转炉脱磷效果影响因素分析

转炉脱磷效果影响因素分析
徐文静
摘要：从氧气顶吹转炉脱磷的热力学分析入手，探讨了冶炼过程中温度、炉渣碱度、（Fe O）对磷含量的影响，回磷的原因、影响因素及防止措施等，指出应控制炉渣碱度、终点温度、（Fe O）在合理范围内，应重视钢水回磷问题。

关键词：磷；碱度；温度；回磷
1 前言
炼钢生产中的脱磷效果,主要是指成品钢中含磷量的高低，而成品钢中含磷量的多少，主要取决于转炉冶炼终点的磷含量和出钢过程的回磷量。

下面从这两个方面入手对转炉脱磷效果进行分析。

2 冶炼过程中磷含量的控制
2.1脱磷的基本反应
脱磷反应是在钢—渣界面进行的，按炉渣分子理论的观点，由下列反应组成：
5(Fe O)=5[O]+5[Fe]
2[P]+5[O]=(P
2O
5 )
(P
2O5)+4(C aO)=(4Ca O.P
2
O
5
)
2[P]+5(F eO)+4(Ca O)=(4C aO.P
2O
5
)+5[Fe]
lg K=lg(a
4C a O.P2O5)/{[%P]2.a5
F e O
.a4
C a O
}
=(%C
a4.P
2
O
9
).r
C a4
.P
2
O
9
/{[P]2.f2
P
[%F eO]5.r5
F e O
.(%Ca O)4.r4
C a
O
}=40067/T-15.06 (1)
式中K—脱磷反应的化学平衡常数;
T—钢水温度。

为了分析方便，以脱磷的分配比:
L
P =(%P
2
O
5
)/[%P]2
表示炉渣的脱磷能力。

由（1）式可得：
L
P =(%P
2
O
5
)/[%P]2=K.(Fe O)5.(%C aO)4.f2
p
.r5
F e O.
r5
C a O
/r
C a4P2O9
(2)
可见，要提高炉渣的脱磷能力，必须增大
K.(F eO)5.(%C aO)4.f2
p 和降低r
C a4P2O9。

影响这些因素的有关工艺参
数的改变，也就改变了钢中磷的分配。

2.2温度的影响
利用（1）式，可以计算出不同温度下脱磷反应的化学平衡常数。

假定转炉冶炼终渣的化学成分不变，则可以计算出钢水终点磷含量与温度的对应关系：温度升高，K值显著减小，因此，低温对脱磷有利。

需要指出的是，提高熔池温度，会使磷的分配比降低，对磷从金属向炉渣的转移不利。

但温度升高降低了炉渣的粘度，加速了石灰的熔解，从而有利于磷从金属向炉渣的转移。

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），要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Fe O高、炉温低的优势，快速脱磷。

若铁水温度特别高
（大于1350℃），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。

实践证明，尽管冶炼终点温度高，会降低磷在钢—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。

也就是说温度的影响不如（Fe O）和（C aO）显著。

2.3炉渣碱度的影响
因为Ca O是使r
P2O5
降低的主要因素，增加（Ca O）达到饱和
含量可以增大a
C a O
，亦即增加自由C a O（不与酸性氧化物结合）的
浓度，会使（P
2O
5
）提高或钢中[P]降低。

但渣中（Ca O）过高，
将使炉渣变稠，同样不利于脱磷，如图1所示。

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（F eO）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（F eO），冶炼一般钢种脱磷是没有问题的。

这也是最经济的操作方法。

这就要求冶炼终点[P]偏高时，应视温度和炉渣情况采用不同的处理方法：
（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，具有一举两得的功效。

（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。

2.4(F e O)[H T H]的影响
(F eO)对脱磷反应的影响比较复杂，当(F eO)很低时，石灰不能很好熔化，显然不能脱磷。

但若(F eO)过高，将稀释(Ca O)的脱磷作用。

(F eO)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）对脱磷的影响大。

碱度在 2.5～4.0时，增加(F eO)对脱磷有利。

但过高的(F eO)反而使脱磷能力下降。

如图2所示。

图2(F e O)对脱磷率的影响
图2表明，要达到较高的L
，对于一定的炉渣，(F eO)
P
含量以14%～18%、(%Ca O)/ (%Fe O)比值以 2.5～3.0为最好。

3 回磷
成品钢中的磷含量一般高于冶炼终点的含磷，这种现象被称为回磷。

其原因：一是由于合金带入的磷，二是钢水的回磷。

如果终点温度高，出钢过程下渣量多，都会造成回磷量增加，一般回磷量在0.005%～0.02%之间，有时会更高。

3.1产生回磷的原因
冶炼终点一般认为脱磷反应已达到平衡，在出钢过程中向钢包内加入脱氧剂，将使钢中的氧以及渣中(F eO)下降，脱氧产物
(S iO
2)、(A l
2
O
3
)等进入炉渣，使炉渣碱度降低，从而打破了脱磷
反应的平衡状态，有利于(P
2O
5
)的分解和还原，磷又重新进入钢
液。

回磷反应与下列各种反应有关：
（1）渣中(Fe O)与脱氧剂作用：
2(Fe O)+[Si]= (Si O
2
)+2[Fe]
(F eO)+[M n]=(Mn O)+[Fe]
（2）炉渣与脱氧产物作用：
2(3C aO.P
2O
5
)+3(Si O
2
)=3(2C aO.S iO
2
)+2(P
2
O
5
)
(3）渣中(P
2O
5
)与脱氧剂的作用：
(P
2O
5
)+5［M n］=5(M nO)+2［P］
2(P
2O
5
)+5［S i］=5(S iO
2
)+4［P］
3(P
2O
5
)+10［A l］=5(Al
2
O
3
)+6［P］
（4）渣中(3C aO.P
2O
5
)直接同脱氧剂作用：
(3Ca O.P
2O
5
)+5[M n]=2［P］+5(Mn O)+3(C aO)
2(3C aO.P
2O
5
)+5[Si]=4[P]+5(S iO
2
)+6(C aO)
3(3C aO.P
2O
5
)+10[A l]=5(A l
2
O
3
)+6[P]+9(Ca O)
上述反应的共同结果，导致了钢水回磷的发生。

3.2影响回磷程度的因素
通过上面产生回磷原因的分析，可以得出影响回磷的主要因素有：
（1）出钢过程中下渣是磷的主要原因。

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。

因为无论是反应时间还是反应的动力学条件，都较出钢后期下渣更优越。

（2）出钢合金化或增碳操作不合理。

诸如出钢后期补加硅铁、碳化硅、碳粉等。

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(F eO)反应，造成渣中(F eO)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）吹氩时，使用氩气压力过高，造成钢液—钢渣翻腾、卷渣，形成一种“渣洗”现象，也大大增加了回磷程度。

3.3防止回磷的措施
要防止钢水回磷，首先要挡好渣，减少出钢过程的下渣量最为关键。

其次是严格出钢合金化操作的标准化和规范化，杜绝出钢后期补加合金（如硅铁、碳化硅、碳粉等）。

再次，万一炉渣过稀或下渣量大应及时向钢包内加石灰粉、精炼渣稠化炉渣，以减弱回磷反应的能力。

4 结论
4.1控制炉渣碱度在 2.8～3.1范围内，且具有合适的终点温度，冶炼一般钢种是没有问题的。

4.2脱磷反应的关键是过程渣要化透和合适的（Fe O）含量，而
非片面追求（加大石灰用量）高碱度。

4.3减少出钢过程中或以后浇注过程中的回磷在生产中不容忽视。