转炉造渣操作及其对脱磷的影响

转炉造渣操作及其对脱磷的影响

任海军李军辉

( 杭州钢铁集团公司转炉炼钢厂 310022 )

摘要：从氧气顶吹转炉脱磷的热力学分析人手，探讨了冶炼过程中炉渣碱度、(FeO)含量对脱磷的影响、回磷的原因、影响因素及防止措施等，指出造渣过程应将炉渣碱度和(FeO)含量控制在合理范围内，同时必须应重视钢水的回磷问题。

关键词脱磷；热力学；炉渣碱度；回磷

炼钢生产中的脱磷效果主要是指成品钢中能够达到的最低含磷量。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，而冶炼过程脱磷的效果又取决于炉渣的物理性质和化学性质。现从以下几个方面分析转炉炉渣对脱磷的影响。

1 造渣操作

1．1 成渣原理

俗话说炼钢先炼渣，所以造渣是转炉炼钢生产中主要的工艺操作之一。由于顶吹转炉的吹炼时间很短，快速成渣就成为顶吹转炉炼钢的核心问题之一，炉渣不仅要满足炼钢的要求，而且应该对炉衬的侵蚀最小。因此，在吹炼过程中炉渣必须遵循“早化、化透、作黏、挂上”八字方针的原则。从CaO-FeO-SiO

2

三元相图1600℃等温图中可知，在吹炼初期影响石灰溶解的主要原因是，石灰在渣化过程中，其表

面会形成质地致密、高熔点的2CaO·SiO

2

，阻碍着石灰进一步渣化。若渣中有足够

的FeO，可使2CaO·SiO

2解体，其成分点移至液相区，或是当SiO

2

含量超过25％时，

石灰溶解有所下降。为了加速石灰溶解，可以加入能急剧降低2CaO·SiO

2

熔点的溶

剂如铁矿石、萤石或少量的MgO等。这几种物质都能够扩大CaO—FeO—SiO

2

三元相图液相区，对成渣有利。

1．2 造渣料的确定

石灰的加入量必须根据铁水的成分和重量、炉渣碱度及吹炼的钢种对磷、硫的要求，由下列计算公式确定：

石灰加入量= 2.14*[Si%]x R x G x l000/有效CaO (1) 式中2．14—— SiO ／Si=60／28=2．14；

G ——铁水量，t；

有效CaO％——CaO石灰％一R×SiO％；

R ——炉渣碱度。

结合转炉厂生产实际情况，转炉公称容量为50t，铁水的装入量一般为43～46 t，总装入量一般为53～55t。如果废钢中的Si含量和铁水的Si含量相同或相近，根据高炉铁水si含量及其变化情况，现一般硅含量为0.65％左右，R取3.0，铁水含磷量较低，即[P％]小于0.20％时，按公式(1)计算，石灰加入量为2200～2500kg／炉，而作为助熔剂的冷却球，其加入量要根据炉内温度和造渣情况而定。

1．3 造渣料的加入时机

在正常的情况下，第一批渣料在一开吹时就分批均匀加入。第二批料的加入时间一般在硅、锰氧化基本结束后，第一批料已基本熔化好，碳焰初起时加入较为合适。第二批料应分小批量多次加入，这样加入对石灰的熔化比较有利，也有利于碳的均衡氧化。最后一批料必须在终点拉碳之前加完，否则太迟加入的渣料来不及熔化就要出钢，这样对钢水的质量有一定的影响。一般来说吹炼终点前3～4min必须加完最后一批渣料，具体要根据炉内情况确定是否加入。

第二批料加入过早或过晚对冶炼都不利。加入过早，炉内温度过低，第一批渣料还没有完全化好，又加冷料，渣料就更不易熔化了，有时还会造成石灰结坨，影响炉温的提高。加入过晚，正值碳的激烈氧化期，(TFe)含量低，当第二批渣料加入后，炉温骤然下降，不仅渣料不容易熔化，而且容易产生金属喷溅。同时由于炉温的骤然降低，抑制了碳氧反应的进行，当炉温再度提高后，就容易造成大喷溅。

第二批料的加入时间要根据炉渣的熔化情况及炉温的高低而定。炉渣熔化不好，可适当加入少量的萤石进行调整。炉温较高时，可加人适当的冷却剂如铁矿石进行调整。

2 提高脱磷效果

2．1 脱磷反应原理

磷在钢液中能够无限溶解，而它的氧化物P

2O

5

在钢中的溶解度很小，因此要去除

钢中的磷，首先必须使磷氧化，并使氧化产物能够进入炉渣。其次要把磷的氧化物固定在炉渣中，不让它再分解返回到钢液内。

脱磷反应是由以下几个步骤组成的：

2[P]+5(FeO)= P

2O

5

+5Fe (1)

3(FeO)+( P

2O

5

)=(3FeO·P

2

O

5

) (2)

(3FeO·P

2O

5

)+3(CaO)=3CaO·P

2

O

5

+3(FeO) (3)

综合上述反应为：

2[P]+5(FeO)+3(CaO)=3CaO·P

2O

5

+5(Fe) (4)

2．2 影响脱磷的因素

影响脱磷反应的因素很多，从热力学角度分析，根据脱磷反应的平衡条件和磷的分配系数，影响脱磷的主要因素是炉渣成分和温度。炉渣成分对脱磷主要反应是渣中氧化铁含量和炉渣的碱度。

2．2．1 (FeO)对磷的作用

由式(1)、(2)可知，(FeO)在脱磷过程中起双重作用，一方面是作为磷的氧化剂

使钢液中的磷氧化为P

2O

5

，另一方面是把(P

2

O

5

)结合成(3FeO·P

2

O

5

)的基础化合物的作

用。所以炉渣中存在(FeO)是去磷的必要条件。

但是(FeO)对脱磷反应的影响比较复杂，当(FeO)很低时，石灰不能很好地熔化，显然不能脱磷。但是(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)对脱磷的影响大。碱度在2．5～4．0时，增加(FeO)对脱磷有利，但过高的(FeO)反而会使脱磷能力下降，见图l。

对于一定的炉渣，(CaO％)／(FeO％)比值以2．5—3．0为最好，而(FeO)含量为14％～18％时最佳。

2．2．2 (CaO)对脱磷的作用