浅谈120t转炉高拉碳低磷控制工艺

目的：为了降低生产成本，提高产品质量，提升中高端产品的市场竞争力，使操作人员在实际操作中能有效地做到保碳低磷，特对此工艺进行研究与实践。

关键词：高拉碳 脱磷 质量 效果

1、前言

目前钢材市场不景气，企业要想获得更多利益，就得开发一些具有高附加值的品种钢。永钢冶炼的工业材品种主要有低碳SAE系列、冷镦钢系列、号钢系列，以后还会开发一些高碳钢，链线钢、锚链钢、轴承钢等，所以高拉碳低磷工艺就显得尤为重要。

2、理论分析及研究

高拉碳技术关键在于“保碳脱磷”，在高碳的情况下，钢渣的氧化性较低，脱磷需要的工艺条件不具备，如何保证低温条件下快速化渣、脱磷，这是控制技术的难点。根据冶金热力学理论，转炉冶炼的高拉碳工艺与低磷钢控制工艺存在一定矛盾。脱磷需要钢——渣间具备很强的氧化势，而转炉在中、高碳出钢时，由于碳氧平衡热力学规律的制约，钢水和炉渣的氧化性相对比较低，很难达到生产低磷钢水所需要的钢——渣间磷的分配系数（希望磷的分配系数控制在100以上） 。为此对脱磷反应进行了系统分析。

2.1 脱磷反应热力学分析

磷在钢液中能够无限溶解，而它的氧化物P2O5，在钢中的溶解度很小，因此要去除钢中的磷，首先必须使磷氧化，并使氧化产物能够进入炉渣。其次要把磷的氧化物固定在炉渣中，不让它再分解返回到钢液内。

按分子理论，脱磷反应是在钢————渣界面进行的，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。由此可以看出要提高炉渣的脱磷能力，必须增大LP和降低温度，即适当的低温、高碱度、高（FeO）含量。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 脱磷反应的影响因素

2.2.1 温度的影响

根据脱磷反应式可知：

n（CaO）+2【P】+5（FeO）=（nCaO·P2O5）+5【Fe】 （1） 放热反应

W[P]=W（P2O5）/KP·W5（FeO） ·W5 （CaO）

lgKP=40067/T—15.06 （2）

由上面公式可知：温度升高使K值下降，最终导致钢中[P]增加。利用（2）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，如图1。温度升高，K值显著减小，因此，低温对脱磷有利。

但是，温度对脱磷反应的影响应从两方面来考虑：一方面由于脱磷反应是放热反应，高温不利于脱磷，而且高温促使脱碳速度增加，使渣中（FeO）显著降低，也不利于磷的氧化。但另一方面，熔池温度适当提高，能使石灰熔化速度加快，炉渣粘度降低，既增加了渣中自由氧化钙的数量，又提高了炉渣中各组分的扩散速度，这就能强化钢～渣界面反应，还可加速磷自金属向炉渣的转移，这种影响有时可能超过Kp值降低对脱磷的不利影响。

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。

2.2.2.炉渣影响

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。

从CaO—FeO—SiO，三元相图1600℃等温图中可知，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，或当SiO2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2CaO·SiO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—SiO2三元相图液相区，对成渣有利。

2） 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（1）确定：

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结合生产实际情况，转炉公称容量为120t，铁水的装入量一般为115—118 t，总装入量一般为130——135 t。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0.60%左右，R取3.0，铁水含磷量较低，即[P%]小于0.50%时，按公式（1）计算，石灰加入量为5200—5400kg/炉，而作为助熔剂的铁矿石，其加入量要根据炉内温度和造渣情况而定。

3） 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，可加入适当的冷却剂如铁矿石进行调整。