天铁热轧 180 t 复吹转炉冶炼低磷钢水的研究

[摘 要] 针对天津天铁冶金集团热轧板有限公司入炉铁水磷含量高、转炉生产低磷钢种偏多的现状，结合热轧转炉炼钢生产实际工艺和转炉钢水脱磷的机理，优化了转炉吹炼制度，造渣制度和温度制度等影响转炉脱磷的关键工艺参数，转炉冶炼终点磷含量控制在了合格范围内。

[关键词] 转炉；脱磷；碱度；优化
0 引言

天铁集团热轧板有限公司现有两座 180 t 顶底复吹转炉，冶炼钢种绝大部分要求磷含量较低，虽然转炉脱磷能力强，脱磷率可达 90%左右，但由于炼铁厂所供给的铁水条件不稳定，铁水中硅含量波动较大且磷含量一般偏高，使转炉炼钢时有发生终点磷偏高的情况。

1 磷对钢水的危害

磷是钢中的有害元素之一。通常，磷可略微增加钢的强度，但会使钢的韧性降低。“冷脆”是磷的突出危害，这是由于磷在结晶过程中会发生晶内偏析，偏析会促进“冷脆”现象的发生。磷的偏析还会使钢在热轧后出现带状组织而影响钢材性能。磷能够降低钢的焊接性能及塑性，使冷弯性变差。因此，脱磷是转炉炼钢的一项重要任务。

2 脱磷的理论基础

通常认为，[Fe3P]或[Fe2P]是磷在钢中的存在形式。在炼钢过程中，脱磷反应发生在金属液与熔渣界面，磷最初被氧化成（P2O5），而后与 CaO 发生反应，生成性质稳定的磷酸钙。图 1 为 CaO-FeOn-SiO2三元相图的 1 600 ℃截面图。在炼钢过程中，初渣转化为终渣，可以有 3 条路线，分别为 ABC、ABˊC 和AB"C。根据 FeO 在成渣时的含量，可将 ABC 和 AB"C 路线分别称为钙质成渣路线、铁质成渣路线。铁质成渣途径的优势：避免了进入 C2S 两相区，成渣快，石灰熔化快，炉渣流动性好，且在吹炼中期时，炉渣不容易返干，这些特点使得炉渣具有良好的脱硫、脱磷能力。可见，熔渣中 撞FeO 的增加速率直接影响到石灰的熔解速率及熔渣的状态和性质。

钢渣界面脱磷化学反应式：

2[P]+4(CaO)+5(FeO)=5[Fe]+(4CaO-P2O5) 放热反应

或：

2[P]+3(CaO)+5(FeO)=5[Fe]+(3CaO-P2O5) 放热反应

当反应达到平衡时，其平衡常数表达式为：

Kp=W(4CaO-P2O5)/W2[P]*W5(FeO)*W4(CaO)

或：

Kp=W(3CaO-P2O5)/W2[P]*W5(FeO)*W3(CaO)

在转炉炼钢条件下，脱磷效果可用磷的分配系数 Lp 来表示，Lp 主要取决于熔渣成分和温度。

Lp=W(4CaO-P2O5)/W2[P] 或 Lp=W(P)/W2[P]

磷的分配系数越大，说明炉渣脱磷能力越强，脱磷效果越好。

（1）平衡移动原理，从脱磷反应式中可以看出，提高（FeO）和（CaO）的浓度，降低（4CaO-P2O5）的浓度，可以使反应向正反应方向进行，从而降低终点磷的含量。如果提高碱度，会增加氧化铁的含量，从而使熔渣容易脱磷。

（2）促进脱磷反应的方法：增加（FeO）在熔渣中的含量，可以改善熔渣的流动性和加速石灰的渣化。可通过增加（CaO）的有效浓度来提高碱度，这样有助于脱磷反应的发生。但是并非碱度越高就越好，如果石灰加入过多，会影响渣化和熔渣的流动性，这样反而对脱磷不利。

（3）脱磷反应是强放热反应，因此低温有利于脱磷反应正向进行。炉温过高反应则逆向进行，钢水中的磷不但不降，反而会产生“回磷”现象。石灰渣化与炉温有关，如果炉温过低不利于石灰的渣化，而且会影响熔渣的流动性，也减慢了脱磷反应的速度。生产实践证明脱磷的适宜温度为：1 450~1 550 ℃。

3 天铁热轧转炉炼钢钢水磷高原因分析

一般情况下，钢水“回磷”的发生及回磷程度的大小与下列因素有关：入炉铁水磷含量偏高，前期化渣不良，熔渣流动性不好，炉渣碱度低，去磷效果不好；中期出现“反干”现象，而没有及时采取有效措施进行制止，长时间“反干”造成回磷；后期出现炉渣碱度过低，钢水温度偏高，炉渣过粘降低了渣中 FeO 的活度，炉渣的氧化能力下降，致使终点倒炉磷含量偏高；出钢过程使用脱氧剂不当，生成大量的 SiO2，降低了炉渣碱度；出钢下渣量大导 致回磷。

4 优化炼钢生产实践

针对炼钢入炉铁水成分波动较大、铁温低、废钢加入量偏大的特点，结合自身炼钢工艺特点，根据钢水回磷成因，制定了一系列行之有效的措施来降低钢水中的磷含量，满足实际生产需要。

4.1 吹炼前期

当 Si%<0.030%，铁水温度低时，前期采用低枪位（1.5 m）点火吹炼，使 Si、Mn 迅速氧化升温，开吹40 s 后加入石灰，轻烧白云石，氧化铁皮进行造渣，此时可适当提高抢位（1.7 m），降低吹氧强度，延长硅、锰的氧化期，增加渣中（FeO）的含量，快速形成泡沫渣，使渣的碱度大于 1.5~1.7，减轻前期酸性渣对炉衬的侵蚀和提高前期渣的去磷效果。采用留渣操作对低硅高磷铁水是一种有效的方法，这是由于炉渣本身具有碱性, 它可以避免前期酸性炉渣对炉衬的侵衬作用, 同时可以较早地形成一定量的 TFe和一定碱度的初期渣, 这样可以促进前期低温阶段的脱磷。

当 Si%>0.70%，磷含量也偏高时，采用双渣法吹炼。采用低高低抢位，快速化渣，形成一定碱度的炉渣，达到去磷效果，逐渐降低抢位，防止 TFe 过度聚集，泡沫化严重导致喷溅。待吹炼到 5 min 左右，渣中（FeO）含量降低，碳反应初起时提枪倒渣。

4.2 吹炼中期

随着铁水中硅、锰氧化已基本结束，炉温升高，石灰进一步熔化，碳氧化反应开始。碳氧反应开始后，可小批量加入第二批造渣料石灰。随着温度的提升，碳氧反应加剧，渣中（FeO）含量降低，此时可适当加入烧结矿和氧化铁皮，提高抢位化渣，提高渣中（FeO）的含量，以保证化好渣、熔池活跃，使炉渣具有高碱度，不产生“反干”现象，并在不发生喷溅的前提下，最大程度地产生泡沫渣，达到去磷效果。

4.3 吹炼后期

此阶段碳氧反应速度下降，三相乳化现象减弱，温度升高较快，要控制好终点温度。终点温度不宜过高，过高的炉温会导致脱磷反应逆向进行。然而，适当的温度可以使石灰快速渣化，成渣速率快，增强炉渣流动性，脱磷效果好。

后期枪位要根据实际情况进行调整，若吹炼过程化渣不良，则需要提高枪位化渣，增加渣中（FeO）的含量，使熔渣流动性增大，促进脱磷。但枪位不能过高，时间不能过长，否则会引起喷溅。要密切观察火焰，当火焰收缩频繁，火焰变得短而透明时，降枪拉碳，达到出钢要求后提枪，结束吹炼。若吹炼过程化渣良好，吹炼末期可直接降低枪位拉碳，均匀钢水成分和温度，降低渣中（FeO）含量，使终渣做黏，减少吹损，提高钢水收得率。

4.4 出钢作业

倒炉出钢进行脱氧合金化。脱氧剂和合金料要尽量在出钢至 2/3 前加完，配加碳粒和合金尽量一次到位，防止出钢完毕后补加合金，大气搅动钢水，形成洗渣回磷。出钢口采用双挡渣法出钢，即出钢前用挡渣塞防止前期下渣，在出钢后期采用挡渣标挡渣，可以避免出钢后期下渣回磷现象的产生。在出钢时，向钢包内投入少量小块石灰，可以提高钢包内渣层碱度和稠化炉渣，从而减少钢渣接触发回磷现象。

5 结束语

通过对热轧转炉炼钢脱磷采取一些列措施，脱磷效果明显，有效控制了由于磷高而发生超内控的情况。转炉炼钢脱磷操作重点为：前期早化渣，化好化透渣；中期控制好渣料加入和枪位，调节渣中（FeO）含量，避免“反干”现象，又不出现因 TFe 聚集产生喷溅；后期控制好温度，调好炉渣，保持大渣量、高碱度，减少回磷。同时，维护好出钢口，对挡渣不好的炉次，要及时对出钢口进行维护或调标，精心出钢，避免因出钢过程下渣造成回磷。