轉爐單聯法冶煉低磷鋼的實踐

賈崇雪，尚玉民，王念欣，付道宏，李興彬

（濟南鋼鐵有限公司中厚板廠，濟南250101）

1 引言

濟南鋼鐵股份有限公司中厚板廠120 t轉爐區(qū)域（以下簡稱濟鋼中厚板廠120區(qū)域）現有120 t頂底復吹轉爐3座，自投產以來肩負著品種鋼開發(fā)生產的重任。為了實現吹煉過程的動態(tài)控制和提高轉爐終點命中率，每座轉爐各配一套副槍系統，在吹氧量達到80%和吹煉終點時分別使用一次副槍，進行鋼水測溫、定碳、取樣。為適應新的形勢和提高核心競爭力，公司于2012年3月啟動了“高效低成本潔凈鋼技術研發(fā)”項目，該項目的主要要求是：高效率、低成本；鋼水潔凈度高，對鋼水中的 [O]、[H]、[N]、[P]、[S]等都進行了嚴格的規(guī)定。為配合公司“高效低成本潔凈鋼技術研發(fā)”項目的實施，中厚板廠120 t轉爐區(qū)域開展了低磷鋼生產工藝研究，摸索將轉爐終點P控制在≤0.008%，成品P控制在≤0.010%的生產工藝，并在此基礎上開展成品P≤0.005%的工藝探索。一般鋼廠在冶煉超低磷鋼時通常采用雙聯法，雙聯法是利用2座轉爐分別進行脫P和脫C升溫，工藝穩(wěn)定可靠，但轉爐生產能力低，冶煉周期長，生產節(jié)奏較難把握，不符合項目中的“高效”要求。因此該廠決定采用單聯法進行開發(fā)超低磷鋼的試驗和探索。試驗要求：（1）鐵水初始[P]≤0.090%；（2）出鋼終點控制：終點[C]0.05%～0.06%，終點溫度1630～1650℃；（3）工藝路線：原則上執(zhí)行轉爐－CAS站－LF爐（－RH爐）－連鑄。

2 轉爐脫磷機理

2.1 脫磷的熱力學分析

分子理論的脫磷反應方程式為：

當脫磷反應達到平衡時，用濃度表示的平衡常數為：

由上式可得出脫磷的熱力學條件為：

（1）爐渣堿度：提高堿度可以提高脫磷效果，但若堿度過高，由于爐渣變粘，不利于脫磷。

（2）（FeO）的影響：增加渣中FeO含量，提高脫磷能力。

（3）溫度的影響：脫磷反應是一個強放熱反應，適當降低溫度有利于脫磷。

（4）渣量：增大渣量可以使鋼中磷含量降低。

2.2 脫磷的動力學分析

脫磷是鋼渣界面反應，適當降低爐渣粘度有利于脫磷反應的進行。在煉鋼溫度下，鋼液中磷的擴散和熔渣中P2O5的擴散是限制環(huán)節(jié)，因此必須加強熔池攪拌。

3 試驗低磷鋼的主要技術措施

3.1 雙渣操作

理論和實踐證明，雙渣操作是提高轉爐的脫磷率的有效手段。濟鋼中厚板廠120區(qū)域采用前期倒渣的傳統雙渣方法來冶煉低磷鋼，即耗氧量在2100 Nm3左右，硅錳氧化完畢、碳氧反應初起時提槍，進行第一次倒渣，俗稱“一倒”。根據鐵水[Si]含量，倒出1/3～1/2的前期渣，然后重新加入渣料造渣。

3.1.1 一倒時爐渣堿度控制

由前面的分析可知，CaO是P2O5的固化劑，高堿度有利于脫磷反應的進行，但是為了保證較好的脫磷效果，倒渣時溫度一般控制在1350～1430℃。在這樣的溫度下，爐渣堿度過高反而會導致流動性差而不利于脫磷反應的進行。因此片面追求爐渣高堿度，會導致爐渣不容易化透，從而影響脫磷效果，所以對于脫磷過程的爐渣堿度要合理控制。生產統計表明爐渣堿度在1.9～2.6之間，脫磷效率較好，可達到60%以上。為了兼顧成本，濟鋼中厚板廠120區(qū)域的一倒爐渣堿度一般控制在1.9～2.3。

3.1.2 一倒時溫度控制

由前面分析可知，從熱力學條件上，低溫有利于脫磷反應的進行，但因為脫磷是渣-金界面反應，溫度對金屬熔液和爐渣的粘度、傳質等性能有著重要影響，因此從熱力學和動力學上看則溫度必須滿足傳質和快速造渣的條件。生產實踐表明一倒溫度在1350～1430℃時脫磷率較高，達到55%以上。

3.1.3 爐渣氧化性控制

渣中FeO是鐵液中磷的氧化劑，FeO還有促進石灰溶解，加速造渣過程的作用。但FeO過高將稀釋CaO的脫磷作用，當FeO高時，將與CaO反應生成CaO·Fe2O3，影響爐渣堿度[2]。實驗測得FeO為15%～22%時，脫磷率能夠達到60%左右，能夠滿足低磷鋼生產要求。現場一般是通過采取加入礦石和提高吹煉槍位的方法來控制爐渣氧化性。

3.2 一倒后的吹煉過程控制

一倒后，陸續(xù)分批次補加剩余石灰，以確保爐渣有足夠的堿度。經過二次造渣，爐渣中（SiO2）含量較低，所以要采取適當措施，如提高槍位和加入適量助熔劑的方法，防止爐渣返干，做到全程化渣。分批次加入足量冷卻劑（如礦石等），防止熔池過快升溫，確保副槍1溫度控制在1545～1560℃，副槍1[C]控制在0.70%～0.55%。

3.3 高拉補吹操作

3.3.1 高拉補吹時機

副槍1測量完畢后，根據副槍測定的鋼水[C]含量，再吹300～500 Nm3氧氣后提槍進行二次倒渣，此時熔池[C]含量為0.35%～0.45%。若提槍時機過早，熔池[C]含量較高，則補吹時易發(fā)生噴濺事故；提槍時機過晚，熔池[C]含量較低，補吹時間短，則補吹時所加造渣料不能完全熔化，削弱了補吹的作用，不利于脫磷。

3.3.2 高拉補吹加料控制

為了提高后期脫磷率，在轉爐二次倒渣完畢后需加入部分造渣料重新造渣。由于補吹時間較短，為了確保新加渣料完全熔化，需根據副槍1測定的鋼水溫度和[C]含量來確定造渣料的加入量。若加料過多，則短時間內不易熔化；若加料過少，則不利于后期脫磷和終點溫度控制。造渣料加入種類和數量見表1。

表1 高拉補吹時的加料量

3.3.3 高拉補吹時的槍位控制

為了促進新加入渣料的熔化和防止噴濺，高拉補吹時槍位應遵循高—低—低的槍位模式，具體槍位見圖1。

圖1 補吹時槍位控制圖

4 應用效果

在3座轉爐分別開展了單聯法冶煉低磷鋼的實踐，從實驗結果看，終點[P]和成品[P]都達到了試驗目標，滿足了“高效低成本潔凈鋼技術研發(fā)”項目要求，使該項目取得階段性成果，詳見表2。

其中3704235和3704355爐次采用了不脫氧出鋼和出鋼倒渣等工藝，促進了轉爐出鋼過程的脫磷，減少了后續(xù)工序處理過程的回磷現象，所以成品[P]較低。

5 結論

實踐表明，應用雙渣和高拉補吹工藝，通過采取措施合理控制爐渣堿度、過程溫度和爐渣氧化性等，轉爐單聯法可穩(wěn)定生產出成品[P]≤0.010%的高附加值品種。

應用雙渣和高拉補吹工藝，配合低溫低碳終點控制工藝、雙擋渣出鋼工藝、出鋼渣洗工藝、若脫氧或不脫氧工藝以及出鋼倒渣工藝等工藝，轉爐單聯法能夠冶煉開發(fā)成品[P]≤0.005%的超低磷鋼種。

表2 實驗爐次的終點[P]和成品[P]含量/%

[1]王金平，吳健鵬，李小明，等.轉爐高碳低磷鋼工藝研究與應用[J].煉鋼，2007，23（2）：7-10.

[2]馮捷，張紅文.煉鋼基礎知識[M].北京：冶金出版社，2010.