林利平钢水在RH工艺条件下开发深脱磷技术探讨

钢水在RH工艺条件下开发深脱磷技术探讨田义胜陈清泉杨建钢林利平（武钢第二炼钢厂）真空精炼与AOD精炼系统技术研讨会1.前言：近20年来，国际钢材产品质量的提高证明：提高钢水纯净度，降低钢中杂质总量既∑S+P+N+H+TO可以明显改善钢材性能。而转炉炼钢在大工业生产条件下对某些杂质元素的控制水平已出现不能适应部分钢种的发展要求，因此寻求新工艺是进一步提高钢水纯净度的必经之路。我厂自1#RH—KTB/PB多功能精练装置投产以来，其深脱碳、深脱硫等工艺功能在纯净钢的冶炼中发挥了重大作用，为进一步开发RH多功能应用能力，提高我厂钢水纯净度控制水平，进一步降低钢中磷含量，我们以“RH深脱磷功能研究”为课题立项，开展了技术研发和工业性试验。2.工艺设想钢水RH—KTB处理过程中，钢中磷可以通过以下反应去除：2[P]+5[O]+4[CaO]=（4CaO.P2O5）（%P2O5）磷在炉渣和金属间的分配系数LP=——————[%P]由RH—KTB工艺特点知，在此工艺条件下去磷有以下有利因素：(1)利用RH-KTB工艺，脱碳期向钢液吹氧，可以满足脱磷反应需要的氧化性气氛；(2)加入含CaO的脱磷剂，保证脱[P]反应需要的碱度条件；(3)RH工艺具有良好的循环效果，为脱磷反应创造了有利的动力学条件。综上所述，在RH-KTB条件下，通过吹氧、添加脱磷剂等工艺，可以为钢水进一步脱磷创造有利的热力学、动力学条件，所以此工艺在理论上是可行的，其效果需在试验中加以证明。3.RH基本操作条件3.1钢水的条件3.2顶渣条件3.3RH操作条件3.4脱磷剂条件3.1钢水的条件由于脱磷反应是在氧化气氛下进行的，我们将试验钢种确定为RH脱碳钢，主要有两类，即包括高牌号无取向硅钢在内RH脱氧彻底钢和WDTO、WCP等超低碳、低硅弱脱氧钢，RH处理前钢液具体条件见下表：钢水量（吨）80钢液温度（℃）1600-1640起始成分（%）C%Si%Mn%P%S%[O]（PPm）0.04~0.06≤0.020.03~0.1≤0.015≤0.010300~600表1.RH处理初始钢液条件返回3.2.顶渣条件为了减少出钢回磷，转炉出钢严格执行二步挡渣法，减少下渣量，确保大包内渣层厚度≤100mm。未进行改质处理的顶渣，碱度基本在2.8左右，TFe含量为12%-20%。为了形成对RH进一步脱磷的有利条件，抑制钢水回磷，我们对初始顶渣进行了有效改质。即在转炉出钢过程中加入CaO—AL2O3—CaF2等改质料，使初始顶渣碱度达到3.0以上。返回3.3RH操作条件RH处理操作参数：采用KTB吹氧并适当调整控制枪位，吹氧时合理控制真空度在一定范围，进行RH循环处理并保证循环时间。采用CaO-CaOF2系（参考比例约2：1）且碳含量极低的脱硫剂材料。3.4脱磷剂条件返回4.试验实施为了寻求最佳的脱磷效果，我们采取两种试验方法进行对比：4.1.1加入法RH脱碳开始处理时，利用RH-KTB氧枪向真空室供氧，并同时加入脱磷剂，通过控制吹氧流量和脱磷剂的加入速度，使吹氧与加脱磷剂在时间上同步进行。4.1.2喷吹法由于吹氧与喷粉是使用同一喷枪，目前二者不能同时进行，我们在WDTO钢种上，脱碳前期对钢液进行吹氧，使钢液中氧含量达一定浓度时，采用氧枪喷吹脱磷粉剂。4.1试验方案4.2钢包渣再次改质RH深脱碳完毕时，加入一定量脱磷剂增加钢包渣碱度，防止钢包渣向钢水返磷。4.3钢水合金化RH钢水脱碳结束后，钢液需加入脱氧剂等进行合金化，由于钢种不一样，加入的合金也不一样，W12等高牌号无取向硅钢合金加入量大，RH处理结束时钢液中溶解[O]为1～2PPm；诸如WDTO、WCP1等超低碳、低硅弱脱氧钢，合金化后钢液溶解氧为10～30PPm。5.试验结果与分析5.1两种脱磷方法试验数据及效果5.2对耐材的侵蚀5.3脱磷剂加入量的确定5.4吹氧量的确定5.5两类钢种的脱[P]效果5.6过程温度控制5.1两种脱磷方法试验数据及效果序号K1[P]（%）K4[P]（%）ηP（%）K6[P]（%）L[P]（%）10.0040.002500.0030.00320.0070.00442.860.0050.00430.0060.00433.330.0040.00440.0130.00838.460.0090.00950.0080.00537.50.0060.00760.0080.00337.50.0060.00670.0070.00528.50.0070.00780.0090.00544.440.0060.00690.0080.00537.50.0050.006100.0070.00528.570.0060.006110.0100.008200.0080.008120.0070.00442.860.0040.004130.0070.00442.860.0040.004注：（K1、K4、K6、L分别为RH起始样，脱[C]结束样.RH结束样、成品样）表2.加入法脱磷试验有关数据RH脱碳过程中，使用加入法对钢水进行脱磷处理，钢水获得的平均脱磷效率为37.26%，最高为50%，合金化后钢液有少许回磷现象，平均回磷为0.77PPm,成品最低磷可达30PPm。表3.喷吹法脱磷试验相关数据序号K1[P]（%）K4[P]（%）ηP（%）K6[P]（%）L[P]（%）K1[O]（PPm）K4[O]（PPm）10.0080.005250.0070.00787966320.0060.00516.670.0060.00698160330.0070.00614.280.0060.00766858940.0090.00722.220.0070.00874450650.0100.007300.0070.00850357460.0070.00614.280.0060.009524486可以看出，RH脱碳过程中，使用喷吹法脱磷，钢水获得的脱磷效果不及加入法，其最大脱磷效率为30%，平均为20.41%。因此，在后阶段的试验中，我们使用的主要是加入法。返回两种脱磷方法试验数据及效果5.2对耐材的侵蚀试验使用的CaO-CaF2系脱磷剂的熔点随CaF2比例的增加而降低，我们所使用脱磷剂熔点在1600℃以下，低熔点的石灰质溶剂能轻易渗透到耐火砖的深处。CaF2熔点更低，只有1418℃，松散，骨料被钢渣熔出，导致结构上破裂，而造成剥落性损伤。脱磷试验工程中，耐材内衬侵蚀速度加快一倍，平均每炉侵蚀约为1.1mm。且随着脱磷剂加入量的增加，耐材侵蚀越严重。返回5.3脱磷剂加入量的确定图1表明：在我门试验加入量范围内，二者的关系是：脱P剂单耗越大，脱磷效果越好、脱磷效率越高。这可以反应式2[P]+5[O]+4[Cao]=(4Cao.P2O5)得到解释。这一点与转炉去磷是不完全一致的。转炉去磷时，去磷率先是随石灰加入量增大而增大，但到一定值时，会随石灰耗量加大而减小，这是因为过量的石灰使渣况恶化，去磷动力条件变差所致。而在我们试验工艺条件下，由于温度较高，加料速度可控，RH循环效果好等原因，加入的脱磷剂一般能很快熔化，不存在渣况恶化的问题。但是随脱磷剂单耗的逐渐增大，这种关系越来越不明显。图2是磷的分配系数LP与％(Cao)/(%SiO2)的关系，二者关系也表明了上述观点。但是另一方面，脱磷剂加入量越大，对RH耐材侵蚀越严重，给生产组织及成本等都带来不利。因此，在试验过程中，脱磷剂加入量一般是2.5～5Kg/t.s，最高不大于6Kg/t.s。012340.00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0n=1410'ηp(10')ξkg/t图1.脱磷剂单耗多与脱磷效率之间的关系0.00.10.20.30.40.50.6050100150200(P2O5)/[P][(%CaO)/(%SiO2)]/(%Al2O3)k1-K6图2磷的分配系数LP与％(Cao)/(%SiO2)的关系返回5.4吹氧量的确定图3渣中（%TFe）与磷分配系数LP的关系，此图表明：渣中（%TFe）存在一个最佳值即%TFe=16-20时LP较高。这一现象可以解释为（FeO）本身有一定的去磷作用，（FeO）还是石灰的基本溶剂，并在氧化去磷过程中起中介作用，4（CaO）+（3FeO.P2O5）={4CaO.P2O5}+3（FeO），因而随TFe的增加，LP增大。但当TFe20%时，2FeO并不随比例增大，却生成了3CaO.Fe2O3,稀释了（CaO）的去磷作用，于是LP反而变小。在RH吹O2脱磷过程中，吹O2量的多少一方面要满足RH脱碳所需[O]量，RH结束温度满足钢种连铸要求温度；另一方面就是必须保证渣中具有适量的（FeＯ）。试验结果表明，RH脱碳结束钢中[O]保持在400～600PPm，渣中（FeO）较合适。6810121416182022050100150200(P2O5)/[P](%TFe)图3渣中（%TFe）与磷分配系数LP的关系返回5.5两类钢种的脱[P]效果从上表可以看出：K1-K4，W12与WDTO脱磷效率基本一致，但W12在合金化、浇注过程中有显著回磷现象，而且成品磷大于RH起始磷含量。这主要是因为Ｗ12合金化时要加入大量的合金，一方面合金带入使钢液增磷，另一方面W12结束时钢液中[O]为1-2ppm，渣中（TFe）含量少（仅为3%-5%），磷的分配系数Lp较低。据统计，在通常情况下，高牌号无取向硅钢成品磷要比RH起始磷含量高约30ppm，因此，采用加入法对Ｗ12等高牌号无取向硅钢脱磷，可以抑制、减少钢液回磷。与Ｗ12相比，诸如WDTO、WCP1等超低碳、低硅弱脱氧钢，由于RH合金化后钢中[O]为10～40ppm，渣中（TFe）保持13%-18%，因此，RH脱磷结束后钢液回磷较少。数据钢种K1[P]（PPm）K4[P]（PPm）ηP（%）K4[P]（PPm）L[P]（PPm）RH终点钢中[O]（PPm）RH终点钢T.Fe（PPm）W1252.532.538.147.562.51-23-5WDT0754836545510-3013-18表4.W12与WDTO采用加入法脱磷试验有关数据(平均值)返回5．6过程温度控制图4是温度与磷分配系数关系。此图表明：温度越低，Lp越大，这是因为脱磷反应是放热反应。因此在生产过程中，应据钢种浇注温度确定合适转炉出钢温度，控制好RH过程温度。在此工艺条件下，影响温度主要有以下四个因素：（1）加入脱磷剂熔化吸热降温，一般加入100Kg脱磷剂降温3℃；（2）RH处理过程自然降温；（3）RH-KTB吹氧脱碳二次燃烧放热；（4）钢中[O]为400-600ppm合金化时升温。如RH开始处理温度高，应据各因素将温度调至合适值时再进行脱磷处理，以便达到最佳脱磷效果。158015901600161016201630164016501660050100150200250300T/℃(P2O5)/[P]K1-K6图4温度与磷分配系数关系返回6．结语6.1利用RH-KTB现有条件对钢水进行深脱磷处理，可稳定获得大于30%脱磷效果，为生产超低磷钢提供了新的思路。6.2此工艺对WDT0、WYK-1等超碳、低硅弱脱氧纯净钢有较好的脱磷效果，对于W12等高牌号无取向硅钢，此工艺可有效抑制、减少钢水回磷。6.3此工艺操作简单、成本低。如是在脱磷结束能进行扒渣操作，那么去磷效果将更加明显。汇报完毕