复吹冶炼因其良好的冶金效果而被世界各国钢厂广泛采用。众所周知,在顶吹转炉冶炼后期,随着钢液中w(C)的降低,钢液处于过氧化状态;渣中w( FeO)增加,炉渣的氧化性增强,流动性变好,此时炉渣脱磷效果良好,这是转炉一般采用后期脱磷的原因。采用复吹工艺后,由于钢渣间反应更加充分,在冶炼后期.渣中的w( FeO)下降,炉渣的氧化能力减弱,脱磷效果受到影响,因此考察冶炼终点脱磷反应的平衡程度就显得十分必要。本文结合某厂120 t复吹转炉改造后的脱磷情况,对复吹改造后终点渣间脱磷反应的平衡程度进行了研究。
1 120 t复吹转炉脱磷效果
为了便于同顶吹脱磷效果比较.选择炉次终点出钢w(C)在0.12%~0.20%范围内,求平均值后列于表1。
表1 顶吹和复吹终点成分比较(wB)%
吹炼方式 |
C |
Si |
Mn |
S |
P |
顶吹 |
0.1513 |
0.3001 |
0.7154 |
0.0217 |
0.01764 |
复吹 |
0.1466 |
0.2364 |
0.6672 |
0.0179 |
0.01579 |
从表1可以看到,冶炼同一牌号钢种,吹后钢液w(P)下降了0.00185%,脱磷效率提高了10.5 %。表2列出了复吹前后炉渣成分的平均值。
表2 顶吹和复吹终点炉渣成分平均值比较(wB)%
吹炼方式 |
FeO |
CaO |
SiO2 |
P2O5 |
MgO |
顶吹 |
13.984 |
48.551 |
14.403 |
2.373 |
9.684 |
复吹 |
11.383 |
46.010 |
13.896 |
2.663 |
9.397 |
复吹改造后,终点炉渣w (FeO)减少了2.6 %,w(P2O5增加了0.29 %。碱度控制在2.5~5.2范围时,顶吹时钢渣间磷配比范围为19~204;复吹改造后钢渣间磷分配比范围为50~382,复吹后分配比的平均值提高了50 %。钢渣间磷分配比的提高说明复吹改造后钢渣间脱磷反应更趋于平衡,脱磷效果比顶吹时有很大提高。
1.1 判定终点脱磷平衡程度的依据
前人所研究的关于计算钢渣间磷分配比的经验公式较多,但引用这些公式必须符合其适用条件。把复吹改造后各炉次终渣成分代入各经验公式,通过与实际磷分配比进行比较,可以找到符合复吹条件下的经验公式。通过分析发现,利用STP式判断复吹转炉脱磷效果是较为适宜的通过STP复吹转炉生产数据回归计算,得到磷分配比关系式:
lgw(P)渣/w(P)钢=12210/T-9.332×0.745×lgw(TFe)+2.358lgw(CaO) (1)
1.2 渣中w(TFe)和碱度的影响
冶炼过程中渣中w(TFe)对脱磷的影响主要表现在:w(TFe)较小,炉渣氧化能力差且对化渣不利;w(TFe)太大,炉渣碱度下,同样会使脱磷效果变差。一般认为炉渣中w(T Fe)控制在15%左右时,脱磷效果较好。图1为某一炉次冶炼过程中渣中w(TFe)变化同磷的关系。从图中可以看到,合理地控制冶炼过程中炉渣中的w(TFe),对于冶炼低磷钢是非常重要的。
图 1冶炼过程中渣中w(TFe)和w(P)的变化
统计炉次终点炉渣w ( TFe)控制在6%~16 %,为了判断复吹前后冶炼终点渣中w(T F e)对脱磷效果的影响,将炉渣成分代入STP式.得到图2,3。在图3中,复吹时渣中w(TFe)同磷分配比的关系与STP式的计算结果非常吻合;而图2中这种关系却不是十分明显。同时可以看到,在相同的w(TFe)范围内.复吹时磷的分配比要比顶吹时提高很多,说明复吹后炉渣的磷效果更好。
图2 顶吹时w(TFe)与lgLp的关系
图3 复吹时w(TFe)与lgLp的关系
碱度对炉渣脱磷能力的影响是较复杂的。碱度高,表明在炉渣中w(CaO)高,CaO具有较强的脱磷能力,而且生成的磷酸钙在炼钢温度下比较稳定。但如果渣中w( CaO)过多,会使炉渣粘度增加,当CaO颗粒不能完全熔入炉渣时,会导致炉渣的流动性变差,从而影响炉渣的脱磷效果。采用复吹工艺后,底吹的强搅作用使炉渣熔化得更均匀,流动性更好,钢一渣反应更加充分,脱磷的动力学条件得到很大改善。如图4 ,5所示,从现有数据处理结果来看,终渣碱度在正常生产范围内(2.5~5.0)时,顶、复吹终点磷分配比同炉渣碱度的关系相差较明显。顶吹时,随着炉渣碱度提高,在高碱度区钢渣间磷分配比下降得十分明显,说明顶吹时高碱度炉渣的脱磷能力较差。复吹时,在相同碱度下,虽然磷分配比仍有下降趋势,但并不明显,磷分配比保持在100左右。这充分说明,底吹的强搅拌作用使得化渣情况变好,在相同碱度下,钢渣间反应更充分,创造了更适宜脱磷的动力学和热力学条件。
图4 顶吹时炉渣碱度R与lgLp之间的关系
图5 复吹后渣碱度R与lgLp之间的关系
图6是把生产中的相关数据代入STP式后.得到的顶吹和复吹脱磷分配比的实际值同理论计算值之间的关系。可以看到工厂现有的复吹脱磷效果同顶吹时相比己有很大提高,但还存在一些差距。一是原材料方面,铁水w(Si)较高且不稳定,石灰有效成分w( CaO) ( 75%~91%)波动较大;二是现场的操作水平有待提高,有待进一步发挥复吹优良的冶金效果。因此,采用复吹工艺后,炉前操作水平和原料情况还需要在今后的工作中不断改进,这样才能充分挖掘复吹潜力,提高工厂的冶炼水平。
图6 磷分配的计算值和实际的关系
2 结论
(1)冶炼同一牌号钢种,复吹终点 w(P)下降了0.00185%,脱磷率提高了10.5%。
(2)在相同终点炉渣碱度、w(TFe)范围内,复吹改造后钢渣间磷分配比提高了50 %。利用STP式对统计炉次终点炉渣脱磷反应的平衡程度进行了研究,得出钢渣间磷分配比的实际值同经验公式和理论公式计算值之间的关系,说明采用复吹工艺后脱磷反应更趋于平衡,脱磷能力得到了提高。