·210 北京科技大学学报 第36卷 0.0045 通过对转炉治炼前期熔池内C、P、Fe三者选择 0.0040 性氧化的平衡分析，提出转炉治炼前期耦合脱磷反 0.0035 应，如式(7)所示，并以此式△G=0的温度指导转炉 0.0025 冶炼前期的一次倒渣操作. 0.0020 5C0+5(Fe0)+4P]=2(P,0)+5[C]+5Fe], 0.0015 (6) 0.001 80 90100110120130140160 a呢 吨铁料人炉总辅料量g △G=-549521.7122+964.2626T+RTn 图4辅料消耗与终点钢液磷含量的关系 ano'Po Fig.4 Relationship between materials consumption and phosphorus (7) content of endpoint liquid steel 式中，Pco表示C0气体分压，R是气体常数. 计算表明，转炉治炼前期耦合脱磷反应的平衡 2.3供氧制度分析 温度在1400~1450℃之间.由于熔池温度升高后 在原料和设备条件一定的前提下，氧枪的操作 碳氧化速度呈指数级增大，渣中F0含量迅速降 方式是决定脱磷效果的关键.在治炼过程中，采用 低，炉渣易返干，对脱磷不利，同时熔池温度不易准 变流量、变枪位供氧操作.其中，吹炼前期采用弱供 确控制，故实际生产中将一次倒渣温度按在1400~ 氧强度2.83.3m3.(mint)-,吹炼6min后即一 1430℃的范围控制. 次倒渣后供氧强度增大至3.5~3.8m3.(mint)l, 吹炼前期，铁水中的硅锰迅速氧化，渣中的 转炉吹炼至TSC后调整供氧强度在3.0~3.5m3· (S02)较高而熔池温度尚低，为了加速头批渣料的 (mint)-1,吹炼过程采取“高→低→高→低”的枪 熔化尽早去磷并减轻炉衬侵蚀，除加适量烧结返矿 位控制模式。 助熔外还应采用较高枪位，保证渣中的(FO)达到 前期低供氧强度有利于脱磷.分析认为，吹炼 并维持在20%~25%的控制水平，促进石灰熔化， 前期热力学条件是脱磷的主要矛盾，前期低供氧强 尽快形成具有一定碱度的炉渣，利用前期脱磷的低 度有利于化渣和抑制脱碳反应速度的快速升高，有 温、适当碱度、高(FO)的最佳时机进行最大限度的 利于提高前期脱磷效率；在吹炼中后期，大部分磷被 脱磷 脱除后，动力学条件即钢液中P和炉渣中P,0,的传 由于铁水温度及成分波动范围较大，这就要求 质将成为限制脱磷反应速度的主要影响因素，此时 治炼初期要根据铁水温度及废钢比采用不同的操作 采用较大供氧强度和高低交替的枪位控制等有利于 制度.当铁水温度较低(1300℃以下)时，转炉开吹 加强熔池搅拌的工艺操作，有利于促进转炉冶炼中 1~2min要采用较低枪位和较大氧流量以使硅、锰 后期深脱磷反应的进一步进行，为渣金间脱磷反应 迅速氧化和提高熔池温度，加速石灰的溶解，迅速形 的平衡创造有利条件 成初期渣，充分利用吹氧3~6min熔池温度较低 2.4过程控制分析 (1350~1400℃)、炉渣Fe0较高、碱度适当的优势， 2.4.1一次倒渣控制分析 快速高效脱磷.若铁水温度较高(1380℃以上)，治 虽然脱磷是放热反应，从热力学角度分析，提高 炼初期要适当增大废钢比或多加入部分铁矿石，采 温度不利于脱磷反应的进行，但需要指出的是，脱磷 用高枪位、低氧流量吹炼，抑制炉温的快速升高，同 反应主要是发生在渣一金界面上，且反应速度与炉 时也有利于石灰的溶解，延长治炼在低温区(1350~ 渣黏度有关，熔池温度升高加速石灰溶解化渣和炉 1400℃)的运行时间. 渣黏度的降低，从动力学方面有利于磷从金属向炉 治炼前期一次倒渣操作时炉渣成分及碱度情 渣的转移 况，如表2所示. 表2转炉治炼前期一次倒渣的炉渣成分及碱度情况 Table 2 Composition and basicity of first deslagging in presmelting of converter 一倒炉渣各成分的质量分数/% 项目 碱度，R Ca0 Mgo Mn0 Fe0 Si0, P205 范围 25.4-40.9 5.7-8.1 4.26.2 14.3-18.4 12.6-22.9 2.9w3.9 1.64-2.25 平均 33.9 6.5 5.7 17.2 17.6 3.3 1.9北 京 科 技 大 学 学 报 第 36 卷 图 4 辅料消耗与终点钢液磷含量的关系 Fig． 4 Ｒelationship between materials consumption and phosphorus content of endpoint liquid steel 2. 3 供氧制度分析 在原料和设备条件一定的前提下，氧枪的操作 方式是决定脱磷效果的关键． 在冶炼过程中，采用 变流量、变枪位供氧操作． 其中，吹炼前期采用弱供 氧强度 2. 8 ～ 3. 3 m3 ·( min·t) － 1 ，吹炼 6 min 后即一 次倒渣后供氧强度增大至 3. 5 ～ 3. 8 m3 ·( min·t) － 1 ， 转炉吹炼至 TSC 后调整供氧强度在 3. 0 ～ 3. 5 m3 · ( min·t) － 1 ，吹炼过程采取“高→低→高→低”的枪 位控制模式． 前期低供氧强度有利于脱磷． 分析认为，吹炼 前期热力学条件是脱磷的主要矛盾，前期低供氧强 度有利于化渣和抑制脱碳反应速度的快速升高，有 利于提高前期脱磷效率; 在吹炼中后期，大部分磷被 脱除后，动力学条件即钢液中 P 和炉渣中 P2O5的传 质将成为限制脱磷反应速度的主要影响因素，此时 采用较大供氧强度和高低交替的枪位控制等有利于 加强熔池搅拌的工艺操作，有利于促进转炉冶炼中 后期深脱磷反应的进一步进行，为渣金间脱磷反应 的平衡创造有利条件． 2. 4 过程控制分析 2. 4. 1 一次倒渣控制分析 虽然脱磷是放热反应，从热力学角度分析，提高 温度不利于脱磷反应的进行，但需要指出的是，脱磷 反应主要是发生在渣--金界面上，且反应速度与炉 渣黏度有关，熔池温度升高加速石灰溶解化渣和炉 渣黏度的降低，从动力学方面有利于磷从金属向炉 渣的转移． 通过对转炉冶炼前期熔池内 C、P、Fe 三者选择 性氧化的平衡分析，提出转炉冶炼前期耦合脱磷反 应，如式( 7) 所示，并以此式 ΔG = 0 的温度指导转炉 冶炼前期的一次倒渣操作． 5CO + 5( FeO) + 4［P］= 2( P2O5 ) + 5［C］+ 5［Fe］， ( 6) ΔG = －549521. 7122 +964. 2626T + ＲTln a2 P2O5 ·a5 C a5 FeO ·a4 P ·P5 CO ． ( 7) 式中，PCO表示 CO 气体分压，Ｒ 是气体常数． 计算表明，转炉冶炼前期耦合脱磷反应的平衡 温度在 1400 ～ 1450 ℃ 之间． 由于熔池温度升高后 碳氧化速度呈指数级增大，渣中 FeO 含量迅速降 低，炉渣易返干，对脱磷不利，同时熔池温度不易准 确控制，故实际生产中将一次倒渣温度按在 1400 ～ 1430 ℃的范围控制． 吹炼前 期，铁 水 中 的 硅 锰 迅 速 氧 化，渣 中 的 ( SiO2 ) 较高而熔池温度尚低，为了加速头批渣料的 熔化尽早去磷并减轻炉衬侵蚀，除加适量烧结返矿 助熔外还应采用较高枪位，保证渣中的( FeO) 达到 并维持在 20% ～ 25% 的控制水平，促进石灰熔化， 尽快形成具有一定碱度的炉渣，利用前期脱磷的低 温、适当碱度、高( FeO) 的最佳时机进行最大限度的 脱磷． 由于铁水温度及成分波动范围较大，这就要求 冶炼初期要根据铁水温度及废钢比采用不同的操作 制度． 当铁水温度较低( 1300 ℃ 以下) 时，转炉开吹 1 ～ 2 min 要采用较低枪位和较大氧流量以使硅、锰 迅速氧化和提高熔池温度，加速石灰的溶解，迅速形 成初期渣，充分利用吹氧 3 ～ 6 min 熔池温度较低 ( 1350 ～ 1400 ℃ ) 、炉渣 FeO 较高、碱度适当的优势， 快速高效脱磷． 若铁水温度较高( 1380 ℃ 以上) ，冶 炼初期要适当增大废钢比或多加入部分铁矿石，采 用高枪位、低氧流量吹炼，抑制炉温的快速升高，同 时也有利于石灰的溶解，延长冶炼在低温区( 1350 ～ 1400 ℃ ) 的运行时间． 冶炼前期一次倒渣操作时炉渣成分及碱度情 况，如表 2 所示． 表 2 转炉冶炼前期一次倒渣的炉渣成分及碱度情况 Table 2 Composition and basicity of first deslagging in pre-smelting of converter 项目 一倒炉渣各成分的质量分数/% CaO MgO MnO FeO SiO2 P2O5 碱度，Ｒ 范围 25. 4 ～ 40. 9 5. 7 ～ 8. 1 4. 2 ～ 6. 2 14. 3 ～ 18. 4 12. 6 ～ 22. 9 2. 9 ～ 3. 9 1. 64 ～ 2. 25 平均 33. 9 6. 5 5. 7 17. 2 17. 6 3. 3 1. 9 ·210·