復(fù)吹轉(zhuǎn)爐脫磷工藝的應(yīng)用研究

劉 謙

（山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司特鋼事業(yè)部， 山東 萊蕪 271104）

鋼鐵制品是人類經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和進(jìn)步所必不可少的，且人類社會(huì)對(duì)鋼鐵制品質(zhì)量的要求也越來越高。磷元素是鐵礦石中含量較高的一種元素，但磷元素在鋼鐵制品中的存在將嚴(yán)重影響鋼鐵制品的質(zhì)量，因此在煉鋼過程中需要采用一定的工藝對(duì)其進(jìn)行脫磷處理。復(fù)吹轉(zhuǎn)爐雙渣脫磷工藝作為一種普遍應(yīng)用的脫磷工藝技術(shù)，具有工藝簡(jiǎn)單、成本低廉的特點(diǎn)，但也存在著對(duì)不同鋼水的脫磷效果不一、脫磷穩(wěn)定性差的缺點(diǎn)，給萊鋼的煉鋼過程造成了較大的影響，因此迫切需要針對(duì)萊鋼的鋼水的基本特點(diǎn)，研究適合萊鋼鋼水特性的復(fù)吹轉(zhuǎn)爐雙渣脫磷工藝，提高煉鋼過程中脫磷的效果和脫磷的效率，進(jìn)一步提升鋼鐵制品的產(chǎn)品質(zhì)量，提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

1 煉鋼過程的脫磷機(jī)理研究

在煉鋼過程中的脫磷反應(yīng)實(shí)際上是一種渣金的界面反應(yīng)現(xiàn)象，故脫磷反應(yīng)進(jìn)行的前提是轉(zhuǎn)爐內(nèi)的初渣完全熔化，其脫磷過程的化學(xué)反應(yīng)步驟可表述為：首先在高溫下氧化鐵反應(yīng)生成鐵元素和氧元素，然后磷元素和氧元素在高溫下生成P2O5，最后生成的P2O5和礦物內(nèi)的氧化鈣反應(yīng)實(shí)現(xiàn)對(duì)磷元素的固化脫磷過程。其在整個(gè)過程中的脫磷反應(yīng)的總的化學(xué)公式可表示為[1]：

式中：K為在脫磷過程中的化學(xué)反應(yīng)平衡常數(shù)；T為脫磷時(shí)的溫度；ai為鋼水或者爐渣的成分的活度。

由式（1）分析結(jié)果可知，在煉鋼過程中對(duì)脫磷效果影響最大的因素主要包括脫磷時(shí)的溫度、鋼水的成分已經(jīng)轉(zhuǎn)爐內(nèi)爐渣的成分，在冶煉時(shí)，如果要盡可能的增加脫磷效果則必須加大脫磷過程中的化學(xué)反應(yīng)平衡常數(shù)K，使在鋼水入爐時(shí)的環(huán)境處在一個(gè)富氧、堿性、低溫的環(huán)境中。

2 鋼水內(nèi)的硅元素含量對(duì)脫磷效果的影響

由于硅元素的存在會(huì)對(duì)鋼水內(nèi)磷元素的溶解度及活性產(chǎn)生影響，因此有必要對(duì)鋼水內(nèi)硅元素的含量對(duì)脫磷效果的影響進(jìn)行分析。在鋼水內(nèi)，硅元素呈堿性[2]，因此會(huì)對(duì)轉(zhuǎn)爐內(nèi)的爐渣的堿性和爐渣量產(chǎn)生影響，鋼水內(nèi)硅元素的含量與脫磷率的關(guān)系如圖1所示。

圖1 鋼水中硅元素含量對(duì)脫磷效果的影響

由圖1分析結(jié)果可知，隨著硅元素含量的增加，轉(zhuǎn)爐在終點(diǎn)處的脫磷率首先逐漸降低，當(dāng)硅元素含量為0.44%時(shí)其脫磷率最低，然后脫磷率將隨著硅元素含量的增加而增大。而轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)處的鋼水內(nèi)的磷元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)則是隨著鋼水內(nèi)磷元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而先增大，后減小。經(jīng)分析可知，在脫磷時(shí)，鋼水內(nèi)的硅元素的含量主要會(huì)對(duì)脫磷的速度造成一定的影響，硅元素含量越多其反應(yīng)合成物越容易產(chǎn)生熔渣，而其堿性越大，會(huì)越有利于對(duì)磷元素的分離。由此，在脫磷過程中，應(yīng)將鋼水內(nèi)的硅元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在0.45%～0.6%之間，如此可以最大程度的提升脫磷效果，降低鋼鐵的冶煉成本。

3 鋼水溫度對(duì)于脫磷效果的影響分析

在冶煉時(shí)，鋼水的溫暖主要會(huì)對(duì)轉(zhuǎn)爐在復(fù)吹起始階段的鋼水的成渣效果和難易程度造成影響，進(jìn)而對(duì)脫磷的效果產(chǎn)生影響[3]，鋼水的溫度對(duì)脫磷效果的影響如圖2所示。

圖2 鋼水溫度對(duì)脫磷效果的影響

由圖2分析結(jié)果可知，在冶煉過程中，鋼水的溫度越高，轉(zhuǎn)爐在終點(diǎn)時(shí)鐵水內(nèi)磷元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越小，其脫磷效果則隨著鋼水溫度的增加而逐漸增大，因此在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)適當(dāng)增加鋼水的入爐溫度，以確保能夠取得較好的脫磷效果。

4 鋼水中磷元素的含量對(duì)脫磷效果的影響

在脫磷的過程中，在轉(zhuǎn)爐內(nèi)復(fù)吹冶煉過程中其磷元素主要來自于鋼水，其次主要來自于一些輔料或者催化劑所帶入的[4]，在冶煉過程中磷元素含量與脫磷率的關(guān)系如圖3所示。

圖3 磷元素含量與脫磷率的關(guān)系

由圖3分析結(jié)果可知，隨著鋼水內(nèi)磷元素含量的增加，在冶煉過程中的脫磷率逐漸的降低，當(dāng)將鋼水中的磷元素含量控制在0.12%以下時(shí)，能夠確保其脫磷率達(dá)到97%以上。

5 復(fù)吹轉(zhuǎn)爐脫磷工藝的優(yōu)化

根據(jù)以上理論分析及萊鋼實(shí)際生產(chǎn)情況，在進(jìn)行冶煉過程中將轉(zhuǎn)爐在冶煉終點(diǎn)處的鋼水的溫度設(shè)置在1 593℃到1 658℃之間，將此時(shí)的碳元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)設(shè)定在0.031%～0.049%之間。在冶煉過程中在第一次初渣后，轉(zhuǎn)爐中的硅元素的含量會(huì)顯著的降低，因此終渣的平均堿度將維持在4.9左右，將鋼水中的氧化鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在20.4%，P2O5的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在1.7%能夠顯著的提升轉(zhuǎn)爐在冶煉結(jié)束時(shí)的實(shí)際脫磷率，經(jīng)驗(yàn)證其脫磷率能夠超過97%，極大的提升了鋼制品的產(chǎn)品品質(zhì)。

6 結(jié)論

本文通過對(duì)煉鋼過程中脫磷機(jī)理的研究，根據(jù)萊鋼鋼鐵冶煉時(shí)鋼水內(nèi)的實(shí)際情況，分別對(duì)鋼水中硅元素、磷元素含量對(duì)脫磷效果的影響、溫度對(duì)脫磷效果的影響等進(jìn)行了分析，結(jié)果表明：

1）在脫磷過程中，將鋼水內(nèi)的硅元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在0.45%～0.6%之間，如此可以最大程度的提升脫磷效果，降低鋼鐵的冶煉成本。

2）在冶煉過程中，鋼水的溫度越高，轉(zhuǎn)爐在終點(diǎn)時(shí)鐵水內(nèi)磷元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越小，其脫磷效果則隨著鋼水溫度的增加而逐漸增大。

3）將鋼水中的磷元素含量控制在0.12%以下時(shí)，能夠確保其脫磷率達(dá)到97%以上。