260 t转炉轻烧镁球冶炼脱磷生产实践

李玉德，谭振军，朱国强，李冰，徐博，齐志宇

（鞍钢股份有限公司炼钢总厂，辽宁 鞍山 114021）

转炉冶炼采用的轻烧镁球具有含MgO高、用量少、护炉效果好、温降小、利于提高废钢比、缩短转炉冶炼周期等优点，可实现转炉少渣冶炼，提高转炉生产效率，降低炼钢生产成本，但其缺点是转炉冶炼操作难度大。转炉采用轻烧镁球冶炼时，炉渣碱度、转炉出钢温度、终点氧值和返干时间均对脱磷效果影响显著。本文跟踪了鞍钢股份有限公司炼钢总厂260 t复吹转炉采用轻烧镁球搭配白灰的冶炼过程，分析了上述因素对脱磷效果的影响，从而制定合理的工艺参数，以减少磷高质量事故的发生，实现转炉轻烧镁球冶炼的稳定控制。

1 转炉生产工艺及技术条件

鞍钢股份有限公司炼钢总厂共有3座260 t顶底复吹转炉，技术参数见表1。5孔拉瓦尔氧枪喷头的技术参数见表2。轻烧镁球理化指标、造渣物料类型、用量及铁水条件见表3。

表1 转炉技术参数

表2 氧枪喷头的技术参数

表3 轻烧镁球理化指标、造渣物料类型、用量及铁水条件

2 影响脱磷效果的因素分析

2.1 轻烧镁球加入量

碱度控制在2.8～3.2时（碱度在此范围内对脱磷率影响不大，可以不用考虑碱度对脱磷的影响），轻烧镁球加入量与炉渣中MgO含量的关系见图1所示，炉渣中MgO含量与转炉终点磷含量的关系见图2所示。

图1 轻烧镁球加入量与炉渣中MgO含量的关系

图2 炉渣中MgO含量与终点磷含量的关系

由图1、2可知，随着轻烧镁球加入量的增加，炉渣中MgO含量逐渐增加，对转炉终点磷含量影响不大（磷最低为0.013 2%，最高为0.013 9%，相差不到0.001 0%），MgO含量在8%～10%之间时，转炉脱磷效果最好。从现场实际跟踪结果看，MgO含量在8%～10%时，转炉终渣粘度适中，护炉效果较好。所以轻烧镁球加入量控制在8～12 kg/t，既能保证脱磷率又能起到良好的护炉效果。

2.2 炉渣碱度

炉渣碱度是影响脱磷率的重要因素之一，根据不同钢种，制定合理的炉渣碱度可提高转炉脱磷效率和转炉终点成分合格率，降低白灰消耗。对Q235B钢种进行现场试验，选取出钢温度1 660 ℃±5℃，终点氧值（0.05±0.005）%，转炉操作平稳，返干时间控制在2 min以内的罐次，研究了炉渣碱度与终点磷含量之间的关系，如图3所示。

图3 炉渣碱度与终点磷含量的关系

由图3可以看出，碱度小于2.5时，脱磷率明显较低；随着碱度的提高，脱磷率显著提高；碱度大于3.3后，脱磷效果基本达到饱和；碱度再有提高，转炉脱磷率无明显增加。所以，生产磷≤0.03%的钢种，碱度应控制在2.5～2.8；生产磷≤0.02%的钢种，碱度应控制在2.8～3.0；生产磷≤0.012%的钢种，碱度应控制在3.0～3.3。合理控制碱度可满足钢种磷含量的要求并降低白灰消耗。

2.3 终渣氧化性

转炉终渣FeO一方面可以提供脱磷所必须的氧化性条件，提高脱磷效率，另一方面可以促进白灰熔化，提高石灰活度，增加参与脱磷反应的石灰利用率，提高脱磷效果。

采用轻烧镁球进行转炉冶炼，开吹时渣中FeO最高。随着吹炼的进行，吹炼5 min时硅锰基本被反应完，随着温度升高和炉渣活性的增加，脱碳速度逐渐加快，渣中FeO迅速降低。吹炼至9 min，渣中FeO降至最低水平，此时如果不加入化渣物料或不采取高枪位操作，炉渣极易“返干”。吹炼至12 min以后，钢液中C的质量分数降低，脱碳速度降低，渣中FeO逐步升高，后期脱磷加快。转炉终点氧值与炉渣中FeO含量的关系见图4，与终点磷含量的关系见图5。

图4 转炉终点氧值与炉渣中FeO含量的关系

图5 转炉终点氧值与终点磷含量的关系

结合图4、5可知，炉渣中的FeO含量随着转炉终点氧值的增加而增加，两者呈线性关系。氧值小于0.04%时，炉渣中FeO含量在18%以下，转炉终点磷含量较高，易出现磷高质量事故；终点氧值控制在0.04%以上，终渣FeO含量可控制在20%以上，脱磷效率较高；氧值继续增加，脱磷效果有所提高，但脱磷效率提升不大。所以出钢氧值控制在≥0.04%即可满足脱磷所需的氧化性条件，氧值过高，不利于质量控制。

2.4 出钢温度

脱磷是放热反应，从热力学角度看，转炉钢水温度高，不利于脱磷反应进行；从动力学角度看，钢水温度高，有利于加快碳氧反应，提高炉渣的流动性及搅拌强度，有利于脱磷反应进行。但转炉钢水温度低，不利于石灰熔化，降低炉渣碱度，同样影响转炉脱磷效率，所以过低的温度也不利于脱磷。选取操作平稳，碱度在2.5～3.0，终点氧值在0.05%～0.06%的Q235B钢种数据作为研究对象，研究出钢温度与终点磷含量之间的关系,见图6。

图6 出钢温度与终点磷含量的关系

由图6可以看出，随着出钢温度的升高，炉渣脱磷效率降低，尤其是出钢温度超过1 680℃后，终点磷含量较高，脱磷率降低较明显。实践证明，采用轻烧镁球进行转炉冶炼，终点磷含量对出钢温度较敏感，高温脱磷率较差。出钢温度小于1 680℃时，对脱磷效率影响不大，出钢温度对脱磷的影响不如炉渣碱度和FeO的影响显著；当出钢温度高于1 680℃时，对脱磷率影响较大，出现磷高的质量事故较多，出钢温度对脱磷的影响比炉渣碱度和炉渣FeO的影响显著。因此,针对出钢温度要求不高的走LF炉的钢种，转炉出钢温度应控制在1 680℃以下；出钢温度要求在1 700℃左右的高温IF钢，应适当提高碱度和氧值，缩短返干时间，以提高脱磷率。

2.5 返干时间

选炉役中期复吹效果较好时，出钢温度控制在1 695～1 705℃，碱度在2.5～3.3生产的低磷IF钢种，研究返干时机和返干时间对终点磷含量的影响，如图7～10所示。

图7 全程不返干与终点磷含量的关系

图8 返干1 min与终点磷含量的关系

图9 返干2min与终点磷含量的关系

图10 返干大于2 min与终点磷含量的关系

由图7～10可以看出，在保证碱度和温度不高的情况下，全程不返干，终点磷含量平均达0.010%。返干时间1 min，终点磷含量平均达0.012 4%；返干时间2 min，终点含量磷平均达0.013 6%；返干时间2 min以上时，终点磷含量波动较大，终点磷含量不易稳定控制。所以，在生产磷≤0.010%的低磷IF钢时，吹氧过程应尽量控制炉渣不出现返干现象，终点磷含量会得到稳定控制；生产磷≤0.012%的IF钢，返干时间应控制在1 min以内；生产磷≤0.015%的IF钢，返干时间应控制在2 min以内；返干时间超过2 min，终点磷含量会不稳定，可根据实际情况等样或点吹出钢。

低硅铁水（Si＜0.3%）返干时间较长，可在吹炼前期配加硅铁，缩短返干时间；高温低磷IF钢可适当提高炉渣碱度、终点氧值、渣量和过程枪位，提高转炉脱磷效率。

现场实际操作中，IF钢转炉吹氧时间一般控制为 14.5～15.0 min，过程测试氧累为 9 500～10 000 m3，返干开始的时机在吹氧12 min左右。所以，冶炼成品磷≤0.012%的低磷IF钢时，返干时间应控制在吹氧11 min以后；磷≤0.015%的IF钢，返干时机应控制在吹氧10 min以后，可实现终点磷含量的稳定控制。

3 结语

260 t复吹转炉采用轻烧镁球冶炼时，轻烧镁球加入量应控制在8～12 kg/t，终渣MgO含量应控制在8%～10%，炉渣碱度应控制在2.5～3.3，转炉出钢氧值应≥0.04%，出钢温度应控制在1 680℃以下；高温出钢的钢种需提高炉渣碱度、终点氧值、渣量和过程枪位以提高脱磷率；成品磷含量≤0.012%的高温低磷钢种，返干时间应控制在1 min 以内；低硅铁水（Si＜0.3%），可在吹炼前期配加硅铁，缩短返干时间，以提高脱磷率。