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摘  要：本文从转炉吹炼的角度探讨了留渣操作、底吹制度对脱磷的影响。建议在留渣操作的前提下，适当增加底吹强度，从而达到快速化渣脱磷、提高钢水收得率的冶炼效果。通过采取留渣操作，适当增加转炉底吹强度，可以达到稳定、有效地脱磷，满足所炼钢种成分要求。

关键词：留渣操作、底吹强度、脱磷

前  言：对于绝大多数钢种来说，磷都是有害元素，因为磷易使钢发生“冷脆”现象。冷脆的原因一般认为是由于磷原子富集在铁素体晶粒间形成的“固溶强化”所引起。目前脱磷的手段有铁水预处理和转炉脱磷等。对于没有铁水预处理的炼钢厂来说，只能加强转炉的脱磷操作，出钢过程控制下渣，基本上可完成控制磷的目标。唐山新宝泰拥有三座65吨顶底复吹转炉，目前的生产主要以普碳钢Q195为主，但也为了适应今后生产品种钢（如20号钢、Q345B）的计划，需要对当前的转炉脱磷工艺进行优化。

一、  脱磷的影响因素

1.1 温度对脱磷的影响

在转炉内磷首先被氧化成(P2O5)， (P2O5)与(CaO)相结合，生成稳定的复杂化合物，才能有效的去除掉，其反应式如下：                   

2[P]+5(FeO) +4(CaO) =(4 CaO. P2O5 )+5[Fe]

△G=－151200＋123.74T

其反应平衡常数K：LgK=（33050/T）－27.0

在一定温度下，K是常数，但如果改变温度，则K值将随之而改变。由上式可知，提高T将降低K，脱磷反应是放热反应，即提高温度将会降低脱磷效率。

使用石灰石造渣法炼钢，石灰石在转炉内分解产生活性最高的CaO并吸收热量，其反应式如下：       

CaCO3  =  CaO + CO2  - 178000kJ

因此在低温时脱磷比较有利，使用石灰石造渣法炼钢更有利于磷的取出。

1.2 碱度对脱磷的影响

由脱磷反应方程式可知，提高炉渣碱度有利于降低渣中(P2O5)的活度，从而提高脱磷效率。但是碱度不能无止境地提高，因为如果CaO加入过多，则炉渣黏度增加，甚至CaO颗粒无法完全融入炉渣，导致炉渣流动性差，恶化了炉渣脱磷的动力学条件而降低脱磷效率。

1.3渣中FeO对脱磷的影响

钢水中的[O]与炉渣中的（FeO）在平衡状态下具有一定的比例关系，根据脱磷反应方程式，为了提高脱磷效率，高（FeO）是必要的。然而，渣中的（FeO）不仅影响炉渣的熔点和流动性，而且会影响渣中CaO的浓度。（FeO）过高则稀释渣中CaO的浓度，从而降低炉渣脱磷效果，而且会增加钢铁料消耗。

1.4留渣操作对脱磷的影响

留渣操作主要靠所留炉渣的物理热和炉渣化学性能，使其具有迅速参与反应、并促进前期炉渣的快速形成、提高除磷效率，节省造渣料用量的目的。

首先，冶炼初期熔池温度比较低，碱度一般在1.8-2.2之间，且渣中含有一定的FeO，满足脱磷的热力学条件。其次，留渣操作可以使初期成渣速度更快且流动性好，满足脱磷的动力学条件，特别是对石灰石造渣法炼钢，留渣操作对脱磷是有利的，

综上所述，提高脱磷效率的措施是“三高一低”，即高碱度、高氧化性、高渣量和较低温度（在保证炉渣具有良好流动性条件下的较低温度）。然而碱度、FeO含量、渣量和温度等相互联系、相互制约，不可孤立地看待，因此应当根据具体情况作具体分析。

二、   炉前冶炼条件

内容本次试验是在唐山新宝泰65T顶底复吹转炉上进行的。炼钢用的铁水条件如表1所示。

表1   铁水条件（平均值）

转炉氧枪采用四孔拉瓦尔喷头，氧气流量为13000Nm3/h，供氧强度达到3.33Nm3/min·t。目前现场基本采用高—低—高—低的氧枪枪位操作制度，铁水变化时，枪位操作随之变化。为了防止爆发性性喷溅，前期普遍采取中低枪位（1.30—1.35m）操作，导致前期化渣脱磷效果不好；为了防止炉渣返干，后期普遍采用较高枪位操作，导致终渣（FeO），铁损和钢铁料消耗增加。由于主要钢种为Q195，为了降低成本，底吹气体使用氮气，氮气流量为40 Nm3/h，为了防止流量频繁变动导致事故增加，造成底吹砖的堵塞，冶炼周期内流量保持不变。转炉底吹供气情况如表2所示。

表2   调整前底吹供气情况

造渣料主要包括石灰石和生白云石，冶炼过程中依据情况添加块矿进行降温、化渣等。采用留渣操作。

转炉拉碳、倒炉、测温、取样。出钢过程中采用挡渣锥挡渣，转炉下渣量可控制在50mm左右。

三、在留渣操作的基础上，提高底吹强度

3.1 试验方案

留渣操作主要靠所留炉渣的物理热和炉渣化学性能，使其具有迅速参与反应、并促进前期炉渣的快速形成、提高除磷效率。底吹强度对熔池搅拌具有重要作用，进而影响化渣脱磷等关键冶炼指标。

为了探明留渣操作的前提下，底吹强度对转炉冶炼的影响，本试验将1号转炉的底吹流量由40 N m3/h提高到60 N m3/h，其余操作制度依然沿用原有的操作模式。由于涉及到程序的改动较复杂及时间的关系，没有针对吹炼前、中、后期进行分阶段设定底吹强度，也就是底吹流量在冶炼周期内保持不变。调整前后的底吹强度如表3所示。

表3  调整前后的底吹强度对比

3.2 试验效果及分析

考虑到提高转炉底吹强度后不可避免会降低底吹砖寿命，流量为40N m3/h，提高到60 N m3/h，相应的底吹强度由0.0103提高到0.0154Nm3/min·t，没有再次进行提高底吹强度的试验。造渣料的用量仍由二级计算获得，考虑温度对脱磷的影响较大，一倒温度取1640-1650℃的炉次，相关数据如下。

表4  底吹强度增加后相关参数指标

表4 显示的是各试验炉次铁水P、炉内钢水P、脱磷率/一倒温度及TFe。

试验是在不影响转炉正常生产的前提下进行的，有些炉次由于数据不完整，只能舍去，一倒温度过高或过低的炉次也舍去，所以试验炉次较少，仅为10炉，但是试验效果比较明显。下图是底吹强度增加前后脱磷率比较。

图1.  底吹强度增加前后脱磷率比较

从现场观察来看，由于前期底吹强度提高，熔池搅拌能力增强，熔池循环流动速率增加，渣—钢—气三项混合、反应加剧，加之留渣操作，使得成渣速度明显加快；而且后期并未出现明显的返干现象，总体上化渣效果得到了改善。

通过对数据进行对比，可以看出脱磷效果得到了一定提高。光谱分析炉内钢水含磷量由0.027%下降至0.023%，终点磷含量降低了0.004%，脱磷率由79.23%提高到83.65%，提高了4.42%。

而且，底吹强度增加后磷含量的波动范围远小于底吹强度增加前，说明底吹强度提高后冶炼过程更加平稳高效。从脱磷效果来看，已经达到了较好的冶炼水平，满足了20号钢、Q345B等钢种对于转炉终点磷含量的要求。

在留渣操作的基础上，通过提高底吹强度，渣中全铁由18.02降至16.57，降低了1.45，而且变化比较平稳。熔池搅拌效果的提高对于改善钢水过氧化，降低渣中TFe，提高钢水收得率，降低钢铁料消耗具有重要意义。

图2. 底吹强度增加前后TFe比较

通过对提高底吹强度后的5炉试验数据的分析发现，适当提高底吹强度对于化渣、脱磷、提高钢水收得率等指标均有较大好处。尽管底吹强度的提高会加快底吹元件及炉底的侵蚀，但是炉底快换技术的日益成熟、合理的溅渣护炉及补炉工艺有利于弥补这一缺陷，而且本次底吹强度的提高幅度较小。

为了快速化渣，本次试验采用采用留渣操作，前期高枪位、强底吹、造渣料分批加入的方式，从现场实际观察来看，前期化渣较好，成渣时间提前，而且即使是前期枪位提高到1.50m，中期并未出现喷溅现象，后期压枪操作并未出现明显返干，冶炼过程比较平稳。

原有的弱底吹，使得熔池快速升温、熔池搅拌效果差，前期化渣较困难，种种因素使得前期脱磷效率不高。通过前期（吹氧前4min）保持高枪位，使得熔池缓慢升温，延长脱磷最佳温度区间保持的时间；同时留渣操作增加渣中FeO，结合强底吹和分批加料，使得成渣时间提前，快速化渣。适宜的温度区间、高氧化性的碱性炉渣以及良好的搅拌条件实现了脱磷适宜的热力学和动力学条件，从而提高了脱磷效率，降低了终点钢水磷含量，达到了脱磷的较高水平。

提高底吹强度，结合终点前压枪操作，使得熔池的搅拌效果大幅提高，从而提高了脱磷脱碳效率，减轻了钢液过氧化，对于提高钢水收得率、节省合金料消耗以及提高钢种质量具有重要意义。

六、结束语

1）在留渣操作的前提下，合理溅渣与补炉基础上，适当提高底吹强度有利于转炉前期化渣脱磷，增强熔池搅拌，提高钢水收得率。

2）吹炼前期是脱磷的最佳时期，通过留渣操作、增加底吹强度等手段，将熔池温度控制在脱磷温度的最佳区间，补充渣中FeO实现快速化渣，增强熔池搅拌提高钢渣反应速率，从而获得最佳的脱磷热力学和动力学条件。

3）根据转炉脱磷工艺特点，通过留渣操作和适当增加底吹强度等措施，可以达到稳定、有效地脱磷，满足现阶段所炼钢种的成分要求。

参考文献：

1、《转炉炼钢与生产》冶金工业出版社

2、《石灰石造渣法炼钢工艺技术规程》