摘要：脱磷、脱硫是炼钢工艺的重要任务。采用铁水预处理脱硫或者钢水炉外精炼脱硫技术后，脱硫不再成为难题，能够满足任何钢种对硫含量的要求。尽管采用铁水预处理或者复吹转炉传统工艺进行脱磷，但都未能达到最优化操作工艺和低能耗、稳定的深脱磷目标。我国开展了复吹转炉深脱磷工艺路线研究与应用，在不同吨位、不同钢种、新建厂与老厂等复吹转炉上，采用单渣法、双渣法、双渣留渣法、单炉新双渣法、两炉双联法等全面深入开展深脱磷工艺技术的研究与应用，取得了很大的进展。本文分析了复吹转炉双渣深脱磷工艺实践内容。
关键词：复吹转炉；双渣深脱磷；工艺实践
磷对绝大多数钢种来说都是有害元素，其中大量优质钢要求磷质量分数低于0.015%，尤其深冲钢和高级别管线钢等对磷含量要求苛刻的钢种，应尽可能降低磷含量，因此，脱磷是炼钢过程的基本任务之一。
一、基础理论分析
众所周知，复吹转炉传统脱磷工艺主要依靠高碱度、高氧化性、大渣量的炉渣进行脱磷。但是要想深脱磷，首先必须按照铁水中硅、锰、磷、碳等元素的先后氧化顺序，创造条件使铁水中的磷能够被大量氧化进入炉渣，才能达到深脱磷目标。在冶炼过程中，复吹转炉熔池中磷与硅、锰以及碳等同时发生氧化反应，但是硅、锰、碳等氧化反应对磷的氧化反应均有不同程度的限制作用。冶炼前期低温阶段，铁水中硅、锰氧化的自由能绝对值分别高于磷的70％和30％左右；铁水中硅、锰的质量分数，一般分别高于磷的4和4倍左右。无论是对氧亲和能力，还是含量，硅、锰两元素都比磷大很多，因此，在冶炼前期低温的环境里，铁水中磷的氧化受到硅、锰氧化的限制。只有铁水中硅被氧化到0.1％时，即转炉吹氧约4min后，磷才有机会开始被大量氧化。但是，由于硅、锰等氧化放热使熔池温度很快升高，当升高到超过磷、碳氧化的转化温度以后，脱磷反应又被碳的氧化反应限制。其原因是随着温度升高，铁液中碳的氧化自由能绝对值比磷逐渐增大，因此，在冶炼中、后期钢中磷的氧化反应完全被碳的氧化反应所抑制，甚至还有被还原的可能。由上述理论分析可知，在复吹转炉吹炼前期的低温阶段有利于脱磷氧化反应的热力学条件下，脱磷反应受到硅、锰氧化反应的影响，磷的氧化量仅占30％～40％。在熔池温度升高的中、后期阶段不利脱磷氧化的热力学条件下，又受到碳的氧化反应的影响，磷的氧化几乎停止。由此可见，在复吹转炉传统的脱磷冶炼工艺过程中，很难把铁水中磷含量脱到极低的水平。只有按照元素氧化先后的规律，抓住冶炼前期硅、锰元素氧化完毕与中期碳元素氧化开始前之间的契机，优化脱磷各项工艺参数，使铁水中磷大量的被氧化进入炉渣中，为深脱磷创造条件；在同一个冶金容器—复吹转炉熔池里，在温度这一热力学条件上，脱磷与脱碳是相互矛盾的。如果创造条件将二者氧化反应按照先后顺序进行，或者分别在不同的冶金容器进行处理，即分而炼之，排除或减少干扰脱磷氧化反应的因素，就能够达到深脱磷的目的。
复吹转炉双渣深脱磷工艺实践方法
1.供氧制度分析。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在原料和设备条件一定的前提下，氧枪的操作方式是决定脱磷效果的关键，在冶炼过程中，采用变流量、变枪位供氧操作，前期低供氧强度有利于脱磷，分析认为，吹炼前期热力学条件是脱磷的主要矛盾，前期低供氧强度有利于化渣和抑制脱碳反应速度的快速升高，有利于提高前期脱磷效率;在吹炼中后期，大部分磷被脱除后，动力学条件即钢液中P和炉渣中P2O5的传质将成为限制脱磷反应速度的主要影响因素，此时采用较大供氧强度和高低交替的枪位控制等有利于加强熔池搅拌的工艺操作，有利于促进转炉冶炼中后期深脱磷反应的进一步进行，为渣金间脱磷反应的平衡创造有利条件。
2.一次倒渣时机的确定。应用双渣法进行超低磷钢生产，整个冶炼过程分成前期脱磷和后期脱碳两个阶段。前期钢中磷含量高，转炉脱磷驱动力大，应在此时加速化渣，迅速升高熔渣的碱度和氧化性，保证炉渣在高氧化性的前提下具有良好的流动性，创造前期快速脱磷的有利条件。冶炼中后期，以脱碳升温为主。在冶炼中后期，钢中的磷含量偏低，脱磷驱动力下降，脱磷的动力学条件变差，可在此阶段通过提高熔渣碱度，改善转炉脱磷的热力学条件，提高转炉渣中后期的脱磷能力。为防止前期脱磷渣回磷，需要适时倒炉去除前期脱磷渣。由于铁水温度及成分波动范围较大，这就要求冶炼初期要根据铁水温度及废钢比采用不同的操作制度。当铁水温度较低(1300℃以下)时，转炉开吹1～2min要采用较低枪位和较大氧流量以使硅、锰迅速氧化和提高熔池温度，加速石灰的溶解，迅速形成初期渣，充分利用吹氧3～6min熔池温度较低(1350～1400℃)、炉渣FeO较高、碱度适当的优势，快速高效脱磷．若铁水温度较高(1380℃以上)，冶炼初期要适当增大废钢比或多加入部分铁矿石，采用高枪位、低氧流量吹炼，抑制炉温的快速升高，同时也有利于石灰的溶解，延长冶炼在低温区(1350～1400℃)的运行时间。
3.前期脱磷工艺参数确定。转炉冶炼前期是脱磷的最佳时期，在传统转炉“双渣法”冶炼基础上，调整优化脱磷工艺参数，尽可能多地将铁水中磷脱除，为后期少渣冶炼创造条件。一是冶炼前期碳、磷选择氧化温度控制。低温有利磷的氧化反应进行，但过低温度使石灰和其它造渣剂熔化困难，影响脱磷反应的炉渣条件；温度过高，不但脱磷效果受影响，而且脱碳反应加剧，碳损失量大。理论计算表明碳、磷选择性氧化温度为1332℃，冶炼前期温度应该控制在低于或接近此温度，即保证磷优先氧化，又抑制碳的氧化损失。因此，转炉前期脱磷冶炼终了目标温度为（1320±10）℃，生产实践结果平均温度为1328℃。二是适当降低冶炼前期供氧强度。转炉采用常规供氧强度时，冶炼前期吹炼至5min熔池温度可达1400℃以上，超过碳、磷选择氧化温度控制目标，影响前期脱磷效果。为了配合冶炼前期控制升温速度和促进快速化渣的脱磷工艺要求，单炉新双渣法冶炼工艺使用专用脱磷五孔氧枪喷头，采取适当的低供氧操作。转炉供氧强度大小应该按照冶炼过程各阶段元素氧化量、氧化速度确定，采用适当的低供氧强度，一方面防止多余氧气进入炉气，不利于煤气回收；另一方面是降低铁水中碳的氧化速度，控制熔池升温速度。
4.终点控制分析。转炉吹炼后期枪位应适当高些，基本任务是调好炉渣的氧化性和流动性，继续利用高碱度、高(FeO)终渣尽量的去除磷，进行深脱磷反应。转炉冶炼终点出钢温度控制在1589～1668℃，平均温度为1640℃。终点碳质量分数控制在0.029%～0.057%，平均碳质量分数为0.040%。由于采用双渣冶炼工艺，一次倒渣后炉内量显著减少，故终渣碱度偏高，终渣FeO质量分数为15.4%～25.2%，平均FeO质量分数为21.6%。实现转炉冶炼终点钢液≤4×10－5的出钢控制目标。同时，钢液终点脱磷率达到了94.2%～98.5%，平均脱磷率为97.3%，也实现了转炉深脱磷目标。
复吹转炉冶炼前期可以实现高效脱磷，随着前期脱磷渣倒出率的提高，在脱碳终渣循环利用的前提下，可以降低转炉冶炼过程中石灰消耗及排渣量，整个冶炼过程的脱磷率能够得到保证，有利于获得较好的冶炼效果。
参考文献：
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论文作者:刘兴元
论文发表刊物:《建筑科技》2017年9期
论文发表时间:2017/10/12
标签：转炉论文; 铁水论文; 熔池论文; 温度论文; 工艺论文; 炉渣论文; 脱碳论文; 《建筑科技》2017年9期论文;