氧气顶吹转炉脱磷影响因素分析及操作工艺的优化_郭云飞

2 影响钢水脱磷的因素分析 2． 1 熔渣碱度对活度 a（ P2 O5 ） 的影响
P2 O5 是酸性氧化物，根据酸碱中和的原理。增 加渣中碱性氧化物可降低（ 活度） ，最常用的碱性氧 化物 有 石 灰 CaO、MgO、苏 打 （ Na2 CO3 ） 、K2 CO3 等。 钠、钾系碱性 物 质，碱 性 强，脱 磷 率 高，但 价 格 较 贵， 而镁质加入 量 过 多 不 易 融 化，最 常 见 的 是 用 碱 性 氧 化物石灰脱磷。 2． 2 炉渣碱度对脱磷指数的影响
3 钢水回磷
假设转炉终点出钢时磷的氧化还原达到了平衡 状态。由于出钢过程中加入大量的 Al、Si、Mn 等合 金，使钢中脱氧比较完全，渣中 SiO2 量增加。这样就 打破了磷—氧平衡状态，钢水形成还原趋势，钢水就 必然发生 回 磷 现 象。 钢 水 只 要 脱 氧，就 会 有 磷 被 还 原。 3． 1 影响回磷的主要因素 3． 1． 1 出钢过程中下渣是回磷的主要原因。下渣 量大，回磷就严重，特别是出钢前下渣或出钢口不圆 造成出钢过程卷渣更为严重。 3． 1． 2 出钢合金化或增碳操作不合理。因为它们 比较轻而浮 在 钢 渣 上 面，直 接 与 钢 渣 接 触，硅 铁、碳 化硅、碳粉都非常容易与渣中（ FeO） 反应，造成渣中 （ FeO） 急剧下降，而反应产物又降低了炉渣的碱度， 从而大大增加了回磷。 3． 1． 3 吹氩时，使用氩气压力过高，造成钢 / 渣界面 翻腾、卷渣，也大幅度增加回磷程度。 3． 2 防止和降低钢水回磷的措施 3． 2． 1 冶炼终点，形成高碱度 R = 3 ～ 3． 5，（ FeO） = 12% ～ 16% ，有一定（ CaF2 ） 、（ MnO） 、（ MgO） 含量的 多元系流动性良好的炉渣，降低 P2 O5 活度。 3． 2． 2 炼钢过程采取双渣操作，降低钢渣中的 P2 O5 浓度。 3． 2． 3 因为回磷是由于渣中 P2 O5 被还原，可尽量 减少出钢过程下渣量，其措施有。
图 1 炉渣碱度对脱磷指数的影响 从图 1 可以看出，当炉渣碱度大于 3． 0 后，脱磷 指数随（ FeO） 增加而增大，随碱度的增加变化不大。
实际操作中经常出现石灰加入很多，终点［P］仍然较 高的现象，其原因就是炉渣没有化透或温度太高。
实践证明，只要炉渣碱度达到 3． 0 左右，炉渣化 透并含有适量的 （ FeO） ，就能满足一般钢种脱磷条 件。当要求冶炼终点［P］偏高时，视温度和炉渣情况 采用以下不同的处理方法：
关键词： 顶吹转炉 脱磷工艺 钢水回磷 炉渣碱度
Analysis on Dephosphorization Factors of LD Converter and Optimized Operation
Guo Yunfei
（ Steel-making Plant）
Abstract： By analyzing affecting factors during the dephosphorization of 30t LD converter． The factors affecting dephosphorization are found based on the thermodynamics and kinetics of dephosphorization reaction as well as the principle of redox reaction of phosphorus in steel-making process． The operation method of optimizing dephosphorization of LD converter is put forward to solve production problems． Key words： LD converter； dephosphorization process； rephosphorization of molten steel； slag basicity
磷对大多数 钢 种 是 有 害 元 素，它 能 使 加 工 性 能 与使用 性 能 恶 化。一 般 钢 种 成 品 要 求 含 磷 量 ≤ 0. 040% ，优质钢种含磷量要求≤0． 010% ～ 0. 030% ， 理论上钢中含磷量达到 0． 01% 时就会对钢的性能起
负面影响［1］。炼钢过程中的磷是由金属料和造渣材 料带入，其含量均高于成品钢的要求。因此，脱磷是 炼钢过程的基本任务之一。
实践证明，尽 管 冶 炼 终 点 温 度 高，会 降 低 磷 在
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钢 / 渣中的分 配 比，但 脱 磷 的 关 键 仍 然 是 冶 炼 过 程 渣，特别是终渣的控制，即温度的影响不如（ FeO） 和 （ CaO） 显著。 2． 4 （ FeO） 的影响
渣中 FeO 对脱磷反应的影响比较复杂。当其他 条件一定时，在一定限度内增加 （ FeO） 将促使磷的 氧化。当（ % FeO） 很低时，即渣中没有 FeO 时，不能 使钢水脱磷，只能使渣中 P2 O5 分解还原，使钢水回 磷。（ FeO） 还有促进石灰熔化的作用，但若（ FeO） 过 高，将稀释（ CaO） 的脱磷作用。（ FeO） 与碱度对脱磷 的综合影响是，碱度在 2． 5 以下，增加碱度（ 石灰用 量） 对脱磷的影响较大。碱度在 2． 5 ～ 4． 0 时，增加 （ FeO） 对脱磷有利。 2． 5 金属成分的影响
在炼钢过程中，磷是一个多变的元素，在转炉内 既可以氧化，又 可 以 还 原，出 钢 后 还 要 发 生 回 磷 现 象。本文研究钢水中磷的氧化以及钢包内钢水回磷 的机理，从磷 在 炼 钢 过 程 中 的 氧 化 还 原 反 应 原 理 及 工人的操作 失 误 出 发，寻 找 出 影 响 氧 气 顶 吹 转 炉 脱 磷及回磷的因素，结合实际生产，摸索出一套有效的 预防措施，解决生产中出现的磷高问题。
a． 加强出钢口维护，不使出钢口过大。 b． 采用比重介于渣—钢之间的渣球，用挡渣球 出钢。 3． 2． 4 出钢过程或出钢后加入适量石灰、碳化钙等 组成的复合渣，提高钢包内钢渣碱度和流动性，降低 渣中 P2 O5 的活度。
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3． 2． 5 采用碱性钢包内衬，减少钢水在钢包内停留 时间，杜绝出钢后补加合金 （ 如 硅 铁、碳 化 硅、碳 粉 等） 。 4 转炉冶炼 P 高炉次数据分析
表 1 2010 年 6 月 2 日炼钢厂 6#转炉生产 55#钢数据分析
炉号 钢种 铁水 P 含量% 出钢 P% 成品 P%
10610472 55#
0． 125
0． 017 0． 023
10610471 55#
0． 123
0． 018 0． 025
10610470 55#
0． 124
0． 016 0． 017
1） 温度合适，炉渣较稠，只要采用点吹方式，化 透炉渣即可。
2） 温度较高，炉渣较好，就要采取适当措施降低 熔池温度。
3） 温度较高，炉渣较稠，要适当补加矿石，既能 起到降温效果又能帮助化渣。
4） 温度合适，炉渣较好，终点［P］仍然偏高，这 种情况一般 是 碱 度 不 够 或 渣 量 不 足 所 致 ，就 要 适 当 补加石灰，点吹化开炉渣。 2． 3 温度的影响
钢水中： Al、Ti、B、Si、C 等比 P 脱氧能力强的元 素增加，可使渣中 P2 O5 被还原，也就是回磷，其反应 式举例为：
2P2 O5 + 5［Si］= 5SiO2 + 4P。 锰与磷的脱氧能力接近，但是［Mn］高能使渣中 （ MnO） 增加，有利于化渣而促进脱磷。 2． 6 渣中 P2 O5 浓度的影响 P2 O5 浓度降低，意味着渣量增加可改变平衡条 件，促进脱磷，反之亦然。多次换渣操作是脱磷的有 效措施，但金属和热量的损失也较大。 2． 7 炉渣粘度的影响 炼钢熔池中的脱磷反应主要是在钢 /渣界面上 进行的，反 应 速 度 与 炉 渣 的 粘 度 有 关。 炉 渣 的 粘 度 愈小，反应物和其产物的扩散速度加快，意味着脱磷 速度加快。改 善 炉 渣 的 流 动 性，可 以 促 使 脱 磷 反 应 顺利进行。
脱磷是强 放 热 反 应，较 低 的 温 度 有 利 于 脱 磷。 温度高时，炉 内 反 应 速 度 加 快，渣 中 （ FeO） 显 著 降 低，不利于 脱 磷。 但 温 度 过 低，影 响 石 灰 的 融 化，使 P2 O5 活 度 提 高。由 于 （ 3FeO · P2 O5 ） 当 温 度 高 于 1470 ℃ 时是不稳定的，容易发生分解和回磷。因此， 只 有 石 灰 熔 化 后，生 成 （ 3CaO · P2 O5 ） 或 （ 4CaO · P2 O5 ） ，才能达到脱磷的目的［3］。理论研究表明，最 有效的脱磷有一个最佳的温度范围 1450 ～ 1500 ℃ 。 这就要求冶 炼 初 期，要 根 据 铁 水 温 度 采 用 不 同 的 操 作制度。铁水温度低（ 1250 ℃ 以下） 时，采用低枪位 操作以提高熔池温度，加速石灰的熔解，迅速形成初 期渣，充分利用前期炉渣 FeO 高、炉温低的优势，快 速脱磷。若铁水温度特别高（ 大于 1320 ℃ ） ，冶炼初 期要适当采用高枪位操作，并加入部分矿石，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（ 1500 ℃ 以下） 的运行时间。
因为 CaO 是使 a P2 O5 （ 活度） 降低的主要因素， 增加（ CaO） 达到饱和含量可以增大 a CaO，亦即增加 自由 CaO（ 不与酸性氧化物结合） 的浓度，会使渣中 （ P2 O5 ） 提高或钢中［P］降低。但渣中（ CaO） 过高，将 使炉渣变稠，同样不利于脱磷，如图 1 所示。
10610469 55#
0． 13
0． 017 0． 02
10610467 55#
0． 123
0． 016 0． 022
10610466 55#