摘要：在分析了复吹转炉脱磷的热力学与动力学条件的基础上，利用复吹转炉吹炼前期(0--8 min)低温的有利条件实现钢一渣充分脱磷、倒掉脱磷渣后进行少渣冶炼、高碳下出钢。以实现复吹转炉吹炼前期高效脱磷，吹炼前期的脱磷率达到75％--93％。

关键词：洁净钢；复吹转炉；冶炼前期；脱磷

     在高碳洁净钢生产的脱磷处理工艺中，结合国外复吹转炉脱磷理论及我国的具体条件，分析了复吹转炉脱磷的热力学与动力学条件。发复吹转炉在中、高碳出钢条件下(出钢碳的质量分数控制在0．4 %～0．6％)钢水ω(P)≤0.01％的冶炼工艺技术，充分发挥转炉高碳出钢时钢水洁净度高、生产成本低的技术优势，形成国内专有的复吹转炉高拉碳生产方式冶炼低磷钢的工艺技术。

      从冶金热力学角度分析，转炉冶炼低磷钢水并采用高碳出钢方式，存在不可调和的矛盾。脱磷需要钢一渣间具备很强的氧化势，而转炉在中、高碳出钢时，由于碳氧平衡热力学规律的制约，钢水和炉渣的氧化性相对比较低，很难达到生产低磷钢水所需要的钢一渣间磷的分配系数(希望磷的分配系数控制在100以上)。

    经过缜密的理论计算和技术分析，提出了在复吹转炉吹炼前期(0～480 S)，采用低温(≤1 380℃)、较强底吹搅拌(在标准状态下底吹搅拌强度为每分钟每吨钢0．10～0．15 m³)、中等炉渣碱度(2．0～2．5)和适度炉渣氧化性(ω(T．Fe)≤15％)的工艺控制原则，对铁水进行少渣脱磷预处理。并在“一倒”时尽可能倒出高磷渣，避免或减轻吹炼后期高温脱碳时钢水回磷的后顾之忧，实现转炉高碳出钢条件下生产低磷钢水的目标。

    采用复吹转炉脱磷工艺，可以利用复吹转炉吹炼前期(0～8 min)低温的有利条件实现钢一渣充分脱磷、倒掉脱磷渣后进行少渣冶炼、高碳下出钢。经过初步试验分析，该工艺可以实现复吹转炉吹炼前期高效脱磷，吹炼前期的脱磷率达到75％～93％，为后续吹炼操作创造了较大的成分调整空间，有可能成为低成本生产超低磷高碳洁净钢种的新工艺。同时，也为开发与完善复吹转炉吹炼中期不倒炉的预炼一直炼脱磷工艺奠定基础。

1  复吹转炉脱磷过程理论分析

    采用脱磷的经典计算公式为黑勒(Healy)公式(1)和STB复吹转炉脱磷经验公式(2)，分析复吹转炉炼钢条件下脱磷过程的主要影响因素和脱磷限度：

    lg(％P)／[％P]=22350／T一16．0+2．5·

    lg(％T．Fe)+0．08(％Ca0)                 (1)

  lg(％P)／[％P]=12 210／T一9．332+0．745·

    lg(％T．Fe)+2．358 lg(％CaO)              (2)

熔池反应：2[P]+5[O]=(P₂O₅)

渣钢反应：(P₂O₅)+3(CaO)=(3CaO·P₂O₅)

    根据上述反应式，可计算出不同工况参数组合条件下渣一钢间磷的分配系数。图1给出熔池温度对磷分配系数的影响。

   由于黑勒公式是在体系达到化学平衡条件下得到的，因而各种不同条件下计算的渣一钢间磷的分配系数很高。STB经验公式综合考虑了复吹转炉实际吹炼过程中脱磷的热力学和动力学因素，所得出的磷的分配系数比黑勒公式计算的分配系数低，可作为复吹转炉脱磷过程的参考依抵为确保操作的可靠性，采用STB经验公式计算两种不同工况条件下钢水磷含量脱除到相同程度时(0．11％一0．01％)钢一渣平衡的对应渣量。表1给出上述计算结果的对比情况。

    从表1的计算结果可以看出，影响复吹转炉脱磷的最主要因素是温度。低温有利于脱磷，即使在较低的炉渣碱度和较低渣中T．FeO条件下，采用小渣量也可以保证较好的脱磷效果。在1．350℃下，渣一钢间磷的分配比为700；而在高温条件下(1 660℃)，即使提高了渣中T．FeO和炉渣碱度(有利于脱磷)，对应的磷分配比仅为97(不足低温条件下分配系数的1／7)。因此，造成两种工况下对应的理论渣量差别也很大。

    由此看出，复吹转炉吹炼过程脱磷的最佳时机在吹炼前期，而前期脱磷的效果主要取决于熔池的动力学条件：(1)熔池内有足够强的搅拌动能，促进钢一渣间的平衡；(2)保证一定的脱磷时间。

    通过以上热力学分析可以表明：(1)无论理论公式还是经验公式，在吹炼后期(高温区T≥1 550℃)，复吹转炉脱磷基本达到平衡，两个公式的计算偏差较小；(2)在转炉吹炼前期，由于熔池温度低，有利于脱磷。脱磷所需要的渣量、碱度和渣中氧化铁远小于后期；(3)由于吹炼前期复吹转炉熔池搅拌力较弱，脱磷反应远没有达到平衡，脱磷能力未得到充分发挥；(4)改善前期脱磷的动力学条件，可实现高效脱磷，可进一步降低生产成本。

2复吹转炉脱磷试验条件

    试验钢种为82B。试验原料条件为：(a)铁水：ω(C)=4．5％，ω(Si)<0．5％，ω(P)<0．09％，温度>1 300℃；(b)石灰有效氧化钙质量分数>85％；(c)脱磷剂：ω(CaO)>50％；ω(FeO)>30％；ω(水分)<0．5％。

    装入制度：(1)铁水104 t；(2)废钢12 t。造渣、供氧与底吹相配合。

  终点控制目标：

  (1)终点ω(C)0．4％～0．6％；终点ω(P)<0．01％；

    (2)倒炉排渣以前按时间控制，倒炉排渣以后按氧累控制；

  (3)倒炉排渣结束后(氧累在标准状态下为4 700 m³)，按现行82B终点控制模式调整终点操作。

3试验结果及分析讨论

       试验进行了10个炉次(每个试验批次做5炉试验)。在第1个试验批次时，由于铁水条件和石灰条件相对稳定(铁水硅质量分数波动在0．42％～0．56％，石灰氧化钙质量分数超过92％，活性度超过350)。从已有的试验数据看，试验效果相对比较理想。在复吹转炉吹炼前期((0～8 min)，脱磷率在87％～93％范围内，对于武汉钢铁(集团)公司第一炼钢(以下简称武钢一炼钢)平均磷质量分数为0．09％的铁水条件，采用本工艺确定的吹炼前期的操作原则，把倒渣时的半钢磷质量分数控制在0．01％左右，有一定的把握，可以达到转炉吹炼前期高效脱磷的目的。为倒渣后续的少渣精炼和高碳出钢创造了比较有利的条件。

       在第2个试验批次时，由于铁水硅含量、温度、石灰成分(ω(CaO)>80％、活性度超过220)及活性度指标较低，造成吹炼前期(0～8 min)的脱磷率偏低。在已有的数据中，脱磷率在75．0％～77．5％范围内。这种结果对倒炉倒渣后吹炼过程的脱磷要求仍很高，必须保证在高碳出钢条件下的脱磷率仍大于50％，才能满足出钢磷质量分数小于0．01％的考核指标。

        本次试验由于受试验炉数的限制，对适应该种原料条件的工艺理论还需要进一步探索，对如何实现冶炼前期高效脱磷的操作原则还需要做深入细致的研究。

      复吹冶炼前期脱磷工艺的核心在于，根据武钢一炼钢复吹转炉底吹供气强度偏小的实际条件，采用前期脱磷工艺在开吹后300 s内将渣量控制在60 kg／t以下，由于前期渣量减少(比原工艺渣量少40％)，因此化渣更加充分，改善了炉渣流动性，显著提高转炉吹炼前期脱磷效率。为倒炉倒渣后实现少渣精炼、均衡脱碳速度、高碳出钢创造有利条件。从初步试验结果看，必须遵循以下操作原则才能获得较高的前期脱磷效率：

    (1)一次倒炉排渣的钢水(或半钢)温度控制在1 380～1 410℃；

    (2)前期吹炼的时间>8 min；

    (3)前期吹炼过程采用最强的底搅拌强度(标准状态下，每吨钢每分钟在0．125 m³以上)，底吹总气量(在标准状态下)大于800m³／h；

    (4)开吹的低枪位脱硅操作与高枪位脱磷操作应协调好，保证化渣效果和抑制碳的过分氧化；

    (5)铁水硅质量分数在0．55％以下。

    从试验效果看，由于较好地控制了上述操作参数，脱磷率分别达到87％和93 %。充分说明了采用该工艺操作的前期脱磷效果。

4结论

    (1)要协调前期低温脱磷与后期少渣精炼、均衡脱碳速度操作的关系，确保前期高效脱磷和出钢的碳、温命中率。可在废钢比、重废与轻废比例、顶吹枪位、脱磷剂成分、前期造渣剂加入量等方面进行优化，找出最佳参数匹配关系。

    (2)摸索吹炼过程钢水成分变化规律和影响因素，尽可能缩短吹炼时间。

    (3)探索强底搅操作条件下的护炉措施。可在改进底吹供气元件形式、溅渣护炉、炉底上涨控制等方面进行优化。

    (4)脱磷剂与石灰等造渣材料用量方面的优化，降低石灰消耗量和铁耗。