转炉脱磷分析及采取的措施2

转炉脱磷率影响因素及采取的措施2012年2月份以来，面对严峻的市场形势，公司为降本增效，在高炉开始配吃块矿，使铁水P成份持续升高，目前铁水平均磷已升至0.093%，最高达0.100%。随着铁水P成份的不断升高，转炉的脱磷压力急剧上升，给转炉操作带来很大困难。为此车间积极查找各种资料，开展了转炉脱磷过程及方法分析，寻找提高转炉脱磷率的有效方法。转炉脱磷热力学分析FeO和CaO是生成稳定磷酸盐的最主要的氧化物。在转炉炼钢中，我们以FeO为氧化剂，以CaO为磷氧化产物的稳定剂。通常炼钢脱磷反应如下：1）在渣钢界面上（1）2）在与渣相相邻的金属层中（2）

3)在与金属相相邻的渣层中（3）

总反应描述为放热（4）根据萨马林的数据（5）在式（5）中，氧化物和磷酸四钙的活度甩摩尔分数表示。Kp随温度的升高急剧减小，在1673、1773和1873K下。Kp相应为7.8×108、3.5×107、2.1×106。

根据式（5），在金属与炉渣平衡的情况下，（6）由式（6）可见，促进炉渣对金属脱磷的热力学因素有：

a.加人固体氧化剂（铁矿石、铁皮）或用高枪位向熔池吹氧以增大a（FeO）b.加入石灰和促进石灰在碱性渣中迅速溶解的物质以增大a（CaO），亦即增大自由CaO（不与酸性氧化物结合的）的浓度；c.用更新与金属接触的渣相的方法，亦即放渣和加入CaO与FeO造新渣的方法来减小d.保持适当的低温，因为温度从1673增到1873K，使反应（4）的平衡常数Kp减小到1/370。

应当指出，上述关于温度对脱磷影响的结论，仅仅是从热力学观点看是正确的，为了加速脱磷必须有适当的高温，因为高温可以迅速生成高碱度铁质炉渣，和保证得到均质流动的炉渣使传质过程加速。我们引入脱磷指数LP—熔渣的脱磷在渣—铁间的分配比作为衡量熔渣的脱磷能力的大小，其值越大则表明熔渣的脱磷能力越大。LP可由如下反应式推得2[P]+5[O]=（P2O5）（7）（8）（9）从平衡常数Kp和LP的比较中可看出，Lp在一定程度上反映了Kp的大小或炉渣脱磷能力的大小。而从Kp值和LP值的比较中可得，影响脱磷指数LP的因素是很多的，其中最主要的因素是炉内铁液温度（影响Kp值）、炉渣碱度和渣中（FeO）的活度（影响γ（P2O5）和α[O]）。1.温度对脱磷的影响 温度对脱磷指数LP的影响是通过降低温度使Kp增大来实现的，脱磷是一个强放热反应，升高温度Kp值减小，因此低温有利于脱磷，但同时炉内铁水温度还要满足渣料熔化的要求。由脱磷方程得到：LgKp=40067/T-15.06（10）由上式计算得K值如下：t/℃140015001600Kp7.8×1083.5×1072.1×106可见，随着炉内铁液温度降低，Kp值明显上升，换句话说，温度每降低100℃，Kp值就升高一个数量级。由此可见，转炉脱磷的冶炼过程温度控制尽可能的低一点，对脱磷的热力学条件是十分有利的。上图为双渣法转炉炼钢的一倒温度与一倒P分配系数的关系，当温度上升，磷在渣钢之间的分配比上升，直到1350℃～1400℃之间时，分配比达到顶点，当温度再升高，磷在渣钢之间的分配比下降。另外，温度的继续升高，使C-O反应进入快速反应阶段，也影响到脱[P]效果。因此，选择1350℃~1400℃作为转炉脱磷一倒温度是最为合理的。从热力学条件来看，降低温度有利于去磷反应的进行。但是应该辨证地看待温度的影响，尽管升高温度会使去磷反应的平衡常数Kp值减小，然而与此同时，较高的温度会使炉渣的黏度下降，加速石灰的成渣速度和渣中各组元的扩散速度，强化了磷自金属液向炉渣的转移，其影响可能超过Kp值的降低。当然，温度过高时Kp值的降低将起主导作用会使炉渣的去磷效率下降钢中含磷量升高。因此将温度控制在一个合适的范围内，保证石灰基本熔化并使炉渣有较好的流动性，对脱磷过程最为有效。2.炉渣碱度对脱磷的影响一般高碱度、高氧化铁的炉渣能使磷呈现强烈的氧化趋势（P2O5），并与（CaO）结合成稳定的磷酸钙。因此增加渣中（CaO）可以增大，降低五氧化二磷的活度系数，磷在渣铁间的分配比LP提高。但在转炉脱磷吹炼前期，为了保证终点有较高的［C］，温度一定不能超过1400℃，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，反而影响了脱磷的效果，所以对于脱磷吹炼前期过程的炉渣碱度控制在1.5-2.0为宜。3.炉渣（FeO）对脱磷的影响炉渣的氧化铁含量越高，磷在渣铁间的分配比LP越大。反应式中［O］的高低实际上是由熔渣中FeO的活度决定。因此，要提高磷在渣铁间的分配比LP，必须提高熔渣FeO的活度。在低温、低碱度条件下，（FeO）的活度系数变化不大，增加渣中(FeO)的浓度是增大的主要手段，且（FeO）含量高可以增加熔渣的流动性，对脱磷的动力学条件也是很有好处的。碱度一定的条件下，渣中(FeO)含量较低时，磷在钢渣之间的分配系数Lp随着渣中(FeO)含量的增高而增高，而且在(FeO)含量=16%-20%时达到最大值，在进一步提高时Lp反而下降。这是因为，(FeO)是去磷反应的氧化剂，同时它还能加速石灰熔化成渣和降低炉渣的黏度。但是，如果渣中(FeO)的浓度过高，会使渣中（CaO）浓度下降，导致渣中不稳定的（3FeO·P2O5）增多，稳定的（4FeO·P2O5）减少，反而使炉渣脱磷的效果降低。4.渣量对脱磷的影响随着脱磷反应的进行，渣中（P2O5）的浓度的不断升高，炉渣脱磷效果逐渐降低。在一定的条件下，增大渣量必然会使渣中（P2O5）的浓度降低，破坏磷在钢、渣间分配的平衡性，促进脱磷反应的继续进行，使钢中的磷含量进一步降低。所以炉内渣量的多少，决定着钢液的脱磷程度。基本原理是，即在保证炉内渣量合适的条件下，增加了炉渣的总量，可以提高炉渣的去磷率。5.炉渣黏度对脱磷的影响因为炼钢溶池中的脱磷反应主要是在炉渣与金属液两相的界面上进行的，所以反应速度与炉渣黏度有关。通常情况下，炉渣黏度愈低，反应物（FeO）向钢、渣界面的扩散转移速度就愈快，反应产物（P2O5）离开界面溶入炉渣的速度也愈快。因此，在脱磷所要求的高碱度条件下，应及时加入稀渣剂（莹石）改善炉渣的流动性，以促进脱磷反应的顺利进行。但必须注意，所加稀渣剂不能过量，否则炉渣黏度过低，将严重侵蚀炉衬，不仅会将的炉衬的使用寿命，而且还使渣中MgO含量增加，稀渣剂的作用消失后炉渣反而变得更稠。6.入炉铁水Si对脱磷的影响进炉铁液成分对脱磷过程没有直接影响，但在冶炼过程中铁液中某些元素的氧化产物对炉渣的性质有影响。如铁水中含硅量过高，在吹炼初期，由于金属中硅的迅速被氧化，渣中含有大量的（SiO2），不利于迅速提高炉渣碱度，不利于脱磷，若铁水硅过低，炉内温度低、炉渣化不透、渣量少，也不利于脱磷，因此通常要限制铁水中的含硅量，铁水硅含量控制在0.4-0.5%为宜。高硅铁水冶炼：当铁水(si)≥0.60％，吹炼前期因为[Si]的大量氧化，炉内升温快，炉渣中(Si02)含量高，造成炉渣R、(Fe0)低，不利于脱磷，当铁水中(Si)≥0.6％时，可采用双渣法，即头批造渣料加入约占总料量的二分之一，在吹炼4～5min时，把前期富含有(Si02)的炉渣倒掉二分之一，再进行二次造渣，达到降低炉渣温度，提高炉渣碱度，利于中后期脱磷。低硅铁水冶炼：当铁水(Si)≤0.20％，炉内温度低、炉渣化不透、渣量少，不利于脱磷。因此，当铁水中(Si)≤0.20％时，转炉可采用留渣操作，并调整废钢种类，把上一炉的炉渣留2～3t，为下一炉使用，这样可以增加渣量，提高吹炼前期炉渣中(Fe0)含量，利于脱磷，吹炼中期提高枪位，使渣中有一定量的(Fe0)含量，同时根据实际化渣情况加入一定量的冷球，使炉渣具有较好的流动性，利用高(Fe0)、低温来达到去磷的目的。转炉脱磷方面的资料查询为了解同行对转炉脱磷的一些研究及成果，阅读了关于脱磷方面的文献90余篇，并对其中十四篇指导意义较强的进行了归纳总结如下1、造渣操作及其对脱磷的影响.沈克强.冶金丛刊.总185期.2010年2月1)炉渣碱度控制在2.8—3.5范围内，且具有合适的终点温度，就能满足冶炼一般钢种的脱磷问题。2)脱磷反应的关键是过程渣要化透和有适当的FeO含量，并不是片面地追求高碱度。2、脱磷冶炼工艺研究.李涛，许晓东.钢铁.第37卷增刊.2002年10月80t转炉冶炼工艺改进方案针对72A等高碳钢中磷含量高的问题，结合三炼钢目前的转炉冶炼控制水平，提出了双渣操作和终点低拉增碳相结合的冶炼工艺。2.5.1冶炼前期控制在配料合理的前提下，控制好前期枪位是决定脱磷效果的重要因素，其前期枪位控制如图5所示，前期渣倒渣时间控制在开吹4min-4.5min，这段时间可分为三个阶段，一是化渣阶段，即配料时需一次性加人较大量白灰，使初渣碱度控制在2.7-2.9范围，同时加人1000--1500吨/炉矿石，用以降低炉渣粘度，实现大渣量，并且采用高枪位操作，在短时间内化好渣，提高渣中FeO含量；二是强烈脱磷阶段，即当转炉炉口喷出物不带铁粒，呈片状且挂在炉壁时，说明炉渣已经化好，此时需降枪操作，强烈搅拌熔池，使钢液与渣子充分接触，这样才能起到良好脱磷效果，同时随着脱磷反应的进行，渣中(FeO)逐渐降低；三主要是倒前期渣，由于前一阶段降枪操作，钢中碳、渣中(FeO)随着脱磷的进行大量降低，但炉渣碱度始终是逐渐升高的，此时的炉渣粘度低，流动性不好，为了便于多倒渣，提高枪位操作，适量提高渣中(FeO)，同时加人100-300kg萤石来改善炉渣流动性，倒出大量炉渣，提高前期脱磷率。3、双联炼钢过程脱磷工艺的研究.陈嘉颖.上海大学.硕士学位论文1）对转炉双联冶炼过程，1400℃、碱度1.0-1.52）在转炉脱磷脱碳少渣双联冶炼实际操作中应当注意石灰熔化的动力学条件。脱磷期不需要加入大量石灰，且应努力促使石灰熔化，尽量减少其结团。对一钢不锈钢工程转炉双联冶炼的情况，可以向脱磷转炉加入脱碳转炉的返回渣替代石灰，以提高成渣速度并降低渣料成本。4、造渣制度影响转炉深脱磷实验研究.炼钢.第25卷第6期.2009年12月1)在实验室条件下，对等同转炉后期条件的钢水进行深脱磷，可获得82％以上的脱磷率及w([P])<0.0030％(最低可达0.0005％)的极低磷水平；2)根据实验分析，转炉后期进行深脱磷的造渣制度：R=3.2～4.0；渣量在6.2～8．4kg/t；w(FeO)=25.0％～30.0％；5、高碳钢高拉碳前期脱磷过程控制.刘跃，刘浏，佟溥翘，赵继宇，吴建鹏，李小明，王国平.炼钢.第22卷第2期.2006年4月试验方案在复吹转炉吹炼前期(0～480s)，采用低温(≤1380℃)、较强底吹搅拌(在标准状态下底吹搅拌强度为每分钟每吨钢0.10～0.15m3)，中等炉渣碱度(2.0～2.5)和适度炉渣氧化性(TFe≤15％)的丁艺控制原则，对铁水进行少渣脱磷预处理。并在“一倒从初步试验结果看，必须遵循以下操作原则才能获得较高的前期脱磷效率：1)一次倒炉排渣的钢水(或半钢)温度控制在1380～14102)前期吹炼的时间>8min；3)前期吹炼过程采用最强的底搅拌强度(标准状态下，每吨钢每分钟在0.125m3时以上)，底吹总气量(在标准状态下)大于800m4)开吹的低枪位脱硅操作与高枪位脱磷操作应协调好，保证化渣效果和抑制碳的过分氧化；5)铁水硅质量分数在0.55％以下。从试验效果看，由于较好地控制了上述操作参数，脱磷率分别达到87％和93％。充分说明了采用该工艺操作的前期脱磷效果。6、转炉低碳钢冶炼脱磷的因素分析.卓伟伟，雷强，王庆祥，尹振芝.钢铁研究.第36卷第5期.2008年10月1)磷在炉渣和钢水中的分配比随炉渣氧化性的增加而增加。2)磷在炉渣和钢水中的分配比在一定炉渣碱度范围内随着炉渣碱度的增加而增加；当碱度高到一定程度后,则随碱度的升高而下降。根据涟钢的试验结果,当炉渣碱度为4.5左右时,磷在炉渣和钢水中的分配比获得最大值。3)磷在炉渣和钢水中的分配比在一定的温度范围内随着温度的增加而增加；当温度高到一定程度后,则随温度的升高而下降。根据涟钢的试验结果,当温度为1680℃7、南钢120t顶底复吹转炉脱磷的因素分析.李晶，姚国伟，阿不力克木，余健，史志强，岳铁军，姚永宽，耿建林，刘德祥，孟令东.冶金研究.2008通过对南钢顶底复吹转炉脱磷试验研究，得出以下结论：1）南钢转炉可生产出磷含量低于0.008％，最低0.004％的钢。2）冶炼初期铁水温度低于1250℃，初期采用低枪位操作；大于1300℃，初期要适当采用高枪位操作。冶炼终点出钢温度尽量保证在3）当终渣碱度为4.5左右时，磷在渣钢间的分配系数获得最大值，脱磷能力最强。4）终渣(FeO)为20％左右时，磷在渣钢间的分配系数获得最大值，脱磷能力也最强。8、复吹转炉脱磷工艺分析与实践.原丽君，田勇，马成，张晓军，张守东.2007中国钢铁年会论文集根据上述分析，为强化质量管理，提高钢的洁净度，对生产低磷钢的操作要点做如下总结：1）在保证挂罐温度要求前提下，出钢温度尽量靠近下限；2）成品[P]≤0.015%时，可采用单渣法冶炼，成品P≤0.010%时，采用双渣法冶炼；3）单渣法渣料分多次加入，第一次加入量最大，以保证前期炉渣碱度，要求在规定时间内加完全部渣料，以保证渣料充分熔化；4）双渣法要求在吹氧5分钟前加完所有一倒前渣料，以保证渣料充分熔化；二倒要求在下枪吹氧后加入足量白灰、白云石及稀渣剂，保证二次造渣；5）冶炼前期须尽快造好渣，调整好枪位，保持熔渣的高(FeO)、高碱度、好的流动性；6）出钢过程中严格控制转炉下渣。9、转炉脱磷率保证高附加值品种生产.李海宝生产实践表明：吹炼前期脱磷是去磷控制的中心环节，碱度R=2.1，温度T=1350℃～150010、青钢80t转炉脱磷影响因素分析及实践.郭发军，徐志成，陆巧彤.山东冶金.第31卷第4期.2009年8月1）转炉脱磷温度需要控制得低一些，尤其是前期，应控制在1350～1450℃2）炉渣终渣碱度不小于3.5，初期渣碱度控制在1.8～2.0。3）转炉渣中的氧化铁含量应控制在15%～20%。4）转炉采用双渣法操作，可有效地控制磷含量。11、梅钢中磷铁水低磷钢冶炼问题的探讨.唐洪乐，汪洪峰，孙晓辉.钢铁.第43卷第10期.2008年10月梅钢低磷钢生产实践梅钢低磷钢冶炼主要采用转炉同炉铁水脱磷炼钢法，其冶炼的要点是造好前期渣，在前期渣化透并有一定的反应时间后，使渣中具有较高的磷含量时，倒出部分前期渣，为中后期脱磷减轻压力。此时钢水的磷含量在0.025％～0.045％，碳含量为2.3％～3.5％，脱磷率达88％。温度一般控制在1380--1450℃12、高碳钢脱磷工艺分析及实践.白艳青，张志红，张中华，李家征，江福先，门志刚.河北冶金.2009年第1期总第169期.2009年1月通过控制吹炼各时期的炉渣、枪位、供氧等工艺参数，在高硅高磷（0.080-0.100%）铁水条件下，转炉可以采用高碳出钢工艺生产高碳钢，并将大幅降低生产成本。1)宣钢一炼钢高碳低磷钢生产工艺中的前、中期倒炉(渣)时间应分别控制在350s、750s左右。2)前期去磷是重点，碱度应控制在2.5左右，倒渣温度不宜超过1400℃3)在终点[C]控制在0.3％--0.8％范围的情况下，终点[P]可稳定控制在0.015％以内，终点温度达到1610℃4)采用高碳出钢工艺后，熔池终点[O]可由约400×10-6降至100×10-6左右，可显著降低熔池终点氧，从而降低钢铁料和合金消耗。13、复吹转炉冶炼X65管线钢脱磷工艺研究.徐文杰，李安东，刘国勇.上海金属.第3l卷第4期.2009年7月转炉双渣脱磷操作要点根据所用铁水Si含量均值小于O.30％的特点，前期脱磷工艺的核心在于开吹最初300s内将渣量控制在35kg/t以下。比原工艺渣量少17％，使化渣更充分，炉渣流动性更好，在较低温度下保证转炉吹炼前期的脱磷效率，为倒渣后实现少渣精炼、均衡脱碳速度、高温出钢创造有利条件。获得较高前期脱磷效率的操作原则归纳如下。1）一次倒炉排渣时的钢水(或半钢)温度控制在1350--1400℃2）前期吹炼的时同，即转炉“一倒”时间控制在7min左右；3）前期吹炼过程采用较低的底吹搅拌强度；4）开吹的低枪位脱硅操作与高枪位脱磷操作应协调好，保证化渣效果和迅速形成沫渣。14、复吹转炉双渣法生产低磷钢工艺实践.王海宝，徐莉，刘春明，宁林新.四川冶金.第30卷第4期.2008年8月供氧制度与底吹模式对脱磷的影响为了取得较快的化渣效果，转炉前期吹炼一般采用供氧强度≤2.5Nm3/min/t，及变枪位恒流量操作方式，基本处于软吹状态，前期吹炼过程≤6min。由于炉渣碱度较低及采用软吹模式，因此若入炉铁水Si≥0.50％时极易发生喷溅，所以在吹炼过程中预见喷溅发生即要降低枪位，投加矿石压渣；如果吹炼在5min以上，不需压渣，提枪摇炉倒渣，尽可能多的多倒富磷渣，防止冶炼后期回磷。由于双渣前期吹炼应用软吹模式，脱磷动力学条件不足，底吹流量控制直接影响到前期脱磷效果，因此一定强度的底吹流量保证了转炉脱磷的动力学要求。首钢二炼钢转炉底吹模式分A、B、C和D四种，本操作采用B模式，底吹流量为800Nm3/h，提枪后再进行15—30s的底吹搅拌，可以使渣钢充分混合，提高脱磷效果，试验炉次在双渣后半钢磷含量可以控制在0.030％以内，最低磷含量为0.016％。通过理论计算与现场试验相结合，要稳定控制钢材磷含量在0.010％以下主要通过以下措施：1）通过优化转炉双渣前期工艺，合理控制炉渣的碱度(2.0--2.5)、温度(1340—1400℃)和TFe(14％--2）若要稳定得到[P]≤O.010％的钢水，出钢时需要控制[P]≤0.007％，要控制好前期脱磷和后期回磷；一、转炉双渣操作要点：通过总结以上论文观点，结合邢钢实际操作，为有效提高转炉前期脱磷率，搞好转炉双渣操作，总结双渣操作要点如下：1、供氧强度控制在2-3Nm3/min/t；（若前期供氧强度过大，硅锰氧化期缩短，石灰来不及熔化完全，倒炉时有大量的石灰块堆积在一起，如果降低供氧强度，适当延长脱磷段吹炼时间能改善石灰熔化）；2、倒渣前吹炼时间控制在总供氧时间的35%--40%；3、前期炉渣碱度控制在2—3；4、双渣时的温度控制在1350—1400℃5、前期吹炼过程底吹强度控制在0.1—0.15Nm3/min/t；二、转炉双渣脱磷试验方案：针对目前铁水磷高，转炉脱磷操作困难，为降低转炉脱磷操作难度，依据上述资料结论制定出转炉双渣操作实验方案如下（50t转炉）：1、双渣前转炉供氧强度为3Nm3/min/t，底吹强度为0.1Nm3/min/t（4.8Nm3/min），倒渣后恢复正常操作；2、枪位控制原则：开吹使用高枪位增加渣中FeO，使用两分钟后降低枪位，出低温渣时适当提高枪位，低温渣过去后再次降