代紅星， 唐笑宇， 孟凡雷， 張彥龍

（河北鋼鐵集團(tuán)邯鋼公司， 河北 邯鄲 056009）

摘 要：為了解決邯寶煉鋼廠 260 t 轉(zhuǎn)爐過度依賴吹煉后期脫磷導(dǎo)致終點(diǎn)磷含量超標(biāo)、終點(diǎn)氧含量高等諸多問題，結(jié)合冶煉實(shí)際情況，對(duì)轉(zhuǎn)爐吹煉槍位、加料模式及基于轉(zhuǎn)爐煙氣 CO 濃度變化進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整等方面進(jìn)行優(yōu)化。通過相關(guān)工藝調(diào)整，轉(zhuǎn)爐吹煉過程尤其是前期脫磷效果得到改善，TSC 表觀平均脫磷率達(dá)到 75%，終點(diǎn)磷的命中率達(dá)到98.5%以上，轉(zhuǎn)爐其他指標(biāo)隨之得到改善。

關(guān)鍵詞：前期脫磷 TSC 吹煉槍位 加料模式

轉(zhuǎn)爐脫磷現(xiàn)狀煉鋼的一項(xiàng)重要工作是采用經(jīng)濟(jì)有效的方式脫除磷元素^[1]，轉(zhuǎn)爐脫磷是一個(gè)較為復(fù)雜的過程，其影響因素有很多。如何實(shí)現(xiàn)高效脫磷，是轉(zhuǎn)爐煉鋼降本增效的重點(diǎn)研究方向。2019 年第二季度，邯寶煉鋼廠磷元素一次命中率出現(xiàn)了波動(dòng)。經(jīng)過攻關(guān)，磷元素的命中率提升至 97.3%，但是有 50%的爐次的 TSC 表觀脫磷率（1-TSC w（P）/ 鐵水 w（P））在 50%以下。為了找出問題所在，研究吹煉過程中磷含量變化規(guī)律，選取 5 爐相同鋼種，入爐廢鋼、鐵水條件、供氧、加料模式皆相似的爐次，分別取吹氧時(shí)刻 4.5 min、10 min、13.5 min、終點(diǎn)共四個(gè)時(shí)刻的鋼水磷含量，求各點(diǎn)磷含量均值，如圖 1 所示，吹氧時(shí)刻 4.5 min 時(shí)脫磷率為34.9%，TSC 表觀脫磷率為 54.6%，與理想狀態(tài)下磷含量變化規(guī)律相比，吹煉前期及測(cè) TSC 時(shí)刻的磷含量明顯高于理論狀態(tài)。即冶煉前期脫磷效率偏低，吹煉后期的脫磷速度高于吹煉過程脫磷速度。

在實(shí)際生產(chǎn)中，為了使終點(diǎn)磷含量達(dá)標(biāo)，更多的爐次依靠吹煉后期調(diào)冷料、石灰，壓低終點(diǎn)出鋼溫度，終點(diǎn)過吹等手段進(jìn)行脫磷。轉(zhuǎn)爐冶煉的不同階段，脫磷效率不同，吹煉前期尤為關(guān)鍵，依靠吹煉后期脫磷會(huì)帶來成本浪費(fèi)、爐襯侵蝕、質(zhì)量波動(dòng)等問題。因此，有必要進(jìn)行低灰耗條件下的轉(zhuǎn)爐冶煉前期脫磷效率優(yōu)化。

2 影響煉鋼脫磷的因素分析

在鋼渣界面，轉(zhuǎn)爐的脫磷反應(yīng)式[2]通常為：

式中：Kp 為反應(yīng)（1）平衡常數(shù)；w[P]為鋼液中磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)；α_4CaO·P2O5 、α_FeO、α_CaO 分別為溶液中 4CaO·P₂O₅、FeO 和 CaO 的活度。

轉(zhuǎn)爐冶煉過程中爐渣堿度、渣的氧化性、爐渣狀態(tài)、熔池溫度、渣量等關(guān)鍵因素直接影響轉(zhuǎn)爐脫磷的效果^[3]。

1）提高堿度有利于脫磷，但是一次性加入石灰過多會(huì)產(chǎn)生結(jié)坨現(xiàn)象。

2）增加渣中 FeO 含量，可以促進(jìn)石灰熔化，改善熔渣的流動(dòng)性。

3）熔池溫度低對(duì)脫磷反應(yīng)有利，但是溫度過低則會(huì)導(dǎo)致爐渣不化。保證轉(zhuǎn)爐前期渣早化、化好是脫磷的前提。

基于以上分析，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，對(duì)影響爐渣組分、爐渣狀態(tài)、熔池溫度的轉(zhuǎn)爐吹煉過程槍位、加料模式及基于轉(zhuǎn)爐煙氣 CO 濃度變化進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整等方面進(jìn)行了優(yōu)化。

3 轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝優(yōu)化

3.1 煉鋼吹煉模型優(yōu)化

吹煉過程合理槍位需要同時(shí)滿足熔池反應(yīng)所需FeO 含量，提供動(dòng)能達(dá)到合適的穿透深度，在吹煉的不同時(shí)期，槍位應(yīng)根據(jù)熔池反應(yīng)、爐口火焰情況實(shí)時(shí)做出動(dòng)態(tài)調(diào)整^[4]。如圖 2 所示，吹煉過程原槍位在 2 000~2 100 mm 之間，調(diào)整范圍過窄，易導(dǎo)致吹煉前期化渣效果差，極易產(chǎn)生化渣不良。為了促進(jìn)前期渣早化，對(duì)吹煉槍位進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)吹煉過程的槍位采用變動(dòng)幅度更大的高槍位模式，代替原來恒槍位操作，在吹氧時(shí)間前 2 min 的槍位是 2 150 mm。較低的槍位可加速氧化反應(yīng)，提高攪拌能量，保證 FeO 在熔池內(nèi)可隨開吹加入的第一批輔料一起被攪開；隨后 2~4.5 min，槍位提高至 2 350 mm，4.5 min 以后再降低至 2 250 mm。優(yōu)化后的槍位可使渣中 FeO 含量與吹煉過程脫磷反應(yīng)相匹配，達(dá)到吹煉前期“早化渣、化好渣”，吹煉中期少噴濺，同時(shí)避免“返干”的效果

加料模式優(yōu)化前，吹煉前期頭兩批料加入量為輔料總量的 70%，加料過于集中。對(duì)吹煉前期加料模式進(jìn)行優(yōu)化，吹煉中前期按照堿度 2.0 加入石灰，加入量約為石灰總量的 60%、輕燒白云石總量的 50%，這樣有助于降低爐渣熔點(diǎn)和黏度，減少 2CaO·SiO₂ 在石灰表面的沉積。

加料模式與槍位優(yōu)化前后的 TSC 脫磷效果對(duì)比如圖 3 所示，優(yōu)化前 TSC 的 w（P）為 0.069 5%，且波動(dòng)范圍較大；優(yōu)化后 TSC 的 w（P）為 0.043 4%，波動(dòng)范圍顯著變窄；TSC 表觀脫磷率達(dá)到 65%以上的爐次占到90%，終點(diǎn)磷的命中率達(dá)到 98.5%以上。

3.2 基于 CO 濃度變化對(duì)吹煉過程動(dòng)態(tài)控制的優(yōu)化

轉(zhuǎn)爐煙氣是轉(zhuǎn)爐冶煉的重要產(chǎn)物，能客觀地反應(yīng)出爐內(nèi)的冶煉情況。有研究^[5]表明，通過吹煉過程中煙氣中的 CO、CO₂ 氣體含量可判斷熔池的脫碳速度，預(yù)測(cè)鋼液的碳含量和熔池溫度的變化，脫碳速度與φ（CO）變化規(guī)律如圖 4 所示。

由于轉(zhuǎn)爐煙氣中的 CO 和 CO₂ 主要來源于熔池內(nèi) C-O 反應(yīng)，該反應(yīng)主要產(chǎn)物是 CO，對(duì)比圖 4 中 4-1和 4-2 曲線變化，可以發(fā)現(xiàn)煙氣中 CO 濃度變化體現(xiàn)了熔池內(nèi)脫碳速度變化，通過脫碳速度快慢間接可推測(cè)熔池內(nèi)溫度的高低。

在吹煉前期至吹煉中期的過渡時(shí)段，C-O 反應(yīng)的限制性環(huán)節(jié)為熔池溫度，即：熔池溫度越高，C-O 反應(yīng)越早進(jìn)行，反應(yīng)越劇烈，CO 濃度上升越快。在吹煉 前期，根據(jù) CO 濃度上升速率可以間接判斷出熔池內(nèi)溫度，吹煉前期 CO 濃度變化情況如下頁圖 5 及表5 所示。

如圖 5-1 所示，吹煉至 180 s 時(shí)，煙氣中 φ（CO）達(dá)到 10%~15%（圖中該爐 φ（CO）為 12.3%）。選取 3爐情況相似爐次，在 180 s 倒?fàn)t測(cè)溫取樣，此時(shí)熔池溫度為 1 350~1 400℃，脫磷率 40.2%。

如圖 5-2 所示，如果吹煉至 180 s 時(shí)，φ（CO）高于18%（圖中該爐 φ（CO）達(dá)到了 21%），選取 3 爐情況相似爐次，在 180 s 倒?fàn)t測(cè)溫取樣，此時(shí)熔池溫度＞1 430 ℃，脫磷率 28.5%。

如圖 5-3 所示，吹煉至 180 s 時(shí)，φ（CO）低于 8% （圖中該爐 φ（CO）為 5%），且上升緩慢，選取 3 爐情況相似爐次，在 180 s 倒?fàn)t測(cè)溫取樣，此時(shí)熔池溫度為＜1 320 ℃，脫磷率 25.6%。

對(duì)于轉(zhuǎn)爐脫磷，吹煉前中期過渡階段的溫度至關(guān)重要，溫度低不利于化渣，溫度高不利于脫磷反應(yīng)進(jìn)行。當(dāng)熔池溫度在 1 350~1 400 ℃時(shí)，脫磷率可達(dá)到40.2%；當(dāng)熔池溫度＜1 320 ℃或者＞1 420 ℃時(shí)，脫磷率低于 30%。根據(jù) CO 濃度曲線變化，判斷熔池內(nèi)溫度變化，通過調(diào)整冷料或硅鐵的加入，將吹煉中前期的熔池溫度控制在利于化渣和去磷的范圍內(nèi)。

4 工藝優(yōu)化效果

通過對(duì)轉(zhuǎn)爐吹煉槍位、加料模式及基于轉(zhuǎn)爐煙氣CO 濃度變化進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整等方面進(jìn)行優(yōu)化，選取優(yōu)化后 5 爐相同鋼種，入爐廢鋼、鐵水條件、供氧、加料模式相似的爐次，分別取吹氧時(shí)刻 4.5 min、10 min、13.5 min、終點(diǎn) 4 個(gè)時(shí)刻的鋼水磷含量，求各點(diǎn)磷含量均值，吹氧 4.5 min 時(shí)刻 w（P）在 0.038%~0.05%，TSC 段 w（P）在 0.035%以下。優(yōu)化前后吹煉過程中磷含量 變化對(duì)比如圖 6 所示，吹氧時(shí)刻 4.5 min 脫磷率由34.9%升至 66.2%，TSC 表觀脫磷率由 54.6%升至75.05%，優(yōu)化后磷含量變化規(guī)律接近于理想狀態(tài)。隨著 TSCw（P）的降低，對(duì)轉(zhuǎn)爐后期脫磷壓力降低，轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)氧含量進(jìn)一步降低。以 IF 鋼為例，終點(diǎn) w（O）由 600×10^-6 降低至 450×10^-6 ，終渣全鐵含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）由 22%降低至 17.5%以下，轉(zhuǎn)爐石灰消耗由 45 kg/t 降低至 35 kg/t。

5 結(jié)論

1）通過優(yōu)化槍位和加料模式，吹煉過程槍位采用變動(dòng)幅度更大的高槍位模式，代替原來恒槍位操作，同時(shí)采用分散加料的方式，使渣中 FeO 含量與吹煉過 程脫磷更適應(yīng)，達(dá)到吹煉前期“早化渣、化好渣”的目 的，TSC 表觀脫磷率達(dá)到 65%以上的爐次占到 90%，終點(diǎn)磷的命中率達(dá)到 98%以上。

2）當(dāng)熔池溫度在 1 350~1 400 ℃時(shí)，脫磷率可達(dá)到 40.2%；熔池溫度高于或低于此范圍，脫磷率變低。根據(jù) CO 濃度曲線變化，判斷熔池內(nèi)溫度變化，通過調(diào)整冷料或硅鐵的加入，將吹煉中前期的熔池溫度控制在利于化渣和去磷的范圍內(nèi)。

3）通過優(yōu)化，吹氧時(shí)刻 4.5 min 時(shí)脫磷率由34.9%升至 66.2%，TSC 表觀脫磷率由 54.6%升至 75.05%，終點(diǎn)磷的命中率達(dá)到 98.5%以上。工藝優(yōu)化后磷含量的變化規(guī)律接近于理想狀態(tài)。隨著 TSC 磷含量的降低，使得轉(zhuǎn)爐后期脫磷壓力降低，轉(zhuǎn)爐其他指標(biāo)也隨之得到改善。

參考文獻(xiàn)

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