中磷鐵水高效冶煉工藝淺析

□ 馬理杰 董尉民 王海霞 王 剛

中磷鐵水高效冶煉工藝淺析

□ 馬理杰 董尉民 王海霞 王 剛

介紹了安鋼3號高爐投產后的鐵水情況。根據150 t轉爐工藝特點，對中磷鐵水冶煉重點和脫磷機理進行了分析，提出了相應的改進措施。通過采取留渣操作，實行少渣冶煉工藝，在保證脫磷效果的同時，實現了造渣料消耗和鋼鐵料消耗的進一步降低，有效地實踐了低成本生產原則。

轉爐； 高效冶煉；脫磷

在鋼鐵市場持續低迷的嚴峻形勢下，依托先進工藝裝備優勢，深入挖掘工藝潛力，進一步降低生產成本，是鋼鐵企業應對鋼價深度下滑、搶占市場生存空間的共同目標。安鋼第二煉軋廠3座150t轉爐承接了公司2/3的煉鋼產能，針對3號高爐投產后鐵水條件，在過程操作、工藝優化方面進行了積極的嘗試，促進了鋼鐵料消耗、渣料消耗等的持續降低，有效地降低了煉鋼生產成本。

一、基本工藝概況

1. 裝備情況

該廠裝備有3座150t頂底復吹轉爐、1座1 300t混鐵爐、3座雙工位LF精煉爐、1座RH真空精煉爐、1座VD真空精煉爐、1臺3 500mm超寬板坯連鑄機、2臺常規板坯連鑄機、1臺方（圓）坯連鑄機。3座轉爐均配備副槍系統和二級煉鋼模型，實現了自動化煉鋼。

2. 生產組織特點

針對生產過程中工藝路徑和物流銜接交叉、沖突頻繁，充分利用MES系統，采用”冶煉時刻表”生產組織模式，即圍繞鑄機生產節奏，以鑄機開澆時刻倒推確定精煉、煉鋼、鐵水預處理等各環節的生產時序，指導各崗位在限定時間內完成鐵水準備、兌鐵、冶煉、出鋼、精煉、吊運等作業，保證生產過程中定時、高效、有序的物流銜接。

3. 原料條件

3號高爐投產之后，日產鐵達10 000t，全部由3座150t轉爐消化，約占該廠鐵水消耗量的60%～70%。其鐵水磷含量偏高，平均在0.093%，鐵水溫度平均在1 330℃，見表1。

煉鋼用石灰有效氧化鈣含量平均在89%，活性度平均為390ml，基本可以滿足冶煉需求，見表2。

二、中磷鐵水冶煉工藝重點

1. 快速脫磷需求

為了滿足公司鐵鋼平衡和轉爐—連鑄間爐機匹配需求，轉爐冶煉周期控制在30～35min，純供氧時間在12～16min。根據脫磷熱力學、動力學條件，”早化渣、化好渣”，充分利用冶煉前期低溫特點，實現快速脫磷。

2. 低渣量需求

高堿度有利于脫磷，但過高的堿度會帶來爐渣不化、惡化熔池傳質等副作用。因此，在滿足爐渣堿度（3.2～3.5）要求的基礎上，合理調整渣料結構，優化過程操作，實現少渣冶煉，以減少渣料消耗，降低成本。

三、工藝實踐

1. 轉爐脫磷反應機理

轉爐冶煉過程發生在鋼渣間的脫磷反應主要是：

從而可得出脫磷的條件：

（1）溫度。因為脫磷反應是強放熱過程，因此低溫有利于脫磷。但是低溫不利于化渣，難以獲得高堿度的泡沫渣，所以采取中溫脫磷最好。

（2）高堿度、高氧化鐵的熔渣。因為磷強烈地氧化，并使生成的五氧化二磷結合成穩定的磷酸鈣。LP隨氧化鈣及氧化鐵含量的增加而提高。為了達到較高的LP，對于一定的堿度，(%FeO)和(%CaO)/(%FeO)比值應有適宜值。前者為14%～18%，后者為2.5%～3.0%。(%CaO)/ (%FeO)值較大時，αFeO會降低，不僅磷氧化困難，而且石灰也難于溶解，但比值過低時，αCaO又降低了，不利于穩定磷酸鹽的形成。

（3）熔池內脫磷反應是在渣、鋼界面上進行，脫磷速率決定于渣、鋼兩側的傳質速率。保持良好的爐渣流動性和必要的泡沫化長度，增大渣、鋼反應界面，創造良好的渣、鋼接觸條件，對促進脫磷反應有積極作用。因此，充分的攪拌、適當的熔池溫度能推動渣、鋼接觸，是促進脫磷反應的動力學條件。

磷的平衡常數與溫度的關系如圖1所示。

由圖1可以看出，吹煉至終點時，爐渣在高溫下脫磷能力非常弱。但是，如果把這部分高堿度的爐渣留到下一爐使用，可以大大提高前期渣的堿度，有助于轉爐吹煉前期快速成渣，再充分利用前期熔池溫度低的優勢，二者結合，可以顯著提高冶煉中前期脫磷深度，而且能夠節約石灰，降低金屬鐵損失。

2. 合理控制鐵水成分,穩定原料條件

鐵水入廠后，通過MES系統在線反饋的鐵水信息，采用混鐵爐—鐵水包、鐵水罐—鐵水包直接折兌兩種模式，以折兌為主，以混鐵爐出鐵為輔，對鐵水成分、溫度進行合理的均勻化調整，盡量穩定入爐鐵水成分，使鐵水[Si]≤0.60%的比例控制在85%以上，為轉爐穩定操作提供良好的原料條件。

3. 實行留渣操作,提高冶煉前期脫磷效率

轉爐終渣具有堿度高、溫度高、氧化鐵含量高的特點，出鋼后將部分或全部爐渣留在爐內參與下一爐次的吹煉，促進脫磷點。

該工藝的基本原理為：利用低溫有利于脫磷反應的熱力學基本原理，在轉爐吹煉終點，由于溫度較高，鋼水中磷含量較低，爐渣已經不具備脫磷能力，轉爐終渣留在爐內，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。該工藝重復利用了上爐留渣，能夠降低石灰、輕燒白云石消耗，因此產渣量降低；同時，由于在轉爐出鋼結束后爐渣留在爐內，避免了常規工藝因倒渣而導致的轉爐內殘鋼隨爐渣倒出引起的鋼鐵料損失。

留渣操作時，開吹槍位較常規吹煉時降低了100～200 mm，在前期渣形成后適當提高槍位，提高爐渣泡沫化程度；同時，加大供氧流量，強化熔池攪拌，促進熔池內部[P]向渣/鐵界面傳輸，加入鐵礦石和燒結返礦來提高渣中氧化鐵活度。從而保證了在吹煉前期盡快形成泡沫化良好的爐渣，前期渣脫磷效率達到50%以上。為了避免爐渣在爐內大量富集造成劇烈噴濺，要求每隔3～5爐倒渣1次，重新加入石灰和白云石造渣，以提高爐渣的磷容量。

需要特別注意的是，濺渣護爐時要合理調節槍位和氮氣流量，確保爐渣濺得起、粘得上，爐渣過稀時，要加入石灰或白云石調渣、降溫、固化，以免兌鐵時發生激烈噴濺。

4. 充分利用燒結返礦,降低出鋼溫度

當冶煉中期熔池溫度達到1 500℃以上時，爐渣的脫磷能力大大降低，溫度過高時，脫磷反應甚至會逆向進行，發生”回磷”現象。因此，在吹煉過程中要小批量、多批次加入燒結返礦，嚴格控制熔池升溫速度，避免溫度過高，終點溫度一般控制在1 630℃左右。

5. 加入鋼水改質劑,避免出鋼回磷

出鋼過程中在合金加完后，在鋼包內加入鋼水改質劑200～300kg，消除合金化對終渣性質和脫磷反應的影響。

四、應用效果

1. 鋼鐵料消耗、渣料消耗同步降低

采用少渣冶煉工藝快速脫磷，較常規冶煉工藝石灰消耗降低7kg/t，總渣料消耗降低8kg/t，渣料成本降低28元/t，鋼鐵料消耗降低1.92kg/t。指標對比見表3。

2. 脫磷效率略有提高

對Q235B鋼種隨機抽查常規冶煉與少渣冶煉各100爐進行對比，平均脫磷效率略有提高，結果見表4。

3. 經濟效益

采用少渣冶煉時鋼鐵料消耗降低1.92kg/t，渣料消耗降低8kg/t，月產按45萬噸鋼計算，合計每年可節約成本3 900萬元。

五、結束語

通過煉鋼終渣的功能性循環再利用實現少渣冶煉，在降低石灰消耗的同時，提高了吹煉過程轉爐脫磷效率，也減少了爐渣帶走的鐵損，有利于鋼鐵料消耗指標的控制，成為安鋼在降低煉鋼成本、實施低成本戰略的重要支撐。○

[1]劉效森，王念欣，賈崇雪，等.濟鋼120t轉爐留渣操作工藝的實踐[J].河北冶金，2010（4）.

[2]張祥遠. 120t轉爐少渣冶煉試驗研究[J].中國科技縱橫，2014（4）.

[3]馬勇，萬雪峰，曹東，等. 鞍鋼超低磷鋼生產實踐[J].鞍鋼技術，2012（5）.

(作者單位:安陽鋼鐵集團有限責任公司,河南安陽455004)

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1002-1779 （2015） 03-0032-02