转炉炼钢流程中的脱磷工艺_胡加学

＜0.015%
100×10－6
重庆钢铁［ 12 ］
≥1.2%
2
八一钢铁［ 13 ］
＞0.08%
首钢［14］ 4.1%～4.2% 0.078%～0.094%
15%
1 500 ≤1 400
4.1 18%～20% 1 615
3.5～3.8 8%～10% 1 580～1 600 0.45%～0.65% ≤0.01%
新日铁公司的 MURC（Multi－Refining Converter）［1－4 ］工艺流程 是：铁水在转炉中脱硅、脱磷后倒炉排渣，脱磷渣一般倒出 50%，保 留铁水，然后造脱碳渣进行脱碳，脱碳后出钢，脱碳渣可直接留在
表 1 国内外转炉双渣法脱磷工艺参数
铁水化学成分
脱磷期工艺条件
脱碳期工艺条件
出钢时化学成分
（1）针对不同钢种的要求，可采用不同的基于铁水预处理的洁 净钢冶炼工艺路线。低磷钢的冶炼可采用“铁水深脱硫→转炉强化 脱磷→钢水喷粉脱磷、脱硫、升温、真空精炼”的工艺流程，使用单 渣法或双渣法在转炉内脱磷，这是欧美及国内常采用的方法。超低 磷钢的冶炼则需采用“铁水三脱预处理→复吹转炉少渣吹炼→钢 水喷粉脱硫、升温、真空精炼”的工艺流程，在铁水罐、混铁车内或 使用双联法对铁水进行脱磷预处理，日本企业多采用这种基于铁 水三脱预处理的洁净钢冶炼工艺来冶炼低磷或超低磷钢。
邯郸钢铁公司在无铁水脱磷设备的条件下，通过优化转炉操 作工艺来强化和充分利用转炉的脱磷能力，并采用优化合金种 类 、减 少 出 钢 下 渣 、加 钢 包 顶 渣 等 措 施 减 少 钢 水 回 磷 ，成 功 冶 炼 了 Q345qE（w（P）≤0.018%）、20 g（w（P）≤0.02%）、X80（w（P）≤ 0.012%）等钢种［ 9 ］。
近年来，用户对低磷钢和超低磷钢的需求明显增加，部分钢种 如深冲钢、高级别管线钢等对磷含量要求苛刻，传统炼钢工艺流程 难以满足低成本洁净钢生产要求。日本钢铁企业 20 世纪 80 年代 开始采用的一系列以铁水三脱预处理为基础的钢铁冶金优化工艺 “高炉炼铁→铁水预处理（脱硅、脱硫、脱磷）→转炉少渣炼钢（脱碳 升温）→钢水炉外精炼（除杂、除气、深脱硫、调整合金成分）→连 铸”，开创了洁净钢冶炼的先河。目前，国内外已建立起大规模的洁 净钢生产系统，铁水预处理正向深度脱磷、深度脱硫方向发展［1－2 ］。
当成品中碳含量较高时，通过控制成渣及最佳成分组成（合适 的碱度、TFe、渣量等），也可以实现低磷钢的冶炼，但控制成渣过程 的难度较大。武汉钢铁公司开发的“单渣高拉碳”工艺冶炼优质高 碳钢，出钢时磷平均含量为 0.011%，碳含量达到 0.44%［10］。 2.2 双渣法
如果对磷含量的要求较高，通常采用在同一座转炉中分成脱 磷和脱碳两个阶段的冶炼工艺，即双渣法。在冶炼前期脱磷，脱磷 期结束后倒掉部分脱磷渣，直接进入脱碳期，脱碳过程中加入少量 渣料以确保少渣冶炼。表 1 是国内外双渣法脱磷的工艺参数。
第一种工艺路线中，充分利用转炉的脱磷能力，可在同一座转 炉内一次造渣脱硅脱磷（单渣法），也可在同一座转炉上先进行铁 水脱磷，倒掉部分脱磷渣，再进行后期脱碳、升温（双渣法）。对于要 求 含 磷 量 在 0.005% ～0.01% 之 间 的 低 磷 钢 ， 使 用 含 磷 量 小 于 0.12%的低磷铁水时，根据铁水的含磷量，加强转炉的去磷操作，出 钢后控制回磷，基本上可完成控制磷的目标。
（2）对于含磷量要求不同的钢种，可合理采用不同的工艺路线。 以下几种工艺组合均可实现洁净钢的冶炼：铁水镁系脱硫剂深脱硫 处理→转炉脱磷、脱碳→钢水炉外喷粉脱磷、脱硫；铁水三脱预处 理→复吹转炉少渣吹炼→钢水炉外喷粉脱硫；铁水深度三脱预处理 （高炉铁水沟脱硅、脱磷镁系或电石系脱硫剂脱硫、专用转炉石灰系 脱磷剂脱磷）→专用脱碳炉脱碳→钢水炉外喷粉脱硫。
目前，基于铁水预处理的洁净钢冶炼工艺路线有两类：一类是 欧美及宝钢、武钢采用的基于铁水深度预脱硫的洁净钢冶炼工艺 （铁水深脱硫→转炉强化脱磷→钢水喷粉脱磷、脱硫、升温、真空精 炼），另一类是日本企业采用的基于铁水三脱预处理的洁净钢冶炼 工艺（铁水三脱预处理（脱硅、脱硫、脱磷）→复吹转炉少渣吹炼→ 钢水喷粉脱硫、升温、真空精炼）。
两种工艺相比，第一种工艺路线中铁水不全量三脱预处理，温 降小、热损少，可以提高废钢比，并能低温出钢，但终点磷含量较 高；第二种工艺路线可以通过减少总渣量降低成本、加快生产节 奏，但预处理时热损大，限制了废钢比。两种工艺均能生产 w（P）＜ 0.01%、w（S）＜0.005%的洁净钢，但后者经济效益明显高于前者。 2.1 单渣法
Gongyi yu J is hu◆工艺与技术
转炉炼钢流程中的脱磷工艺
胡加学 （中冶华天工程技术有限公司，江苏 南京 243005） 摘 要：铁水脱磷是转炉炼钢流程中必不可少的工序，综述了目前国内外转炉炼钢流程中脱磷工艺的发展现状和部分工厂的生产操作参 数，分析比较了各种工艺的优缺点，推荐了几种常规的转炉冶炼低磷钢工艺流程。 关键词：转炉炼钢；铁水预处理；脱磷
［Ｊ］．中国冶金，２００３（８）：１２～１７ ［２］ 杨世山，尹卫平，许伟迅，刘荣．铁水预处理与洁净钢冶炼（二）
［Ｊ］．中国冶金，２００３（９）：１６～２１ ［３］ 曲英．炼钢学原理［Ｍ］．第 ２ 版．北京：冶金工业出版社，１９９４
［４］ 潘克强．铁水脱磷脱硫工艺的应用和发展［Ｊ］．上海宝钢工程设
计，２０００（２）：１～８
128
（1）脱磷前预脱硅。硅与氧的结合能力远大于磷，必须保证脱 磷、脱硫前铁水中初始 w（Si）＜0.15%。
（2）脱磷剂处理能力强。其既要有很强的脱磷能力，又要有较 强的脱硫能力。
（3）适宜的供氧制度和喷吹参数。 铁水罐和混铁车的脱磷典型工艺流程如图 1 所示。
［参考文献］ ［１］ 杨世山，尹卫平，许伟迅，刘荣．铁水预处理与洁净钢冶炼（一）
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［１０］ 高文芳，陈钢，王金平，等．顶底复吹转炉高效脱磷研究［Ｊ］．钢 铁，２００９，４４（９）：３６～４１
由于炼钢过程存在碳、磷的选择性氧化，即当炉渣碱度相同 时，只有将碳脱至较低值，才能满足渣钢脱磷平衡时对于熔池氧势 的要求。也就是说，在不采用换渣操作或脱磷预处理的情况下，冶 炼低碳钢（w（C）＜0.05%）时最容易实现低磷钢的生产［8］。转炉常 规冶炼工艺通过将钢水中的碳降低到 0.05%以下，在较高的炉渣 碱度条件下，稳定地冶炼含磷量为 0.01%～0.02%左右的低磷钢。
（4CaO·P2 O5），由此可知利于脱磷反应的基本热力学条件，即低温、高氧
化性、高碱度的炉渣。
2 转 炉 炼 钢 流 程 中 的 脱 磷工 艺［1－2，4－7 ］
在汽车板、管线钢、深冲钢等洁净钢生产过程中，通常先进行 铁水预处理（脱硫、脱磷）。铁水预处理的目标是将进入转炉的铁水 中的硫、磷含量脱至成品钢种的水平，通过转炉冶炼后获得低磷、 低硫的钢水，进而通过炉外精炼获得超纯净的钢种。铁水预处理已 成为生产洁净钢必不可少的工序。
10×10－6～ 20×10－6
＞15%
0.43%～0.69% 0.005%～0.01% ＜180×10－6
机电信息 2011 年第 12 期总第 294 期 127
工艺与技术◆Gongyi yu J is hu
炉内用于下一炉脱磷吹炼，冶炼周期为 33～35 min。
3 结语
对于含磷量有更高要求的钢种来说，MURC 法的脱磷能力仍 不足。新日铁公司又开发了名为 F－MURC（Flexible MURC）的工 艺，即全部铁水在脱磷后倒入钢包，以排出炉内的炉渣，最后将铁 水返回转炉内进行脱碳，类似于双联法。 2.3 铁 水罐 或混 铁 车脱 磷［1－2，6］
［１４］ 田志红，李永东，王海宝，等．非脱磷铁水在 ２１０ ｔ 转炉高拉碳法
40 kg／t。脱碳转炉指标：吹炼时间 14 min，冶炼周期 30 min，锰矿用
冶炼高碳钢的生产工艺研究及实践［Ｊ］．钢铁，２００９，４４（２）：３６～
量 15 kg／t，渣量 20 kg／（t 以干渣方式回收）。
３９
收稿日期：2011－03－30 作者简介：胡加学（1982—），男，湖北随州人，助理工程师，研究方 向：炼钢工艺设计。
住友金属 SRP（Simple Refining Process）法原理如图 2 所示，3 座 250 t 转炉，1 座转炉脱磷，2 座转炉脱碳。脱磷转炉指标：吹炼时 间 8 min，冶炼周期 22 min，废钢比 10%，出铁温度 1 350 ℃，渣量
［７］ 张龙强，田乃媛．全量铁水三脱必要性的探讨［Ｊ］．炼钢，２００９，２５ （４）：７３～７７
第二种工艺路线中，在脱碳之前先进行铁水三脱预处理。铁 水脱磷预处理主要有两种，一是在盛铁水的容器（铁水罐或混铁 车）中同时进行脱硫、脱磷；二是在专门的脱磷转炉内进行铁水预 脱磷，即两座转炉双联作业，一座脱磷，一座接受脱磷后的铁水进 行脱碳升温（双联法）。对于要求 w（P）≤0.005%的超低磷钢种，必 须采取铁水三脱预处理工艺脱磷，否则很难通过转炉一个环节把 磷控制在目标范围内。
［５］ 潘秀兰，王红艳，梁慧智，等．国内外转炉脱磷工艺分析［Ｊ］．世界
钢铁，２０１０（１）：１９～２１
［６］ 刘浏．超低磷钢的冶炼工艺［Ｊ］．特殊钢，２０００，２１（６）：２０～２４
2.4 双 联 法［1 －2，4 －5 ］ 上世纪 80 年代末，日本钢铁企业利用闲置转炉开发了转炉
脱磷工艺。这些工艺的共同特点是将氧化转炉前期（脱磷期）和后 期（脱碳期）分别在两个转炉内进行，在脱磷转炉内充分利用合适 的脱磷热力学条件，在 1 350 ℃低温、较高的 FeO 含量和较低的 炉渣碱度（R≈2）下进行脱磷反应，（P）／［P］的分配系数可达 200。 脱磷完毕后的半钢水兑入另一个脱碳转炉内脱碳和升温。由于脱 碳炉的炉渣含磷量低（P2O5＜1%），脱碳渣可返回脱磷转炉内。转 炉 脱 磷 与 少 渣 冶 炼 是 紧 密 相 关 的 工 艺 ，具 有 较 高 的 脱 磷 率 、较 低 的消耗等优点，能获得高质量的钢水，在日本钢铁工业中得到广 泛应用。
C
P
碱度 TFe
温度 ／℃ 碱度
TFe
温度 ／℃
C
P
O
新日铁［2 － 4 ］
≤2 ≥8%
1 350
＞0.5%
0.01%
宣化钢铁［11］ 3.5%～4.2% 0.08%～0.1% 2.5 12%～18% 1 350～1 400 4.0～4.5 13%～15% 1 610～1 640 0.3%～0.8%
［１１］ 白艳青，张志红，张中华，等．高碳钢脱磷工艺分析及实践［Ｊ］．河 北冶金，２００９（１）：２６～２８
［１２］ 周宏．转炉炼钢新工艺新技术介绍［Ｊ］．重钢技术，２０１０，５３（１）： ４２～４９
［１３］ 钟文斌，张春晖．复吹转炉冶炼中高碳钢脱磷过程控制［Ｊ］．新疆 钢铁，２００９（４）：３１～３３
1 脱磷原理
具有氧化性的碱性炉渣在铁水中的典型脱磷反应［3－4 ］为：
2［P］＋5（FeO）＋4（CaO）＝（4CaO·P2O5）＋5［Fe］ 磷在渣、钢间的分配比为：
Lp=［%P2O5］／［%P］2=Kpα5FeO
α4 CaO
f源自文库
2 ［
／γ p］ （4CaO·P2
O5）
欲提高熔渣的 脱 磷能 力，必 须 增大 Kp、αFeO、αCaO、［f p］和降 低 γ
采用盛铁水的容器 （铁水罐或混铁车） 进行铁水三脱预处理 时，脱硫和脱磷同时进行。铁水同时脱磷、脱硫可用电化学反应式 表示如下：
阳极：［P］+4（O2－）=（PO3－4）+5e 阴极：［S］+2e=（S2－） 喷吹法同时脱磷、脱硫的反应原理是：在氧位较高的喷枪附近 进行氧化脱磷反应；在铁水罐壁和顶渣与铁水界面处，氧位比较 低，进行着还原脱硫反应。实现同时脱硫、脱磷的基本条件是控制 炉渣的氧势。要达到同时脱磷和脱硫的目的，除了控制氧势，还应 具备以下条件：