周 清

（天津天鐵冶金集團(tuán)熱軋板有限公司，河北涉縣 056404）

[摘 要] 針對(duì)天津天鐵冶金集團(tuán)熱軋板有限公司入爐鐵水磷含量高、轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)低磷鋼種偏多的現(xiàn)狀，結(jié)合熱軋轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)實(shí)際工藝和轉(zhuǎn)爐鋼水脫磷的機(jī)理，優(yōu)化了轉(zhuǎn)爐吹煉制度，造渣制度和溫度制度等影響轉(zhuǎn)爐脫磷的關(guān)鍵工藝參數(shù)，轉(zhuǎn)爐冶煉終點(diǎn)磷含量控制在了合格范圍內(nèi)。

[關(guān)鍵詞] 轉(zhuǎn)爐；脫磷； 堿度；優(yōu)化

0 引言

天鐵集團(tuán)熱軋板有限公司現(xiàn)有兩座 180 t 頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐，冶煉鋼種絕大部分要求磷含量較低，雖然轉(zhuǎn)爐脫磷能力強(qiáng)，脫磷率可達(dá) 90%左右，但由于煉鐵廠所供給的鐵水條件不穩(wěn)定，鐵水中硅含量波動(dòng)較大且磷含量一般偏高，使轉(zhuǎn)爐煉鋼時(shí)有發(fā)生終點(diǎn)磷偏高的情況。

1 磷對(duì)鋼水的危害

磷是鋼中的有害元素之一。通常，磷可略微增加鋼的強(qiáng)度，但會(huì)使鋼的韌性降低。“冷脆”是磷的突出危害，這是由于磷在結(jié)晶過程中會(huì)發(fā)生晶內(nèi)偏析，偏析會(huì)促進(jìn)“冷脆”現(xiàn)象的發(fā)生。磷的偏析還會(huì)使鋼在熱軋后出現(xiàn)帶狀組織而影響鋼材性能。磷能夠降低鋼的焊接性能及塑性，使冷彎性變差。因此，脫磷是轉(zhuǎn)爐煉鋼的一項(xiàng)重要任務(wù)。

2 脫磷的理論基礎(chǔ)

通常認(rèn)為，[Fe₃P]或[Fe₂P]是磷在鋼中的存在形式。在煉鋼過程中，脫磷反應(yīng)發(fā)生在金屬液與熔渣界面，磷最初被氧化成（P₂O₅），而后與 CaO 發(fā)生反應(yīng)，生成性質(zhì)穩(wěn)定的磷酸鈣。圖 1 為 CaO-FeOn-SiO₂三元相圖的 1 600 ℃截面圖。在煉鋼過程中，初渣轉(zhuǎn)化為終渣，可以有 3 條路線，分別為 ABC、ABˊC 和AB"C。根據(jù) FeO 在成渣時(shí)的含量，可將 ABC 和 AB"C 路線分別稱為鈣質(zhì)成渣路線、鐵質(zhì)成渣路線。鐵質(zhì)成渣途徑的優(yōu)勢(shì)：避免了進(jìn)入 C₂S 兩相區(qū)，成渣快，石灰熔化快，爐渣流動(dòng)性好，且在吹煉中期時(shí)，爐渣不容易返干，這些特點(diǎn)使得爐渣具有良好的脫硫、脫磷能力?？梢姡墼?撞FeO 的增加速率直接影響到石灰的熔解速率及熔渣的狀態(tài)和性質(zhì)。

鋼渣界面脫磷化學(xué)反應(yīng)式：

2[P]+4(CaO)+5(FeO)=5[Fe]+(4CaO-P₂O₅) 放熱反應(yīng)

或：

2[P]+3(CaO)+5(FeO)=5[Fe]+(3CaO-P₂O₅) 放熱反應(yīng)

當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，其平衡常數(shù)表達(dá)式為：

Kp=W(4CaO-P₂O₅)/W²[P]*W5(FeO)*W⁴(CaO)

或：

Kp=W(3CaO-P₂O₅)/W²[P]*W5(FeO)*W³(CaO)

在轉(zhuǎn)爐煉鋼條件下，脫磷效果可用磷的分配系數(shù) Lp 來表示，Lp 主要取決于熔渣成分和溫度。

Lp=W(4CaO-P₂O₅)/W²[P] 或 Lp=W(P)/W²[P]

磷的分配系數(shù)越大，說明爐渣脫磷能力越強(qiáng)，脫磷效果越好。

（1）平衡移動(dòng)原理，從脫磷反應(yīng)式中可以看出，提高（FeO）和（CaO）的濃度，降低（4CaO-P₂O₅）的濃度，可以使反應(yīng)向正反應(yīng)方向進(jìn)行，從而降低終點(diǎn)磷的含量。如果提高堿度，會(huì)增加氧化鐵的含量，從而使熔渣容易脫磷。

（2）促進(jìn)脫磷反應(yīng)的方法：增加（FeO）在熔渣中的含量，可以改善熔渣的流動(dòng)性和加速石灰的渣化。可通過增加（CaO）的有效濃度來提高堿度，這樣有助于脫磷反應(yīng)的發(fā)生。但是并非堿度越高就越好，如果石灰加入過多，會(huì)影響渣化和熔渣的流動(dòng)性，這樣反而對(duì)脫磷不利。

（3）脫磷反應(yīng)是強(qiáng)放熱反應(yīng)，因此低溫有利于脫磷反應(yīng)正向進(jìn)行。爐溫過高反應(yīng)則逆向進(jìn)行，鋼水中的磷不但不降，反而會(huì)產(chǎn)生“回磷”現(xiàn)象。石灰渣化與爐溫有關(guān)，如果爐溫過低不利于石灰的渣化，而且會(huì)影響熔渣的流動(dòng)性，也減慢了脫磷反應(yīng)的速度。生產(chǎn)實(shí)踐證明脫磷的適宜溫度為：1 450~1 550 ℃。

3 天鐵熱軋轉(zhuǎn)爐煉鋼鋼水磷高原因分析

一般情況下，鋼水“回磷”的發(fā)生及回磷程度的大小與下列因素有關(guān)：入爐鐵水磷含量偏高，前期化渣不良，熔渣流動(dòng)性不好，爐渣堿度低，去磷效果不好；中期出現(xiàn)“反干”現(xiàn)象，而沒有及時(shí)采取有效措施進(jìn)行制止，長(zhǎng)時(shí)間“反干”造成回磷；后期出現(xiàn)爐渣堿度過低，鋼水溫度偏高，爐渣過粘降低了渣中 FeO 的活度，爐渣的氧化能力下降，致使終點(diǎn)倒?fàn)t磷含量偏高；出鋼過程使用脫氧劑不當(dāng)，生成大量的 SiO₂，降低了爐渣堿度；出鋼下渣量大導(dǎo) 致回磷。

4 優(yōu)化煉鋼生產(chǎn)實(shí)踐

針對(duì)煉鋼入爐鐵水成分波動(dòng)較大、鐵溫低、廢鋼加入量偏大的特點(diǎn)，結(jié)合自身煉鋼工藝特點(diǎn)，根據(jù)鋼水回磷成因，制定了一系列行之有效的措施來降低鋼水中的磷含量，滿足實(shí)際生產(chǎn)需要。

4.1 吹煉前期

當(dāng) Si%<0.030%，鐵水溫度低時(shí)，前期采用低槍位（1.5 m）點(diǎn)火吹煉，使 Si、Mn 迅速氧化升溫，開吹40 s 后加入石灰，輕燒白云石，氧化鐵皮進(jìn)行造渣，此時(shí)可適當(dāng)提高搶位（1.7 m），降低吹氧強(qiáng)度，延長(zhǎng)硅、錳的氧化期，增加渣中（FeO）的含量，快速形成泡沫渣，使渣的堿度大于 1.5~1.7，減輕前期酸性渣對(duì)爐襯的侵蝕和提高前期渣的去磷效果。采用留渣操作對(duì)低硅高磷鐵水是一種有效的方法，這是由于爐渣本身具有堿性, 它可以避免前期酸性爐渣對(duì)爐襯的侵襯作用, 同時(shí)可以較早地形成一定量的 TFe和一定堿度的初期渣, 這樣可以促進(jìn)前期低溫階段的脫磷。

當(dāng) Si%>0.70%，磷含量也偏高時(shí)，采用雙渣法吹煉。采用低高低搶位，快速化渣，形成一定堿度的爐渣，達(dá)到去磷效果，逐漸降低搶位，防止 TFe 過度聚集，泡沫化嚴(yán)重導(dǎo)致噴濺。待吹煉到 5 min 左右，渣中（FeO）含量降低，碳反應(yīng)初起時(shí)提槍倒渣。

4.2 吹煉中期

隨著鐵水中硅、錳氧化已基本結(jié)束，爐溫升高，石灰進(jìn)一步熔化，碳氧化反應(yīng)開始。碳氧反應(yīng)開始后，可小批量加入第二批造渣料石灰。隨著溫度的提升，碳氧反應(yīng)加劇，渣中（FeO）含量降低，此時(shí)可適當(dāng)加入燒結(jié)礦和氧化鐵皮，提高搶位化渣，提高渣中（FeO）的含量，以保證化好渣、熔池活躍，使?fàn)t渣具有高堿度，不產(chǎn)生“反干”現(xiàn)象，并在不發(fā)生噴濺的前提下，最大程度地產(chǎn)生泡沫渣，達(dá)到去磷效果。

4.3 吹煉后期

此階段碳氧反應(yīng)速度下降，三相乳化現(xiàn)象減弱，溫度升高較快，要控制好終點(diǎn)溫度。終點(diǎn)溫度不宜過高，過高的爐溫會(huì)導(dǎo)致脫磷反應(yīng)逆向進(jìn)行。然而，適當(dāng)?shù)臏囟瓤梢允故铱焖僭?，成渣速率快，增?qiáng)爐渣流動(dòng)性，脫磷效果好。

后期槍位要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，若吹煉過程化渣不良，則需要提高槍位化渣，增加渣中（FeO）的含量，使熔渣流動(dòng)性增大，促進(jìn)脫磷。但槍位不能過高，時(shí)間不能過長(zhǎng)，否則會(huì)引起噴濺。要密切觀察火焰，當(dāng)火焰收縮頻繁，火焰變得短而透明時(shí)，降槍拉碳，達(dá)到出鋼要求后提槍，結(jié)束吹煉。若吹煉過程化渣良好，吹煉末期可直接降低槍位拉碳，均勻鋼水成分和溫度，降低渣中（FeO）含量，使終渣做黏，減少吹損，提高鋼水收得率。

4.4 出鋼作業(yè)

倒?fàn)t出鋼進(jìn)行脫氧合金化。脫氧劑和合金料要盡量在出鋼至 2/3 前加完，配加碳粒和合金盡量一次到位，防止出鋼完畢后補(bǔ)加合金，大氣攪動(dòng)鋼水，形成洗渣回磷。出鋼口采用雙擋渣法出鋼，即出鋼前用擋渣塞防止前期下渣，在出鋼后期采用擋渣標(biāo)擋渣，可以避免出鋼后期下渣回磷現(xiàn)象的產(chǎn)生。在出鋼時(shí)，向鋼包內(nèi)投入少量小塊石灰，可以提高鋼包內(nèi)渣層堿度和稠化爐渣，從而減少鋼渣接觸發(fā)回磷現(xiàn)象。

5 結(jié)束語

通過對(duì)熱軋轉(zhuǎn)爐煉鋼脫磷采取一些列措施，脫磷效果明顯，有效控制了由于磷高而發(fā)生超內(nèi)控的情況。轉(zhuǎn)爐煉鋼脫磷操作重點(diǎn)為：前期早化渣，化好化透渣；中期控制好渣料加入和槍位，調(diào)節(jié)渣中（FeO）含量，避免“反干”現(xiàn)象，又不出現(xiàn)因 TFe 聚集產(chǎn)生噴濺；后期控制好溫度，調(diào)好爐渣，保持大渣量、高堿度，減少回磷。同時(shí)，維護(hù)好出鋼口，對(duì)擋渣不好的爐次，要及時(shí)對(duì)出鋼口進(jìn)行維護(hù)或調(diào)標(biāo)，精心出鋼，避免因出鋼過程下渣造成回磷。