1024 高磷铁水的复吹转炉高效脱磷与高拉碳工艺研究与实践

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1、2016 年（ 第十九届 ） 全国炼钢学术会议论文集高磷铁水 的 复吹 转炉 高效 脱磷 与高拉碳工艺 研究与实践 王杰， 曾加庆 ， 杨利彬， 林腾昌 ，汪成义 （钢铁研究总院 工艺研究所 ，北京， 10081） 摘要： 从理论和技术的角度分析了转炉高拉碳 操作与铁水磷的高效脱除。提出 “双渣法 ”在转炉冶炼前期高效脱磷，脱磷渣排出，冶炼后期少渣高拉碳操作的操作工艺。在渣料消耗 与 渣量 降低 20%的前提下， 120t复吹转炉的 工艺试验实现脱磷率 94.72%，终点出钢碳 0.232%。 关键字： 脱磷，高拉碳，转炉； Research and Practice of BOF Effic

2、ient Dephosphorization and Catch Carbon Process of High Phosphorus Hot Metal WANG Jie, ZENG Jia-qing, YANG Li-bin， LIN Teng-chang, WANG Cheng-yi （ Central Iron and Steel Research Institute,Metallurgical Technology Institute,Beijing,10081） Abstract: Analysis on efficient dephosphorization and catch c

3、arbon process was made, from the point of theory and technology. View of which makes the efficient dephosphorization and catch carbon process in a single converter available was proposed, followed as efficient dephosphorization during the dephosphorization stage, pour-out of dephosphorization slag,

4、less slag and catch carbon process of decarbonization stage. Trail experiments were made on 120t converter, dephosphorization rate of 94.72% and end point carbon of 0.232% were got, under the background of the slag amount and slag material assumption reduced by 20%. Key words: dephosphorization, cat

5、ch carbon, converter. 转炉冶炼的主要任务为脱磷与脱碳升温。其中， 脱磷是在转炉炼钢过程中必须解决的主要问题之一 ，可以说 转炉 新工艺技术开发 多 围绕转炉高效脱磷这个核心问题而展开 1； 针对钢种含碳量不同，转炉终点控制有增碳法 （低碳出钢） 和高拉补吹 （高碳出钢） 两种方法 2。 高碳出钢和低碳出钢相比 具有 耗氧量少 、 金属收得率高 、 渣中 FeO含量低 、 对炉衬的侵蚀小 、 钢中氧含量低 、 合金消耗少 、 原始夹杂物较少 、 钢中氮氢等气体含量低 等优势 3。 鉴于高碳出钢的一系列优点， 尤其是在提高钢水纯净度，提高产品质量上的好处，某厂在 120 t

6、转炉上开展了针对 GCr15钢冶炼的高拉碳法冶炼工艺的生产研究。 1 转炉脱碳理论分析 % / % COO m P C （ 1） 2016 年（ 第十九届 ） 全国炼钢学术会议论文集0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.300.050.100.150.200.250.3044321321% O=0.00317/% C+0.0063% O=0.0042/% C+0.0025% O=0.0025/% CO /%C /%图 1 转炉熔池 碳 -氧关系 Fig.1 Relationship of converter C and O 采用经典碳氧积公式（ 1） 4,5，分析转炉熔池碳 -

7、氧关系。图 1给出不同条件下的计算碳 -氧关系分析结果，其中，曲线 1为 1600 、 Pco=1atm、 m=0.0025时反应平衡的碳 -氧积曲线，曲线 2、曲线 3为不同容量的炼钢炉中采用不同方法得到的实际经验碳 -氧积曲线。可以看出：转炉终点出钢碳的提高有利于液态金属中溶解氧含量的降低；炼钢过程中，液态金属中的溶解氧高于理论平衡值，属于过饱和状态。 % ( % )F e O F e O F e O F e OO L F e O f L （ 2） lo g 6 3 2 0 / 0 .7 3 4F eOLT （ 3） 采用公式（ 2）与公式（ 3） 4来说明炼钢过程液态金属与炉渣相平衡时

8、%O与（ FeO）关系，以 1600为例， %O=0.0023（ FeO），可以发现：液态金属 %O随炉渣氧化性（ FeO）的增强成线性增长关系。结合图 2可以得出：高拉碳操作可以控制转炉炉渣相对低的氧化性与 金属 熔池 相对低的溶解氧含量。 转炉 脱磷需要 渣 -钢 间具备很强的氧化势，转炉在中高碳出钢时，受碳 -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 )。从冶金热力学角度，转炉采用传统 “单渣法 ”工艺冶炼低磷钢水并采用高碳出钢方式，存在不可调和的矛盾 6，主要存在两个难题：一是脱

9、磷，二是出钢温度 7。 2 转炉脱磷理论分析 在炼钢过程中，有 2个脱磷时机可供选择：一是温度较低的冶炼前期，一是传统转炉炼钢过程的冶炼后期 1。 自 2001年 OGAWA首次介绍了 新日铁开发的 MURC工艺 8至今， 国内外对该工艺展开了广泛的研究 9-13。采用经典 Healy公式（ 4） 14、 STB复吹转炉脱磷经验公式 （ 5） 6和 MURC试验脱磷经验公式（ 6） 8， 分析转炉熔池条件对脱磷的影响因素。 l o g ( % P) / % P = 2 2 3 5 0 / T - 1 6 . 0 + 2 . 5 l o g ( % T . F e ) + 0 . 0 8 ( %

10、 Ca O ) （ 4） l o g ( % P) / % P = 1 2 2 1 0 /T - 9 . 3 3 2 + 0 . 7 4 5 l o g ( % T . F e ) + 2 . 3 5 8 l o g ( % Ca O ) （ 5） l o g % / % 2 . 5 l o g % 0 . 0 7 1 5 ( % ) 0 . 2 5 ( % ) 7 7 1 0 . 2 / 8 . 5 5( 1 0 5 . 1 / 0 . 0 7 2 3 ) %P P T F e C a O M g O TTC （ 6） 根据上述反应式，计算出不同工况参数组合条件下渣 -钢间磷的分配系数。图

11、2 给出转炉冶炼前期 （ A）2016 年（ 第十九届 ） 全国炼钢学术会议论文集与转炉冶炼后期 （ B） 工况下熔池磷分配系数对比。 1300 1350 1400 145005001000150020001550 1600 1650 1700BA公式4公式5公式6公式4公式5公式6T . F e =1 2 %C a O =3 5 % p/(% p)温度 / T . F e =1 8 %C a O =4 5 %图 2 温度对磷分配系数的影响 曲线 Fig.2 Influence line of Lp made by conwerter temperature 不管是以体系达到化学平衡条件下的公

12、式（ 4），还是考虑到转炉冶炼实际状况的公式（ 5）与公式（ 6），均可得出：在复吹转炉吹炼前期，相对低的温度、炉渣碱度和氧化性条件下可以获得良好的脱磷热力学效果。 脱磷是 渣 -钢 界面反应，首先要 在 转炉内迅速造成 w（ FeO） /w（ CaO）合适的炉渣，其次要使熔池具有较大的搅拌强度 4，高底吹强度是提高脱磷效率的有效途径 15。 经过理论计算和技术分析，在复吹转炉吹炼前期，采用低温、较强底吹搅拌、中等炉渣碱度和适度炉渣氧化性的工艺控制原则，对铁水进行脱磷预处理，并在 “一倒 ”时尽可能倒出高磷渣，在冶炼后期，采用少渣快速脱碳升温的工艺控制原则，可实现转炉高碳出钢条件下生产低磷钢水

13、的目标 6。 3 试验条件 与结果 3.1试验条件 试验钢种为 GCr15。 原料条件如表 1，现场铁水成分检测并不测碳，铁水碳在 4.0%以上 ；造渣料主要为石灰石、石灰、生白云石、轻烧白云石、烧结矿；试验采用 “双渣法 ”冶炼工艺，工艺控制参数如表 2。 表 1 试验原料 情况 Table.1 Raw material of the trai experiment 废钢比 /% 铁水温度 / 铁水成分 /% Mn Si P Cr 范围 8.410.5 13001409 0.1490.310 0.3050.646 0.1260.186 0.0180.062 平均值 8.8 1360 0.19

14、0 0.442 0.167 0.029 表 2 试验工艺控制参数 Table.2 Controlling parameters of the trail experiment 吹氧时间 /s 供氧 压力 /MPa 底吹强度 /Nmtmin 冶炼脱磷前 310380 0.550.6 0.120.2 冶炼脱碳期 410560 0.7 0.040.08 3.2试验结果 试验 共 进行 30炉 ，脱碳、脱磷效果如图 3所示 。 由已有的数据 ： 冶炼前期脱磷率 60.72%； 一倒磷平均2016 年（ 第十九届 ） 全国炼钢学术会议论文集0.0151%，脱磷率 90.84%； 终点 出钢 磷平均 0.

15、0087%，脱磷率平均 94.72%；一倒碳平均 0.371%，终点出钢碳平均 0.232%，较常规冶炼 0.115%的出钢碳提高 0.117%。 铁水 半钢 一倒 终点0.00.10.20.3平均值铁水磷：0.1650半钢磷：0.0648一倒磷：0.0151终点磷：0.0087磷含量 /%半钢 一倒 终点0134平均值半钢碳：3.088一倒碳：0.371终点碳：0.232碳含量 /%图 3 试验炉次高拉碳与脱磷效果 Fig.3 Result chart of catch carbon and dephosphorization of the trail experiment 受铁水温度 高（平均 1360 ） 的限制，冶炼前期 添加大量生料（石灰石与生白云石，主要添加在前期），根据 试验数据：炉次添加石灰石 17.27kg/t，石灰 24.07kg/t，生白云石 15.38kg/t， 较传统 “单渣法 ”工艺渣料消耗 降低幅