轉爐過程TFe含量控制與低磷鋼冶煉

張建師　秦登平　危尚好　魏銳　張俊飛

摘 要 本文集中探討了中厚板生產中轉爐過程TFe含量控制與低磷鋼冶煉的應用研究。結果表明：對脫磷渣中TFe含量影響因素進行了分析研究，得出半鋼渣中TFe含量主要受脫磷期槍位控制和脫磷時間的影響；轉爐SGRS工藝脫磷階段去磷反應的關鍵是：渣中（FeO）含量達到7.19%以上時可滿足脫磷階段鐵水去磷至0.025%的熱力學前提條件，同時低槍位強攪拌同時加入鐵礦石控制渣中（FeO）含量可提高脫磷效果；對影響終渣TFe含量因素進行了分析，分析表明影響轉爐終點TFe含量的主要因素是轉爐終點C含量和終點溫度。對中碳鋼而言，中碳鋼終點C含量控制在0.075%～0.085%間，既能保證鋼種要求成分范圍，又能降低鋼水過氧化，而終點溫度在1640～1670℃之間為最佳。通過技術優化，目前已經實現在高磷鐵水條件進行低磷鋼的生產，同時渣中TFe含量控制較好。

關鍵詞 轉爐冶煉 過程控制 TFe含量 低磷鋼

0引言

近年來，由于鋼鐵企業產能過剩和鋼鐵形勢日趨嚴峻，鋼鐵企業利潤逐漸減少，甚至出現逐年虧損的局面，同時隨著新品種鋼研發的進行，對于鋼中P含量的控制要求越來越高，而隨著鐵水中P含量的不斷增加，轉爐脫磷成為難點和熱點問題。終渣TFe含量是反應冶煉控制水平高低的一項重要技術經濟指標。降低終渣TFe含量，有利于減少鐵損、降低鋼鐵料消耗，同時確保濺渣質量和冶煉穩定順行。因此，優化冶煉工藝、降低終渣TFe含量是鋼鐵企業加強和完善管理，改善技術經濟指標和提高效益長抓不懈的一項重要工作。轉爐冶煉TFe 含量的高低，決定著石灰溶解速度、化渣程度、脫P和脫S程度、爐渣的噴濺程度與“返干”量、鋼水收得率、終點鋼水氧含量、爐襯侵蝕程度、合金吸收率等的高低[1-5]。吹煉各期爐渣都應具有合適的氧化性，原則上在吹煉初期應把渣中TFe含量控制得高些，以利于化渣，同時減輕渣中酸性氧化物對爐襯的侵蝕；在吹煉終點應降低 TFe 含量，以利于脫硫。本文就100 t轉爐進行轉爐過程中TFe含量的控制和低磷鋼冶煉進行深入理論分析和研究。

1工藝條件

目前轉爐鋼渣主要分兩種，一種是半鋼渣，主要是SGRS工藝要求的前期脫磷渣，下文稱之為“轉爐半鋼渣”；另外一種是轉爐終點渣。每爐鋼水再冶煉當中基本都要倒一定量的半鋼渣和終點渣，渣中TFe含量高低將直接影響著轉爐金屬料收得率。采用優化工藝前某廠100t轉爐終渣TFe含量控制現狀為，轉爐終點平均TFe水平為18.49%，轉爐終點平均TFe較高，嚴重影響著金屬料收得率，同時由于TFe控制能力較差使得冶煉低磷鋼時P控制不穩定，存在較大波動。轉爐SGRS工藝脫磷階段兌鐵之前爐內含有大量轉爐終渣，并且渣中含有的組元P2O5含量在1.5%以上。為了使爐渣具有較好的流動性，需要保證爐渣堿度控制在在1.3-1.5左右，較低的堿度加大了脫磷的難度。

2結果與討論

2.1半鋼渣TFe含量控制及理論分析

脫磷階段低FetO控制對脫磷與降低冶煉成本其重要作用，為此研究脫磷階段去磷機理以及計算合適的頂渣FetO含量，對于控制脫磷具有重要意義。

半鋼渣TFe含量控制理論基礎如下計算所示，去磷反應可以表示為：

5=6.0310-15，因此得，半鋼[P]含量為0.025%時，鐵液中因脫磷而需要存在的[O]含量為0.039%，由于SGRS脫磷階段鐵水中[C]含量為（2.8%～3.8%），鐵液中溶解氧活度受[C]含量控制，由公式給出的[C][O]反應平衡常數計算與活度相互作用系數計算，在1330℃～1380℃范圍內計算鐵液中氧活度為0.0008～0.0015左右，因此，脫磷反應不能在熔池內部進行。

由以上分析與計算可知，轉爐SGRS工藝脫磷階段去磷反應的關鍵是：

（1）渣中（FeO）含量達到7.19%以上時可滿足脫磷階段鐵水去磷至0.025%的熱力學前提條件；

（2）為了提高脫磷效果，可以在低槍位強攪拌同時加入鐵礦石控制渣中（FeO）含量。

2.2 雙渣前冶煉控制對半鋼渣中TFe含量影響

2.2.1槍位對半鋼渣中TFe含量的影響

如下圖所示，在實際冶煉過程中，脫磷階段脫的硅期結束至脫磷階段結束氧槍槍位分別控制在1.2m-1.5m條件下，對應渣中TFe含量分別控制在7%～10%、6%～13%、14%～17%、16%～23%之間，如圖1所示。

如圖1所示，隨著脫磷階段后期槍位的提高，渣中TFe含量逐漸增加，槍位越低則轉爐熔攪拌強度越強，渣中TFe含量間接反映了轉爐熔池攪拌強度。

2.2.2 脫磷階段結束（TFe）對[P]含量的影響

如上圖2所示，脫磷期結束鐵水[P]含量與脫磷渣（TFe）含量的關系，隨著脫磷渣中（TFe）含量的降低，脫磷期結束鐵水磷含量降低。該關系間接反映了爐內動力學條件對脫磷的影響，即在（TFe）含量降低的條件下，通過鋼液的充分攪拌，依然可以獲得較好的脫磷效果。在充分滿足動力學條件的狀況下，低槍位強攪拌，（TFe）含量控制在10%以下，可以獲得脫磷期鐵水磷含量低于0.025%左右的脫磷效果。

2.3 終渣TFe控制

2.3.1 終渣TFe含量控制理論基礎

式中：PFEMN為終渣中MnO與終渣TFe含量關系系數（0.382～0.392）；PFEBAS為終渣堿度與終渣TFe含量關系系數（0.485～0.535）；P為渣中磷含量，0.84%；Beff為終渣堿度；[Mn]為鋼中Mn含量。（MnO）為渣中MnO含量。

將煉鋼實際生產數據，鋼中Mn含量均值0.05%，終渣堿度均值3.2，渣中P含量均值1.92%，渣中MnO均值1.92%代入終渣TFe理論計算模型，可以得出終渣TFe理論含量在17.4～18.034%。

2.4冶煉控制對終渣TFe的影響

2.4.1終點C含量對終渣TFe的影響

根據碳氧平衡原理，當鋼水中碳含量小于0.04%后，鋼水終點氧含量隨碳含量的降低而急劇上升，從實際生產統計看出，終點C含量>0.06%的爐次.其終渣TFe含量平均為16.9%，C含量在0.04%～0.06%的爐次，其終渣TFe含量平均為20.8%，終點C含量<0.04%的爐次。其終渣TFe含量平均為21.3%，說明轉爐冶煉過程中，加強終點碳含量控制，能有效控制終渣TFe含量。生產實踐表明，中碳鋼終點C含量控制在0.075%～0.085%間，既能保證鋼種要求成分范圍，又能降低鋼水過氧化。

2.4.2出鋼溫度對終渣TFe的影響

轉爐終點鋼水氧含量與終點碳含量存在一定平衡，其含量積在一定溫度壓力下是定值。轉爐終點的碳氧積隨著轉爐終點溫度的增加而不斷增加。這種規律可以用熱力學的原理來解釋。轉爐煉鋼中主要的脫碳反應為：

當終點C含量為0.05%，溫度為1700℃時，按照上表計算鋼中平衡氧含量約為436ppm。而當終點C含量提高至0.07%，溫度降為1600℃左右時，鋼水中平衡氧含量約為286ppm，兩者相差150ppm。而實際轉爐煉鋼熔池中的[O]含量要高于相應的平衡含量，且鋼水C含量越低，必須維持鋼水中[O]含量越高，所以實際生產中上述兩種條件下的終點鋼水氧含量相差要較150ppm高。

因此在實際生產中，在滿足其他條件的基礎上，要盡可能的降低轉爐終點溫度，以便降低終點的碳氧積，以進一步降低鋼水氧含量，實現鋼渣中TFe含量得到有效的降低。

從圖4可以看出當轉爐終點C含量為0.06%時，轉爐終點溫度降低39℃，渣中TFe含量降低1.01%。通過技術優化，目前已經實現在高磷鐵水條件進行低磷鋼的生產，同時渣中TFe含量控制較好。

3總結

（1）對脫磷渣中TFe含量影響因素進行了分析研究，得出半鋼渣中TFe含量主要受脫磷

期槍位控制和脫磷時間的影響。

（2）轉爐SGRS工藝脫磷階段去磷反應的關鍵是：渣中（FeO）含量達到7.19%以上時可滿足脫磷階段鐵水去磷至0.025%的熱力學前提條件，同時低槍位強攪拌同時加入鐵礦石控制渣中（FeO）含量可提高脫磷效果。

（3）對影響終渣TFe含量因素進行了分析，分析表明影響轉爐終點TFe含量的主要因素是轉爐終點C含量和終點溫度。對中碳鋼而言，中碳鋼終點C含量控制在0.075%～0.085%間，既能保證鋼種要求成分范圍，又能降低鋼水過氧化，而終點溫度在1640～1670℃之間為最佳。

（4）通過技術優化，目前已經實現在高磷鐵水條件進行低磷鋼的生產，同時渣中TFe含量控制較好。

參考文獻

[1] 李寧，燕建宏，江路平等.轉爐終渣TFe含量影響因素研究[J].山西冶金，2016（01）.

[2] 顏根發.轉爐冶煉前期最佳FeO含量的理論探討：第十六屆全國煉鋼學術會議論文集[C].北京：中國金屬學會，2010：86-91.

[3] 孟凡陳，么洪勇，劉曙光等.影響轉爐鋼鐵料消耗的因素分析[J].河北冶金，2012（9）：72-75.

[4] 陳偉.淺析昆鋼轉爐終渣∑FeO與堿度及其關系[J].煉鋼，2006，22（5）：8-11.

[5] 張海誠，李連盈，王偉男.降低轉爐終渣∑FeO含量的措施[J].河北冶金，2016（9）：60-63.