雙渣轉爐煉鋼新工藝高溫脫磷試驗研究

牛莉莉

摘要：提出了“留渣+雙渣”轉爐煉鋼新工藝，對此工藝的過程控制進行實驗研究，結果表明：“留渣+雙渣”煉鋼工藝的主要工序是，脫磷期終止→排除脫磷渣→脫碳期→脫碳期終止→排除脫碳渣→轉爐內固化處理→下一爐冶煉。全程緊密調控轉爐內的鋼渣渣量、氧化性、堿度等指標，確保在脫磷期終止時的脫磷渣渣量在6～8 t鋼，在完成一輪冶煉后，確保爐內渣量在12～13 t鋼，平均渣量在8 t鋼左右;在后續持續冶煉過程中，可適量縮減石灰投用量，從6.5 t鋼逐步下調至3.1 t鋼，同時鋼水含量也從0.018%降低為0.005%。

關鍵詞：轉爐;鋼渣;連續循環;脫磷

中圖分類號：TQ944

文獻標識碼：A文章編號：1001-5922（2022）06-0093-05

Experimental study on high temperature dephosphorization of new steelmaking process in double slag converter

NIU Lili

（Xuangang Branch of Hebei Polytechnic University， Zhangjiakou 075100， Hebei China

）

Abstract：A new converter steelmaking process of “slag retention + double slag” is proposed in this paper， and the process control of this process is experimentally studied. The main process of“slag retention + double slag” steelmaking process is： termination of dephosphorization period → elimination of dephosphorization slag → decarbonization period → termination of decarbonization period → elimination of decarbonization slag → curing treatment in converter → next furnace smelting. The steel residue amount， oxidizability， basicity and other indicators in the converter are closely controlled throughout the whole process to ensure that the amount of dephosphorization slag at the end of the dephosphorization period is within the range of 6～8 t steel. After one round of smelting， ensure that the amount of slag in the furnace is within the range of 12～13 t steel， and the average amount of slag is about 8 t steel. In the subsequent continuous smelting process， the amount of lime can be reduced appropriately， gradually from 6.5 t per ton steel to 3.1 t per ton steel， and the molten steel content is also reduced from 0.018% to 0.005%.

Key words：converter; slag; continuous cycle; dephosphorization

傳統轉爐煉鋼存在能耗消耗大、煉鋼效率低的問題。脫磷是鋼鐵冶煉較為關鍵的部分，也是原料消耗較高的部分。為尋找一種更適合的鋼鐵冶煉方法，提高脫磷效率，有學者在實驗室環境中，利用高溫爐煉鋼預加脫磷劑的方法來模擬轉爐預脫磷過程，成功揭示了影響脫磷效果的主要因素，即提高鐵水溫度至1 300 ℃，控制脫磷堿度在3.0左右，在高攪拌的條件下，此時的脫磷效果較好;但鐵水中發熱元素較少，原料的耗損增大[1]。以工業試驗工藝參數為依據，利用灰色關聯分析法得到各工藝參數關于脫磷轉爐終點磷含量的灰色關聯度，構建基于BP神經網絡算法的磷含量預報模型，用于脫磷轉爐冶煉過程控制[2]。基于此，本文提出“留澄+雙渣”的轉爐煉鋼新技術，對鋼冶煉過程中脫磷工藝進行優化，為鋼冶煉脫磷提供一些參考。

1材料與方法

1.1試驗條件

本試驗選擇連續循環冶煉的方式進行試驗。在試驗過程中，對脫磷階段結束倒渣渣量進行測量，進而對轉爐內部渣量和加入渣料后生成的渣量進行計算[3]。磷含量隨循環爐數和爐內渣量的增加而降低，這進一步降低了渣料的加入量。

本試驗在圖1的工藝中進行，采用連續循環冶煉的方式進行試驗[3]。

試驗條件：100 t的轉爐;轉爐溫度：1 270～1 350 ℃，鐵水質量：94～99 t;鐵水中，C質量分數4.50%～4.65%;Si質量分數0.45%～0.65%;Mn質量分數0.10%～0.15%;P質量分數0.080%～0.095%;S質量分數0.010%～0.025%。為提高脫磷量，在脫硅期-脫磷期采用變換槍位，在鐵水脫硅階段采用穩定槍位。0C585AF0-5821-44B1-B273-95B397AF6ACB

試驗參數，具體如表1所示。

1.2試驗過程

在本次試驗中，規定的爐渣循環次數是6次，在單次循環冶煉以后，均需執行全部留渣處理，在完成濺渣護爐、爐渣固化以后，把廢鋼、鐵水添加至轉爐中，在經歷了5.5 min的脫磷處理后即可進行倒渣，控制脫碳期時長9 min;之后利用副槍抽取樣品進行測溫、成分檢測，在出鋼后執行濺渣護爐操作，隨即開啟后續循環冶煉過程。連續循環的循環周期約為40 min，循環冶煉試驗結果如表2所示。

1.3評價指標

利用EVO18型掃描電子顯微鏡對試樣進行觀察，確認其中的特征形貌物質，并且比對于巴登豪爾偽三元相圖。

2結果與討論

2.1脫磷期低FeO渣的脫磷分析

與脫磷期所適配的吹煉方式是“低-高-低”。在吹煉前期，考慮到轉爐內存留有脫碳渣，旨在強化熔池攪拌強度以及避免“打火”困難，示意采用低槍位吹煉方式[4]。在脫磷期、脫硅期內，仍然保持低槍位吹煉方式，直至供氧量達到目標值。槍位設置和供氧強度如圖2所示。

在吹煉5.5 min左右，為脫磷階段。此時爐渣堿度和FeO質量分數分別為1.4～1.8和7%～13%，對應的磷質量分數低于0.025%。由于鐵水在溫度1 330～1 380 ℃時的氧活度是0.000 8～0.001 5，此時已經不適于脫磷反應。在此情形下，需要調整槍位來控制供氧強度[7]。

2.2循環過程中鋼渣富磷相分析

爐渣堿度隨吹煉時間的增加而增加，在吹煉時間為5.5 min時堿度達1.8，爐渣中熔點低的組元逐漸向熔點高轉變[8-10]。

利用Factsage軟件求解出渣相中溫度不同富磷相C₂S析出量，樣本的SEM圖和渣相結果如圖3所示;圖4為轉爐鋼渣的微觀形貌。

將圖3（a）放大2 000倍，從圖4中可以發現淺灰色部分主體為硅酸鈣，具備較低磷含量;深色部分主體為硅酸鈣和硅酸二鈣，具有較高磷含量;白色部分中含磷量幾乎為零[9]。

2.3轉爐內各階段渣量控制分析

根據不同工藝階段的條件需求，需要合理調控轉爐內渣量。脫碳期內并未明顯消耗爐渣，這就為脫磷階段提供了足量爐渣，因此無需額外投入石灰。磷含量與石灰加入量關系如圖5所示。

由圖5可知，隨著循環冶煉次數的增加，石灰使用量同步下降，鋼水磷含量也同步降低，第6爐出鋼中的磷含量僅有0.005%。

脫磷期終止時的倒渣量與循環終止時爐內剩余渣量的走勢，具體如圖6所示。

由圖6可知，脫磷期終止時的倒渣量為4～8 t，循環結束后，終渣排量約13 t，整個冶煉過程總排渣量為52 t，單次渣量約為8.67 t。因0爐也可帶入渣量，則平均渣量約為8 t鋼。

由圖7可知，脫磷期累積渣量在10 t左右開始遞增，結束爐次的渣量已經升高至18～20 t;脫碳期渣量也從開始的10 t增長至12～15 t。

平衡狀態下連續循環過程渣量變化情況，具體如圖8所示。

由圖8可知，脫磷期終止時的渣量是15 t，倒渣量是7 t;脫碳期終止時的渣量是12 t，循環冶煉各爐的平均渣量是8.3 t，明顯低于常規工藝的12 t。

在循環冶煉過程中，上下爐冶煉之間存在迭代關系，這就對終點控制提出了更高要求。尤其要監控冶煉工藝的穩定性，其要點有2個：合理設定循環爐數，最好不要超過7爐;在完成一輪循環冶煉以后，把轉爐內的所有終渣清除出去。

利用高堿度終渣進行脫磷處理，能夠大幅縮減石灰投用量，同時減少了供氧量、鋼鐵料用量和渣量。此外，脫磷階段低總鐵含量外排爐渣進一步減少了鋼鐵料用量。可見，通過降低輔耗、鋼鐵料能夠有效降低冶煉成本，這也是本文所提工藝的優勢所在。

3結語

（1）在本文所提改進型轉爐煉鋼工藝流程中，在脫磷期終止時的倒渣量控制在6～8 t鋼，在完成一輪冶煉之后，控制倒渣量約為12～13 t鋼，平均渣量約為8 t鋼，排渣量相較于傳統工藝存在顯著變化;

（2）本次試驗證實了利用轉爐渣中的FeO成分能夠將鐵水中的磷含量降低至0.025%的水平，基本滿足冶煉過程中的脫磷需求;

（3）脫磷渣的主要成分是硅酸二鈣和硅酸鈣，它們的磷含量均較高;對轉爐終渣進行成分檢測，可以發現硅酸二鈣相中仍含有較高含量的磷，而在其他相中并無磷成分;

（4）隨著循環冶煉次數的增加，轉爐內保留的爐渣越來越多，因此可以適量減少石灰投用量，從首輪冶煉時的6.5 t下調至終次冶煉時的3.1 t;同時鋼水含量也從0.018%降低為0.005%，此時能夠實現平衡態。

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