李超　尹宏軍　呂游　王富亮　趙自鑫　馬寧　冉茂鐸

0 引言

目前，轉(zhuǎn)爐出鋼工藝按照鋼水脫氧程度分為三種方式：鎮(zhèn)靜出鋼、半鎮(zhèn)靜出鋼及沸騰出鋼，其中沸騰出鋼主要指出鋼過(guò)程未加脫氧劑或加入極少弱脫氧劑的出鋼工藝，鋼水中的氧需要在后面的工序脫除后澆注或不脫除直接沸騰澆注。理論上認(rèn)為，鋼水中含有一定氧有利于出鋼過(guò)程中脫磷反應(yīng)的進(jìn)行，磷是鋼產(chǎn)品中的有害元素，很容易在加工過(guò)程中引起“冷脆”缺陷，除少數(shù)品種冶煉中需要研究保磷技術(shù)外，高效脫磷是轉(zhuǎn)爐工序最主要的任務(wù)之一。根據(jù)沸騰帶氧出鋼有利脫磷的特點(diǎn)，針對(duì)轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)后如何沸騰出鋼控磷和脫磷開展了相關(guān)研究工作。水鋼、鞍鋼通過(guò)分析回磷規(guī)律，優(yōu)化氧化性控制等措施，在控制回磷率指標(biāo)方面取得了較大進(jìn)步；寧鋼采用“三高一低”要素法實(shí)現(xiàn)脫磷率25%以上。鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司煉鋼部（以下簡(jiǎn)稱“鲅魚圈煉鋼部”）沸騰出鋼工藝采用出鋼過(guò)程不加入脫氧劑，只加入一定量活性白灰，采用該工藝的鋼種占總產(chǎn)量10%以上。在少渣冶煉、降低加工成本等背景下，有必要探索在轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)后采用其他方法脫磷，而沸騰出鋼渣洗脫磷工藝有利于緩解轉(zhuǎn)爐脫磷壓力從而降低熔劑消耗，也有利于在轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)磷含量高的情況下通過(guò)出鋼脫磷減少相關(guān)質(zhì)量事故，對(duì)控制煉鋼生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量具有重要意義。本文通過(guò)系統(tǒng)研究影響沸騰出鋼脫磷效果的工藝參數(shù)，得到每個(gè)參數(shù)的影響規(guī)律，實(shí)現(xiàn)提高轉(zhuǎn)爐沸騰出鋼脫磷效果的目的。

1 生產(chǎn)工藝概況

目前，鲅魚圈煉鋼部采用沸騰出鋼的主要是SPHC等低硅類鋼，主要因?yàn)椋涸擃愪摲N產(chǎn)量占比較大，廣泛應(yīng)用后有利于降低整體加工成本；磷含量要求較其他鋼種相對(duì)更寬松（超低碳類鋼種等要求磷含量＜0.015%），脫磷效果不佳也不容易造成質(zhì)量事故；只需調(diào)整錳含量，合金總量少，精煉工序調(diào)整成分的負(fù)擔(dān)小。以SPHC鋼種為例，成分和溫度要求見表1。

鲅魚圈煉鋼部擁有3套噴吹型鐵水預(yù)處理設(shè)備，3座260 t轉(zhuǎn)爐，5套LF、RH等精煉設(shè)備，3臺(tái)連鑄機(jī)（2臺(tái)1 450 mm薄板鑄機(jī)、1臺(tái)2 300 mm厚板鑄機(jī)）。本文研究條件是轉(zhuǎn)爐沸騰出鋼，RH調(diào)整成分溫度和1 450 mm鑄機(jī)澆注。鋼水罐相關(guān)參數(shù)見表2。

2 脫磷工藝分析

根據(jù)以往研究可知，沸騰出鋼渣洗脫磷工藝主要是出鋼過(guò)程中向鋼水罐內(nèi)投入活性白灰（含大量CaO），借助鋼液中的氧與CaO接觸發(fā)生脫磷反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)出鋼過(guò)程脫磷。提高脫磷效果的手段包括利用鋼水罐底吹氬氣、出鋼鋼流沖擊等產(chǎn)生的力推動(dòng)鋼液運(yùn)動(dòng)，改善動(dòng)力學(xué)條件，增加脫磷反應(yīng)界面面積，加快脫磷反應(yīng)速度。脫磷工藝反應(yīng)示意圖見圖1。

由圖1可以看出，鋼水罐內(nèi)的脫磷反應(yīng)主要在渣-鋼界面進(jìn)行。根據(jù)脫磷熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)原理分析認(rèn)為，提高鋼水氧化性、增加白灰加入量、減少頂渣中P2O5含量及提高鋼液攪拌均有利于促進(jìn)脫磷。頂渣中的P2O5一部分來(lái)源于脫磷產(chǎn)物，另一部分來(lái)源于出鋼過(guò)程轉(zhuǎn)爐終渣?？紤]到轉(zhuǎn)爐終渣含有大量P2O5會(huì)嚴(yán)重影響脫磷效果，需嚴(yán)格控制轉(zhuǎn)爐下渣及卷渣。另外，由于需要通過(guò)吹氬手段優(yōu)化動(dòng)力學(xué)條件，此工藝相比其他鋼種出鋼過(guò)程的鋼水溫度降低較多，因此需注意避免溫降大造成生產(chǎn)質(zhì)量事故。

3 脫磷工藝實(shí)踐

為達(dá)到較好脫磷效果需要保證幾個(gè)主要條件：保證一定頂渣白灰加入量；鋼水中需要一定的氧含量；增加鋼液攪拌時(shí)間，但要兼顧鋼水溫度不能低于標(biāo)準(zhǔn)；盡可能控制轉(zhuǎn)爐出鋼下渣重量。

3.1 工藝流程

沸騰出鋼過(guò)程中，白灰的熔化程度影響脫磷效果。為避免出現(xiàn)活性白灰成坨不化的情況，活性白灰分兩次投入，并利用鋼水罐鋼流沖刷白灰堆以促進(jìn)白灰熔化。為了提高出鋼全過(guò)程的脫磷反應(yīng)效果，細(xì)化設(shè)計(jì)加料時(shí)機(jī)與重量、吹氬時(shí)間等工藝參數(shù)，工藝流程如圖2所示。圖2中出鋼量比例可根據(jù)出鋼時(shí)間、鋼水罐自由空間高度情況判斷得到。

統(tǒng)計(jì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)得到，鲅魚圈煉鋼部沸騰出鋼實(shí)際吹氬平均溫降0.16℃/s，據(jù)此得到工藝操作過(guò)程中平均吹氬時(shí)間為90～180 s，冶煉終點(diǎn)溫度需保證比下限標(biāo)準(zhǔn)溫度高15～30℃，以避免出現(xiàn)鋼液溫度低的事故。另外，為避免擋渣不好或失敗造成出鋼卷渣下渣，轉(zhuǎn)爐采用滑板與擋渣錐組合的擋渣方式，有效降低出鋼帶入罐內(nèi)高磷含量的熔渣，避免影響脫磷。

3.2 工藝參數(shù)對(duì)脫磷效果的影響

為了研究生產(chǎn)工藝參數(shù)對(duì)脫磷效果的影響，對(duì)出鋼氧含量、白灰加入量及吹氬時(shí)間與出鋼過(guò)程脫磷率（以下簡(jiǎn)稱“脫磷率”）的關(guān)系進(jìn)行系統(tǒng)分析。

3.2.1 氧含量的影響

選取活性白灰加入量為1 000 kg、吹氬總時(shí)間為180 s的生產(chǎn)爐次，統(tǒng)計(jì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)得出氧含量與脫磷率的關(guān)系如圖3所示。由圖3看出，在氧含量為0.01%～0.10%時(shí)，出鋼過(guò)程的脫磷能力基本隨著氧含量提高呈線性提高規(guī)律。

3.2.2 白灰加入量的影響

為研究不同白灰加入量對(duì)脫磷率的影響規(guī)律，選取終點(diǎn)鋼水氧含量為0.07%～0.10%、吹氬總時(shí)間為180 s的爐次，統(tǒng)計(jì)分析白灰加入量200～1 800 kg時(shí)，白灰加入量與脫磷率的關(guān)系見圖4。

由圖4可以看出，隨著白灰加入量不斷增加，脫磷率不斷提高，在白灰加入量達(dá)到1 000 kg后，脫磷率達(dá)到30%左右，之后隨著白灰加入量的增加脫磷率沒(méi)有明顯變化。

3.2.3 吹氬時(shí)間的影響

吹氬是影響脫磷率的重要?jiǎng)恿W(xué)因素。為分析其對(duì)脫磷率的影響規(guī)律，選取活性白灰加入量為1 000 kg、終點(diǎn)鋼水氧含量為0.07%～0.10%，吹氬時(shí)間控制為0～270 s，得出吹氬時(shí)間與脫磷率的關(guān)系見圖5所示。由圖5看出，脫磷率呈現(xiàn)三階段規(guī)律：吹氬0～50 s區(qū)間，脫磷率基本維持在較低數(shù)值沒(méi)有明顯變化；50～180 s區(qū)間，隨著吹氬時(shí)間的不斷增加，脫磷率不斷提高；180 s附近達(dá)到最大值30%左右，此后隨著吹氬時(shí)間的不斷增加脫磷率未發(fā)生明顯變化。

3.2.4 討論分析

結(jié)合以上分析與生產(chǎn)實(shí)踐認(rèn)為，采用該工藝的前提是滿足一定的終點(diǎn)溫度條件，并且需要較好控制擋渣效果，因此在轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)溫度僅達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的下限范圍或擋渣系統(tǒng)故障時(shí)，不宜采用此工藝進(jìn)行脫磷，需通過(guò)再吹等措施進(jìn)行脫磷處理。采用該工藝時(shí)幾個(gè)主要影響因素總結(jié)如下。

（1）出鋼過(guò)程的脫磷能力隨著鋼水氧含量的提高不斷增強(qiáng)。在生產(chǎn)沸騰出鋼品種時(shí)，對(duì)于轉(zhuǎn)爐冶煉過(guò)程預(yù)判化渣不良，投入造渣材料較少等易造成磷超標(biāo)的情況，可適當(dāng)提高終點(diǎn)氧含量，為沸騰出鋼渣洗脫磷創(chuàng)造有利條件。但考慮過(guò)高氧含量會(huì)造成爐襯侵蝕、惡化鋼水純凈度等問(wèn)題，實(shí)際生產(chǎn)中氧含量提高幅度也需要控制在合理范圍。

（2）脫磷率隨著白灰加入量的增加而不斷提高。但在白灰加入量達(dá)到一定數(shù)量后脫磷率達(dá)到最大值，之后沒(méi)有明顯變化，說(shuō)明通過(guò)增加白灰加入量并不能提高渣洗脫磷能力，這也符合以往學(xué)者對(duì)于熔渣堿度達(dá)到一定水平不會(huì)明顯提高脫磷能力的結(jié)論。因此，在本研究實(shí)際生產(chǎn)中，當(dāng)白灰加入1 000 kg后，需采用其他措施實(shí)現(xiàn)更好的脫磷效果。

（3）渣洗開始階段基本沒(méi)有脫磷，吹氬50 s之后脫磷率不斷提高，180 s時(shí)達(dá)到最大值，此后吹氬時(shí)間增加脫磷率也未提高，說(shuō)明吹氬時(shí)間達(dá)到一定值后，罐內(nèi)鋼水與頂渣已經(jīng)充分接觸并發(fā)生反應(yīng)，頂渣的脫磷能力已經(jīng)達(dá)到飽和。實(shí)際生產(chǎn)中，在罐內(nèi)白灰熔化良好、吹氬時(shí)間足夠長(zhǎng)的情況下，通過(guò)延長(zhǎng)吹氬時(shí)間無(wú)法實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步脫磷的目的。

統(tǒng)計(jì)采用沸騰出鋼脫磷工藝后的生產(chǎn)數(shù)據(jù)得出，平均脫磷率由9.4%提高到16.7%，磷含量超標(biāo)的質(zhì)量事故平均降低0.3罐/月，未出現(xiàn)渣洗脫磷造成鋼水溫度低的相關(guān)事故。

4 結(jié)論

針對(duì)鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司260 t轉(zhuǎn)爐沸騰出鋼渣洗脫磷工藝開展了實(shí)踐研究，得出主要結(jié)論如下。

（1）脫磷熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)原理認(rèn)為，提高鋼水氧化性、增加白灰加入量、減少頂渣中P2O5及加大鋼液攪拌均有利于渣洗脫磷，但要控制轉(zhuǎn)爐下渣及卷渣，以免影響渣洗效果，另外需注意吹氬降溫大可能造成生產(chǎn)質(zhì)量事故。

（2）滿足終點(diǎn)溫度要求并且擋渣系統(tǒng)良好的前提下更適宜采用該工藝。影響脫磷率主要因素的影響規(guī)律為：脫磷率隨著氧含量的提高不斷提高，實(shí)際生產(chǎn)中可通過(guò)在一定范圍內(nèi)提高終點(diǎn)氧含量為渣洗脫磷提供有利條件；脫磷率隨著白灰加入量的增加而不斷提高，但在白灰加入量達(dá)到1 000 kg后脫磷率達(dá)到最大值，此后沒(méi)有明顯提高；隨著吹氬時(shí)間的增加，渣洗開始階段脫磷基本沒(méi)有效果，50 s之后脫磷率提高并在180 s達(dá)到最大值，之后吹氬時(shí)間延長(zhǎng)對(duì)脫磷率沒(méi)有影響。

（3）采用渣洗脫磷工藝后，平均脫磷率由9.4%提高到16.7%，磷含量超標(biāo)的質(zhì)量事故平均降低0.3罐/月，未出現(xiàn)渣洗脫磷造成鋼水溫度低的相關(guān)事故。

本文摘自《鞍鋼技術(shù)》2023年第4期