轉爐高效脫磷爐渣的研究及生產應用

管 挺， 謝 立， 萬文華， 林 俊

(中天鋼鐵集團有限公司， 江蘇 常州 213100)

引 言

磷元素一般被認為是鋼中的有害雜質，容易在晶界偏析，造成鋼材“冷脆”，顯著降低鋼材的低溫沖擊韌性。隨著高品質鋼需求的日益增大，對鋼中磷含量的要求更高[1-2]。國內某鋼廠120 t頂底復吹轉爐采用常規的單渣工藝冶煉磷質量分數低于0.015%的鋼種時，轉爐冶煉終點脫磷率約85.6%，補吹率為7.34%。

為提高產品質量的提高，降低煉鋼成本，需開發高效的脫磷工藝。文獻調研發現，業內已經對轉爐脫磷做了大量的基礎研究，其中李建新等[3]對不同轉爐吹煉工藝的爐渣巖相結構做了細致的分析，統計了不同爐渣渣相的含量變化；楊肖等[4]對轉爐冶煉過程的脫磷規律進行了研究，得出在轉爐吹煉前期將爐渣堿度控制在1.5-2.2、全鐵質量分數控制在10-15%，轉爐爐渣具有更高的脫磷效率。本文對轉爐冶煉過程的脫磷規律和爐渣特性進行研究，設計合理的加料造渣工藝，提高轉爐脫磷效率。

1 轉爐冶煉過程脫磷規律研究

轉爐脫磷過程是將鐵水中的磷氧化成P2O5，并使之與爐渣中的CaO結合成穩定的化合物。文獻調查發現，在 1400-1450 ℃條件下，泡沫化程度高、流動性好的高堿度爐渣有利于提高脫磷效率[5-7]。由此分析可知，前期爐渣的熔化溫度需低于此溫度范圍。某鋼廠轉爐前期爐渣成分的控制如表1所示，由表1中可知，轉爐爐渣主要由CaO、SiO2、MgO、MnO和T.Fe等組成，各組分的含量決定了爐渣的熔點。采用型號為ND-П的高溫物性測試儀對40爐爐渣熔點進行測定，并根據測定結果研究爐渣堿度、MgO含量和MnO+FeO對爐渣熔點的影響，最終得到低熔點爐渣的成分區間。

表1 轉爐吹煉前期爐渣成分

爐渣成分對爐渣熔點的影響如圖1所示。由圖1可知，爐渣熔點隨著爐渣堿度和w(MgO)的增大而逐漸升高，隨著w(FeO)和w(MnO)的和值的增加而降低。這是因為爐渣中的CaO和MgO為高熔點物質，并且在轉爐冶煉過程中CaO和MgO與爐渣中的其它組分反應生成2CaO·SiO2和鎂橄欖石，均為高熔點物質[8-10]；而MnO和FeO 本身為低熔點物質，且 MnO可與爐渣中的SiO2反應生成MnO·SiO2(熔點：1285 ℃)， FeO可與爐渣中的其他組分生成FeO·SiO2(熔點：1205 ℃)、CaO·FeO·SiO2(熔點：1205 ℃)等低熔點物質[8-9]，能有效降低爐渣的熔點。為保證前期爐渣的熔化，建議爐渣堿度控制在2.0以下，爐渣MgO含量控制在9%以下，w(T.Fe)與w(MnO)的和值控制在15-20%，此時爐渣熔點基本能控制在1400 ℃以下。

圖1 爐渣組分對熔點的影響

將爐渣熔點與影響因素進行擬合，得到如下公式：

熔點=-6.7w(FeO+MnO)+115.6R+9.1

w(MgO)+1176.4

(1)

2 工藝優化措施

(1)轉爐冶煉前期，控制熔池溫度為1400-1450 ℃，同時為得到流動性好的高效脫磷爐渣，爐渣成分的設計應如表2所示。以公式1對表2中成分的爐渣熔點進行計算，熔點在1300-1400 ℃之間。

表2 設計的前期爐渣成分

(2)轉爐冶煉過程槍位控制如圖2所示，優化后的槍位與常規工藝相比，提高了前期的槍位，并增加了冶煉末期的壓槍時間。

圖2 常規工藝和新工藝槍位對比圖

(3)根據爐渣堿度和MgO含量的要求，計算轉爐冶煉各階段的石灰和輕燒白云石加入量，并輸入到轉爐自動煉鋼模型中，用于指導轉爐整個冶煉階段石灰和輕燒白云石的加入，同時為保證化渣效果，冶煉前期適當提高槍位的同時，增加礦石加入量，前期加入的礦石量占總量的60%以上。

3 生產實踐效果

根據優化后的措施，采用單渣法組織生產，并跟蹤2020年第一季度要求磷含量低于0.015%鋼種的生產數據，轉爐終點情況如表3和圖3所示。與常規工藝相比，轉爐終點脫磷率提高了3.3%，補吹率由常規工藝的 7.34%降低到2.83%，取得明顯進步。

圖3 工藝優化前后脫磷率對比

表3 工藝優化前后轉爐終點情況對比

4 結 論

(1) 轉爐吹煉前期爐渣熔點隨著爐渣堿度和w(MgO)的增加而增加，隨w(FeO)和w(MnO)的和值增加而降低；爐渣w(MgO)控制在6-9%，w(FeO+MnO)控制在15-20%，爐渣堿度控制在1.5-2.0，此爐渣熔點在1300-1400 ℃之間。

(2) 轉爐冶煉前期半鋼磷含量隨爐渣堿度的增加而降低，但當堿度超過2.0時，脫磷效果增加不明顯；半鋼磷含量隨爐渣w(FeO)的增加而降低，當w(FeO)超過20%，脫磷效果增加不明顯。

(3) 生產實踐表明，以優化后的單渣工藝冶煉，轉爐終點脫磷率可由85.6%提高至88.9%，補吹率可由7.34%降低至2.83%。