保障熱傳遞效果，進而影響化學反應順利進行[3]?；诖?，需要做好爐渣量的控制工作，以便提高脫磷水平，切實保證鋼鐵質量。

4.溫度影響脫磷效果。脫磷反應屬于強放熱化學反應，在低溫的環(huán)境下，利于化學反應的順利開展，而在高溫的環(huán)境下，則不利于化學反應的順利開展，比如會發(fā)生“回磷”現(xiàn)象，這不僅會降低脫磷水平，而且會加大脫磷成本。但是這并不代表就可以一味地降低溫度，主要是因為在溫度較低的環(huán)境下，石灰難以有效熔化，進而增加轉爐渣的黏度，從而在很大程度上降低脫磷水平。為此，需要根據(jù)實際情況、脫磷工藝要求等，科學地控制溫度。

2.3 轉爐脫磷的注意事項

“高堿度、高FeO 量、低溫”是轉爐脫磷條件，通過做好以上條件的控制工作，就能夠在很大的程度上保證脫磷效果。為進一步強化脫磷效果，需要在轉爐脫磷中清楚轉爐脫磷的注意事項，規(guī)范轉爐脫磷工作，防止發(fā)生脫磷問題。本次主要從以下方面探討了轉爐脫磷的注意事項，詳細如下介紹：

1.合理地增加轉爐煉鋼末期爐渣堿度，確保P2O5與CaO有效地發(fā)生化學反應，最大限度地提高脫磷質量。

2.在脫磷工作中，要認真推進擋渣工作，有效防止鋼包下渣。

3.由于溫度是影響脫磷效果的一項重要因素，因此脫磷工藝實施者需要做好轉爐內溫度控制工作，避免溫度過高或者過低。

4.脫磷工藝實施者需要在脫磷時做好攪拌工作，以便加快化學反應速度，提高脫磷質量。

5.合理控制渣量，充分考慮冶煉鋼種成分要求、鐵水實際條件等因素，及時調整煉鋼“五大制度”，并通過元素平衡法計算渣量，以達到降低制造成本的目的。

6.若是鐵水含磷量并不高，卻發(fā)現(xiàn)轉爐煉鋼末期的磷含量高，這樣就需要做好鐵水的檢驗工作。即需要檢驗鐵水中的硅含量，了解鐵水中的硅含量準確數(shù)值，進而將鐵水中的硅含量與實際數(shù)值進行對比，查看硅含量是否低于要求。而在硅含量比較低的情況下，就會影響脫磷效果。為解決該問題，就需要提高氧槍，優(yōu)先加入氧化鐵皮或者燒結礦，進而縮短前期渣化時間，從而高效地推進脫磷工作。

3 與轉爐煉鋼配合的脫磷措施

3.1 復吹工藝脫磷

煉鋼轉爐調整復吹冶煉工藝，由于增加了底部供氣，加強了熔池的攪拌力，改善了渣鋼間的平衡條件，使前期造渣加速、傳質加快；特別是在冶煉后期渣中FeO 含量較高的熱學條件下輔以良好的底吹攪拌的動力學條件，為吹煉后期脫磷提供了有力保障[4]。復吹工藝獲得較好的脫磷效果，同時下降了終吹渣中FeO 含量。目前北營煉鋼廠新區(qū)三臺轉爐全部為頂?shù)讖痛缔D爐，采用頂吹氧、底吹氮氣或氬氣等惰性氣體的頂?shù)讖痛倒に嚒?/p>

3.2 裝入制度優(yōu)化

分批加入造渣料，在加廢鋼、兌鐵之前，預先加部分石灰和白云石，縮短溶池內熔化的滯止期，達到促進溶解的目的。當[Si]、[Mn]氧化期結束后，開始將第二批造渣劑分幾次加入，第二批料不宜在易噴濺的4～5min 時加入，如果鐵水SiO2含量低，氧化放熱慢，前期成渣比較困難，可采用留渣操作縮短周期。

3.3 優(yōu)化少渣法操作

將上爐已得高堿度、高氧化性、高溫、流動性好的終渣留一部分在爐內，并減少吹煉前期第一批造渣料的加入量，吹煉5～6min 時倒爐將其倒出，再重新造渣進行二次吹煉。少渣冶煉的優(yōu)點是可加速下爐吹煉前期初期渣的形成，提高前期的脫磷率和轉爐熱效率，節(jié)省造渣料的用量。采用少渣留渣操作時，在加廢鋼兌鐵水前首先濺渣固渣并加稠化劑，觀察渣況，當爐內無液體渣時才可兌入鐵水。

留渣中含有一定的CaO 和FeO，有利于提高初期渣的堿度和氧化性，有利于石灰早化，渣的流動性好，在前期較低溫度的條件下，為脫磷創(chuàng)造良好的動力學、熱力學條件，保證了前期去磷。由于留渣帶入一部分上一爐終渣，使總的渣量增大，鑒于此，在生產(chǎn)實際中，又可以適當減少新的造渣料的加入，從而提高經(jīng)濟效益。鐵水硅相同的條件下，留渣操作可以明顯提高終渣堿度，在低白灰和輕燒消耗的情況下達到相同的脫磷效率。從這個角度講，留渣量越大越好，但是留渣量過大對過程噴濺和終點控制不利，因此，初始爐留渣量1/3～1/2，其它爐次留渣量不得大于1/3。

3.4 防止回磷

由于終點渣中含磷很高，故出鋼口下渣是回磷的主要來源，因此出鋼過程中擋渣操作以減少出鋼下渣量是防止回磷的關鍵措施之一[5]。嚴抓合金制度的標準化和規(guī)范化操作，保證合金加入順序及加入的時間。鋼水到站成分的合格，杜絕多次補加合金（硅鐵、碳粉等）。吹氬時，應避免氬氣壓力過高，造成鋼液-鋼渣翻騰、卷渣，形成一種“渣洗”現(xiàn)象。

4 結語

綜上所述，在鋼鐵的含磷量比較高的情況下，就無法保證鋼鐵的性能，影響鋼材的應用效果。為此，需要采取科學的工藝、方法，降低鋼鐵的含磷量。從現(xiàn)狀來看，煉鋼轉爐脫磷工藝是降低鋼鐵含磷量的重要手段?；诖耍嚓P人員需要深入地研究煉鋼轉爐脫磷工藝，掌握煉鋼轉爐脫磷工藝應用技巧。除此之外，需要謹記煉鋼轉爐脫磷工藝應用注意事項，合理控制工藝條件以及工藝實施步驟，從而充分地把握煉鋼轉爐脫磷工作[6]。通過在應用煉鋼轉爐脫磷工藝采取配合措施，有利于強化脫磷效果。所以，還需要注重采取脫磷配合措施，比如復吹冶煉工藝加強熔池的攪拌力，以及在脫磷的過程中優(yōu)化裝入制度、造渣制度、合金化制度等。另外，還需要積極地總結脫磷經(jīng)驗，從而更好地指導鋼鐵脫磷工作。