唐 武，羅 銳，韓建成

(湘潭鋼鐵集團有限公司，湖南 湘潭 411101)

摘要: 鋼中磷含量會限制降低鋼材的塑性和韌性，還會使鋼材的焊接性能變差，嚴重影響成品的質量。隨著國民經濟的發展，行業對超低磷鋼板需求量大幅上升，但是其生產難度極大，國內僅寶鋼、武鋼、南鋼等為數不多的幾家鋼鐵企業開發成功。為解決湘鋼當前裝備下低磷鋼生產去磷的問題，通過對 120 t轉爐頂底復吹雙渣留渣工藝進行不斷地優化改進，在合理的廢鋼比、造渣控制、供氧控制、底吹控制等條件下，湘鋼形成了極低磷鋼的冶煉工藝。雙渣留渣工藝可保證爐渣前期較高的堿度和氧化亞鐵含量，促進前期快速成渣，未留渣爐次前期堿度平均為 1． 21，而留渣爐次的前期堿度平均為 1． 92; 控制溫度在1 350 ℃左右，脫磷率可以穩定在 80% 左右。通過雙渣留渣的工藝優化，2023 年低磷鋼種磷含量合格率保持在較高的水平，磷含量合格率逐漸從 2022 年的 80% 提高到 90% 甚至 100% 。在終點成分穩定的基礎上，湘鋼實現了穩定的轉爐極低磷鋼磷含量的控制。

關鍵詞: 頂底復吹轉爐; 低磷鋼; 雙渣留渣法; 脫磷率; 堿度

0 引言

近年來，隨著國民經濟的快速發展，各種行業對超低磷鋼板( 12Cr2Mo1VＲ、9Ni 等) 需求量大幅度上升，但是由于其使用條件非?？量蹋a難度極大，國內僅寶鋼、武鋼、南鋼等為數不多的幾家鋼鐵企業開發成功^{［1，2］}。為配合公司品種占領高端市場戰略，寬厚板廠必須具備生產超低磷鋼的能力。由于寬厚板生產暫不具備出鋼后撈渣、扒渣等功能，精煉工序也無相關設備，無法做到出鋼后二次脫磷，因此脫磷的壓力全部集中在了轉爐。目前，轉爐煉鋼的造渣工藝主要包括單渣法、雙渣法、雙聯法等方式^［3－5］。單渣法是在冶煉過程中僅經過一次造渣脫硅脫磷，該方法在生產成本、冶煉周期、生產組織及勞動強度等方面具有一定的優勢，但對低磷鋼生產有一定的難度^［6－13］。雙渣法是在冶煉過程中實施兩部分控制，先進行冶煉前期鐵水脫硅脫磷，倒掉部分脫硅脫磷渣，再進行中后期脫碳、升溫，實現低磷出鋼。 雙聯法一般是通過 2 座大型轉爐分別進行脫磷和脫碳過程，對現場生產布局、節奏控制等要求高^{［16－20］}。

為解決湘鋼當前裝備下低磷鋼生產去磷的問題，根據現有設備及生產組織情況，轉爐煉鋼通過雙渣留渣工藝研究，實現了在出鋼后不進行輔助脫磷的情況下出鋼磷含量≤0． 004% 的水平，保證了成品磷符合超低磷鋼種的要求。

1 工藝情況

1．1 冶煉條件

湘鋼寬厚板有 2 座 150 t 頂底復吹轉爐，鐵水成分如表 1 所示?？梢姡F水溫度與成分波動較大，鐵水硅含量在 0． 10% ～ 0． 70% 之間波動，而磷含量在0． 090% ～ 0． 160% 之間波動，給轉爐造渣帶來了比較大的影響，因此在冶煉低磷鋼時，需要更精準地控制終點溫度和碳含量，以滿足終點磷含量的要求。

1． 2 工藝流程

鐵水硅含量平均值為 0． 38% ，在冶煉終點磷含量較為寬松的鋼種時，一般采用單渣法，而針對鐵水硅含量高于 0． 60% 或磷含量要求在 0． 010% 以內的鋼種時，采用雙渣法進行冶煉，工序示意圖如圖 1所示。鐵水溫度平均為 1 389 ℃，熱量較為充足，采用適當留渣的工藝，可以在前期快速形成高堿度的前期渣，利用好前期的熱力學條件，盡可能降低中后期的脫磷壓力。鐵水裝入量在120 t 左右，廢鋼裝入量在 30 t 左右，鐵耗在 840 kg /t 左右。

1． 3 冶煉控制

(1) 生產準備

根據冶煉路徑準備鐵水，走 ＲH 工藝路線的鋼種，鐵水裝入量需要大于 115 t，其他鋼種鐵水裝入量不得低于 112 t。入爐含鐵料需要基于終點要求進行控制，終點磷含量小于 0． 007% 的鋼種要求不加生鐵，終點磷含量 0． 008% ～ 0． 012% 的鋼種生鐵加入量不得高于 3 t。通過提高熔池過程溫度，加入球團、礦石等含鐵冷料，提高爐渣氧化鐵含量，提高爐渣磷分配比。

(2) 冶煉控制

為了滿足終點脫磷的需要，一次倒爐溫度控制在 1 580 ～ 1 600 ℃，隨后倒爐倒渣，根據一次倒爐的溫度及化渣情況加入輔料調渣，將終點目標溫度控制在 1 560 ～ 1 570 ℃。對于磷含量小于 0． 006% 的鋼種，采用前期倒渣的方式倒掉前期磷含量較高的爐渣，保證后期脫磷效果。

普通鋼種的供氣強度為 0． 02 Nm³ /t·min，對于低磷鋼種，采用了比一般鋼種更大的底吹強度，以提高動力學攪拌效果，增加渣鋼的接觸面積，提高反應效率，故供氣強度不低于 0． 03 Nm³ /t·min。

(3) 出鋼及合金化控制

出鋼采用滑板雙擋操作，即出鋼前關閉滑板，待搖爐到正常出鋼水角度打開滑板出鋼，出鋼接近末期提前手動關閉滑板。出鋼過程及時跟上搖爐操作，避免卷渣。出鋼接近末期時要做好留鋼操作準備，可借助鋼水車實時稱重系統等判斷出鋼量，避免出鋼見渣，降低回磷量。

2 操作工藝對脫磷效果的影響分析

2． 1 留渣操作對前期脫磷的影響

冶煉終點磷含量要求較高的鋼種時，一般采用留渣操作，因為終渣具有較高的堿度及氧化亞鐵含量，且為預熔渣，采用留渣操作可以促進前期形成具有較高脫磷效率的渣。轉爐終渣具有較高的堿度，含有一定量的氧化亞鐵，不僅有利于前期化渣，更可以起到去磷效果。部分試驗爐次前期脫磷情況如圖 2 所示。

從圖 2 中可以看出，采用留渣操作的爐次，前期脫磷率提高，當溫度從 1 300 ℃ 提高到 1 350 ℃，脫磷率從 50% 左右提高到 80% 左右，但是隨著溫度繼續升高，脫磷率有所下降。當溫度在 1 390 ℃ 時，脫磷率在 50% 左右，這主要是由于溫度升高后，脫磷反應的熱力學條件惡化，碳氧反應開始占據主導。

2． 2 留渣操作對前期脫磷影響的熱力學研究

留渣操作最大的優勢就是快速熔渣，提高轉爐渣的前期堿度與氧化亞鐵含量，從而促進化渣，加強脫磷反應。留渣操作對前期爐渣的影響如圖 3 所示。

從圖 3 中可以看出，留渣操作可以顯著提高爐渣的前期堿度，未采用留渣操作時爐渣平均堿度為1． 21，而留渣操作的爐次爐渣的平均堿度為 1． 92。

脫磷反應可用如下反應式表示^［14］:

4 ( CaO ) + ( 3FeO · P₂O₅ ) = ( 4CaO · P₂O₅ ) + 3( FeO)          ( 1)

從式( 1) 中可以看出，根據化學平衡原理分析，渣中( CaO) 、( FeO) 含量越高，生成的 4 ( CaO) ·( P₂O₅ ) 越多，則渣中磷含量越高，鋼中磷含量越低。渣的堿度越高，則渣中自由氧化鈣越多，渣的磷含量越低^［15］。根據正規離子模型計算，渣的堿度含量對鋼液平衡磷的影響如圖 4 所示。

從圖 4 可以看出，1 400 ℃ 時，當堿度從 1． 0 提高到 2． 0，鋼液平衡磷含量從 0． 008 4% 降低到0． 005 6% 。而實際半鋼磷含量，采用留渣模式的爐次實際磷含量也明顯低于未留渣爐次的半鋼磷含量，但是溫度方面，實際結果與理論結果有一定的差異，主要是由于磷的氧化不僅僅受到溫度的影響，還受限于其他因素，比如化渣情況，動力學攪拌等因素。

2． 3 工藝控制情況

通過不斷跟蹤試驗及優化調整，低磷鋼種終點磷含量率逐月穩步提升。2023 年低磷鋼種的磷含量控制情況如表 2 所示。

從表 2 中可以看出，通過優化雙渣留渣工藝，2023 年 1 ～ 9 月期間，低磷鋼種磷含量不符合要求的爐次逐漸減少，生產的 99 爐低磷鋼種均滿足磷含量的控制要求。2023 年低磷鋼種磷含量控制合格率變化如圖 5 所示。

從圖 5 中可以看出，通過雙渣留渣的工藝優化，2023 年低磷鋼種磷含量合格率保持在較高的水平。2022 年全年低磷鋼磷含量的合格率僅在 80% ，而2023 年 1 ～ 9 月，磷含量的合格率逐漸從 90% 提高到 100% ，其中 2023 年 3 月由于部分爐次磷含量較高，導致鋼液磷含量的控制出現了波動，隨后經過工藝調整，磷含量合格率均保持在 90% 以上。選取了 5 爐生產過程中低磷鋼轉爐終點、板坯成品的磷含量，如圖 6 所示。

從圖 6 可以看出，低磷鋼種轉爐終點的磷含量在 0． 003% ～ 0． 005 5% ，板坯成品的磷含量均控制在 0． 006% 以內，轉爐終點到板坯成品過程增磷量控制較為穩定，在 0． 001 0% 左右，通過現有工藝生產的產品磷含量可以滿足需求。

3 結論

基于基礎理論研究及實踐跟蹤，在合理的鐵水廢鋼配比條件下，通過采取科學的雙渣留渣控制、底吹控制、出鋼控制等，實現了轉爐低磷鋼的生產。

主要結論如下:

(1) 采用雙渣留渣操作可以有效提高前期脫磷率，溫度從1 300 ℃提高到1 350 ℃，脫磷率從50%左右提高到 80%左右，但是隨著溫度繼續升高，脫磷率有所下降，當溫度在 1 390 ℃時，脫磷率在 50%左右。

(2) 留渣操作可以起到前期快速化渣，促進前期脫磷反應的作用，未留渣爐次前期爐渣堿度平均為 1． 21，而留渣爐次前期爐渣堿度為 1． 92。

(3) 通過理論研究前期爐渣堿度對平衡磷的影響，1 400 ℃時，當堿度從 1． 0 提高到 2． 0，鋼液平衡磷含量從 0． 008 4% 降低到 0． 005 6% 。而實際半鋼磷含量，采用留渣模式的爐次實際磷含量也明顯低于未留渣爐次的半鋼磷含量。

(4) 通過雙渣留渣的工藝優化，2023 年低磷鋼種磷含量合格率逐漸從 90% 提高到 100% 。

參考文獻

［1］張恒，李國明，陳珊，等． 鋼中磷含量對低碳鋼坑孔腐蝕擴展速度的影響［J］． 工程科學學報，2011，44( 4) : 423 ～ 427．

［2］劉瀏，余志祥，蕭忠敏． 轉爐煉鋼技術的發展與展望［J］． 中國冶金，2001( 1) : 17 ～ 23．

［3］戴雨翔． 基于高硅鐵水的轉爐冶煉技術研究［D］． 北京: 北京科技大學，2020．

［4］陳連軍，廖桑桑． 轉爐高硅鐵水雙渣法高效生產技術實踐［J］．江西冶金，2019，39( 6) : 38 ～ 41．

［5］孫李明． 轉爐雙聯法冶煉工藝及其特點［J］． 上海金屬，2005，27( 2) : 44 ～ 51．

［6］萬雪峰，李德剛，曹東，等． 180 t 復吹轉爐單渣法深脫磷工藝的研究［J］． 鞍鋼技術，2011( 2) : 11 ～ 15．

［7］張淵普，李媛，李獻忠． 130 t 轉爐脫磷初步生產實踐［J］． 武鋼技術，2011，49( 3) : 1 ～ 2．

［8］朱國森，李海波，呂延春，等． 首鋼轉爐“留渣 － 雙渣”煉鋼工藝技術開發與應用［C］． 第九屆中國鋼鐵年會，2013．

［9］孫李明． 轉爐雙聯法冶煉工藝及其特點［J］． 上海金屬，2005，27( 2) : 44 ～ 51．

［10］潘秀蘭，王艷紅，梁慧智，等． 轉爐雙聯發煉鋼工藝的新進展［J］． 鞍鋼技術，2007( 5) : 5 ～ 8．

［11］Ogawa Y． Development of the continuous dephosphorization and decar － bonization process using BOF ［J］． Tetsu － to － Hagane， 2001，87( 1) : 21～28．

［12］胡曉光，李晶，武賀，等． 復吹轉爐雙渣深脫磷工藝實踐［J］． 北京科技大學學報，2014，36( S) : 207～211．

［13］周朝剛，李晶，武賀，等． 轉爐雙渣脫磷一次倒渣工藝研究［J］．鋼鐵，2014，49( 3) : 24～28．

［14］魏壽昆． 冶金過程熱力學［M］． 北京: 科學出版社，2010．

［15］黃希祜． 鋼鐵冶金學原理［M］． 北京: 冶金工業出版社，2008．

［16］張福東，姜海賓，武波，等． 轉爐高錳鐵水冶煉優化［J］． 河北冶金，2022( 2) : 37～40．

［17］羅源奎． 轉爐低鐵耗冶煉工藝優化［J］． 河北冶金，2021( 11) : 63～ 65．

［18］蔣鯉平，于飛． 120 t 轉爐高效化冶煉工藝研究［J］． 河北冶金，2021( 7) : 46 ～ 49 + 74．

［19］吉祥利，張達． 高效智能轉爐冶煉技術的研發與應用［J］． 河北冶金，2020( S1) : 65 ～ 67．

［20］張立君． 宣鋼 150 t 轉爐低硅鐵水冶煉實踐［J］． 河北冶金，2016 ( 5) : 45 ～ 47．