欒花冰¹，王爽 ²， 孫振宇 ¹，李泊 ¹，馬超 ³，朱曉雷 ²

（ 1. 鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠，遼寧 鞍山 114021 ； 2. 鞍鋼集團鋼鐵研究院，遼寧 鞍山 114009 ； 3. 鞍鋼招標有限公司，遼寧 鞍山 114033 ）

摘要： 為了滿足鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠低磷、超低磷鋼的冶煉要求，分析了頂吹轉(zhuǎn)爐雙聯(lián)法脫磷的影響因素，并在 100 t 轉(zhuǎn)爐進行了工業(yè)試驗，結(jié)合理論分析和試驗結(jié)果，優(yōu)化了轉(zhuǎn)爐的供氧制度和造渣制度。 結(jié)果表明，成品磷含量小于 0.004% 以下的比例達到 91.11% ，成品磷含量小于 0.006% 的比例達到 100% 。

關(guān)鍵詞： 轉(zhuǎn)爐；雙聯(lián)法；脫磷

鋼中磷含量是衡量產(chǎn)品品質(zhì)的重要因素之一。 對于絕大多數(shù)鋼種來說，磷元素越低越好。 磷在晶界上偏聚會引起鋼材的回火脆性并且降低鋼材的低溫韌性，還會降低鋼的抗裂紋性、可焊性、機械性能以及不銹鋼的抗腐蝕性。 因此，降低鋼水中的磷含量是轉(zhuǎn)爐冶煉過程中的重要操作之一，也是冶煉高附加值產(chǎn)品的前提。 相關(guān)文獻介紹過耐腐蝕管線用鋼、原子能鋼、航空用鋼要求磷小于0.005 % 。 當前國內(nèi)外先進鋼廠均采用轉(zhuǎn)爐雙聯(lián)法脫磷以及鐵水“三脫”等先進工藝處理鋼水，以達到深脫磷的目的 ^{［ 1-3 ］} 。 鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠一分廠 9Ni 鋼、高錳鋼、簾線鋼、核電鋼、石油管線鋼以及軍工鋼等品種要求磷含量小于 0.010% 甚至小于 0.008% ，產(chǎn)品目標 ω ［ P ］ ≤0.010% 的品種比例迅速增加。 由于鋼廠使用的原材料價格上漲，高爐提供的鐵水條件卻逐漸變差， 為了確保核電鋼、石油管線鋼、軍工鋼等鋼種高質(zhì)量、高附加值的要求，必須降低煉鋼成本，改善轉(zhuǎn)爐煉鋼脫磷效果，研究適合一分廠 100 t 轉(zhuǎn)爐的雙聯(lián)脫磷工藝。

1 脫磷反應(yīng)分析

氧化脫磷反應(yīng)是渣 - 金界面反應(yīng)，轉(zhuǎn)爐內(nèi)熔池的主要脫磷反應(yīng)如下 ^{［ 4 ］} ：

2［P］+8（FeO）=（3FeO · P ₂O₅）+5［Fe］ （1）

ΔG^θ =-413 575+245.46T

2［P］+5（FeO）+4（CaO）=（4CaO · P₂O₅ ）+5［Fe］（ 2 ）

ΔG ^θ =-204 450+83.55T

從式（ 1 ）、（ 2 ）可以看出，爐渣堿度、 FeO 含量及鋼水溫度是影響脫磷效果的主要因素。 脫磷反應(yīng)為放熱反應(yīng)，當溫度升高時， P 的分配系數(shù) L p 減小，脫磷率有所下降。 渣中 FeO 、 CaO 含量的增加有利于脫磷反應(yīng)的進行。 因此，操作上要控制好熔池溫度，造高堿度、高氧化性的爐渣極為關(guān)鍵。

2 頂吹轉(zhuǎn)爐雙聯(lián)法工業(yè)實踐

雙聯(lián)法煉鋼是利用 1 座轉(zhuǎn)爐脫除鐵水中磷，其利用的是轉(zhuǎn)爐爐內(nèi)自由空間大、氧化氣氛強、形渣速度快、能達到強烈攪拌鋼水等特點；利用另外1 座轉(zhuǎn)爐脫除鋼中的碳含量， 其通過頂吹氧將鋼中碳、磷、硫等元素控制到目標要求，同時溫度達到目標要求。 采用 2 座轉(zhuǎn)爐組織生產(chǎn)，以達到有效改善鋼水質(zhì)量的目的。

2.1 雙聯(lián)法前半鋼階段分析

雙聯(lián)法前半鋼階段主要工作： 將前半鋼出鋼碳控制在 2% 以上， 出鋼磷控制在 0.02% 以下，出鋼溫度控制在 1 400 ℃ 以上， 以保證雙聯(lián)后半鋼冶煉的溫度要求和成分控制要求。 為達到以上目的，需確定前半鋼出鋼磷含量與出鋼溫度、爐渣堿度、爐渣 FeO 含量之間的關(guān)系。

2.1.1 前半鋼關(guān)鍵參數(shù)與脫磷率的關(guān)系

為了找出生產(chǎn)實際中最佳的控制參數(shù)，統(tǒng)計分析了一個月的數(shù)據(jù)。 前半鋼不同終點溫度、爐渣堿度和爐渣中 FeO 含量與脫磷率的關(guān)系見圖 1~3 。 從圖 1 前半鋼不同終點溫度和脫磷率的關(guān)系來看，出鋼溫度的高低影響轉(zhuǎn)爐的脫磷效率。盡管從理論上說低溫對脫磷有利， 但是生產(chǎn)實踐表明，在溫度范圍為 1 450~1 490 ℃ 時，爐渣流動性較好，低溫、流動性好、活躍的爐渣更有利于脫磷 反 應(yīng) 的 進 行 ，所 以 最 佳 的 出 鋼 溫 度 控 制 到1 450~1 490 ℃ 。 從圖 2 看出，隨著爐渣中堿度的增加，脫磷能力逐步增強。 根據(jù)實際情況，將爐渣堿度控制到 2.0~2.5 ，在爐渣熔化較好條件下可達到 60% 以上的脫磷率，滿足前半鋼的去磷要求。 從圖 3 脫磷率與渣中 FeO 含量的關(guān)系來看， 隨著爐渣中 FeO 含量的增加， 鋼渣中的脫磷能力逐步增強。 生產(chǎn)實踐表明，雙聯(lián)工藝生產(chǎn)超低磷鋼前半鋼的終渣 FeO 含量應(yīng)控制在 ≥25% 。

2.1.2 前半鋼供氧制度

轉(zhuǎn)爐雙聯(lián)法冶煉前半鋼供氧制度主要涉及槍位、氧壓、供氧強度等，控制出發(fā)點是“初期加大攪拌，前期快成渣，中期保持爐渣活躍，后期保證成分均勻”。

槍位控制上， 通過試驗對原氧槍控制方案進行了優(yōu)化，達到了快速成渣的目的，有效地促進了脫磷反應(yīng)的進行。 表 1 為前半鋼各階段的槍位控制。 在氧壓、氧氣流量控制上，開吹 1 min 之內(nèi)，吹氧 壓 力 為 0.8 MPa ，氧 氣 流 量 為 20 000 m³ /h ，1 min 以后將氧壓調(diào)整為 0.65MPa ，氧氣流量為18 000 m³ /h 。 通過優(yōu)化氧壓和氧氣流量，既保證加入的第一批渣料盡快熔化， 又保證爐渣內(nèi) FeO 含量，降低轉(zhuǎn)爐脫碳速率。

2.1.3 前半鋼造渣制度

前半鋼造渣制度包括渣料組成和加入方式，達到“快速成渣、保證爐渣堿度在 2.5~3.0 ”。 根據(jù)鐵水硅含量確定爐料加入數(shù)量， 確定渣料加入情況。 前半鋼渣料加入量見表 2 。

2.2 雙聯(lián)法后半鋼分析

轉(zhuǎn)爐雙聯(lián)法后半鋼鐵水條件為：溫度 1 430~1 470 ℃ ； C 含量 2.00%~3.00% ， Si 含量 ≤0.05% ，Mn 含量 ≤0.15% 。 后半鋼主要工作為脫碳，進一步脫磷（磷含量小于 0.004% ），溫度升到目標溫度。同前半鋼的分析一樣，確定后半鋼最佳操作參數(shù)。圖 4 為后半鋼脫磷率與爐渣堿度的關(guān)系。 由圖 4看出，后半鋼脫磷率隨爐渣堿度的提高而增大。

圖 5 為后半鋼脫磷率與終渣 FeO 含量的關(guān)系，由圖 5 看出，脫磷率則隨終點爐渣中 FeO 含量的增加而降低，但變化幅度不大。 為此，應(yīng)保證終點渣中 ω （ FeO ） ≥30% 。 圖 6 為后半鋼脫磷率與出鋼溫度的關(guān)系。

由圖 6 看出，后半鋼脫磷效率隨出鋼溫度降低而增加，綜合考慮，需將出鋼溫度控制到 1 640 ℃以下。 根據(jù)以上分析，需要對雙聯(lián)法后半鋼階段的操作進行優(yōu)化，即開發(fā)后半鋼階段的供氧制度、渣料制度 。

2.2.1 后半鋼供氧制度

槍位控制方面， 雙聯(lián)法后半鋼槍位控制原則為“前期盡快成渣、中期防止爐渣返干，后期保證熔池攪拌”。 后半鋼各階段槍位控制要求見表 3 。

氧壓、氧氣流量控制方面，開吹 2 min 之內(nèi)，吹氧壓力為 0.85MPa ，氧氣流量為 19 800 m³ /h ；2 min 以 后 氧 壓 調(diào) 整 為 0.65MPa ，氧 氣 流 量 為17 500 m³ /h ，結(jié)束前 2 min 氧壓調(diào)整為 0.8MPa, 氧氣流量為 19000 m³ /h 。

2.2.2 后半鋼造渣制度

既要保證爐渣充分熔化，又要保證爐渣堿度，對雙聯(lián)法后半鋼的渣料組成和加入批次進行優(yōu)化，后半鋼各階段渣料組成及加入量如表 4 。

3 效果分析

采用雙聯(lián)工藝后，統(tǒng)計了 11 爐的數(shù)據(jù)，半鋼磷含量和成品磷含量均達到了預(yù)定目標， 其中后半鋼出鋼磷控制在 0.002 1%~0.003 0% 的比例達到了 55.56% ， 出鋼磷小于 0.002 0% 和 0.003 1%~0.004 0% 的比例均為 20% ， 而最終成品磷控制在0.003 1%~0.004 0% 的比例為 60% ，成品磷控制在0.002 1%~0.003 0% 的比例達到 31.11% ，成品磷含量小于 0.006% 的比例達到 100% ， 完全滿足煉鋼總廠一分廠生產(chǎn)低磷、超低磷鋼的成品要求。 采用雙聯(lián)法與普通工藝路線在脫磷率、 終點磷含量控制方面的數(shù)據(jù)對比見圖 7 、 8 。 由圖 7 、 8 看出，雙聯(lián)法比普通工藝路線脫磷率均值提高了 5.2% ，終點磷均值降低了 0.003 4% 。

4 結(jié)論

為了滿足鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠一分廠生產(chǎn)低磷、超低磷鋼種對磷含量的要求，在前期大量試驗數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合理論分析結(jié)果，從供氧制度、加料制度方面研究了適用于 100 t 頂吹轉(zhuǎn)爐的雙聯(lián)控制工藝。 結(jié)果表明， 成品磷含量控制在0.004% 以下的比例占 91.11% ， 成品磷含量小于0.006% 的比例達到 100% ， 采用雙聯(lián)法工藝生產(chǎn)后，完全滿足了低磷、超低磷鋼種的生產(chǎn)要求。

參考文獻

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