许建
（济南钢铁股份有限公司炼钢厂，山东 济南 250101）
【摘要】针对转炉冶炼低温低硅铁水终点磷含量偏高的现象，从冶炼前期成渣条件、氧枪吹炼枪位等几方面因素对脱磷的影响进行了分析。通过改善化渣条件、采取留渣操作和低温操作等相应措施，有效降低了终点钢水中的磷含量。
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关键词 转炉；低温低硅铁水；脱磷
Technology Practice on Dephosphorization of Low Silicon Hot Metal at Low Temperature in Jinan Iron & Steel Group
XU Jian
(Steelmaking Plant of Jinan Iron and Steel Co., Ltd., Jinan Shandong 250101, China)
【Abstract】Aiming at the phenomenon that high phosphorus content exist at the endpoint of smelting low silicon hot metal at low temperature in converter, we analysis a few factors which influence dephosphorization, such as the condition of early stage of the smelting slag, lance position of oxygen lance blowing gun. By improving the condition of slag and taking slag operation and low temperature operation, we reduced phosphorus content in the end of molten steel effectively.
【Key words】Converter; Low silicon hot metal at low temperature; Dephosphorization
低温低硅铁水的入炉给转炉操作带来了极大的困难，具体表现在炉渣化不透，中期返干严重，终点磷易出格，从而增加了后吹或点吹概率，影响着钢水的质量及转炉的寿命，增加了原料消耗，对降低成本非常不利。低温低硅铁水的冶炼还容易粘氧枪、烟道以及炉口，大大增加了工人的劳动强度，严重时甚至会打乱铸机节奏，造成被迫性停浇，产生生产事故。
为了解决这一生产难题，济钢炼钢厂210炼钢车间根据实际生产条件，通过原因分析、大量实践摸索，指定了一系列工艺优化措施，化渣效果得到改善，有效地解决了脱磷困难及粘枪的问题。
1生产概况
济钢炼钢厂210炼钢车间现有210t顶底复吹转炉一座，今年一季度冶炼了大量低温低硅铁水，温度在1250～1310℃，平均温度1280℃，铁水成分见下表。
2磷高主要原因分析
2.1化渣不良
转炉冶炼过程发生在钢渣间的脱磷反应主要是[1]：
4（CaO）+5(FeO)+2[P]=（4CaO·P2O5）+5[Fe]＋Q（1）
lgK=lg｛a4CaO·P2O5/([%P]2a5FeOa4CaO)｝=40067/T-15.06（2）
从公式（1）可以看出，适当提高炉渣中CaO、FeO含量，能够促进脱磷脱磷反应的进行；从公式（2）可以看出，温度升高，平衡常数降低，不利于脱磷反应的进行。
有利于脱磷的条件为：低温、高碱度、高(FeO)、大渣量、良好的炉渣流动性。脱磷反应是强放热反应，在影响脱磷的诸多因素中，温度表现得尤为明显，控制好温度是脱磷的关键[2]。同时，炉渣良好的流动性对提高渣钢接触面积，促进脱磷具有积极的作用。而脱磷的最佳时期是冶炼前期，而能否尽快形成具有一定流动性和碱度的初期渣尤其关键。
但成渣的条件必须有充分的搅拌、适当高的熔池温度，这是促进脱磷反应的动力学条件。没有足够的温度，渣子不能熔化，即使能够熔化，如果温度不够高，渣子的流动性不好，仍不能完成它应起的作用。
前期适当高温有利于熔渣向石灰内部渗透，使生成的石灰块外壳化合物迅速熔融成渣。低温低硅铁水由于铁水温度低导致转炉冶炼初期温度偏低，不利于初期渣的形成；同时由于冶炼初期降低炉渣熔点的SiO2含量低，不利于形成泡沫化良好炉渣，因此不利于转炉冶炼初期脱磷。一旦前期炉渣化不透，中期则容易引起返干，并且难以调理，大大降低脱磷效率。指望后期大量的脱磷是非常困难的。另外头批渣料加入数量过多，加入时机稍早等原因，也会造成吹炼前期熔池升温速度慢、温度低，致使前期渣料不具备充分熔化的热力学条件。二批料加入过早或过晚，或者因为在吹炼中后期短时间内加入渣料数量过多、批次过勤，都会致使炉渣化不透，流动性较差，不具备充分的脱磷动力学条件。
2.2枪位及氧压控制不当
开吹阶段枪位过高或氧压较低，熔池升温较缓慢，不利于石灰的熔化；若低枪位开吹时间较长而未及时提枪，则硅、锰氧化期更短，渣中（FeO）较低，不利于石灰的熔化，致使脱磷效果差。吹炼中后期，随着熔池温度的逐步升高，若吹炼枪位相对较低，碳氧反应剧烈，渣料加入相对滞后，致使中后期熔池温度过高，形成炉渣“返干”，使炉渣失去脱磷能力。
3工艺优化及改进措施
3.1合理的装入量制度
为了提高低温低硅铁水的物理热和化学热，给快速化渣提供温度条件，需要提高铁水装入量，减少废钢量，降低废钢比。210t炼钢车间把废钢比控制在了6.5%～7.5%。因为铁块相比废钢温降效应要小许多，冶炼低温低硅铁水时，最好配加一定量的铁块。
3.2枪位及造渣制度
整个冶炼过程枪位采用低-高-高-低四段法。开吹枪位设在2000mm左右，吹炼1～2分钟，待熔池温度快速升高到一定程度后，加入占总量40%～60%的渣料，避免一次性加入过多，不然会导致熔池温度过低，化渣及脱磷效果反而会适得其反，这样就能通过加强搅拌及快速提高熔池温度防止渣料结团。为更好的化渣，1～2分钟后，及时把枪位提到2400mm左右，以增加渣中(FeO)，促进石灰进一步溶解，尽快使前期渣活跃起来，开渣后加入第二批渣料，同时缓慢压枪，以尽快形成一定碱度和流动性的炉渣而尽快尽多的去磷。有必要的情况下，可加入第三批渣料，但要渣料执行小批量多批次的加入模式。数据表明，当前期炉渣碱度控制在1.2～1.6时，可避免渣中形成高熔点的2CaO·SiO2，因此脱磷效果较好。中期C-O反应剧烈，渣中（FeO）消耗大，要及时提枪或降低氧压以增加渣中（FeO）。冶炼低硅铁水，应采用“高(FeO)成渣途径”，枪位比冶炼正常铁水要高出100～200mm，一般控制在2000～2200mm，以提高渣中（FeO）量，保证全程化渣。当炉渣化透后，要控制好降枪速度，不能降的过早、过急。如果渣中（FeO）含量未积累到一定程度时降枪，渣中（FeO）就会被碳氧反应很快消耗掉，继续返干；如果积累到一定数量后降枪过急，激烈的碳氧反应会瞬时产生大量的CO气体，引起喷溅，大量高FeO含量的炉渣会喷出，使炉内又重新返干，对脱磷不利。
另外，炉渣中加入6%左右的MgO对石灰溶解有利，因为CaO-MgO-SiO2系化合物的熔点都比2CaO·SiO2低[3]。但加入白云石的量不要过高，当渣中MgO超过10%时，后期MgO会过饱和析出成为弥散的固体质点，增加炉渣粘度而影响化渣及去磷。
3.3使用活性石灰
如果入炉石灰质量较差，有效CaO低，杂志多，若加入量少则炉渣碱度达不到要求；反之，低温低硅铁水条件下，则石灰更加难以熔化，碱度和流动性均不到脱磷的要求。而活性石灰有效CaO含量高，SiO2含量低，硫、磷含量少，生烧和过烧率低，气孔率高，块度合适，加入炉内能快速熔化，成渣速度快，因此能大大改善冶炼低温低硅铁水的冶金效果。
另外，前期尽量不要使用比如石灰石、生白云石等造渣料替代部分石灰和轻烧白云石。石灰石和生白云石加入炉内会进行分解反应，吸收大量的热量，降低熔池温度，由于多了一步分解反应，因而成渣速度较石灰和轻烧白云石要慢。
3.4加入提温剂及化渣剂，例如硅铁及锰铁
铁水温度和硅低时，由于热量不足，可以加入适量硅铁来增加铁水热量，铁水锰低时，可以往铁水中补加锰铁以增加渣中MnO，渣中MnO对石灰溶解速度的影响仅次于FeO。通过大量实践发现，当铁水中Mn含量在0.50%～0.60%时，初期渣形成快，中期返干现象减轻，脱磷效果较好。
3.5留渣操作
转炉留渣操作是将上一炉的终渣全部或一部分留给下炉使用。由于炉渣碱度高、温度高，并且有一定的(FeO)和(MnO)含量，且是现成的熔体,渣层比较活跃，炉渣流动性好，且本身还具有大量的物理热，因而在前期温度较低的情况下，对下一炉初期渣的形成十分有利，可以有效的去除磷、硫。但留渣操作在兑铁过程中易产生喷溅，危及人身及设备安全，而且打火困难，易引起LT泄爆。可以通过以下措施解决：
（1）对于是否具备留渣的条件要做好确认，留渣量不宜过大，以防打火困难和喷溅。济钢210t转炉大量实践发现留渣量控制在3～7t效果较好。另外，连续留渣次数宜过多，一般不要超过3炉。
（2）对于（FeO）含量较高的炉渣，应延长溅渣时间，必要时往留渣炉内加入500～1000kg的石灰以稀释渣中（FeO），稠化炉渣。同时，兑铁时动作要采取缓慢细流原则。兑铁完毕，要前后晃炉。
（3）开吹枪位设在2000mm且开大氧流量，待打着火后再把枪位缓到2400mm，一分钟半以后加入头批料。若没有打着火，应使氧枪在1700～2100mm之间来回穿枪，1分钟后打不着火应立即提枪前后晃炉，待氧含量降到一定程度后再次下枪吹炼，由于此时渣中积累了大量（FeO）,打着火后要及时降枪，防止大喷。
表2分别为20炉条件基本相同，留渣与不留渣炉次终点平均脱磷情况对比。
从表2可以看出，留渣操作即使在终点温度偏高的条件下，脱磷效果也是比单渣操作效果显著较多。
3.6低温操作
脱磷反应是放热反应，高温会产生回磷，对脱磷不利。冶炼低温低硅铁水时，在无法保证炉渣的渣量及良好的流动性的情况下，根据脱磷条件，可以采取低温操作。大量实践数据证明，低温对脱磷的效果相当明显。实践证明副枪TSC温度控制在1560～1575℃，碳控制在0.30～0.45%，TSO温度控制在1620～1550℃，碳控制在0.05～0.08%时效果较佳。表3是几组副枪数据。
由此可见，利用低温操作对转炉脱磷是十分有利的，在满足出钢条件及后续工序要求的条件下，出钢温度越低越好。
4实践效果
210炼钢车间经过采取以上一系列优化措施后，取得了不错的效果。氧枪、烟道及炉口粘枪现象大大降低，减轻了工人的劳动强度；脱磷效果明显改善，终点平均磷由工艺优化前的0.0213%提高到优化后的0.0154％。合格率由75.4%提高到93.3%。
5结语
低温低硅铁水的冶炼，要想有效的脱除铁水中的磷元素，操作上必须做到：在吹炼前期要尽快形成一定碱度、一定流动性与FeO的前期渣，吹炼中期要控制好枪位与温度，避免炉渣返干，做到吹炼中、后期有效地脱磷。
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参考文献
［１］杨吉春,罗国萍,董方.钢铁冶金600问[M].北京:化学工业出版社,2007.
［２］黄希祜.钢铁冶金原理[M]．北京:冶金工业出版社,1990.
［３］张芳.转炉炼钢[M].北京:化学工业出版社,2008.
［责任编辑：汤静］