超低磷钢生产技术

炉内（转炉、电炉）脱磷
转炉炉内脱磷工艺的发展 贝塞麦转炉 （1855年亨利· 贝塞麦，底吹酸性转炉炼钢法 ）→ 托马斯底吹 转炉（1878年托马斯 ，碱性炉衬，解决了高磷生铁炼钢的问题。 ） ↗ 平炉炼钢（1864年发明，酸性平炉 →碱性平炉） ↘ 顶吹氧气转炉（1952年，LD－AC法、OLP法 、旋转转炉等） ↖解决了高磷 底吹氧气转炉 （1967年 OBM法 ，1971年 Q-BOP法 ） ↙铁水的冶炼 问题→顶底复合吹炼转炉 （70年代中后期） 电炉炉内脱磷 氧化法可分为补炉、装料、熔化期、氧化期、还原期、出钢六个阶 段 。熔化期可以去掉部分磷，氧化期去除钢液中的磷到规定的限度，还 原期未扒干净的氧化渣还原，钢液增磷，另外，还原期加入的铁合金也带 入部分磷。 随着高级别脱磷剂的开发及二次精炼技术的发展，电炉中脱磷工艺不 断提高。
石灰基渣 :石灰来源广，价格低，并与硫及磷的氧化物有很强的结合
能力，是钢铁冶金中广为应用的造渣材料。 代表性的研究及应用结果如下页表所示。
石灰基脱磷剂组成及脱磷效果
பைடு நூலகம்
苏打基渣：脱磷能力很强，有比石灰系渣系大得多的磷容量，且可以同 时取得高脱硫率。Na2CO3具有氧化剂和固定剂的双重作用， 熔点低、熔化后流动性好，单独使用就能有效的脱磷。但处 理过程中污染严重，对耐火材料的侵蚀严重，处理过程中铁 水温降大，价格高。 Na2CO3和SiO2混合熔融成为偏硅酸钠类盐类，如Na2O· 2SiO2、 2Na2O· 3SiO2、Na2O· SiO2等，再将这些物质与Fe2O3等氧化物按一定比例混 合后加入到铁液面上进行脱磷，这样脱磷反应比较平稳，钠的气化挥发大 大减少。使用Na2O· SiO2＋20%Fe2O3 进行铁水脱磷，1600℃条件下，可将 铁水中磷由0.1%脱到0.01%，而且反应时间很短。
苏打渣和石灰渣系相互渗透，可互为补充。向苏打渣中加入CaO 即可 发挥苏打同时脱P、S的能力，防止回磷的能力，又能降低Na2O的挥发损失； 向石灰渣中加入少量Na2O可以增加铁水脱磷能力；Na2O有利于降低CaO 渣 的熔点，改善渣的流动性，增加渣的磷容量。
• 铁水预处理脱磷工艺
在铁水包或鱼雷车中进行铁水脱磷预处理
超纯净钢中磷的发展水平
有些钢种对磷含量有较高的要求，例如生产汽车用表面硬化优质合金 钢、深冲钢、镀锡板、超低碳钢或IF钢、轴承钢、高级别管线钢、低温 用钢以及海洋用钢等对钢中磷含量都有很高的要求。 从纯净钢概念提出以来，磷作为其中的一个重要组成部分，这些钢种 对磷含量的要求越来越高。1989年[12]，新日铁名古屋厂对薄板提出 [P]≤20ppm的要求，超低磷钢目标成分为：[P]≤20ppm、 [S] ≤30ppm、 [C] ≤30ppm。
250
Phosphorus(ppm)
200 150 100 50 0 Befor 90 92
高级别管线钢 超低碳IF钢
Future
不同时期高级别管线钢和超低碳IF钢中磷的水平
Year
铁水预处理脱磷
• 常用铁水预处理脱磷渣系
氧化脱磷剂组成：氧化剂、固定剂和促进剂。
氧化剂：将金属液的磷氧化进入炉渣中，主要是采用氧气和稳定性较强 的非金属氧化物Fe2O3、FeO、MnO2等。 固定剂：与磷的氧化物生成稳定的化合物，可降低活度并防止回磷，常 用的有CaO、BaO、Na2O等 。 促进剂：促进剂：有CaF2、CaCl2、CaCO3等，可改善反应的动力学条 件。
目录
• 磷的来源与危害
• 三种脱磷工艺：铁水预处理、转炉、炉外 脱磷
• 转炉去磷技术的应用：双渣法、脱磷炉去 磷。 • 超低磷钢的生产技术
钢中磷的来源及对性能的影响
高炉冶炼是不能脱磷的，矿石、焦炭、石灰中的磷几乎全部进入生铁； 炼钢过程中加入的废钢、造渣料，脱氧合金化时加入的铁合金，以及包衬 等耐火材料中都含有一定量的磷 。 ► 磷在钢中是溶于铁素体中，磷在钢液中的稳定存在形式是 Fe2P， Fe3P，结晶过程易偏析。 ► 磷能显著降低钢的韧性，尤其是回火韧性和低温冲击韧性，即提高 钢的冷脆性。 ► 磷在钢水凝固过程中的偏析比较严重，容易使钢的局部组织异常， 造成机械性能不均匀，磷还会引起腐蚀疲劳和焊接开裂。 ► 细化晶粒，提高钢的屈服强度和抗拉强度。在低碳钢中，通过快速 凝固技术和热机械处理工艺能够有效的改善强度和塑性间的平衡，可以使 钢的强度提高1.5倍。 ► 增强钢的抗大气腐蚀能力； ► 提高电工钢的磁性； ► 改善钢材切削加工性能； ► 减少热轧板的粘结等。
新日铁的ORP 生产工艺
住友金属的SARP工艺
铁水包或鱼雷车内脱磷预处理的特点 : 该种方法直接铁水包或鱼类车内进行，无 需换包操作。但是脱磷过程中铁水的温降较大， 通常需要吹氧来补充温降，补偿温降时喷溅比 较严重，而且铁水包或鱼雷车的容积小，反应 较慢，效率低。
用转炉进行铁水脱磷预处理的工艺
首钢京唐公司“全三脱炼钢”工艺
转炉内脱磷预处理的特点 （ 1 ）与混铁车内或铁水包中进行的铁水预处理相比，在转 炉内进行脱磷预处理的优点是转炉的容积大、反应速度快、 效率高。可节省造渣剂的用量，吹氧量较大时也不易发生 严重的喷溅现象，有利于生产超低磷钢，尤其是中、高碳 的超低磷钢。 （ 2）在转炉内进行铁水预处理时脱磷剂有喷粉加入和直接 加入两种方式。神户制钢的 H 炉和新日铁的 LD－ORP 炉 是用喷粉法加入，其特点是反应速度快、效率高，缺点是 需增设喷粉设备。 NKK 福山厂、住友金属的 SRP 和首钢 京唐公司的“全三脱炼钢”工艺直接将脱磷剂加入炉内， 利用较强的底吹搅拌，也能达到较好的脱磷效果，但为了 化渣良好，也要采取一定措施。
日本神户制钢神户的H炉，新日铁的LD-ORP、住友的 SRP、NKK福山厂的少渣冶炼技术、首钢京唐公司的“全三 脱冶炼工艺”炼钢技术等。
神户制钢H炉处理工艺流程
住友金属的SRP（Simple Refining Process）工艺
两台复吹转炉中的一台作为脱磷炉，另一台作为脱碳炉。脱碳炉产生的炉渣 可作为脱磷炉的脱磷剂，从而减少石灰的消耗，达到稳定而快速的精炼效果， 少渣吹炼条件下提高了锰的收得率 。