120T转炉单联脱磷保碳冶炼工艺的研究与实践

120T转炉单联脱磷保碳冶炼工艺的研究与实践

姚潜

三钢闽光股份有限公司炼钢厂福建三明365000

摘要：分析了脱磷保碳的可行性，通过留渣以及冶炼加料，枪位以及氧流量的控制，达到终点高碳低磷的目的。取得了转炉冶炼终点平均磷含量降低了0.003%，平均碳含量上升0.02%的良好效果。

关键词：脱磷；保碳；单渣法

1提高出钢碳含量的可行性

1.1脱碳脱磷理论基础

转炉的重要任务之一是脱磷，在炼钢温度下，脱磷反应主要发生在渣—钢界面，因此合适碱度流动性好的炉渣是冶炼终点低磷的保证。

转炉冶炼时，碳与钢中[O]和[FeO]之间发生的氧化脱碳反应，为间接氧化反应。其反应式为[1]：[C]+[O]=[CO]△Gmθ=－22364－39.63T(1)

[C]+[FeO]=[CO]+[Fe]△Gmθ=98799－90.76T(2)

转炉中发生脱磷反应时，钢水中的磷先转变成氧化物P2O5，在脱磷剂加入后，其活度下降，并与脱磷剂结合成稳定的化合物而滞留在炉渣中。磷主要在钢—渣界面发生氧化反应，其反应式为[1]：

2[P]+8[FeO]=(3FeO·P2O5)+5[Fe]△Gmθ=－413575+245.46T(3)

而3FeO·P2O5在炉渣中不稳定，由(3)式可知，当熔池温度高于1511℃时，反应向左进行，3FeO·P2O5分解产生的磷重新回到钢液中。因此，其与炉渣中的CaO结合形成的3CaO·P2O5和4CaO·P2O5为稳定化合物，可以稳定地存在于炉渣之中。而大多数情况下以4CaO·P2O5为主。其反应表达式为[1]：

2[P]+5[FeO]+4(CaO)=(4CaO·P2O5)+5[Fe]△Gmθ=－804284+346.46T(4)

1.2抑制冶炼后期脱碳，强化脱磷

转炉冶炼过程脱碳速度呈“低―高―低”的趋势，而吹炼中期的脱碳速度取决于供氧强度。提高枪位，减弱氧气流股对熔池的穿透能力，降低供氧强度和底吹氩气强度，可以在一定程度上抑制碳氧反应的速率。同时结合加料，控制后期熔池温度，防止熔池温度过高，而产生大幅回磷现象。在保证前期脱磷效果的情况下，抑制后期脱碳反应的进行，达到冶炼终点高拉碳的目的。

2转炉单渣法冶炼高碳钢的工艺优化措施

2.1留渣操作

留渣保证了初渣的氧化性和碱度，同时留渣具有一定的温度能够促进前期渣的熔化，为前期去磷创造条件，但留的渣必须具备一定的条件，上炉终点碳质量分数在0.06%以下或补吹时间较长炉渣过氧化的炉次不宜留渣，留渣量的大小应根据入炉铁水条件判定，一般选择3～5t。

2.2供氧强度

铁水条件相同的高碳钢与低碳钢相比，石灰的加入量更多，冶炼过程中必须保证渣中的FeO含量，否则炉渣流动性不好，渣较粘稠。高枪位低流量的软吹可保证渣中的FeO含量，但冶炼过程中应适当变换枪位和调节氧气压力，以使底层渣化透，二转炉的冶炼供氧模式见表1。表1二转炉车间冶炼供氧模式

图1枪位模式

（1）高碳钢冶炼采用“低―高―低”的枪位，见图1，前期可控制冶炼枪位在1.0m，使硅、锰快速氧化，并适当提高前期温度，促进前期渣化，提高去磷效率，低枪位控制在3min左右。起渣后提高冶炼枪位至1.4m，使渣中聚集一定数量的FeO，为中期快速脱磷奠定基础。

（2）同时在6min左右适当降低枪位，促使底部化渣均匀。吹炼中期[C]和[O]反应趋于激烈，为防止形成高熔点的2CaO·SiO2，必须适当提高枪位，一般枪位控制在1.4～1.5m，保持渣中的FeO含量。

（3）吹炼后期，如果发生“返干”现象，此时氧气流股直接与金属液面发生反应，使降碳速度加快，同时生成的气体会带走大量的热，给终点提温保碳造成困难，因此必须保证合适的枪位，一般为1.5～1.6m防止“返干”，使炉内气体―金属液―熔渣三者充分乳化，控制降碳速度，进一步化渣脱磷。

（4）拉碳枪位控制在1.0m，压枪拉碳时间控制在1min左右，使炉内温度成分均匀，防止终点碳高，倒炉渣泡，或者提前压枪拉碳，枪位过低，化渣不良回[P]和[C]深入氧化。

2.5终点控制

三钢炼钢厂仅配有炉气分析系统，终点控制主要依靠人工经验判断，高碳钢的拉碳时间比条件相近的低碳钢少1min左右，拉碳时可根据冶炼时间，耗氧量和观察炉口来判断拉碳时机，一般要求终点拉碳控制在0.10%～0.15%为宜。根据倒炉温度及化渣情况进行补吹，尽量实现倒炉温度合适，化渣良好，点吹时间合适。

3冶金效果分析

3.1终点控制

二炼钢转炉车间于2017年6月正式采用新的保碳冶炼模式进行实际生产，统计了2017年6月～11月生产的13673炉单枪冶炼的终点碳、磷，并与2017年1月～5月工艺优化前的单枪冶炼终点成分作对比，结果如下：

（1）新工艺的终点控制情况

从表2及图2可以看出，2017年的铁水条件大致相同，自从2017年6月采用新的冶炼模式后，转炉冶炼终点平均碳含量较1～5月份上升了0.02%，平均温度升高了3℃，而平均磷含量降低了0.003%。生产实践表明，终点磷含量随终点温度的升高而升高，高温可使回磷反应加速。工艺优化后终点温度的升高，磷含量降低的现象，说明冶炼过程前期脱磷效果较好