转炉磷行为及钢水回磷分析

湖南省技师综合评审 炼钢职业文章炼钢职业文章 国家职业资格二级 文章类型 论文 文章题目 转炉磷行为及钢水回磷分析 姓 名 杨信权 准考证号 所在省市 湖南娄底涟钢 工作单位 华菱涟钢 转炉磷行为及钢水回磷分析转炉磷行为及钢水回磷分析 华菱涟钢 杨信权 摘要 摘要 在转炉出钢及 LF 精炼过程中往往发生钢水回磷现象 难以使钢 材的磷含量降到更低的水平 采用合理的计算方法和现场数据统计 分析转炉 LF 精炼流程中钢水发生回磷现象的根本原因 关关键词键词 转炉 回磷 碱度 合金 Abstract Steel often occur in tapping and LF converter refining process rephosphorization phenomena it is difficult to make the phosphorus content of steel down to the lower levels The calculation method and field data a reasonable statistical root cause analysis of LF refining process of molten steel in converter back to phosphorus phenomenon Keywords converter rephosphorization alkalinity alloy 1 绪论 磷对钢的危害无法通过回火等热处理手段来消除 只有通过控 制钢水中的磷含量来减小磷对钢材的危害 所以随着用户对钢材质 量要求的不断提高 必然要求钢中磷含量越来越低 尽管转炉炼钢可 使钢水磷含量降至很低的水平 P 可以小于 0 005 但在转炉出 钢及 LF 精炼过程中往往发生钢水回磷现象 难以使钢材的磷含量降 到更低的水平 回磷严重时 甚至有可能使整炉钢报废 所以采用 合理的计算方法和现场数据统计 分析转炉 LF 精炼流程中钢水 发生回磷现象的根本原因 对寻找抑制回磷的措施及最佳转炉出钢磷 具有现实指导意义 2 转炉炉内磷行为分析 在碱性转炉里 炉内氧化性气氛具有去磷的热力学条件 只要 控制好炉内熔渣碱度 氧化性及钢水温度 渣中与钢水中的磷分配 比就可以达到最大 使钢水中的磷含量很低 下面阐述脱磷反应的 热力学条件 分析钢水中磷的行为 2 1 热力学分析 TurkdoganET 建议在估算渣钢间磷的平衡时 最好不要对炉渣 做任何假设 而只考虑以一个最简单的方式表述可能发生的反应 然后用实验数据来确定炉渣成分变化对反应物和反应产物活度的影 响 若把钢水中磷与氧发生反应生成 P2O5 进入渣中作为一个组分 P2O5 来看待 则脱磷反应式可简化为 1 2 P 5 O P2O5 1 G 708120 558 6T J mol 1 此时 反应平衡常数 k 为 522 5252 52 52 OaPXPf OPXOP OaPa OPa k 式中 a P2O5 渣中 P2O5 的活度 P2O5 X P2O5 渣中 P2O5 的活度系数和 摩尔分数 a O a P 钢水中溶解氧和溶解磷的活度 f P X P 钢水中磷的活度系数和平衡磷含量 在脱磷过程中存在如下反应式 2 4CaO P2O5 4CaO P2O5 2 把 1 和 2 叠加可以得到如下反应式 2 P 5 O 4CaO 4CaO P2O5 所以脱磷跟渣中 CaO FeO 还有钢水温度有关 在脱磷过程中 CaO 充当吸收剂形成磷酸盐 FeO 充当氧化剂 该反应是放热反应 温度影响反应平衡常数 不管是在转炉或者在钢包或者在 LF 回磷主 要是由于上诉几种因素的变化引起的 3 3 冶炼后期钢水回磷 冶炼后期钢水回磷 3 13 1 熔池温度熔池温度 温度升高可引发钢水回磷 在转炉 LF 炼钢流程中 转炉后期 温度升高 钢水将发生回磷 回磷量视温度升高幅度而不同 若想控 制此时回磷 应避免后期温度过高或在顶渣表面加冷却剂 下图表示 炉内温度和磷的关系 数据从生产数据 熔剂及铁水条件相近 同 一班次 中选择 温度与 P 的关系 0 0 01 0 02 0 03 0 04 16201640166016801700172017401760 温度 磷含量 图 1 温度和 P 的关系 从上图可以看出 随着终点温度的升高 P 也升高 在现有炉渣 条件下 碱度为 4 0 左右 温度为 1620 1690 区间内 温度升高 1 回磷 0 000125 在温度为 1690 以后 温度升高 1 回磷 0 00033 3 23 2 钢水氧化性钢水氧化性 在冶炼 08Al 时 出钢定氧 数据如下表所示 该表是同一班次 不同炉座的数据 冶炼条件可以近视相等 炉号石灰轻烧矿石生白钢水量温度氧钢水 P 33477104308886317287299 616156560 007 334770942047863609609981622827 20 006 334770739968963298898101 31624879 10 01 311082352009722869769101 4169510030 012 31108244408698367967999164710230 008 3230059491110883774474101 8162110520 007 311082543067865017517101 1169111730 019 323005743351029354594599 226166011790 014 32300584741783360070098 7164612780 012 31108264121987352182199 61627 通过上面数据作图 2 如下 磷与 O 的关系 0 0 005 0 01 0 015 0 02 0200400600800100012001400 O P 图 2 磷与氧的关系 钢水平衡磷含量如图 2 所示可见 钢水中 O 的含量超过 1100ppm 时 钢水平衡磷含量增加 在 600 1100ppm 之间 钢水 P 在 0 01 以下 但是超过 1100ppm 时 钢水磷处于 0 01 0 015 之间 随着钢水氧化性增加 钢水回磷 原因可能如下 CaO FeO 的比值比较小 产生钢水回磷 温度高回磷 由于数据比较少 规律性不是很明显 希望在这方面继续收集 数据 3 33 3 炉渣碱度炉渣碱度 从脱磷热力学条件可以知道 炉渣碱度降低时 钢水平衡磷含 量值增大 钢水将发生回磷 图 3 是 P 和碱度之间的关系 碱度与 P 0 0 01 0 02 0 03 0 04 3 003 504 004 505 005 506 006 507 00 碱度 P 图 3 P 和碱度的关系 在现有工艺条件下 碱度在 4 以下时 炉渣碱度每降低 0 1 钢水平均回磷量为 0 001 碱度在 4 以上时 随碱度的升降 钢水 回磷几乎为 0 在冶炼 CSP 钢时炉后加石灰 碱度几乎在 4 以上 所以碱度不是引发该流程钢水回磷的根本原因 但进一步提高碱度 有利于抑制钢水回磷 或者在出钢过程中加入 Na2O BaO 等高碱度 化合物可提高精炼渣碱度 从而减少回磷 4 4 合金回磷 增磷 合金回磷 增磷 在现有所冶炼钢种中 合金回磷主要发生在硅锰合金和硅铁上 由于 HRB335 HRB400 和 Q345B 等钢种硅锰合金加入量比较大 所以 合金回磷主要发生在以上钢种 合金 合金中 w P 0 150 加入 后的钢水增磷量可用 X P 表示 则有 X P 合金加入量合 金磷含量 钢水量 图 4 是用上式计算得到的各类合金的加入量对钢水回磷的影响 可见 钢水增磷量与吨钢合金消耗呈正比 吨钢合金消耗和回磷 0 000 0 001 0 002 0 003 0 004 19 43 20 35 20 88 21 15 21 22 21 26 21 28 21 29 21 38 21 38 21 66 21 73 21 75 21 89 22 03 22 71 23 16 23 32 23 48 23 55 吨钢合金消耗 回磷量 图 4 吨钢合金消耗和回磷的关系 从上图可以看出以上钢种回磷为 0 003 0 004 5 5 出钢过程中的回磷 出钢过程中的回磷 由于方坯出钢脱氧没有加石灰 导致在出钢脱氧过程中 被钢 水卷入钢包的渣氧化性减弱 而碱度也不能达到要求 4 以上 所 以合金及渣中的 P 全部还原 进入钢水中 用 Y P 表示由转炉 下渣引起的钢水回磷量用 Y P2O5 表示氧化渣 P2O5 的含量 则 Y 总回磷量 合金回磷量 下表是根据上式计算的 Y 值 炉号总回磷合金回磷量下渣回磷 31104840 00800 00350 0045 31104850 00800 00320 0048 31104870 01000 00350 0065 31104880 00600 00330 0027 31104890 00600 00330 0027 32307640 01000 00350 0065 32307650 00600 00320 0028 32307660 00500 00320 0018 32307670 00600 00390 0021 32307680 00700 00320 0038 32307690 00600 00320 0028 32307720 00500 00310 0019 33473940 00400 00350 0005 33473950 00700 00330 0037 33473980 00800 00320 0048 33473990 00800 00310 0049 33474010 00700 00290 0041 33474030 00500 00340 0016 平均平均 0 00680 00680 00330 00330 00350 0035 CSP 钢水在出钢过程中加入石灰及其他精炼材料 渣的碱度比 较高 在没有下渣或者下渣量比较小的情况下 交接点磷还会减少 当下渣量比较多的情况下 可以多加石灰提高碱度来抑制回磷 6 6 LFLF 精炼回磷精炼回磷 转炉出钢后 LF 阶段的冶炼温度通常比氩站阶段高 所以温度 升高是 LF 精炼过程中钢水回磷的原因之一 此时升温幅度由钢种决 定 为不可控制的因素 只能严格控制下渣量或减少铁合金带入的 磷 炉渣碱度越低 炉渣氧化性越小 熔池温度对回磷的影响越大 所以在 LF 精炼过程中要保持足够的碱度才能抑制回磷 7 7 结论 结论 1 转炉内钢水回磷随着温度的升高而增加 在现有炉渣条件下 碱 度为 4 0 左右 温度为 1620 1690 区间内 温度升高 1 回 磷 0 000125 在温度为 1690 以后 温度升高 1 回磷 0 00033 建议尽量降低转炉出钢温度减少冶炼后期回磷 出钢 温度应该控制在 CSP 钢应该小于 1650 方坯 1690 上机除 外 钢包必须保证红包 2 钢中 P 在钢水 O 1100ppm 以下 随氧化性增加而减少 而 O 大 于 1100ppm 时 钢水会回磷 由于数据不是很多 该规律有待深 入研究 3 为防止或者减少转炉内回磷 渣的必须足够的碱度 应该保持在 4 0 左右 过高的碱度只能防止回磷 但限制了脱磷的动力学条 件 使渣的脱磷效果减弱 4 合金回磷主要是发生在硅锰合金上 HRB335 HRB400 和 Q345B 等钢种