王玉生
河钢邯钢邯宝炼钢厂 河北邯郸 056015
摘要：磷在钢中作为一种有害元素会危害钢材的塑性、韧性和可焊性等性能,如何高效地降低钢中的磷含量一直成为国内外钢铁企业的研究重点。基于此，本文就提高转炉炼钢终点磷命中率优化控制措施进行了探讨。
关键词：转炉炼钢；终点磷；命中率；优化控制；措施
脱磷有利条件为“三高一低一良好”,“三高”分别指适度的高碱度R、高FeO、大渣量;“一低”指适当的低温,这两项为热力学因素;“一良好”指良好的炉渣熔化性及流动性、钢渣界面传质速度等,而“一良好”为动力学条件,但常常被忽略,确是最为重要因素。转炉脱磷是受到热力学及动力学因素的综合影响,在生产中采用吹炼前期渣早化、吹炼中期渣化好、吹炼后期渣化透的方法,达到良好、稳定、高效的脱磷效果,确保终点磷的命中率。
1脱磷关键影响因素简析
1.1适度高FeO
FeO在脱P过程中起双重作用,一方面作为P的氧化剂使P氧化P2O5,另一方面把P2O5结合成(3FeO·P2O5)基础化合物,所以炉渣中存在FeO是脱磷的必要条件与前提。但由于(3FeO·P2O5)高温稳定性差,必须生成稳定(3FeO·P2O5)或(4FeO·P2O5)才能彻底脱磷。当FeO含量很低时,石灰不能很好熔化,既不能氧化脱磷,也不能生成稳定的磷酸盐化合物,特别是中期脱碳剧烈反应期,FeO含量降低,炉渣极易返干,钢水易回P,导致脱P异常。但FeO含量过高,将稀释渣中CaO含量,使碱度降低,也降低脱P效果。
1.2适度高的R
为了从钢液中脱磷并把脱磷产物固化在渣中,必须降低P2O5活度,需通过CaO实现,形成(3FeO·P2O5)或(4FeO·P2O5)固留渣中,以确保脱磷效果,因此需确保高效稳定的化渣效果并适当提高渣中CaO含量。但如果石灰加入量过大,导致石灰无法完全熔化,炉渣中固相比例增加,增大了炉渣的粘度,使炉渣流动性减弱,脱磷反应动力学条件变差,最终使脱磷率降低。在实际操作中经常发现,虽然石灰加入量很多,终点P含量仍然较高。
FeO和R往往对脱磷效果起到综合影响与协调控制,二者之间有一定比值,才能取得良好的效果。结合目前低铁耗高生铁比冶炼实际,碱度需控制在2.5±0.2,CaO/FeO=2.8±0.2。以达到良性的热力学条件与动力学条件结合,确保脱P效果。
1.3适度的大渣量
渣量并不影响脱磷分配比,但在一定分配比下,渣量增加导致P2O5浓度降低,(3FeO·P2O5)或(4FeO·P2O5)含量也随之降低,对脱磷有利,但过分增大渣量,由于渣层增厚引起一系列问题,如熔池不易沸腾,温度不均匀、炉渣流动性不好等,恶化脱磷动力学条件。渣量太少造成渣中P容量趋近饱和,从而影响脱P率与效果。低Si炉次做好留渣与适度提高碱度,确保基础渣量保证。
2冶炼各时段脱磷优化控制措施
2.1吹炼前期渣早化
前期渣基本上是高FeO、低碱度、低温、偏低流动性炉渣,因此需利用高FeO与低温有利特点确保(3FeO·P2O5)尽最大可能形成;通过供氧制度与造渣制度有机结合,保证熔池最大化的传质、传热效果,达到(3FeO·P2O5)或(4FeO·P2O5)最大限度积蓄渣中与部分形成(3FeO·P2O5)或(4FeO·P2O5)固化渣中,确保中、后期化渣效果,降低中、后脱磷难度[3]。
前期高效快速开渣条件:必须充分搅拌、适当高的熔池温度,这是促进脱磷反应的动力学条件。没有足够温度炉渣不能熔化,即使能熔化,如果温度不够高,渣子流动性不好,仍不能完成它应起到的作用。一旦前期炉渣化不透甚至不开渣,中期则必引起返干,并且难以调整,大大降低脱磷效率,指望中、后期大量脱磷非常困难。另外一批渣料加入数量与时机不当,也会造成前期升温速率慢,温度低,致使前期渣料不具备充分熔化的条件。并要充分考虑目前炉底偏高,底吹效果基本失效,熔池搅拌主要依靠氧气流股冲击的实际问题。
前期主要控制方案为:必须确保低枪位有效吹炼时长与效果。根据铁水物化指标,选择合适的供氧流量区间,以达到升温速率与温度区间最佳化协调控制,保证化渣基本过热度的前提下,保持适度低温区运行时长与效果;另外确保熔池均匀传质、传热效果,有效提升铁块熔均效果,避免其聚集、粘结,中后期碳氧剧烈反应,高温区突然熔化导致炉内反应异常以及中、后期熔化后,熔池中增P明显错过最佳脱磷期,进而影响终点P命中率。同时严格执行“延迟加入、多批次小批量”的加料模式,以保证化渣基本条件。最终实现前期低温有利条件下最大限度脱磷。
2.2吹炼中期渣化好
中期由于熔池温度的提高,(3FeO·P2O5)在渣中不稳定,必须迅速将生成的(3FeO·P2O5)转变为稳定的(3FeO·P2O5)或(4FeO·P2O5)固化渣中,因此渣中有效CaO的作用就显得极为重要,需逐渐提高并保证碱度。随着熔池温度逐步升高,石灰不断溶解,炉渣中CaO含量不断上升形成相对高碱度炉渣,铁水+铁块中C不断开始大量氧化,熔池搅动比前期强烈,促进脱磷反应的进行;但碳氧化反应消耗较多的FeO,进而限制石灰熔化速度,甚至出现未被熔化的固体颗粒,易形成碱度低、流动性差的炉渣,此时炉渣容易返干,进而回磷,脱磷率下降。因此为避免FeO浓度太低,应灵活调节枪位与氧压,延缓C-O反应速度,增加渣中FeO含量,有效控制及保障FeO含量。另外二批料加入过早、过晚,或者因为在吹炼中期短时间加入渣料数量过多,批量过勤,都会使炉渣化不透,流动性较差,不具备充分的脱磷动力学条件,进而影响脱磷效果。
2.3吹炼后期渣化透
随着脱碳反应的持续进行,钢中含碳量大大降低,脱碳反应下降,炉渣中FeO含量再次升高,同时钢水温度较高,有利于化渣,炉渣碱度继续增加,同时炉渣渣量达冶炼全流程最大,流动较好,钢水中P进一步去除,虽然冶炼后期温度较高,但终渣的控制是脱P的关键,温度对脱磷的效果不如FeO和炉渣碱度。但如中期出现严重返干,未调整完毕,导致后期炉渣返干相对严重,后期处于持续的高枪位或吊枪的调渣状态,在相对高温的条件,碱度偏低(中期返干严重成渣效果偏差),FeO偏高(长时间高枪位、吊枪的调渣)、流动性差(炉渣返干严重以及后期熔池碳偏低,主要依靠低枪位氧气流股确保熔池搅拌效果实际处于高枪位或吊枪调渣状态),导致基本不具备脱磷条件。为此,过程化渣不好或者中期炉渣返干较严重炉次,后期前段应首先提枪化渣,而在接近终点前2～3min确保低抢与压枪,后期需采用短周期、高频次、高低枪位交替、滑枪操作,提高化渣效果与熔池均匀搅拌效果,杜绝长时高枪位操作,进一步巩固及提升脱P效果。另外出钢前加料补吹脱磷必须进行点吹,避免加料漂浮于炉渣表面,不能彻底熔化,未能真正起到加料脱磷目的。
3应用效果
某钢厂采用“低铁耗、高生铁比”冶炼模式,原先终点一次倒炉P含量波动过大,0.020%～0.055%,且P含量超0.045%比例在11.3%,需强化补吹后出钢,并易出现个别炉次P含量超过0.080%异常情况。导致既定的冶炼周期、降铁耗目标、转炉炉况、产品质量等明显受限,终点P含量控制成为瓶颈问题。按此控制措施实施后,终点一次倒炉P含量稳定控制在0.015%～0.040%,最高P含量不超0.050%,点吹后直接出钢,终点P含量限制问题得以有效规避,达到了“高效、快捷、低耗、高质”生产目标。
参考文献
[1]?李翔.转炉留渣双渣工艺倒渣及脱憐应用基础研究[D].北京:北京科技大学,2016.
[2]?刘忠建.120t复吹转炉高效脱磷的研究与应用[D].辽宁:辽宁科技大学,2016.