大型转炉超深脱磷新技术研究与应用

为了实现超洁净低磷钢的批量高效生产，研究开发了大型转炉基于低MgO(2.5%≤w(MgO)≤4.0%)、低MnO(w(MnO)≤1.5%)、高碱度(R≥6)和超高磷分配系数(LP≥1500)的极低磷钢高效冶炼技术。研究发现，减低钢渣中MgO和MnO含量及提高钢渣碱度可以大幅提高转炉终点渣钢平衡磷分配系数LPbal至1500以上。通过优化冶炼初期炉料结构，提高钢渣氧化性，实现高速化渣，半钢渣中平均磷质量分数达到3.47%、FeO质量分数控制在17%~20%；通过倒渣模型计算和优化及自动控制，实现半钢快速高效稳定倒渣，经测量半钢结束倒渣量控制在35%以上；通过熔池高效搅拌，使实际生产渣钢磷分配系数LPact与理论平衡磷分配系数LPbal的比值平均为0.81左右。采用低温出钢等低磷钢冶炼技术，实现双渣工艺冶炼转炉出钢最低磷质量分数为0.00038%、整浇次转炉出钢平均磷质量分数为0.00073%、整浇次成品平均磷质量分数为0.00105%的批量、稳定、高效生产，平均转炉冶炼周期为42min。本研究首次发现并应用的转炉炼钢超深脱磷技术，对低磷洁净钢冶炼具有很好的参考价值和技术应用前景

1、关键词

转炉；炼钢；MgO；磷分配系数；极低磷钢；高效冶炼

2、引言国内外低磷钢冶炼工艺技术应用较多的为日本新日铁开发的LD-ORP、中国宝钢开发的BRP等。日本住友金属鹿岛厂、住友金属和歌山厂采用2座转炉进行低磷钢的生产，成品磷质量分数控制在0.0040%，日本新日铁的LD-ORP工艺与福山厂的SRP工艺类似，成品磷质量分数为0.0040%以下。德国迪林根生产极低磷的9Ni钢采用转炉二次冶炼的工艺，实现成品磷质量分数为0.0030%。国内先进企业采用1座转炉冶炼2次的深脱磷工艺进行管线钢、抗酸容器钢、石油钻井平台用钢等极低磷钢的生产，该工艺下，在转炉内预脱磷的铁水通过平台孔再次兑入转炉实现深脱磷，成品磷质量分数可控制在0.0030%~0.0040%。新一代钢铁材料研发对钢水洁净度要求进一步提高，以9Ni钢性能与磷含量关系为例，经统计，钢中磷质量分数由0.0040%降低至0.0010%，其他工艺不变的条件下，-196℃冲击功由188J提高至253J。为了提高产品质量，有必要生产成品w(［P］)≤0.0020%的钢水，这就要求转炉出钢w(［P］)≤0.0010%。对于生产出钢要求w(［P］)≤0.0010%的极低磷钢，渣钢磷分配系数LP≥1500(LP=w(P2O5)/w(［P］))，而常规单渣工艺渣钢磷分配系数LP为200左右，如果采用常规工艺生产，渣量需增加7~10倍，难以实现。日本新日铁开发的LD-ORP工艺磷分配系数为400~700，采用该磷分配系数炼钢渣系，可以生产出磷质量分数为0.0020%~0.0035%的钢水，无法满足更低磷含量需求，并且该工艺冶炼需要利用2座转炉进行脱磷，冶炼周期长、占用资源多，难以满足批量高效生产要求。因此，为高效生产转炉出钢w(［P］)≤0.0010%的钢水，大幅度提高渣钢磷分配系数至1500以上是最高效、经济的途径。为此，笔者根据炼钢过程中展现出的脱磷影响因素进行了渣钢磷分配比的热力学计算，并在炼钢生产现场进行了大量试验，开发了超高磷分配系数(LP≥1500)的渣系及多相渣C2S控制、冶炼初期高速化渣、顶底复吹熔池高效搅拌、半钢高效倒渣、低温出钢、抑制回磷等转炉低磷钢冶炼集成技术，揭示了超高LP影响机理，解决了w(［P］)≤0.0020%钢的高效冶炼难题，实现整浇次成品平均磷质量分数为0.00105%的冶炼，转炉平均冶炼周期为42min，生产的9Ni钢连续上万吨成品磷质量分数低于0.0020%。

3、精选图表4、结论1)以正规离子溶液模型为基础构建热力学计算模型，通过计算发现降低渣中MgO和MnO含量可以降低渣中磷活度系数，同时大幅度提高LPbal，整浇次转炉出钢渣钢平均LPact=1619，平均LPbal=1925。2)通过优化顶底复吹工艺，即提高底吹供气强度、降低顶吹枪位、提高顶吹供气强度等措施，实现了熔池的高效搅拌，LPact/LPbal由常规工艺的0.50~0.70提升至0.81~0.84。3)研发的大型转炉基于低MgO(2.5%≤w(MgO)≤4.0%)、低MnO(w(MnO)≤1.5%)、高碱度(R≥6)超高磷分配系数(LP≥1500)的极低磷钢高效冶炼技术，通过采用普通铁水双