精品转炉脱磷效果影响因素分析.docx

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精品转炉脱磷效果影响因素分析

转炉脱磷效果及影响因素分析

摘　要：

从氧气顶吹转炉脱磷的热力学分析入手，探讨了冶炼过程中温度、炉渣碱度、（FeO）对磷含量的影响，回磷的原因、影响因素及防止措施等，指出应控制炉渣碱度、终点温度、（FeO）在合理范围内，应重视钢水回磷问题。

关键词：

磷；碱度；温度；回磷

AnalysisofDephosphorizationInfluencingFactorinConvertor

DUShu-bo,TAOChuan-jun,LIUYan-ping,SUNQing,CUIWen-feng

（No.1Steel-makingPlantofJinanIronandSteelGroup,Jinan250101,China）

Abstract：

Theeffectofmeltingtemperature,bascityofslagand（FeO）onphosphoruscontent,reasonofdephosphorization,influencingfactorandpreventmeasuresarediscussedonthebasisofthermodynamicanalyzingofdephosphorizationinBOF.Itisindicatedthattheslagbascity,finishtemperature,FeOshouldbecontrolledinanreasonablerange,andthemoltensteelphosphorusreversionshouldbepaidmoreattentionto.

Keywords：

dephosphorization；bascity；temperature；rephosphoRization

1前言

　　炼钢生产中的脱磷效果,主要是指成品钢中含磷量的高低，而成品钢中含磷量的多少，主要取决于转炉冶炼终点的磷含量和出钢过程的回磷量。

下面从这两个方面入手对转炉脱磷效果进行分析。

2冶炼过程中磷含量的控制

2.1脱磷的基本反应

　　脱磷反应是在钢—渣界面进行的，按炉渣分子理论的观点，由下列反应组成：

　　5（FeO）=5[O]+5[Fe]

　　2[P]+5[O]=（P2O5）

　　（P2O5）+4（CaO）=（4CaO.P2O5）

　　2[P]+5（FeO）+4（CaO）=（4CaO.P2O5）+5[Fe]

　　lgK=lg（a4CaO.P2O5）/{[%P]2.a5FeO.a4CaO}

   =（%Ca4.P2O9）.rCa4.P2O9/{[P]2.f2P[%FeO]5.r5FeO.（%CaO）4.r4CaO}=40067/T-15.06

（1）

　　式中K—脱磷反应的化学平衡常数;

　　T—钢水温度。

　　为了分析方便，以脱磷的分配比:

   LP=（%P2O5）/[%P]2

　　表示炉渣的脱磷能力。

由

（1）式可得：

　　LP=（%P2O5）/[%P]2=K.（FeO）5.（%CaO）4.f2p.r5FeO.r5CaO/rCa4P2O9 

（2）

　　可见，要提高炉渣的脱磷能力，必须增K.（FeO）5.（%CaO）4.f2p和降低rCa4P2O9。

影响这些因素的有关工艺参数的改变，也就改变了钢中磷的分配。

2.2温度的影响

　　利用

（1）式，可以计算出不同温度下脱磷反应的化学平衡常数。

　　假定转炉冶炼终渣的化学成分不变，则可以计算出钢水终点磷含量与温度的对应关系：

温度升高，K值显著减小，因此，低温对脱磷有利。

　　需要指出的是，提高熔池温度，会使磷的分配比降低，对磷从金属向炉渣的转移不利。

但温度升高降低了炉渣的粘度，加速了石灰的熔解，从而有利于磷从金属向炉渣的转移。

   理论研究表明，最有效的脱磷有一个最佳的温度范围（1450～1500℃）。

这就要求冶炼初期，要根据铁水温度采用不同的操作制度。

铁水温度低（1250℃以下），要采用低枪位操作以提高熔池温度，加速石灰的熔解，迅速形成初期渣，充分利用前期炉渣FeO高、炉温低的优势，快速脱磷。

若铁水温度特别高（大于1350℃），冶炼初期要适当采用高枪位操作，并加入部分矿石，抑制炉温的快速升高，同时也有利于石灰的溶解,延长冶炼在低温区（1500℃以下）的运行时间。

　实践证明，尽管冶炼终点温度高，会降低磷在钢—渣中的分配比，但脱磷的关键仍然是冶炼过程渣特别是终渣的控制。

也就是说温度的影响不如（FeO）和（CaO）显著。

2.3炉渣碱度的影响

　　因为CaO是使rP2O5降低的主要因素，增加（CaO）达到饱和含量可以增大aCaO，亦即增加自由CaO（不与酸性氧化物结合）的浓度，会使（P2O5）提高或钢中[P]降低。

但渣中（CaO）过高，将使炉渣变稠，同样不利于脱磷，如图1所示。

图1炉渣碱度对脱磷指数的影响

　　从图1可以看出，当炉渣碱度大于3.0后，脱磷指数随（FeO）增加而增大，随碱度的增加变化不大。

实际操作中经常出现石灰加入很多，终点[P]仍然较高的现象，其原因就是炉渣没有化透或温度太高。

　实践证明，只要炉渣碱度达到3.0左右，炉渣化透并含有适量的（FeO），冶炼一般钢种脱磷是没有问题的。

这也是最经济的操作方法。

　　这就要求冶炼终点[P]偏高时，应视温度和炉渣情况采用不同的处理方法：

（1）温度合适，炉渣较稠，只要采用点吹方式，化透炉渣。

（2）温度较高，炉渣较好，就要采取适当措施降低熔池温度。

　　（3）温度较高，炉渣较稠，要适当补加矿石，既能起到降温效果又能帮助化渣，具有一举两得的功效。

　（4）温度合适，炉渣较好，终点[P]仍然偏高，这种情况一般是碱度不够或渣量不足所致，就要适当补加石灰，点吹化开炉渣。

2.4（FeO）的影响

　　（FeO）对脱磷反应的影响比较复杂，当（FeO）很低时，石灰不能很好熔化，显然不能脱磷。

但若（FeO）过高，将稀释（CaO）的脱磷作用。

（FeO）与碱度对脱磷的综合影响是，碱度在2.5以下，增加碱度（石灰用量）对脱磷的影响大。

碱度在2.5～4.0时，增加（FeO）对脱磷有利。

　　但过高的（FeO）反而使脱磷能力下降。

如图2所示。

图2（FeO）对脱磷率的影响

    图2表明，要达到较高的LP，对于一定的炉渣，（FeO）含量以14%～18%、（%CaO）/（%FeO）比值以2.5～3.0为最好。

3造渣操作

3.1成渣原理

俗话说炼钢先炼渣，所以造渣是转炉炼钢生产中主要的工艺操作之一。

由于顶吹转炉的吹炼时间很短，快速成渣就成为顶吹转炉炼钢的核心问题之一。

炉渣不仅要满足炼钢的要求，而且应该对炉衬的侵蚀最小。

因此，在吹炼过程中炉渣必须遵循“早化、化透、作黏、挂上”八字方针的原则。

在吹炼初期影响石灰溶解的主要原因是，石灰在渣化过程中，其表面会形成质地致密、高熔点的2CaO·SiO，阻碍着石灰进一步渣化。

若渣中有足够的FeO，可使2CaO·SiO解体，其成分点移至液相区，或是当SiO含量超过25％时，石灰溶解有所下降。

为了加速石灰溶解，可以加入能急剧降低2CaOSiO熔点的溶剂如铁矿石、萤石或少量的MgO等。

这几种物质都能够扩大CaO—FeO—SiO三元相图液相区，对成渣有利。

3.2造渣料的确定

石灰的加入量必须根据铁水的成分和重量、炉渣碱度及吹炼的钢种对磷、硫的要求，由下列计算公式确定：

石灰加入量=2.14×[Si%]÷有效CaO%×R×G×1000

（1）

式中2.14—SiO／Si=60／28=2．14；

G—铁水量，t；

有效CaO％——CaO石灰％一R×SiO％；

R—炉渣碱度。

结合转炉厂生产实际情况，转炉公称容量为45t，铁水的装入量一般为35～38t，总装入量一般为50～52t。

如果废钢中的Si含量和铁水的Si含量相同或相近，根据高炉铁水si含量及其变化情况，现一般硅含量为0．65％左右，R取3.0，铁水含磷量较低，即[P％]小于0．30％时，按公式

（1）计算，石灰加入量为2200～2500kg／炉，而作为助熔剂的铁矿石，其加入量要根据内温度和造渣情况而定。

3.3造渣料的加入时机

石灰的加入要选好时机，分批加入，因为渣料的加入量和加入时机对化渣速度有直接的影响。

在正常的情况下，第一批渣料在一开吹时就分批均匀加入。

第二批料的加入时间一般在硅、锰氧化基本结束后，第一批料已基本熔化好，碳焰初起时加入较为合适。

第二批料应分小批量多次加入，这样加入对石灰的熔化比较有利，也有利于碳的均衡氧化。

最后一批料必须在终点拉碳之前加完，否则太迟加入的渣料来不及熔化就要出钢，这样对钢水的质量有一定的影响。

一般来说吹炼终点前3～4min必须加完最后一批渣料，具体要根据炉内情况

确定是否加入。

第二批料加入过早或过晚对冶炼都不利。

加入过早，炉内温度过低，第一批渣料还没有完全化好，又加冷料，渣料就更不易熔化了，有时还会造成石灰结坨，影响炉温的提高。

加入过晚，正值碳的激烈氧化期，（TFe）含量低，当第二批渣料加入后，炉温骤然下降，不仅渣料不容易熔化，而且容易产生金属喷溅。

同时由于炉温的骤然降低，抑制了碳氧反应的进行，当炉温再度提高后，就容易造成大喷溅。

第二批料的加入时间要根据炉渣的熔化情况及炉温的高低而定。

炉渣熔化不好，可适当加入少量的萤石进行调整。

炉温较高时，可加人适当的冷却剂如铁矿石进行调整。

4回磷

　　成品钢中的磷含量一般高于冶炼终点的含磷，这种现象被称为回磷。

其原因：

一是由于合金带入的磷，二是钢水的回磷。

如果终点温度高，出钢过程下渣量多，都会造成回磷量增加，一般回磷量在0.005%～0.02%之间，有时会更高。

4.1产生回磷的原因

　　冶炼终点一般认为脱磷反应已达到平衡，在出钢过程中向钢包内加入脱氧剂，将使钢中的氧以及渣中（FeO）下降，脱氧产物（SiO2）、（Al2O3）等进入炉渣，使炉渣碱度降低，从而打破了脱磷反应的平衡状态，有利于（P2O5）的分解和还原，磷又重新进入钢液。

　　回磷反应与下列各种反应有关：

（1）渣中（FeO）与脱氧剂作用：

　　2（FeO）+[Si]=（SiO2）+2[Fe]

　　（FeO）+[Mn]=（MnO）+[Fe]

（2）炉渣与脱氧产物作用：

　　2（3CaO.P2O5）+3（SiO2）=3（2CaO.SiO2）+2（P2O5）

　　（3）渣中（P2O5）与脱氧剂的作用：

　　（P2O5）+5［Mn］=5（MnO）+2［P］

　　2（P2O5）+5［Si］=5（SiO2）+4［P］

　　3（P2O5）+10［Al］=5（Al2O3）+6［P］

　　（4）渣中（3CaO.P2O5）直接同脱氧剂作用：

　　（3CaO.P2O5）+5[Mn]=2［P］+5（MnO）+3（CaO）

　　2（3CaO.P2O5）+5[Si]=4[P]+5（SiO2）+6（CaO）

　　3（3CaO.P2O5）+10[Al]=5（Al2O3）+6[P]+9（CaO）

　　上述反应的共同结果，导致了钢水回磷的发生。

4.2影响回磷程度的因素

　　通过上面产生回磷原因的分析，可以得出影响回磷的主要因素有：

（1）出钢过程中下渣是磷的主要原因。

下渣量大，回磷就严重，特别是出钢前下渣或出钢口不圆造成出钢过程卷渣更为严重。

因为无论是反应时间还是反应的动力学条件，都较出钢后期下渣更优越。

（2）出钢合金化或增碳操作不合理。

诸如出钢后期补加硅铁、碳化硅、碳粉等。

因为它们比较轻而浮在钢渣上面，直接与钢渣接触，硅铁、碳化硅、碳粉都非常容易与渣中（FeO）反应，造成渣中（FeO）急剧下降，而反应产物又降低了炉渣的碱度，从而大大增加了回磷。

   （3）吹氩时，使用氩气压力过高，造成钢液—钢渣翻腾、卷渣，形成一种“渣洗”现象，也大大增加了回磷程度。

4.3防止回磷的措施

　　要防止钢水回磷，首先要挡好渣，减少出钢过程的下渣量最为关键。

其次是严格出钢合金化操作的标准化和规范化，杜绝出钢后期补加合金（如硅铁、碳化硅、碳粉等）。

再次，万一炉渣过稀或下渣量大应及时向钢包内加石灰粉、精炼渣稠化炉渣，以减弱回磷反应的能力。

5结论

5.1控制炉渣碱度在2.8～3.1范围内，且具有合适的终点温度，冶炼一般钢种是没有问题的。

5.2脱磷反应的关键是过程渣要化透和合适的（FeO）含量，而非片面追求（加大石灰用量）高碱度。

5.3减少出钢过程中或以后浇注过程中的回磷在生产中不容忽视。

参考文献

[1]黄希祜．钢铁冶金原理[M]．北京：

冶金工业出版社，1990

[2]张承斌．炼钢学[M]．北京：

冶金工业出版社，1994．

[3]陈家祥．钢铁冶金学．北京：

冶金工业出版社，1995．