试述顶底复吹转炉冶炼中氧化脱磷与固磷的应用

李海涛 陈伟 宋殿飞 汪新富 朱崇进

摘要：钢铁冶炼过程中，钢中的成品P含量直接受到氧化脱磷与固磷的影响。当前，高碱度转炉炉渣仍是我国当下最主要的钢铁冶炼渣系，其冶炼过程中不仅会产生大量的能源消耗，还会降低钢铁性能的控制力度。基于此，本文重点针对钢铁冶炼过程中氧化脱磷与固磷的应用进行了详细的分析，旨在为提升转炉炼钢终点P控制提供参考。

关键词：转炉冶炼;氧化脱磷;固磷

经过相关人员的研究，发现在钢铁冶炼过程中，脱磷和固磷处于并行存在状态。只要提升炉渣固磷率，就可以实现钢铁的快速脱磷。但是，钢铁的氧化脱磷对于冶炼环境的要求比较特殊，而炉渣中磷的固化依赖于C2S固溶固磷相C2S-C3P的应用，固磷相的富存需要处于低浓度的氧化亚铁环境中。所以，在钢铁冶炼的过程中，需要对具体的冶炼工艺流程进行优化，通过脱磷与固磷之间平衡的把握，来提升钢铁性能和冶炼经济性。

一、吹炼实验

某钢厂有90t的炼钢转炉，冶炼最终成品为低磷钢，钢水中磷元素的含量在0.13%--0.14%之间。将低磷钢分别放在两个不同碱度环境下进行吹炼实验。第一个冶炼环境的碱度为3.0--3.3，第二个冶炼环境的碱度为3.5--4.0。为了保证实验结果真实、有效，需要在正式开始冶炼之前，对钢渣进行化渣处理。经过实验，得出在低碱度冶炼环境中，钢铁的氧化亚铁含量为13%--16%;在高碱度冶炼环境中，钢铁的氧化亚铁含量为19%--23%。

在对钢铁进行冶炼的过程中，可以使用双渣吹炼工艺。首先，在刚开始吹炼的时候，先将40%的石灰原始量和白云石加入其中，然后在冶炼下枪后加入70%的烧结矿或红泥。在这一过程中，可以将吹炼供气量控制到19600m3/h;3.0min之后，再将吹炼供气量降低至17500m3/h。其次，在脱磷期，可以将枪位涉及到1.39m的高枪位，1.0min之后，再将枪位降低至1.09m，保持3min。在这一阶段，可以将供气量控制在16900m3/h--18400m3/h，并最终稳定在20900m3/h。底吹流量在4.0m3/min，采用4孔供气，吹炼过程流量维持不变。

二、钢铁冶炼过程中的造渣控制

在钢铁冶炼过程中，化渣阶段会形成大量的初期渣，其熔点偏低，化渣难度不大。钢渣的脱磷发生在3min--5min之间。这一时间段的钢渣存在碱度，且脱磷产物已经逐渐转变为磷酸钙。钢渣中的氧化亚铁和磷酸钙相中也发现了磷元素的存在。为了提升脱磷效果，需要对温度进行严格的控制，避免温度过高，又发生磷还原现象[1]。

脱磷末期，钢渣中的碱度会大幅度降低，氧化亚铁的含量也会大幅度降低，所以其在渣相图上的位置会表现出靠近C2S的变化趋势。也就是说，钢渣中的C2S含量增多，钢铁冶炼中的固磷能力就会增加，C3P的容纳量就会扩大，钢渣的使用效率也会有所增加。在整个脱磷过程中，需要对压枪作用位置进行科学的调整，确保钢渣中的氧化亚铁含量逐渐降低。与此同时，还要增加石灰用量，通过大流量氧气供应来为熔池内的氧化反应的有效进行提供保证。只有这样，炉长才能够对钢渣的氧化性进行有效的管理与控制[2]。

三、冶炼钢渣微相分析

（一）脱磷期渣相分析

通过上文的对比实验，发现低碱度冶炼环境中，钢铁的氧化亚铁半钢渣的碱度是1.65。这一渣样的物相有两种：一种是基体相的深灰色，主要成分是硅酸盐相，富集着大量的磷元素;除此之外，还固溶了一些铁和镁。另一种是在基体相上广泛分布的枝晶状白色相，主要成分是钙铁相。

在高碱度冶炼环境中，钢铁的氧化亚铁半钢渣碱度为1.69。这一渣样的物相同样也有两种：一种是基体相的灰色相，主要成分是硅酸盐相，富集着大量的磷元素。同时，固溶了大量的铁元素。与低浓度冶炼环境中的深灰色相相比，这一渣样中溶固的铁元素更多。另一种是在基体上分布的枝晶状白色相，即钙铁相。蕴含的铁元素质量分数较为突出，磷元素的质量分数则偏低[3]。

半钢渣的碱度值主要集中在1.60--1.70之间，这类钢渣的物质向也有两种：一种是基体相的深灰色相，即硅酸盐相，磷元素大量富集。另一种是白色相，即钙铁相，以铁和钙为主，基本不含磷。也就是说，氧化亚铁含量高的渣，磷元素质量也偏低。

（二）转炉终渣渣相分析

对随机转炉终渣的渣样进行分析，可以明确，当铁水条件一致的时候，低碱度冶炼环境中的鋼渣，氧化亚铁含量较低，而磷分配则相对较高，对于辅料石灰的消耗量也不大。低碱度冶炼环境中的氧化亚铁渣系中含有的一氧化硅质量分数有所升高。究其原因，主要与两方面因素有关：第一钢渣碱度降低，石灰加入量也降低;第二冶炼后期低枪位和高供氧控制严格，与传统的冶炼炉此相比，转炉终渣的氧化亚铁质量分数明显下降。

也就是说，使用传统的冶炼工艺，所生产出的氧化亚铁钢渣中的固磷相占比2.18%，铁酸钙占比0.52%，氧化物占比0.37%。对冶炼工艺进行优化，所生产出的氧化亚铁钢渣中的固磷相占比2.86%，铁酸钙占比0.82%，氧化物占比0.56%。由此可以得出，经过优化的钢铁冶炼工艺，可以有效降低冶炼过程中的固磷相含量，并提升固磷特性。将20%的传统工艺石灰量加入到优化后的冶炼过程当中，并使用70%的烧结矿，也可以大幅度降低钢铁冶炼过程中对于辅料数量的消耗[4]。

四、结语

在钢铁冶炼过程中，脱磷与固磷同步进行。对炉渣的固磷率进行提升，就可以有效改善钢铁的脱磷率。而钢铁的氧化脱磷对于冶炼环境的要求比较苛刻，即氧化性高、碱性高、渣量大。但是，炉渣中的固磷，又必须要有C2S固溶固磷相C2S-C3P的参与。在钢铁冶炼过程中，C2S-C3P与氧化亚铁含量之间存在着反比例关系，氧化亚铁的含量越低，固磷相的含量越高，炉渣的固磷效果就越好，钢铁的脱磷率就越高。在优化后的钢铁冶炼工艺下，获得的氧化亚铁钢渣中固磷相占比2.86%。而未经优化的钢铁冶炼工艺下，氧化亚铁钢渣中的固磷相占比2.18%。优化后的钢铁工艺下，仅需要加入传统工艺所需石灰量的40%，烧结矿或红泥的70%，就可以完成相应的冶炼任务。且整个冶炼过程，消耗的辅料也非常少。

参考文献

[1]戴张杰，焦海东，彭军，刘媛媛.含铬铁水的氧化脱磷的条件和影响因素[J].中国铸造装备与技术，2020，55（06）：11-17.

[2]冯晓明.钢铁冶炼过程中氧化脱磷与固磷的应用研究[J].中国金属通报，2020（04）：113-114.

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