試述頂?shù)讖痛缔D(zhuǎn)爐冶煉中氧化脫磷與固磷的應用

李海濤 陳偉 宋殿飛 汪新富 朱崇進

摘要：鋼鐵冶煉過程中，鋼中的成品P含量直接受到氧化脫磷與固磷的影響。當前，高堿度轉(zhuǎn)爐爐渣仍是我國當下最主要的鋼鐵冶煉渣系，其冶煉過程中不僅會產(chǎn)生大量的能源消耗，還會降低鋼鐵性能的控制力度。基于此，本文重點針對鋼鐵冶煉過程中氧化脫磷與固磷的應用進行了詳細的分析，旨在為提升轉(zhuǎn)爐煉鋼終點P控制提供參考。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)爐冶煉;氧化脫磷;固磷

經(jīng)過相關(guān)人員的研究，發(fā)現(xiàn)在鋼鐵冶煉過程中，脫磷和固磷處于并行存在狀態(tài)。只要提升爐渣固磷率，就可以實現(xiàn)鋼鐵的快速脫磷。但是，鋼鐵的氧化脫磷對于冶煉環(huán)境的要求比較特殊，而爐渣中磷的固化依賴于C2S固溶固磷相C2S-C3P的應用，固磷相的富存需要處于低濃度的氧化亞鐵環(huán)境中。所以，在鋼鐵冶煉的過程中，需要對具體的冶煉工藝流程進行優(yōu)化，通過脫磷與固磷之間平衡的把握，來提升鋼鐵性能和冶煉經(jīng)濟性。

一、吹煉實驗

某鋼廠有90t的煉鋼轉(zhuǎn)爐，冶煉最終成品為低磷鋼，鋼水中磷元素的含量在0.13%--0.14%之間。將低磷鋼分別放在兩個不同堿度環(huán)境下進行吹煉實驗。第一個冶煉環(huán)境的堿度為3.0--3.3，第二個冶煉環(huán)境的堿度為3.5--4.0。為了保證實驗結(jié)果真實、有效，需要在正式開始冶煉之前，對鋼渣進行化渣處理。經(jīng)過實驗，得出在低堿度冶煉環(huán)境中，鋼鐵的氧化亞鐵含量為13%--16%;在高堿度冶煉環(huán)境中，鋼鐵的氧化亞鐵含量為19%--23%。

在對鋼鐵進行冶煉的過程中，可以使用雙渣吹煉工藝。首先，在剛開始吹煉的時候，先將40%的石灰原始量和白云石加入其中，然后在冶煉下槍后加入70%的燒結(jié)礦或紅泥。在這一過程中，可以將吹煉供氣量控制到19600m3/h;3.0min之后，再將吹煉供氣量降低至17500m3/h。其次，在脫磷期，可以將槍位涉及到1.39m的高槍位，1.0min之后，再將槍位降低至1.09m，保持3min。在這一階段，可以將供氣量控制在16900m3/h--18400m3/h，并最終穩(wěn)定在20900m3/h。底吹流量在4.0m3/min，采用4孔供氣，吹煉過程流量維持不變。

二、鋼鐵冶煉過程中的造渣控制

在鋼鐵冶煉過程中，化渣階段會形成大量的初期渣，其熔點偏低，化渣難度不大。鋼渣的脫磷發(fā)生在3min--5min之間。這一時間段的鋼渣存在堿度，且脫磷產(chǎn)物已經(jīng)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榱姿徕}。鋼渣中的氧化亞鐵和磷酸鈣相中也發(fā)現(xiàn)了磷元素的存在。為了提升脫磷效果，需要對溫度進行嚴格的控制，避免溫度過高，又發(fā)生磷還原現(xiàn)象[1]。

脫磷末期，鋼渣中的堿度會大幅度降低，氧化亞鐵的含量也會大幅度降低，所以其在渣相圖上的位置會表現(xiàn)出靠近C2S的變化趨勢。也就是說，鋼渣中的C2S含量增多，鋼鐵冶煉中的固磷能力就會增加，C3P的容納量就會擴大，鋼渣的使用效率也會有所增加。在整個脫磷過程中，需要對壓槍作用位置進行科學的調(diào)整，確保鋼渣中的氧化亞鐵含量逐漸降低。與此同時，還要增加石灰用量，通過大流量氧氣供應來為熔池內(nèi)的氧化反應的有效進行提供保證。只有這樣，爐長才能夠?qū)︿撛难趸赃M行有效的管理與控制[2]。

三、冶煉鋼渣微相分析

（一）脫磷期渣相分析

通過上文的對比實驗，發(fā)現(xiàn)低堿度冶煉環(huán)境中，鋼鐵的氧化亞鐵半鋼渣的堿度是1.65。這一渣樣的物相有兩種：一種是基體相的深灰色，主要成分是硅酸鹽相，富集著大量的磷元素;除此之外，還固溶了一些鐵和鎂。另一種是在基體相上廣泛分布的枝晶狀白色相，主要成分是鈣鐵相。

在高堿度冶煉環(huán)境中，鋼鐵的氧化亞鐵半鋼渣堿度為1.69。這一渣樣的物相同樣也有兩種：一種是基體相的灰色相，主要成分是硅酸鹽相，富集著大量的磷元素。同時，固溶了大量的鐵元素。與低濃度冶煉環(huán)境中的深灰色相相比，這一渣樣中溶固的鐵元素更多。另一種是在基體上分布的枝晶狀白色相，即鈣鐵相。蘊含的鐵元素質(zhì)量分數(shù)較為突出，磷元素的質(zhì)量分數(shù)則偏低[3]。

半鋼渣的堿度值主要集中在1.60--1.70之間，這類鋼渣的物質(zhì)向也有兩種：一種是基體相的深灰色相，即硅酸鹽相，磷元素大量富集。另一種是白色相，即鈣鐵相，以鐵和鈣為主，基本不含磷。也就是說，氧化亞鐵含量高的渣，磷元素質(zhì)量也偏低。

（二）轉(zhuǎn)爐終渣渣相分析

對隨機轉(zhuǎn)爐終渣的渣樣進行分析，可以明確，當鐵水條件一致的時候，低堿度冶煉環(huán)境中的鋼渣，氧化亞鐵含量較低，而磷分配則相對較高，對于輔料石灰的消耗量也不大。低堿度冶煉環(huán)境中的氧化亞鐵渣系中含有的一氧化硅質(zhì)量分數(shù)有所升高。究其原因，主要與兩方面因素有關(guān)：第一鋼渣堿度降低，石灰加入量也降低;第二冶煉后期低槍位和高供氧控制嚴格，與傳統(tǒng)的冶煉爐此相比，轉(zhuǎn)爐終渣的氧化亞鐵質(zhì)量分數(shù)明顯下降。

也就是說，使用傳統(tǒng)的冶煉工藝，所生產(chǎn)出的氧化亞鐵鋼渣中的固磷相占比2.18%，鐵酸鈣占比0.52%，氧化物占比0.37%。對冶煉工藝進行優(yōu)化，所生產(chǎn)出的氧化亞鐵鋼渣中的固磷相占比2.86%，鐵酸鈣占比0.82%，氧化物占比0.56%。由此可以得出，經(jīng)過優(yōu)化的鋼鐵冶煉工藝，可以有效降低冶煉過程中的固磷相含量，并提升固磷特性。將20%的傳統(tǒng)工藝石灰量加入到優(yōu)化后的冶煉過程當中，并使用70%的燒結(jié)礦，也可以大幅度降低鋼鐵冶煉過程中對于輔料數(shù)量的消耗[4]。

四、結(jié)語

在鋼鐵冶煉過程中，脫磷與固磷同步進行。對爐渣的固磷率進行提升，就可以有效改善鋼鐵的脫磷率。而鋼鐵的氧化脫磷對于冶煉環(huán)境的要求比較苛刻，即氧化性高、堿性高、渣量大。但是，爐渣中的固磷，又必須要有C2S固溶固磷相C2S-C3P的參與。在鋼鐵冶煉過程中，C2S-C3P與氧化亞鐵含量之間存在著反比例關(guān)系，氧化亞鐵的含量越低，固磷相的含量越高，爐渣的固磷效果就越好，鋼鐵的脫磷率就越高。在優(yōu)化后的鋼鐵冶煉工藝下，獲得的氧化亞鐵鋼渣中固磷相占比2.86%。而未經(jīng)優(yōu)化的鋼鐵冶煉工藝下，氧化亞鐵鋼渣中的固磷相占比2.18%。優(yōu)化后的鋼鐵工藝下，僅需要加入傳統(tǒng)工藝所需石灰量的40%，燒結(jié)礦或紅泥的70%，就可以完成相應的冶煉任務。且整個冶煉過程，消耗的輔料也非常少。

參考文獻

[1]戴張杰，焦海東，彭軍，劉媛媛.含鉻鐵水的氧化脫磷的條件和影響因素[J].中國鑄造裝備與技術(shù)，2020，55（06）：11-17.

[2]馮曉明.鋼鐵冶煉過程中氧化脫磷與固磷的應用研究[J].中國金屬通報，2020（04）：113-114.

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