转炉中磷铁水最佳成渣路线的实践

转炉中磷铁水最佳成渣路线的实践陆志坚陆鹏覃强柳钢转炉炼钢厂摘要：针对柳钢转炉炼钢厂复吹转炉冶炼中磷铁水的特点，在热力学实验中确定最佳的造渣材料，动力学实验中考察了钢一渣间磷的传质过程。从炉渣碱度和炉渣氧化性两个方面讨论复吹转炉冶炼含磷较高铁水的成渣路线。根据热力学、动力学实验和水模实验及对梅钢最佳成渣路线的研究制定出工业试验方案，对柳钢炼钢的造渣制度进行优化。关键词：复吹转炉成渣路线脱磷造渣制度1引言柳钢转炉炼钢厂现有3座150t、3座120t顶底复吹转炉。120t氧枪采用四孔喷头，150t氧枪采用5孔喷头，供氧强度3.2m3／t.min。底吹采用LBE系统，底吹氮氩气体，150t转炉8个透气元件，120t转炉6个透气元件，供气强度0．015～0．10m3／t.min。因铁水含磷较高(平均[P]0.16%，见表1)，冶炼存在如下问题：渣量较大，为140～160kg／t钢；终渣中TFe较高，平均19.69%；冶炼操作不稳定，喷溅严重；终点命中率低，补吹次数多，冶炼周期长。由此引起吨钢成本高，炉衬寿命短等问题。为解决这些问题须对目前操作制度进行优化。铁水成分%SiMnPS平均值0.430.310.1590.025最大值1.50.550.2010.069最小值0.080.180.1280.012表1铁水成分2脱磷反应的热力学分析为了考察炉渣的脱磷效果，用Cp(磷容)来衡量炉渣的脱磷能力。渣一金间的脱磷反应式2[P]+5(FeO)+3(O2-)=2(PO3-4)+5Fe(1)或[P]+5／2(FeO)+3／2(02-)=(PO3-4)+5／2Fe(2)K=aPO3-4／%[P]a5/2FeOa3/2O2-(3)磷容由下式表示：（4）由式(4)可知，炉渣的磷容由炉渣成分和温度决定。(1)炉渣氧化性对炉渣脱磷能力的影响：从图1看出，FeO含量变化的折点在15％，即炉渣FeO含量在15％时，炉渣脱磷能力较强。在实际冶炼中渣-钢反应并未达到平衡，因此在这个折点的FeO含量应该15%。图2为磷容与XFeO的关系。从图中看出，XFeO在0.1时，磷容的值最大。图1MgO饱和的CaO-SiO2-FeO渣-钢间磷分配比与w(FeO)的关系图2MgO饱和的CaO-SiO2-FeO渣系中磷容与XFeO的关系(2)炉渣碱度对炉渣脱磷能力的影响：CaO具有较强的脱磷能力，磷酸钙在炼钢温度下比较稳定，提高炉渣碱度可以提高脱磷效率。但不能无止境地提高炉渣的碱度，如果CaO加入过多，则炉渣的粘度增强，CaO颗粒不能完全熔入炉渣，导致炉渣的流动性减弱，从而影响脱磷反应在钢液与炉渣间的界面进行而降低脱磷效率。另外，炉渣碱度与氧化铁的活度也有关系，过高碱度会减少氧化铁的活度，从而影响钢水中的含氧量。图3为平衡时炉渣中磷分配比与炉渣碱度的关系。在炉渣中FeO变化不大的条件下，随着碱度的增加，渣一钢间磷的分配比也不断增加，但炉渣碱度4.4时，增加的趋势不明显，而且有下降的趋势。因此控制炉渣碱度在接近4.4，对于提高脱磷效率是有利的。图4为磷容与炉渣碱度的关系，碱度为4.4时，炉渣的磷容最大。图3炉渣中磷分配比与炉渣碱度图4磷容与炉渣碱度的关系(3)炉渣中MnO对终渣脱磷能力的影响：当渣中Mn0含量分别为3.4、7.95、9.05时，磷的分配比lgL分别为2.65、1.89、1.64。即随着终渣中MnO含量的增加，终渣的脱磷能力下降。当XMnO增加时，lgLp成下降趋势，当终渣中XMnO在0．01左右时，炉渣脱磷能力较强。而当渣中XMnO增至0．1时，炉渣的脱磷能力下降。产生这种现象的主要原因是随着渣中MnO含量的增加，渣中CaO和TFe降低。即渣中MnO起到稀释CaO和TFe的作用。(4)炉渣中Al2O3含量对终渣脱磷能力的影响：当渣中Al2O3含量分别为1.3、6.0、1O.2时，磷的分配比lgLp分别为2.65、1.62和1.45。即随着终渣中Al2O3含量的增加，终渣的脱磷能力下降。而且比MnO的影响要大。因此在保证终渣流动性的前提下应使渣中Al2O3含量降低。(5)炉渣中P2O5对终渣脱磷能力的影响渣中P2O5含量增加，磷的分配提高，但终点[P]会比相应提高；且渣中P2O5含量增加会影响石灰渣化效果，即导致石灰溶解速率降低。见图5。图5P2O5对石灰溶解速率的影响(6)MgO含量对终渣脱磷能力影响：MgO含量对终渣磷的分配比影响不大，但渣中MgO值太高过饱和状态下，会影响炉渣的渣化效果，从而影响脱磷。(7)渣量对终渣脱磷能力的影响：加入的渣量不同时得到的磷的分配比差不多，但增加渣量会降低渣中，从而能降低钢水[P]含量，可提高去P率。(8)温度对终渣脱磷能力的影响：脱磷是放热反应，低温有利于脱磷。综合上述实验结果看出，在最佳炉渣碱度和氧化性的前提下，炉渣中适当配加MnO和Al2O3可以保证提高炉渣的流动性，从而有利于提高炉渣的脱磷能力。从实验结果看出，MnO质量分数在3%～5%，Al2O3质量分数3%，MgO质量分数在6%～8%，炉渣的脱磷能力较强终点渣-钢间磷的分配比不仅与终渣成分、钢水成分及钢水温度有关，而且还取决于冶炼中的供氧强度、枪位和底吹供气强度。为了进一步分析冶炼操作对终渣成分的影响，这里引用文献[1]中nP的控制模型。np=8.86+0.2244R-0.00445T-0.0277(TFe)–0.198q0–0.43[c]十9.09×10-4(LH／dT)-0.0268qb根据现行操作制度，取各参数的平均值：碱度RCaO／(SiO2+P2Os)--3；熔池温度1630℃；TFe18.39%；顶部供氧强度qo为3.0m3／min.t；枪位LH为2.5m；[c]0.05%；喷孔喉口直径0.037m；氧枪喷孔数4个；底部供气强度qb0.02m3／rain·t。根据上式计算nP为1.40，大于文献[1]给出的n=1.1的理想目标。说明现行的操作工艺参数没有达到最佳值。3试验方法吹炼过程中采用变氧压变枪位操作，氧枪枪位、氧气流量的试验方案见表2。试验采用单渣两批料操作，即开吹后加入第一批料，其中石灰占总加入量的7O%，在吹氧到20%时全部加完。轻烧白云石在开吹时一次性加入；铁矿石根据热量富余情况调整加入，铁矿石和污泥球不一起加入。在确定最佳吹炼工艺参数时，石灰加入45kg/t左右，轻烧白云石加入25kg/t，铁矿石加入量根据热量富余情况而定。在确定最佳造渣制度时，加入的造渣料的量是根据由热力学平衡确定的最佳终渣和配渣成分计算而来的。试验时加入的铁水比为84%，废钢比16%。试验中取过程样、终点钢样、渣样，试样经处理后，进行常规的化学分析。4试验结果分析(1)最佳吹炼工艺参数的确定最佳吹炼工艺参数确定的试验是在保证造渣制度相同的条件，通过改变吹炼工艺参数，来考查最佳的工艺参数方案。试验方案见表1。表1确定最佳吹炼工艺参数的试验方案试验方案枪位控制（mm）氧流控制（Nm3/t.min）过程控制基本枪位波动值过程控制基本强度波动值1高低高低1550150大小大3.50.32恒枪位15000大小大3.50.53低高低1550150恒流量3.504高低高低1550100大小大3.50.5表确定最佳吹炼工艺参数各方案的试验结果试验方案过程控制效果终点结果返干喷溅RTfe%P2O5%[P]%1多、不严重少、溢渣量大2.818.513.560.0322多、严重无2.714.533.870.0423多、严重少、溢渣量大2.815.363.630.0354少少、轻微溢渣3.119.152.880.017从表1、表2可知，采用不同吹炼工艺冶炼终点的磷有较大差别。其中方案4冶炼终点钢水中磷含量最低，从这点看，采用方案4对于冶炼脱磷是有利的。方案4的特点是吹炼前期氧枪枪位和氧气流量变化较频繁，这样有利于快速成渣，保持炉渣的流动性，从而达到全程脱磷的目的。而且方案4的石灰渣化率为最大值，有利于降低石灰消耗。(2)最佳造渣制度的确定表3最佳造渣制度的确定的试验方案及结果试验方案造渣料加入控制（kg/t）终点结果石灰白云石加入方式RMgO%Tfe%P2O5%[P]%14528分两批3.48.920.312.560.01524028分两批3.28.819.352.770.01734025分两批3.1818.362.830.01743525分两批2.87.915.322.930.03从试验结果看，方案1-3都能满足冶炼终点的要求，但方案1、2的Tfe含量偏高，其主要原因是碱度上升后MgO未降低导致需炉渣化透时FeO%必须上升。鼓在冶炼中P铁水时，需要提高碱度时，可相应降低MgO%含量，可有效降低消耗。综上所述，柳钢中P铁水冶炼的最佳成渣路线为整个成渣过程基本上是铁质成渣路线，即在整个吹炼过程中叫(FeO)保持在2O％以上，这样就保证炉渣具有良好的流动性和促进石灰快速溶解。因此这是较为理想的成渣路线，这与以前的理论分析结果是一致的。参考文献：1李远洲．氧气转炉造渣最佳化工艺模型的探讨[J]．钢铁，1992，27(4)：14～22．2吴伟等.冶炼中磷铁水最佳复吹模式的探讨[J]．钢铁，第4O卷第6期2005年6月：33～37（71）．