转炉铁水预处理脱磷实验研究

D0:10.13374f.issn1001-053x.2011.s1.017 第33卷增刊1 北京科技大学学报 Vol.33 Suppl.1 2011年12月 Journal of University of Science and Technology Beijing Dec.2011 转炉铁水预处理脱磷实验研究 高圣勇)田志红”朱立新)赵长亮2)闫占辉2)罗伯钢2 魏钢 1)首钢技术研究院，北京1000412)首钢京唐钢铁联合有限责任公司，唐山063210 ☒通信作者，E-mail:86510377@q4.com 摘要首钢京唐公司采用转炉铁水预处理脱磷工艺作为洁净钢生产平台，通过前期58炉治炼实验，摸索出一套适和京唐公 司生产实际的操作工艺，并在造渣制度、吹炼模式、温度控制等方面取得了重大突破，实现了稳定、高效生产低磷钢、超低磷钢 的目标.脱磷炉终点磷的质量分数平均为0.017%，碳的质量分数为3.69%，脱磷炉终点平均温度为1350℃，并有10炉钢的 脱磷炉终点磷的质量分数小于0.015%，最低为0.008%，达到了生产超低磷钢的预脱磷要求.对实验中影响脱磷效果的因 素，如铁水硅含量，脱磷炉终点温度、终点碳含量、终渣碱度和氧化性等，进行了深入研究.分析表明当铁水硅的质量分数小于 0.45%时，可以达到比较好的脱磷效果：脱磷炉的脱磷效果随终点温度的升高而逐渐变差，但为保证脱碳炉有足够的热量，脱 磷炉终点温度控制范围为1350-1380℃：脱磷炉合理的碳含量范围应该在3.3%-3.8%之间：碱度控制在1.8~2.2即可满 足脱磷炉的脱磷效果：通过增加矿石加人量，保持较高枪位可以提高治炼过程渣中(FO)含量，提高脱磷炉的脱磷效率. 关键词铁水：脱磷：硅含量：温度：碳含量：碱度：氧化性 分类号TF729 Study on the dephosphorization of hot metal in converter CAO Sheng-yong,TIAN Zhi-hong.ZHU Li-in.ZhAO ChangHiang,YAN Zhan-hu,LUO Bo-gang,WEI Gang 1)Shougang Research Institute of Technology,Beijing 100043.China 2)Shougang Jingtang Iron Steel United Co.Lid.,Tangshan 063210,China Corresponding author,E-mail:86510377@qq.com ABSTRACT Dephosphorization treatment was utilized in the clean steel process in Shougang Jingtang Iron Steel United Co.Lid. Based on the first 58 heats tests,the practical operation process were established,especially for slag making,oxygen injecting,and temperature controlling.The stable and efficient method for low-P content and ultra-ow-P content steel production was obtained.Ac- cording to the experiments results,the average P content mass fraction,so as the following)in the dephosphorization converter is 0.017%,the C content is 3.69%,and the converter terminal temperature is 1350C.Moreover,the P content of 10 heats is below 0.015%with the lowest content of 0.008%,which meets the requirement of ultra-ow-P steel.The factors which can affect the de- phosphorization process,such as silicon content,carbon content,converter terminal temperature,slag basicity,and oxidizability were investigated.The results demonstrate that when the silicon content is below 0.45%,dephosphorization is relatively more efficient.As the converter terminal temperature increases,the dephosphorization result becomes worse;however,to guarantee the temperature in the de-carbon converter,the dephosphorization converter terminal temperature is fixed at 1350 to 1380C.The reasonable carbon content in the dephosphorization converter is 3.3%to 3.8%.To meet the dephosphorization requirement,the basicity (R)is controlled be- tween 1.8 and 2.2.Enhancing the ore addition and keeping the higher lance position are suggested to increase the Fe0 content in slag to increase the dephosphorization efficiency. KEY WORDS molten iron:dephosphorization:silicon content;temperature;carbon content;basicity;oxidizability 转炉进行铁水三脱预处理，目前已被日本广泛 复吹转炉脱磷工艺.复吹转炉铁水脱磷又可分为高 采用).转炉脱磷分为底吹喷粉脱磷工艺和顶底 碱度低Fe0和高Fe0低碱度[4-1两种脱磷工艺.首 收稿日期：201108-19

第 33 卷 增刊 1 2011 年 12 月 北京科技大学学报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol． 33 Suppl． 1 Dec． 2011 转炉铁水预处理脱磷实验研究 高圣勇1) 田志红1) 朱立新1) 赵长亮2) 闫占辉2) 罗伯钢2) 魏 钢2) 1) 首钢技术研究院，北京 100041 2) 首钢京唐钢铁联合有限责任公司，唐山 063210 通信作者，E-mail: 86510377@ qq． com 摘 要 首钢京唐公司采用转炉铁水预处理脱磷工艺作为洁净钢生产平台，通过前期 58 炉冶炼实验，摸索出一套适和京唐公 司生产实际的操作工艺，并在造渣制度、吹炼模式、温度控制等方面取得了重大突破，实现了稳定、高效生产低磷钢、超低磷钢 的目标． 脱磷炉终点磷的质量分数平均为 0. 017% ，碳的质量分数为 3. 69% ，脱磷炉终点平均温度为 1 350 ℃，并有 10 炉钢的 脱磷炉终点磷的质量分数小于 0. 015% ，最低为 0. 008% ，达到了生产超低磷钢的预脱磷要求． 对实验中影响脱磷效果的因 素，如铁水硅含量，脱磷炉终点温度、终点碳含量、终渣碱度和氧化性等，进行了深入研究． 分析表明当铁水硅的质量分数小于 0. 45% 时，可以达到比较好的脱磷效果; 脱磷炉的脱磷效果随终点温度的升高而逐渐变差，但为保证脱碳炉有足够的热量，脱 磷炉终点温度控制范围为 1 350 ～ 1 380 ℃ ; 脱磷炉合理的碳含量范围应该在 3. 3% ～ 3. 8% 之间; 碱度控制在 1. 8 ～ 2. 2 即可满 足脱磷炉的脱磷效果; 通过增加矿石加入量，保持较高枪位可以提高冶炼过程渣中( FeO) 含量，提高脱磷炉的脱磷效率． 关键词 铁水; 脱磷; 硅含量; 温度; 碳含量; 碱度; 氧化性 分类号 TF729 Study on the dephosphorization of hot metal in converter GAO Sheng-yong1) ，TIAN Zhi-hong1) ，ZHU Li-xin1) ，ZhAO Chang-liang2) ，YAN Zhan-hui 2) ，LUO Bo-gang2) ，WEI Gang2) 1) Shougang Research Institute of Technology，Beijing 100043，China 2) Shougang Jingtang Iron ＆ Steel United Co． Ltd． ，Tangshan 063210，China Corresponding author，E-mail: 86510377@ qq． com ABSTRACT Dephosphorization treatment was utilized in the clean steel process in Shougang Jingtang Iron ＆ Steel United Co． Ltd． Based on the first 58 heats tests，the practical operation process were established，especially for slag making，oxygen injecting，and temperature controlling． The stable and efficient method for low-P content and ultra-low-P content steel production was obtained． Ac￾cording to the experiments results，the average P content ( mass fraction，so as the following) in the dephosphorization converter is 0. 017% ，the C content is 3. 69% ，and the converter terminal temperature is 1 350 ℃ ． Moreover，the P content of 10 heats is below 0. 015% with the lowest content of 0. 008% ，which meets the requirement of ultra-low-P steel． The factors which can affect the de￾phosphorization process，such as silicon content，carbon content，converter terminal temperature，slag basicity，and oxidizability were investigated． The results demonstrate that when the silicon content is below 0. 45% ，dephosphorization is relatively more efficient． As the converter terminal temperature increases，the dephosphorization result becomes worse; however，to guarantee the temperature in the de-carbon converter，the dephosphorization converter terminal temperature is fixed at 1 350 to 1 380 ℃ ． The reasonable carbon content in the dephosphorization converter is 3. 3% to 3. 8% ． To meet the dephosphorization requirement，the basicity ( R) is controlled be￾tween 1. 8 and 2. 2． Enhancing the ore addition and keeping the higher lance position are suggested to increase the FeO content in slag to increase the dephosphorization efficiency． KEY WORDS molten iron; dephosphorization; silicon content; temperature; carbon content; basicity; oxidizability 收稿日期: 2011--08--19 转炉进行铁水三脱预处理，目前已被日本广泛 采用［1--3］． 转炉脱磷分为底吹喷粉脱磷工艺和顶底 复吹转炉脱磷工艺． 复吹转炉铁水脱磷又可分为高 碱度低 FeO 和高 FeO 低碱度［4--5］两种脱磷工艺． 首 DOI:10.13374/j.issn1001-053x.2011.s1.017

·64 北京科技大学学报 第33卷 钢京唐公司采用铁水脱磷一少渣脱碳的转炉冶炼工 1.2底吹参数 艺作为洁净钢生产平台，通过投产一年多的努力，已 脱磷炉冶炼全程底吹氩气，供氧阶段的底吹强 逐渐摸索出比较合适的生产操作工艺.本文对首钢 度为0.2~0.3Nm3t-1·min-1,加废钢、兑铁水、出 京唐公司转炉铁水预处理前58炉冶炼实验进行研 钢等阶段的底吹强度为0.05~0.10Nm3·t-1· 究，分析影响脱磷炉脱磷效果的原因并提出解决方 min-1 案.通过该阶段实验初步形成了比较稳定的冶炼工 1.3辅原料 艺，但仍有许多参数没有达到预期目标，还需要进行 脱磷炉冶炼主要辅原料及用量为：石灰7~11t, 更深入的探索和研究 萤石0.6~1.5t,铁矿石5~8t. 1脱磷炉冶炼方案 2脱磷炉冶炼效果 1.1氧枪吹炼参数 从58炉次冶炼情况来看，工艺稳定后脱磷炉冶 脱磷炉枪位为2.2~2.7m,采用“低一高一低” 炼终点情况和渣成分如表1所示.终点平均磷的质 的枪位控制模式，供氧强度为1.1~1.5Nm3t1。 量分数为0.017%，碳的质量分数为3.690%，半钢 min-1. 包内平均温度(T)为1324℃. 表1脱磷炉冶炼终点情况和渣成分 Table 1 Ending condition in the dephosphorization converter 终点温度， 治炼终点元素及终渣成分的质量分数/% 终渣碱度， T/℃ [c] [P] (Si02) CaO) Mgo) (FeO) R 1324 3.690 0.017 20.07 40.97 6.42 17.96 2.05 3影响脱磷效果的原因分析 3.1铁水硅含量对脱磷效果的影响 F0) 铁水硅含量对脱磷效果的影响主要表现在两个 方面：一方面因脱磷炉治炼温度较低，吹炼时间偏 短，供氧强度较弱，使得化渣困难，硅含量高会导致 (P0 造渣量大，吹炼终点有很多未熔化的石灰，使得硅含 量高的炉次碱度平均在1.75左右，不能达到脱磷的 反应过和 最佳碱度，影响了脱磷效果：另一方面，渣中(P205) 作为吹炼过程中脱磷的主要产物，其含量的提高可 图1反应过程中渣中(FO)和(P,0)的变化4 Fig.1 Change of FeO and P2Os contents in slag in the reaction 以降低炉渣熔点，改善化渣效果，从而改善炉渣的脱 process4] 磷效果.图1为反应过程中渣中(FO)和(P,0,)的 变化情况.如图所示，在反应后期随渣中(P,05)含 0.7 量提高，炉渣熔点降低[6-，改善化渣效果 0.6 0.563 口铁水S 口半钢Px10 本阶段实验恰逢京唐公司高炉生产初期，铁水 0.5 硅含量波动较大，图2为9~11月份铁水硅含量及 0.4 0.33 0.313 半钢磷含量的变化情况.由图2中知，铁水硅含量 0.3 0.28 0.258 0.2 .17 的降低与脱磷炉的脱磷效果之间有一定的对应关 系，随着铁水硅含量的降低，半钢磷含量降低.在10 月份之后，随着京唐公司高炉生产的逐渐稳定，钢水 9月平均值 10月平均值11月平均值 中硅含量也趋于稳定，基本可以稳定在0.45%以 图2脱磷炉铁水硅含量及半钢磷含量的变化情况 下.硅含量较低减少了脱磷炉渣料的加入量，促进 Fig.2 Change of Si and P contents in hot metal in the dephosphori- 了化渣效果，保证了比较好的脱磷效果 zation converter 3.2终点温度的影响 温度对脱磷率的影响主要是由脱磷热力学条件 决定的，脱磷反应为放热反应，随温度的升高正向反

北 京 科 技 大 学 学 报 第 33 卷 钢京唐公司采用铁水脱磷—少渣脱碳的转炉冶炼工 艺作为洁净钢生产平台，通过投产一年多的努力，已 逐渐摸索出比较合适的生产操作工艺． 本文对首钢 京唐公司转炉铁水预处理前 58 炉冶炼实验进行研 究，分析影响脱磷炉脱磷效果的原因并提出解决方 案． 通过该阶段实验初步形成了比较稳定的冶炼工 艺，但仍有许多参数没有达到预期目标，还需要进行 更深入的探索和研究． 1 脱磷炉冶炼方案 1. 1 氧枪吹炼参数 脱磷炉枪位为 2. 2 ～ 2. 7 m，采用“低―高―低” 的枪位控制模式，供氧强度为 1. 1 ～ 1. 5 Nm3 ·t － 1 · min － 1 ． 1. 2 底吹参数 脱磷炉冶炼全程底吹氩气，供氧阶段的底吹强 度为 0. 2 ～ 0. 3 Nm3 ·t － 1 ·min － 1 ，加废钢、兑铁水、出 钢等阶 段 的 底 吹 强 度 为 0. 05 ～ 0. 10 Nm3 ·t － 1 · min － 1 ． 1. 3 辅原料 脱磷炉冶炼主要辅原料及用量为: 石灰7 ～ 11 t， 萤石 0. 6 ～ 1. 5 t，铁矿石 5 ～ 8 t． 2 脱磷炉冶炼效果 从 58 炉次冶炼情况来看，工艺稳定后脱磷炉冶 炼终点情况和渣成分如表 1 所示． 终点平均磷的质 量分数为 0. 017% ，碳的质量分数为 3. 690% ，半钢 包内平均温度( T) 为 1 324 ℃ ． 表 1 脱磷炉冶炼终点情况和渣成分 Table 1 Ending condition in the dephosphorization converter 终点温度， T /℃ 冶炼终点元素及终渣成分的质量分数/% ［C］ ［P］ ( SiO2 ) ( CaO) ( MgO) ( FeO) 终渣碱度， R 1 324 3. 690 0. 017 20. 07 40. 97 6. 42 17. 96 2. 05 3 影响脱磷效果的原因分析 3. 1 铁水硅含量对脱磷效果的影响 铁水硅含量对脱磷效果的影响主要表现在两个 方面: 一方面因脱磷炉冶炼温度较低，吹炼时间偏 短，供氧强度较弱，使得化渣困难，硅含量高会导致 造渣量大，吹炼终点有很多未熔化的石灰，使得硅含 量高的炉次碱度平均在 1. 75 左右，不能达到脱磷的 最佳碱度，影响了脱磷效果; 另一方面，渣中( P2O5 ) 作为吹炼过程中脱磷的主要产物，其含量的提高可 以降低炉渣熔点，改善化渣效果，从而改善炉渣的脱 磷效果． 图 1 为反应过程中渣中( FeO) 和( P2O5 ) 的 变化情况． 如图所示，在反应后期随渣中( P2O5 ) 含 量提高，炉渣熔点降低［6--7］，改善化渣效果． 本阶段实验恰逢京唐公司高炉生产初期，铁水 硅含量波动较大，图 2 为 9 ～ 11 月份铁水硅含量及 半钢磷含量的变化情况． 由图 2 中知，铁水硅含量 的降低与脱磷炉的脱磷效果之间有一定的对应关 系，随着铁水硅含量的降低，半钢磷含量降低． 在 10 月份之后，随着京唐公司高炉生产的逐渐稳定，钢水 中硅含量也趋于稳定，基本可以稳定在 0. 45% 以 下． 硅含量较低减少了脱磷炉渣料的加入量，促进 了化渣效果，保证了比较好的脱磷效果． 3. 2 终点温度的影响 温度对脱磷率的影响主要是由脱磷热力学条件 图 1 反应过程中渣中( FeO) 和( P2O5 ) 的变化［4］ Fig． 1 Change of FeO and P2O5 contents in slag in the reaction process ［4］ 图 2 脱磷炉铁水硅含量及半钢磷含量的变化情况 Fig． 2 Change of Si and P contents in hot metal in the dephosphori￾zation converter 决定的，脱磷反应为放热反应，随温度的升高正向反 ·64·

增刊1 高圣勇等：转炉铁水预处理脱磷实验研究 65 应的趋势渐缓，从而影响脱磷效率-0.表2为渣 要实现同样的脱磷效果，必须氧化掉足够的碳，且碱 中相同P2O,的活度系数(Y,os)条件下不同温度脱 度还要增大，因此控制合适的温度对于脱磷炉脱磷 磷情况的对比，当温度为1350℃时的脱磷反应平衡 有着重要的意义. 效果正好符合双联脱磷的目标.随着温度的升高， 表2不同条件下脱磷效果比较 Table 2 Dephosphorization effects under different conditions m0=107 Yp205=10-8 工艺参数 温度℃ Kp [C]/% [P]I% [C]/% [P]1% 铁水脱磷 1350 4.5 1.33×10-5 3.24 0.037 83.78 3.680 0.022 105.40 钢水脱磷 1600 1.01 3.08×10-6 0.054 0.020 38.76 注：f为P的活度系数，K,为P的反应平衡常数，Lp为磷的分配比 通过对本阶段实验的改进，脱磷炉终点温度的 可以看出脱磷炉终点磷含量受终点碳含量变化的影 控制逐渐稳定.脱磷炉终点磷含量与终点温度关系 响不大，终点碳含量在3.5%~4.0%之间波动时， 如图3所示，脱磷炉终点磷含量升高的趋势比较明 对脱磷效果没有太大影响 显，当钢包内温度在1350℃以下时，脱磷炉终点磷 IPV% 含量变化大，且都能稳定在0.025%以下.因此，当 0.006 0.012 0180.24 1.0) 0.036 -11.2 温度控制在1350℃以下（炉内终点温度1380℃以 1350℃ 下)时，脱磷炉脱磷效果受温度变化的影响不大，且 11.6 Ig /x=-16 都能满足脱磷目标的要求 -12.0 -17 0.050 0.045 -24 -18 0.040 -12.8 0.035 ●一一 0.030 一一一一一◆一一 -19 0.025 -13.2 0.020 -20 0.015 -13 3.00 325 3.503.75 4.004.25 4.50 0.010 ICle 0.005 0.0 图4铁水中碳和磷的选择性氧化 12801300132013401360138014001420 终点温度℃ Fig.4 Selective oxidation of carbon and phosphorus in hot metal 图3脱瞬炉终点磷含量与终点温度的关系 0.050 Fig.3 Relationship between the ending P content and temperature in 0.045 the dephosphorization converter 0.040 3.3终点碳含量影响 0.035 图4为铁水中碳和磷的选择性氧化关系图，其 ◆◆静 中P。,表示铁水中氧分压，[P]为铁水中磷的质量分 家0.020 数，[C]为铁水中碳的质量分数.当[C]≤3.75% : 0.015 时，脱磷反应将先于脱碳反应进行，即只要脱磷的其 0.010 他条件满足，在[C]≥3.3%的范围内就可以实现脱 0.005 0.000 磷的目的.由此可以看出，较低的碳含量不是保证 .0 3.2 3.43.63.8 4.04.2 脱磷率的最佳选择，这与脱磷炉“保碳”，为脱碳炉 终点ICV% 提供热量的目标相吻合，因此脱磷炉终点[C]≥ 图5脱磷炉终点磷含量与终点碳含量的关系 3.3%的目标是合理的.为了给脱磷反应创造比较 Fig.5 Relationship between the ending content of P and C in the de- phosphorization converter 好的条件，合理的碳含量应该控制在3.3%~3.8% 之间. 3.4终渣碱度的影响 图5为脱磷炉终点碳磷含量的对应关系.由图 图6为11月份脱磷炉终渣碱度与终点磷含量

增刊 1 高圣勇等: 转炉铁水预处理脱磷实验研究 应的趋势渐缓，从而影响脱磷效率［8--10］． 表 2 为渣 中相同 P2O5 的活度系数( γP2O5 ) 条件下不同温度脱 磷情况的对比，当温度为 1 350 ℃时的脱磷反应平衡 效果正好符合双联脱磷的目标． 随着温度的升高， 要实现同样的脱磷效果，必须氧化掉足够的碳，且碱 度还要增大，因此控制合适的温度对于脱磷炉脱磷 有着重要的意义． 表 2 不同条件下脱磷效果比较 Table 2 Dephosphorization effects under different conditions 工艺参数 温度/℃ fP KP γP2O5 = 10 － 17 γP2O5 = 10 － 18 ［C］/% ［P］/% LP ［C］/% ［P］/% LP 铁水脱磷 1 350 4. 5 1. 33 × 10 － 5 3. 24 0. 037 83. 78 3. 680 0. 022 105. 40 钢水脱磷 1 600 1. 01 3. 08 × 10 － 6 — — — 0. 054 0. 020 38. 76 注: fP 为 P 的活度系数，KP 为 P 的反应平衡常数，LP 为磷的分配比． 通过对本阶段实验的改进，脱磷炉终点温度的 控制逐渐稳定． 脱磷炉终点磷含量与终点温度关系 如图 3 所示，脱磷炉终点磷含量升高的趋势比较明 显，当钢包内温度在 1 350 ℃ 以下时，脱磷炉终点磷 含量变化大，且都能稳定在 0. 025% 以下． 因此，当 温度控制在 1 350 ℃以下( 炉内终点温度 1 380 ℃ 以 下) 时，脱磷炉脱磷效果受温度变化的影响不大，且 都能满足脱磷目标的要求． 图 3 脱磷炉终点磷含量与终点温度的关系 Fig． 3 Relationship between the ending P content and temperature in the dephosphorization converter 3. 3 终点碳含量影响 图 4 为铁水中碳和磷的选择性氧化关系图，其 中 PO2表示铁水中氧分压，［P］为铁水中磷的质量分 数，［C］为铁水中碳的质量分数． 当［C］≤3. 75% 时，脱磷反应将先于脱碳反应进行，即只要脱磷的其 他条件满足，在［C］≥3. 3% 的范围内就可以实现脱 磷的目的． 由此可以看出，较低的碳含量不是保证 脱磷率的最佳选择，这与脱磷炉“保碳”，为脱碳炉 提供热量的目标相吻合，因此脱磷炉终点［C］≥ 3. 3% 的目标是合理的． 为了给脱磷反应创造比较 好的条件，合理的碳含量应该控制在 3. 3% ～ 3. 8% 之间． 图 5 为脱磷炉终点碳磷含量的对应关系． 由图 可以看出脱磷炉终点磷含量受终点碳含量变化的影 响不大，终点碳含量在 3. 5% ～ 4. 0% 之间波动时， 对脱磷效果没有太大影响． 图 4 铁水中碳和磷的选择性氧化 Fig． 4 Selective oxidation of carbon and phosphorus in hot metal 图 5 脱磷炉终点磷含量与终点碳含量的关系 Fig． 5 Relationship between the ending content of P and C in the de￾phosphorization converter 3. 4 终渣碱度的影响 图 6 为 11 月份脱磷炉终渣碱度与终点磷含量 ·65·

·66· 北京科技大学学报 第33卷 的对应关系.由图中可以看出，脱磷炉的脱磷效果 图8为脱磷炉渣中氧化铁含量与脱磷炉终点磷 与终渣碱度之间没有明显的对应关系，尤其终渣碱 含量之间的关系，由图可以看出，脱磷炉渣氧化性对 度控制在1.8~2.5之间时，脱磷效果已不取决于终 脱磷效果影响不大.由于脱磷炉终点碳含量较高， 渣碱度，而主要取决于化渣效果，因此实验要求将碱 使得终点炉渣氧化性降低，所以在吹炼过程中应适 度控制在1.8~2.2是完全可以满足脱磷效果要 当提高炉渣的氧化性，即合理的渣中氧化铁含量对 求的. 脱磷是有比较有利的.氧化铁含量对脱磷反应影响 0.050 主要是通过矿石的加入和合适的枪位控制来实现 0.045 的，尽可能通过增加矿石加入量，保持较高枪位来提 0.040 美opi0 0.035 高渣中氧化铁含量，降低Y,0,提高脱磷炉的脱磷 ◆ 效率。 目前国际对终渣氧化性和终渣碱度对脱磷工艺 ◆ 0.015 的影响主要有两个观点：一是利用高氧化性低碱度 0.010 渣进行脱磷，另一种观点是利用低氧化性高碱度渣 0.005 0.000 进行脱磷，在接下来的实验中将围绕这两种观点做 1.5 1.7 1.92.12.32.52.72.9 终渣碱度 更进一步的实验 图6脱磷炉终点磷含量与渣碱度的关系 0.050 0.045 ● Fig.6 Relationship between the ending P content and slag basicity in 0.040 the dephosphorization converter 0.035 ￥0.030 3.5终渣氧化性的影响 0.025 图7为渣中氧化铁含量对脱磷效果的影响，其 0.020 0.015 中(Ca0/Si02)指渣的二元碱度.由图可以看出，当 0.010 渣中氧化铁含量在12%~16%时对脱磷效果最有 0.005 0.000 1 利.由于从吹炼结束到炉渣取样的时间间隔较长， 0 10152025 30 35 终液(Fe0)/% 在终点碳含量偏高的情况下，该渣成分被视为过程 渣成分，而不是终渣成分，使得终渣氧化铁含量会有 图8脱磷炉渣中氧化铁含量与脱磷炉终点磷含量的关系 Fig.8 Relationship between the Fe0 content in slag and the ending 一定程度的降低. P content in the dephosphorization converter 4结论 400 (1)通过实验，脱磷炉终点平均磷的质量分数 300 为0.017%，碳的质量分数为3.69%，半钢包内平均 温度为1324℃（炉内约1350℃），并有10炉脱磷炉 终点磷含量0.45%时，主要通过调整氧 4 枪枪位和流量提高前期脱硅效率，通过调整渣料种 8 1216.20242832 (Fe0 类和加入时机保证化渣效果，以达到稳定脱磷的 图71858K条件下渣中氧化铁含量对磷分配比((P20)I[P]) 目标. 的影响 (3)脱磷炉的脱磷效果随终点温度的升高而逐 Fig.7 Relationship between the FeO content and the phosphorus 渐变差，但为保证脱碳炉有足够的热量，半钢包内的 distribution ratio at 1 858 K 温度应控制在1320~1350℃，考虑到出钢过程有

北 京 科 技 大 学 学 报 第 33 卷 的对应关系． 由图中可以看出，脱磷炉的脱磷效果 与终渣碱度之间没有明显的对应关系，尤其终渣碱 度控制在 1. 8 ～ 2. 5 之间时，脱磷效果已不取决于终 渣碱度，而主要取决于化渣效果，因此实验要求将碱 度控制在 1. 8 ～ 2. 2 是完全可以满足脱磷效果要 求的． 图 6 脱磷炉终点磷含量与渣碱度的关系 Fig． 6 Relationship between the ending P content and slag basicity in the dephosphorization converter 3. 5 终渣氧化性的影响 图 7 为渣中氧化铁含量对脱磷效果的影响，其 中( CaO/SiO2 ) 指渣的二元碱度． 由图可以看出，当 渣中氧化铁含量在 12% ～ 16% 时对脱磷效果最有 利． 由于从吹炼结束到炉渣取样的时间间隔较长， 在终点碳含量偏高的情况下，该渣成分被视为过程 渣成分，而不是终渣成分，使得终渣氧化铁含量会有 一定程度的降低． 图 7 1 858 K 条件下渣中氧化铁含量对磷分配比( ( P2O5 ) /［P］) 的影响 Fig． 7 Relationship between the FeO content and the phosphorus distribution ratio at 1 858 K 图 8 为脱磷炉渣中氧化铁含量与脱磷炉终点磷 含量之间的关系，由图可以看出，脱磷炉渣氧化性对 脱磷效果影响不大． 由于脱磷炉终点碳含量较高， 使得终点炉渣氧化性降低，所以在吹炼过程中应适 当提高炉渣的氧化性，即合理的渣中氧化铁含量对 脱磷是有比较有利的． 氧化铁含量对脱磷反应影响 主要是通过矿石的加入和合适的枪位控制来实现 的，尽可能通过增加矿石加入量，保持较高枪位来提 高渣中氧化铁含量，降低 γP2O5 ，提高脱磷炉的脱磷 效率． 目前国际对终渣氧化性和终渣碱度对脱磷工艺 的影响主要有两个观点: 一是利用高氧化性低碱度 渣进行脱磷，另一种观点是利用低氧化性高碱度渣 进行脱磷，在接下来的实验中将围绕这两种观点做 更进一步的实验． 图 8 脱磷炉渣中氧化铁含量与脱磷炉终点磷含量的关系 Fig． 8 Relationship between the FeO content in slag and the ending P content in the dephosphorization converter 4 结论 ( 1) 通过实验，脱磷炉终点平均磷的质量分数 为 0. 017% ，碳的质量分数为 3. 69% ，半钢包内平均 温度为 1 324 ℃ ( 炉内约 1 350 ℃ ) ，并有 10 炉脱磷炉 终点磷含量 ＜ 0. 015% ，最低为 0. 008% ，达到了低 磷、超低磷钢生产中预脱磷的要求． ( 2) 铁水硅的质量分数≤0. 45% 时，脱磷炉渣 料加入量少，化渣效果好，且在较高枪位和低供氧强 度下不易喷溅，可以达到比较好的脱磷效果． 但对 于铁水硅的质量分数 ＞ 0. 45% 时，主要通过调整氧 枪枪位和流量提高前期脱硅效率，通过调整渣料种 类和加入时机保证化渣效果，以达到稳定脱磷的 目标． ( 3) 脱磷炉的脱磷效果随终点温度的升高而逐 渐变差，但为保证脱碳炉有足够的热量，半钢包内的 温度应控制在 1 320 ～ 1 350 ℃，考虑到出钢过程有 ·66·

增刊1 高圣勇等：转炉铁水预处理脱磷实验研究 67· 30℃左右的温降，因此，脱磷炉终点温度的控制范 (郝旭东，李建新，张临峰，等.转炉脱磷工艺的发展.钢铁研 围为1350~1380℃. 究，2008.36(5)：52) (4)实验表明，脱磷炉合理的碳含量范围应该 [4]Du F.Process development of dephosphorization and decarboniza- tion in coverter.CISC Technol.2003.(1):36 在3.3%~3.8%之间，该范围既可保证脱磷效果， (杜锋.用转炉进行脱磷脱碳工艺的开发.重钢技术，2003， 又可为脱碳炉提供足够热量. (1):36) (5)脱磷炉的脱磷效果与终渣碱度之间没有明 [5]Wang DZ.The Dephosphorization in Iron and Steel Production. 显的对应关系，尤其终渣碱度控制在1.8~2.5之间 Beijing:Metallurgical Industry Press,1986 (汪大洲.钢铁生产中的脱磷.北京：冶金工业出版社，1986) 时，脱磷效果已不取决于终渣碱度，而主要取决于化 [6]Zhuang P H.Huang F P.Cen Y Q.Dephosphorization study on 渣效果.实验表明，将碱度控制在1.8~2.2即可满 LD multi-component primary slag.Shanghai Steel fron Res.1999. 足脱磷炉的脱磷效果 (2):36 (6)通过增加矿石加入量和保持较高枪位可以 (庄培华，黄峰平，岑永权.转炉多元初渣脱瞬研究.上海钢 提高冶炼过程渣中氧化铁含量，提高脱磷炉的脱磷 研，1999，(2)：36) 效率. [7]Li JX.Hao X D.Qiu S T.et al.Dephosphorization technique of converters by multi-functional refining.J Univ Scie Technol Bei- 参考文献 ing,2009,31(8):970 (李建新，郝旭东，仇圣桃，等.复吹转炉多功能法脱磷工艺 [1]Liu L.A proposal to establish a platform for manufacturing high- 北京科技大学学报，2009,31(8)：970) efficiency and low-cost clean steel.Iron Steel,2010.45(1):1 [8]Monaghan B J.Pomfret R J.The kinetics of dephosphorization of (刘浏.如何建立高效低成本洁净钢平台.钢铁.2010.45 carbon saturated iron using an oxiding slag.Metall Mater Trans B. (1):1) 1998,(29):115 [2]Lv M.Hu B.Wang X X,et al.Study and production practice of [9]Lai Z Y.Xie Z.Process control of dephosphorization by multifunc- double-combining steelmaking.Steelmaking.2010.26(03):7 tional refining in converter./ron Steel,2007,42(11):35 (吕铭，胡滨，王学新，等.双联炼钢法的研究与实践。炼钢， (赖兆奕，谢植.转炉多功能精炼法的脱磷过程控制.钢铁， 2010.26(03)：7) 2007.42(11):35) [3]Hao X D.Li JX.Zhang L F,et al.The development of hot metal [10]Huang X H.The Theory of Iron and Steel Metallurgy.3rd Ed. pretreatment technologies in BOF.Res fron Steel,2008.36(5): Beijing:Metallurgical Industry Press.2004 52

增刊 1 高圣勇等: 转炉铁水预处理脱磷实验研究 30 ℃左右的温降，因此，脱磷炉终点温度的控制范 围为 1 350 ～ 1 380 ℃ ． ( 4) 实验表明，脱磷炉合理的碳含量范围应该 在 3. 3% ～ 3. 8% 之间，该范围既可保证脱磷效果， 又可为脱碳炉提供足够热量． ( 5) 脱磷炉的脱磷效果与终渣碱度之间没有明 显的对应关系，尤其终渣碱度控制在 1. 8 ～ 2. 5 之间 时，脱磷效果已不取决于终渣碱度，而主要取决于化 渣效果． 实验表明，将碱度控制在 1. 8 ～ 2. 2 即可满 足脱磷炉的脱磷效果． ( 6) 通过增加矿石加入量和保持较高枪位可以 提高冶炼过程渣中氧化铁含量，提高脱磷炉的脱磷 效率． 参 考 文 献 ［1］ Liu L． A proposal to establish a platform for manufacturing high￾efficiency and low-cost clean steel． Iron Steel，2010，45( 1) : 1 ( 刘浏． 如何建立高效低成本洁净钢平台． 钢铁，2010，45 ( 1) : 1) ［2］ Lv M，Hu B，Wang X X，et al． Study and production practice of double-combining steelmaking． Steelmaking，2010，26( 03) : 7 ( 吕铭，胡滨，王学新，等． 双联炼钢法的研究与实践． 炼钢， 2010，26( 03) : 7) ［3］ Hao X D，Li J X，Zhang L F，et al． The development of hot metal pretreatment technologies in BOF． Res Iron Steel，2008，36( 5) : 52 ( 郝旭东，李建新，张临峰，等． 转炉脱磷工艺的发展． 钢铁研 究，2008，36( 5) : 52) ［4］ Du F． Process development of dephosphorization and decarboniza￾tion in coverter． CISC Technol，2003，( 1) : 36 ( 杜锋． 用转炉进行脱磷脱碳工艺的开发． 重钢技术，2003， ( 1) : 36) ［5］ Wang D Z． The Dephosphorization in Iron and Steel Production． Beijing: Metallurgical Industry Press，1986 ( 汪大洲． 钢铁生产中的脱磷． 北京: 冶金工业出版社，1986) ［6］ Zhuang P H，Huang F P，Cen Y Q． Dephosphorization study on LD multi-component primary slag． Shanghai Steel Iron Res，1999， ( 2) : 36 ( 庄培华，黄峰平，岑永权． 转炉多元初渣脱磷研究． 上海钢 研，1999，( 2) : 36) ［7］ Li J X，Hao X D，Qiu S T，et al． Dephosphorization technique of converters by multi-functional refining． J Univ Scie Technol Bei￾jing，2009，31( 8) : 970 ( 李建新，郝旭东，仇圣桃，等． 复吹转炉多功能法脱磷工艺． 北京科技大学学报，2009，31( 8) : 970) ［8］ Monaghan B J，Pomfret R J． The kinetics of dephosphorization of carbon saturated iron using an oxiding slag． Metall Mater Trans B， 1998，( 29) : 115 ［9］ Lai Z Y，Xie Z． Process control of dephosphorization by multifunc￾tional refining in converter． Iron Steel，2007，42( 11) : 35 ( 赖兆奕，谢植． 转炉多功能精炼法的脱磷过程控制． 钢铁， 2007，42( 11) : 35) ［10］ Huang X H． The Theory of Iron and Steel Metallurgy． 3rd Ed． Beijing: Metallurgical Industry Press，2004 ·67·