第４期总第２１２期 ２ ０ １ ４年８月 冶金丛刊 Ｓｕｍ．２１２ Ｎｏ．４ Ａｕｇｕｓｔ ２ ０ １ ４ ＭＥＴＡＬＬＵＲＧＩＣＡＬ ＣＯＬＬＥＣＴＩＯＮＳ 中高磷铁水双联炼钢在菜钢１ ２０ｔ转炉的实践研究 王忠刚 刘忠建段朋朋 （莱芜钢铁集团银山型钢有限公司炼钢厂，山东莱芜２７１ １２６） 摘要分析了转炉脱磷工艺原理，研究了复吹转炉双渣法冶炼中高磷铁水的工艺方案，并进行了工业现场试验。 试验结果表明，半钢终点温度控制在１ ３４０—１ ４００℃，终点碳控制在３．０％以上，解决了半钢配加硅铁等发热元素 的问题，优化了中高磷铁水双联冶炼方案。 关键词中高磷铁水；脱磷；脱碳 文章编号：１６７１—３８１８（２０１４）０４—０００１—０３ 中图分类号：ＴＦＩ １１．１４ ４；ＴＦ１１１．１６文献标识码：Ａ ＰＲＡＣＴＩＣＥ ＲＥＳＥＡＲＣＨ ｏＦ ＤＵＡＬ ＳＴＥＥＬＭＡＫＩＮＧ ＷＩＴＨ ＭＩＤＤＬＥ＆ ＨＩＧＨ ＰＨｏＳＰＨｏＲＵＳ ＬＩＱＵＩＤ ＩＲｏＮ ＩＮ ＴＨＥ １２０ Ｔ ＣｏＮＶＥＲＴＥＲ ＩＮ ＬＡＩＷＵ ＳＴＥＥＬ Ｗａｎｇ Ｚｈｏｎｇｇａｎｇ Ｌｉｕ Ｚｈｏｎｇｊｉａｎ Ｄｕａｎ Ｐｅｎｇｐｅｎｇ （Ｓｔｅｅｌｍａｋｉｎｇ Ｐｌａｎｔ ｏｆ Ｌａｉｗｕ Ｓｔｅｅｌ Ｇｒｏｕｐ Ｙｉｎｓｈａｎ Ｓｅｃｔｉｏｎ Ｓｔｅｅｌ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｌａｉｗｕ ２７１ １２６，Ｓｈａｎｄｏｎｇ） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ａｎａｌｙｚｅｓ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ ｄｅｐｈｏｓｐｈｏｒｉｚａｔｉｏｎ，ｓｔｕｄｉｅｓ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｓｃｈｅｍｅ ｏｆ ｄｕａｌ—ｓｌａｇ ｓｍｅｌｔｉｎｇ ｗｉｔｈ ｍｉｄｄｌｅ＆ｈｉｇｈ ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ ｌｉｑｕｉｄ ｉｒｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｃｏｍｂｉｎｅｄ—ｂｌｏｗｉｎｇ ＣＯＩｌ－ ｖｅｒｔｅｒ，ａｎｄ ｈａｓ ｍａｄｅ ｉｎｄｕｓｔｉａｌ ｆｒｉｅｌｄ ｔｅｓｔｓ．Ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｒｅｓｕｌｔｓ ｈａｖｅ ｓｈｏｗｎ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｅｍｉ ｓｔｅｅｌ ｅｎｄ ｔｅｍｐｅｒａ－ ｔｕｒｅ ｃａｎ ｂｅ ＣＯｎｔｒｏｌｌｅｄ ｂｅｔｗｅｅｎ １ ３４０ ａｎｄ １ ４００℃．ｅｎｄｐｏｉｎｔ ｃａｒｂｏｎ ｃｏｎｔｅｎｔ ｃａｎ ｂｅ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ａｂｏｖｅ ３．Ｏ％，ａｎｄ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｏｆ ａｄｄｉｎｇ ｓｕｃｈ ｈｅａｔｉｎｇ ｅｌｅｍｅｎｔｓ ａｓ ｓｉｌｉｃｏｎ ｉｒｏｎ ｔｏ ｓｅｍｉ ｓｔｅｅｌ ｉｓ ｓｏｌｖｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｄｕａｌ ｓｍｅｌｔｉｎｇ ｓｃｈｅｍｅ ｆｏｒ ｍｉｄｄｌｅ＆ｈｉｇｈ ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ ｌｉｑｕｉｄ ｉｒｏｎ ｉｓ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ Ｍｉｄｄｌｅ＆ｈｉｇｈ ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ ｌｉｑｕｉｄ ｉｒｏｎ；Ｄｅｐｈ０ｓｐｈ０ｒｉｚａｔｉｏｎ；Ｄｅｃａｒｂｕｒｉｚａｔｉｏｎ 刖 旨 炼钢厂２０１３年１０月起在莱钢银山炼钢厂１２０ｔ顶 底复吹转炉上进行中高磷铁水转炉双联炼钢研究， 开发出了“低碱度”转炉双联炼钢方案。 近年来，随着钢铁行业的飞速发展，世界范围内 低磷铁矿石的濒临枯竭，高磷铁矿的开采和冶炼逐 步被提上日程，高炉使用高磷矿石造成铁水磷含量 １ 转炉去磷基本原理 １．１去磷反应及热力学分析 Ｈｅａｌｙ Ｇ Ｗ研究了炼钢炉渣成分变化对炉渣脱 偏高，传统的转炉冶炼方式不能满足生产需要，易造 成部分钢水磷高，给钢水质量和成本带来严重的影 响。由于莱钢高炉铁矿石资源的多元化，个别时期 铁水磷含量存在较高的情况，而莱钢银山炼钢厂无 磷能力的影响，对于炼钢过程，脱磷反应可以写为： ２［Ｐ］＋５（ＦｅＯ）＋４（ＣａＯ）＝Ｃａ４Ｐ２Ｏ９ 为： （１） 铁水预脱磷设备，为解决高磷铁水冶炼低磷钢的难 题，适应钢铁业“低成本、高洁净钢”发展方向，莱钢 炉渣成分变化对渣一钢间磷分配系数的影响 １ｇ（％Ｐ）／［％Ｐ］＝２２３５０／Ｔ一１６．０＋０．０８×（％ 作者简介：王忠刚（１９７１一），男，高级工程师，大学，１９９９年毕业于华东冶金学院 冶金丛刊 总第２１２期 ＣａＯ）＋２．５×ｌｇ（％ＦｅＯ） （２） 由反应式可知，温度越低、ａ（％ＦｅＯ）和ａ（％ ＣａＯ）越高，则磷分配比越大，熔池磷含量越低。在 转炉吹炼期间熔池温度越低去磷条件越好。 １．２去磷反应的动力学分析 转炉冶炼过程脱磷反应是在渣钢界面上进行， 脱磷速率主要受渣钢两侧的传质速率控制。由于磷 的氧化速度系数Ｋ远远大于钢液中［Ｐ］的传质系数 Ｋｌ，和渣相中（Ｐ Ｏ ）的传质系数Ｋ２，即钢液中磷的 扩散和熔渣中（Ｐ Ｏ ）的扩散是限制环节。因此，创 造良好的渣钢接触条件，对提高脱磷速率是十分必 要的；同时，炉渣良好的流动性对提高渣钢接触面 积，促进脱磷反应进行有积极作用，充分的搅拌、适 当的熔池温度能推动钢渣接触，是促进脱磷反应的 动力学条件。 ２莱钢双联炼钢工艺方案 参照国内外一些厂家的经验，莱钢银山型钢炼 钢厂双联工艺采用转炉同跨双联布置，即脱磷、脱碳 炉布置在同跨，在脱磷炉前平台开孔。脱磷炉出的 脱磷铁水，从孔中吊起兑入脱碳转炉冶炼。双联冶 炼工艺流程：铁水勾兑后，将铁水及废钢加入到脱磷 炉，氧枪吹炼脱磷至终点后，往钢包出半钢后，测温、 取样后兑入脱碳炉，吹炼脱碳，结束后出钢进入下一 道工序。 ３转炉双联工业实验 ２０１３年１０月至１１月份莱钢银山炼钢厂共组 织了３３炉中高磷铁水转炉双联模式生产试验，铁水 条件如（表１）所示，脱磷炉和脱碳炉终点磷控制效 果如（图１）、（图２）所示。 表１铁水预脱硫后成分 ８０ ７０ 茎 ６０ 害 ５０ ６ ４０ 器 ３Ｏ ｜；｝Ｌ ２Ｏ ｌ０ Ｏ 图１实验半钢终点磷分布图 实验炉次 图２实验成品磷分布图 ４实验效果分析 从脱磷炉磷含量控制来看，脱磷炉终点磷最低 ０．０２６％，最高０．０７５％，平均０．０４８％，控制正常，最 后两炉试验效果较好，脱磷炉终点磷一炉０．０２６％， 一炉０．０２８％；从脱碳炉磷含量控制来看，转炉终点 磷最低０．００４％，最高０．０２５％，平均０．０１３％。 ４．１脱磷炉冶炼工艺 【＿００．ｏ／誉暴井 ４．１．１半钢温度对磷的影响 从图３可以看出，半钢温度控制在１ ３００～ １ ４５０ 范围内，１ ３４０～１ ４００℃范围内相对来说利 于去磷。脱磷是强放热反应，降低反应温度利于脱 磷，但过低的温度不利于石灰的熔化，因此冶炼半钢 温度目标控制在１ ３４０～１ ４００ ｃｃ。 图３半钢温度对半钢磷的影响 ４．１．２炉渣ＦｅＯ对脱磷率的影响 由图４可知脱磷炉脱磷率随渣中（ＦｅＯ）含量增 加而提高，相关文献记载当渣中（ＦｅＯ）超过３０％ 时，增加渣中（ＦｅＯ），渣中（Ｐ Ｏ ）变化不明显。根据 １２０ｔ转炉统计渣样数据及终点化渣脱Ｐ情况，确定 渣中（ＦｅＯ）含量为１５％～２５％最佳。 炉渣ＴＦｅ含量 图４脱磷炉终渣ＴＦｅ含量与脱磷率的关系图 第４期 王忠刚等：中高磷铁水双联炼钢在莱钢１２０ｔ转炉的实践研究 ４．１．３脱磷炉供氧模式及造渣制度 ４．２脱碳炉冶炼工艺 为了取得较快的化渣效果，采用低一高一高枪 位控制，过程氧压控制偏大不利于化渣脱磷，过程氧 压控制在０．７０—０．７５ＭＰａ，后期视化渣情况适当调 枪，终点不压枪。底吹模式采用强搅模式，全程吹人 氮气。加料制度采取头批料加入全部石灰、烧结矿 由于半钢中Ｓｉ，Ｐ含量极低，因此脱碳炉冶炼的 任务主要是脱碳、升温，造渣的目的主要是在熔池表 面形成一层能覆盖熔池炉渣层，同时含有一定量的 （ＭｇＯ）以保护炉衬。由于钢水中Ｓｉ含量极低，炉渣 中的Ｓｉ０ 主要来自投入的散装料和随半钢入炉的 炉渣，给石灰熔化带来了困难。为此，采用铁矿石和 铁矾土进行调渣。头批料加入铁钒土３００ ｋｇ、碳镁 １／２，铁钒土５００ ｋｇ，点火１分钟开始加入。其余烧 结矿（球团矿）小批量分批次加入，终点提枪３０秒 前全部加完。 ４．１．３炉渣碱度的控制 炉渣碱度高，渣中（ＣａＯ）增加，利于脱磷。增加 渣中ＣａＯ可提高磷在渣铁间的分配比。在转炉脱Ｐ 段吹炼过程中，为保证终点较高［Ｃ］，温度≤１ ４００ ℃，液态渣的碱度不易过高。 般高碱度、高氧化铁的炉渣能使磷呈现强烈 的氧化趋（Ｐ２０５），并与（ＣａＯ）结合成稳定的磷酸 钙。因此增加渣中ＣａＯ可以提高磷在渣铁间的分 配比。但在转炉脱磷段吹炼过程中，为了保证终点 有较高的［Ｃ］，温度一定不能超过１ ４００℃，而在这 样的温度下，液态渣的碱度不可能高。同时，片面追 求高碱度，则渣中固相比例上升，熔渣流动性变差， 反而影响了脱磷的效果，所以对于脱磷过程的炉渣 碱度要合理控制。由炉渣碱度与脱磷率的关系图 （图５）可知，脱磷炉终渣碱度控制在２．０的目标较 为合适。 一球全部，后加石灰１ｔ；其余石灰后期分ｄ，￣ｔｔ量加入。 为防止过程严重返干现象采用高枪位低氧压操作， 即开吹正常枪位，２分钟后过程枪位２ １００ ｍｍ，高枪 位２ ５００ ｍｍ，终点压枪保证６０秒，过程氧压控制在 ０．７５—０．８０ＭＰａ。莱钢１２０吨脱碳炉终点炉渣成分 如表２所示。 表２脱碳炉终点渣样成分表 炉渣 含量 ＳｉＯ２ １６．８９ ＣａＯ ４７．４７ ＭｇＯ ９．７９ ＴＦｅ １６．９８ Ｒ ２．５５ ＡＩ２Ｏ３ １．７５ ５ 结 论 １）莱钢炼钢厂通过转炉双联炼钢工业实验分 析，总结出了冶炼高磷铁水脱磷炉和脱碳炉的操作 方法，终点磷可稳定控制在０．０１５％以下，解决了中 高磷铁水冶炼低磷钢的问题，为建立高效低成本洁 净钢技术平台打下了坚实基础。 ２）为保证去磷效果半钢终点温度控制在１ ３４０ ～１ ４００℃，终点碳控制在３．０％以上。 ３）脱碳炉过程易返干，粘枪问题较突出，应在 脱碳期合理控制枪位。 炉渣碱度 图５炉渣碱度与脱磷率的关系 参考文献 ［１］ 刘皓铭．京唐公司转炉双联冶炼工艺及技术指标［Ｊ］．河北大学联合学报． ［２］ 刁 江．中高磷铁水转炉双联脱磷的应用基础研究［Ｊ］．重庆：重庆大学，２０１０