轉(zhuǎn)爐脫磷工藝中單渣法的研究進(jìn)展

崔 璇，周朝剛，回 屹，陳慶功，趙定國

（華北理工大學(xué)冶金與能源學(xué)院，河北 唐山 063210）

單渣法（如圖1所示）作為鋼鐵行業(yè)轉(zhuǎn)爐脫磷最為常見的工藝，盡管脫磷效果與雙聯(lián)法、雙渣法相比較差，但因其冶煉周期短、投入成本低等特點(diǎn)，被各大鋼鐵廠廣為使用[1]。

圖1 單渣法工藝流程演示圖

留渣工藝可以實(shí)現(xiàn)低成本、高效率，并且可以減少石灰的用量，達(dá)到較好的脫磷效果，單渣工藝與留渣工藝相配合往往效果更佳[2]。朱祥亮[3]對65t轉(zhuǎn)爐氣化脫磷試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，通過控制底吹氣體的流量350Nm3/h、設(shè)焦粉為氣化脫磷劑，以1.1倍碳當(dāng)量分批加入，配合留渣操作，可提升氣化脫磷率至37.0%~42.3%。

1 溫度條件

溫度對轉(zhuǎn)爐脫磷的重要影響因素，溫度過低，爐渣不易熔化，流動(dòng)性差，而溫度過高則會(huì)影響脫磷效果[4]。

控制單渣-留渣工藝溫度的關(guān)鍵歸結(jié)于關(guān)鍵在于留渣量及渣中FeO含量。在返干期分批加入冷料，可提高FeO含量，利于熔池溫度提升。廣為認(rèn)可的最適脫磷的轉(zhuǎn)爐前期溫度為1300℃~1400℃[5]。葛允宗等[6]使用SPHD工藝，在硅氧化期后加入燒結(jié)礦，以防止前期爐溫過高。發(fā)現(xiàn)，李正嵩等[7]在水鋼100t轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)實(shí)踐中，為使轉(zhuǎn)爐溫度達(dá)到最適脫磷溫度，控制溫度至1400℃后，采取每20s加200kg含F(xiàn)eO冷卻劑的方式，有效保證脫磷率及爐渣中FeO含量。

王彥林等[8]在武鋼工藝實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，控制終點(diǎn)溫度1600℃~1640℃，可在滿足LF爐生產(chǎn)要求同時(shí)降低脫磷率。楊曉江等[9]對150t頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐進(jìn)行單渣法脫磷發(fā)現(xiàn)，如圖2所示，控制終點(diǎn)溫度1620℃~1640℃，可使終點(diǎn)P含量不超過0.010%，1630℃時(shí)，脫磷率高達(dá)93.65%，證明前述觀點(diǎn)。

圖2 終點(diǎn)磷含量與終點(diǎn)溫度關(guān)系

2 堿性條件

除溫度條件外，爐渣堿度對脫磷率也有極大調(diào)節(jié)作用。Chen等[10]研究了爐渣堿度對含磷釩爐渣中脫磷的影響，發(fā)現(xiàn)渣堿度為1.93時(shí)可獲得最高的脫磷率。天鋼[11]在生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，通過如表1所示參數(shù)控制堿度、爐渣循環(huán)次數(shù)、槍位等，可在節(jié)省鋼鐵料以及輔料消耗的前提下將脫磷效率提升3%。

表1 單渣脫磷時(shí)參數(shù)與工藝的控制

王彥林等[8]建議，若使用鐵礦石替代CaCO3等助熔劑, 前期應(yīng)控制堿度2.5~3.5，以減弱返干提高脫磷率。葛允宗等[6]在寧鋼復(fù)吹轉(zhuǎn)爐工藝實(shí)踐中，在吹煉終點(diǎn)前3min分批次加入燒結(jié)礦，控制堿度3.2~3.6，得到較好脫磷率。楊曉江等[9]建議控制FeO（如圖3所示），在防止FeO含量過高稀釋堿度的前提下，控制堿度不超過3.7，獲得較高脫磷率。

圖3 終點(diǎn)磷含量與爐渣堿度關(guān)系

3 FeO含量

FeO直接影響爐渣的氧化性，F(xiàn)eO含量低，不利于造渣料的熔化；而FeO含量過高，CaO的濃度下降，將導(dǎo)致堿度下降，影響脫磷率。找到合適的FeO配比則尤為重要[12]。

周清[13]結(jié)合熱軋轉(zhuǎn)爐煉鋼的生產(chǎn)實(shí)際工藝以及轉(zhuǎn)爐鋼水脫磷的機(jī)理，通過改變?nèi)墼蠪eO的含量，優(yōu)化了轉(zhuǎn)爐吹煉制度，得到“前期早化渣，化好化透渣”的脫磷操作重點(diǎn)；中期通過控制渣料入口及槍位，調(diào)節(jié)渣中FeO含量，避免“返干”現(xiàn)象，使得不易發(fā)生噴濺；后期對溫度、渣量、堿度等提出建議，在理論上有效減少回磷，提高脫磷效率。姚俊等[14]通過控制轉(zhuǎn)爐冶煉后期時(shí)的槍位及供氣量，實(shí)現(xiàn)了對FeO含量的控制，得到了較好的渣系固磷相比例，極大降低能耗，提升了產(chǎn)品質(zhì)量。研究發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)爐中固磷相C2S-C3P的含量與FeO的含量成反比，通過新工藝，降低FeO含量，可將渣中固磷相所占比例提升約0.7%，有效提高固磷效果，大幅提高脫磷率。翟勇強(qiáng)等[15]利用終渣FeO含量高的特點(diǎn)，通過單渣留渣工藝，快速將下一爐CaO-TiO2-SiO2渣系轉(zhuǎn)變?yōu)镃aO-TiO2-SiO2-FeO四元渣系，使得轉(zhuǎn)爐脫磷率達(dá)到88%~92%，大大提高脫磷效率。當(dāng)終點(diǎn)爐渣中的FeO含量為14.62%~26.55%時(shí)，終點(diǎn)鋼液磷含量隨終點(diǎn)爐渣中FeO含量增大而顯著降低。楊曉江等[9]發(fā)現(xiàn)了如圖4所示的終渣FeO含量對脫磷率關(guān)系，再次為工業(yè)提出指導(dǎo)。

圖4 終點(diǎn)磷含量與終渣FeO含量關(guān)系

關(guān)于其他鐵的氧化物的研究，Yang等[16]研究了Fe2O3加入量對1623K、低堿度、生石灰二氧化硅占比約1.5的爐渣脫磷效果的影響，發(fā)現(xiàn)隨Fe2O3的加入，脫磷率升高。同時(shí)，當(dāng)界面處的氧勢以及氧活度分別大于0.72×10-12和7.1×10-3時(shí)，脫磷率迅速提升。當(dāng)Fe2O3加入量增至30g時(shí)，脫磷率最高，達(dá)約83.3%。

4 總結(jié)

磷含量是影響鋼材性能的一個(gè)重要因素，通過分析溫度、堿度和FeO含量對轉(zhuǎn)爐脫磷的影響因素及脫磷效果。未來，單渣法脫磷的重點(diǎn)在于前期快速成渣，中期減弱熔渣返干，后期避免氧化性熔渣富集；熔渣中溫度、堿度、FeO的含量對脫磷有重要影響，合理控制溫度，提高堿度，適當(dāng)提高鋼渣中氧化物的含量，可以獲得良好的脫磷率。