1.前言

　 随着对洁净钢需求量的扩大，以铁水预处理为基础的分段组合 精炼得到迅速发展。但是，在使用铁水罐车或铁水包作预处理容器的情况下，由于必须在低温下进行脱磷精炼，因此存在着转炉热补偿不足、废钢添加量受限制等实质性问题。另外，在使用转炉进行预处理时，虽然可以提高转炉的热补偿,但必须同时使用两座转炉作为脱磷炉和脱碳炉。新日铁公司开发了一种能用一座转炉进行快速脱磷脱碳的新的精炼工艺(MURC：Multi-Refining Converter)。本文就MURC法的概况和8t试验转炉的实验结果进行介绍。

2.MURC法的概况　　　

　 MURC法就是在同一座炉子中对铁水同时进行连续脱Si脱P处理和脱碳处理的工艺，其中包括了在处理过程中倾动炉子进行中间扒渣的工序。

　 由于预先装入废钢，因此MURC法能在高氧化性气氛下进行操作，而且由于是在同一座转炉中进行处理，因此能确保转炉的热补偿。另外，利用转炉的强搅拌和高速吹氧的特性，在高氧位势下对低碱度渣进行快速脱磷精炼的同时，由于将脱碳渣全部留在炉内就装入下一炉的铁水，因而可有效地用于脱磷精炼，由此能实现石灰单耗最低的精炼，大幅度减少炉渣的产生量。

3.实验方法

　 使用8t试验转炉进行实验。先在每t铁水中装入0～180kg的废钢，然后装入用别的感应熔化炉熔化的铁水5—7t。先用氧枪进行顶吹氧，并加入规定的废钢进行脱硅、脱磷处　 理，然后倾动炉子，从炉口扒出炉渣，将炉子竖直后再进行顶底吹氧，经脱碳精炼后出钢。在对脱碳炉渣进行热循环操作的情况下，可将炉渣全部剩留在炉内就装入下一炉铁水。

　 脱硅脱磷处理时的顶吹氧流量以1000Nm3/h为标准，还有部分以400Nm3/h和1500Nm3/h为标准进行实验。底吹气体只使用N2，其流量标准分别为200N3/h和350Nm3／h。底吹搅拌的动力密度为1．6～3．6kW／t左右。作为脱磷用的助熔剂，有部分实验是在石灰中添加少量萤石，但由于是低碱度炉渣，且对脱磷行为几乎没影响，因此大部分实验只使用石灰。用CaO／SiO2之比表示的脱磷处理后的炉渣碱度在0．9～2．2范围内。另外，根据最初装入的废钢量，在调整铁矿石的添加量后对脱磷处理后的温度进行控制。在中间扒渣后的脱碳处理时，实施了顶底吹氧，总的氧流量在1200～1700Nm3/h的范围内(顶吹为1000—1680Nm3/h；底吹为20—200Nm3/h)。另外，作为底吹氧的冷却气体使用了N2和LPG。

4.实验结果

　 吹炼8分钟左右时就进行脱磷，直至[P]0．02mass％为止，即使加上脱碳处理时间，也能在20分钟内处理完毕。处理后的温度及渣中(％CaO)与磷分配比之间有较好的相互关系，处理后的温度越低，且(％CaO)越大，则磷分配比越大。

　 根据这些脱磷处理后及脱碳处理后的终点成分和温度．采用重回归处理。从脱磷处理后的铁水条件到脱碳处理后的钢水条件，计算值与实际值比较一致。可以认为采用本实验这种低碱度炉渣在强搅拌条件下，脱磷处理后的磷分配比接近脱磷的有效速度常数。

　 另外，在炉渣中(％CaO）/（％Si02)下称(C／S)为1.0的情况下，即使增加(％T.Fe)，最多也只能得到100左右的(P)/[P]，但如果将C／S提高到1．5左右，通过确保(％T．Fe)，就能得到(P)/[p]=150左右，即使是低碱度炉渣，也能充分脱磷。但是，如果(％T．Fe)过高，因要稀释碱性成分，磷分配比反而会下降。因此，采用本实验这种低碱度炉渣进行脱磷处理时，可以说处理后的炉渣T．Fe浓度以15~20％为妥。

　 在MURC法中，由于是采用同一座炉子进行连续脱硅脱磷处理和脱碳处理，因此脱磷处理后炉渣的扒出率对总的石灰单耗和发生的炉渣量来说是重要的因素之一。脱磷处理后的温度和中间扒渣率的关系表明，处理后的温度越高，炉渣的流动性越好，扒渣率呈上升的趋势。为减少石灰单耗和炉渣量，有必要将扒渣率提高到大于60％。通过优化温度和炉渣的组成，实现这一目标的扒渣率也是可能的。另外，将脱碳处理后的炉渣全部留在炉内，有助于下一炉铁水的脱磷处理，这也是MURC法的主要特征。

　 与没有实施渣循环时的情况相比，实施渣循环后，总的石灰单耗可以减少5～10kg/t。由于受到实验上的限制，渣循环最多进行2次，但通过连续渣循环可以进一步减少石灰单耗，这一点也已得到确认。

　 炉渣量会因中间扒渣率、脱磷和脱碳处理条件的不同而变化。另外，由于对脱碳渣进行循环，因此下一炉脱磷处理时的石灰单耗会减少，但炉渣量有若干增加。由于实施了炉渣循环，因此在扒渣率为大约70％，脱碳处理后的[P]浓度大约0．2mass％这种典型的装料中，脱磷处理时的炉渣量大约50kg/t，脱碳处理时的炉渣量大约35kg/t。但是，中间扒渣时扒出的炉渣量大约35kg/t，如果实施连续脱碳渣的循环，可以认为扒出炉外的炉渣量会大幅度地减少.

　 另外，在本实验中，即使在脱碳渣全部剩留的情况下就装入下一炉的铁水，也看不到铁水中的C与炉渣中氧化铁反应产生的喷溅现象。另外，处理前装入的废钢(轻质碎块)在脱碳后已全部熔化，即使是中间扒渣时出现的未熔化部分用肉眼也看不到。

5.研 究

5．1中间扒渣时所需扒渣率的研究

　 MURC法的主要特征在于中间扒渣和脱碳渣的热循环。利用脱碳渣的循环，脱磷期所需的石灰单耗可以减少。但是，由于脱碳渣中还含有P，且扒渣率保持一定，因此利用脱碳渣的循环，可使中间扒渣后残留在炉渣中的P被带入脱碳期的量增加。这样，脱碳期所需的石灰单耗也随渣的循环使用而增加，但总的石灰单耗却随循环次数而减小，在循环次数5次左右时，基本为正常状态。正常时的总的石灰单耗与没有实施炉渣循环时的脱硅脱磷期所需的石灰单耗相同。

　 其次，扒渣率为80％时所需的石灰单耗与扒渣率为60％时的相比，由于带入脱碳期的P量减少，因此脱碳期所需的石灰单耗减小，但由于被循环的脱碳渣量也减少，因此脱硅脱磷期的石灰单耗会增加。正常状态下的总的石灰单耗即使在这种情况下，也与没有实施炉渣循环时的脱硅脱磷期所需的石灰单耗相同。在正常状态下，炉渣循环2次就可到达目标扒渣率。

　 在扒渣率为40％时的情况下，由于扒渣率下降，因此脱碳期的脱磷负荷会增大，且循环脱碳渣量的增加会使脱硅脱磷期所需的石灰单耗减小。如果脱碳渣循环2次以上，那么即使不添加石灰，脱磷处理后的[P]也未达到0．02％，形成了过脱磷状态，为使脱硅

脱磷期的石灰单耗下降不超过所规定的量，因此即使在正常状态下，也应使总的石灰单耗不低于一定值以下。

　 没有实施炉渣循环时，随着扒渣率的提高，总的石灰单耗呈直线下降。在连续循环10次的正常状态下进行比较后可知，当扒渣率超过60％时，只有脱硅脱磷期和脱碳期的脱磷负荷分配会发生变化，总的石灰单耗都与没有实施渣循环时的脱硅脱磷期所需的石灰单耗相同，总的石灰单耗会随扒渣率的下降而增加。

　 另外，计算上的炉渣量也与中间扒渣率有很大的相互关系。如果扒渣率从60％增加到90％时，在正常状态下，脱磷处理时的扒渣量会从48kg／t减少到30k9／t，脱碳处理时的扒渣量会从30kg/t减少到5kg／t。因此，为抑制操作中炉渣的起泡和防止脱碳处理时Mn矿石的还原过度，最好的办法是提高扒渣率。但是，中间扒渣时扒出的炉渣量在扒渣率超过60％的正常状态下，保持在29kg/t。从扒出炉外的炉渣量最小化的观点来看，可以说中间扒渣率在60％以卜是最佳的。

　 由于作为前提的脱磷处理后的[P]浓度不同，因此上述计算结果也不同，但在接近模拟前提的操作条件下，如果能确保扒渣率在60％以上，石灰的单耗和扒出炉外的渣量就基本不会发生变化。如前所述，在试验转炉的操作中，如果将脱磷处理后的温度炉渣组成最佳化，就完全能实现这一目标的扒渣率。

5．2 快速脱磷条件的研究

　 采用MURC法时，由于是在同一座炉子上进行连续处珲，为使处理时间与连铸的循环时间相一致，因此必须进行快速脱磷处理。本文就控制脱磷速度的因素进行了研究。

　 如前所述那样，由于看不到底吹搅拌力对脱磷速度的影响，因此可以认为在本实验这种强搅拌条件下，脱磷速度不受金属中传质系数的控制。但是，脱磷速度受顶吹氧流量和铁矿石添加量的影响很大。关于增大供氧速度能提高脱磷速度的机理，可以认为是由于渣中T．Fe浓度的增大会促使脱磷的有效速度常数增加，以及CO气体的发生速度会随脱碳增加使渣相得到进一步搅拌，从而使渣中的传质系数增大的缘故。但是，在脱磷速度与渣中T．Fe浓度之间看不到有相互关系，相反，脱磷速度会随处理中脱碳速度的增大而提高，因此，可以认为本实验条什下的脱磷速度受渣十传质系数的控制，且受发生的CO气体所产生的渣相搅影响很大。

　 即使脱碳速度相同，但在添加铁矿石的情况下，脱碳速度会进一步提高。因此，用脱磷处理时间除以铁矿石中的氧，然后将顶吹氧流量和铁矿石中的氧相加之后对脱磷速度进行回归分析。结果，在顶吹氧的作用率是铁矿石中氧的1．73倍情况下，能获得最好的相互关系，可以推定这是因为顶吹氧的脱碳所生成的CO气体从火点直接变为气相的比例大，而作为铁矿石直接添加到洽相的氧主要会变成从渣-金属界面产生的CO气体，对搅拌有很大作用的缘故。如上所述，在本实验这种低碱度渣、强搅拌条件下进行铁水脱磷处理时，通过优化顶吹氧流量和氧化铁供给量，能实现快速脱磷。

5．3 关于炉渣中T．Fe浓度控制的研究

　 为用低碱度渣进行有效的铁水脱磷，因此一般认为将渣中的T．Fe浓度控制在15~20％左右是妥当的。为做到快速脱磷，如果仅仅增大顶吹氧流量和氧化铁的添加量，会造成(T．Fe)过剩，碱性成分稀释后的磷分配比下降、铁收得率恶化、喷溅发牛等。作为控制渣中T．Fe浓度主要因素有，操作条件所规定的顶吹氧的供给速、氧化铁中氧的供给速度、底吹搅拌动力密度、顶吹搅拌强度和作为反应条件的脱磷处理后温度及用渣中CaO／SiO2表示的碱度等。将这些因素作为应变数，对所有的铁水脱磷处理的实验值进行重回归后，结果得出T．Fe浓度的推定式。结果表明，不论在何种条件下，计算的T．Fe浓度与实际T．Fe浓度之间都具有良好的相互关系。由此可知，该推定式能控制渣中T．Fe浓度。

6.结束语

　 开发了采用转炉能进行快速连续脱磷脱碳处理的新的精炼工艺。这是一种利用转炉进行连续铁水脱硅脱磷处理和脱碳处理的方法，其中包括了中间扒渣工序。用8t试验转炉进行了实验，明确了以下几点：

　 (1)确立了由快速脱磷、中间扒渣、脱碳和脱碳渣全部热循环组成的精炼工艺。

　 (2)推导出了能对从铁水条件到钢水条件进行推定的磷分配推定式，即使采用低碱度炉渣，也能将T．Fe浓度确保在妥当范围内，因此能对铁水进行有效脱磷。另外，还推导出了能根据操作条件对脱磷处理后的T．Fe浓度进行控制的推定式。

　 (3)通过增加顶吹氧流量和氧化铁添加量，能提高铁水脱磷速度。发生的CO气体能有效地促进渣内的传质，氧化铁中的氧的促进作用比顶吹氧的大。

　 (4)利用脱碳渣的循环能大幅度减少石灰单耗，这一点已得到确认。另外，通过模拟计算可知，当中间扒渣率在60％以上时，在正常状态下的石灰单耗没有发生变化，根据本实验可知，优化脱磷处理后的温度和炉渣组成，可以实现目标扒渣率。