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转炉脱磷效果影响因素分析 徐文静 摘要：从氧气顶吹转炉脱磷的热力学分析入手，探讨了冶炼过程中温度、炉渣碱度、（FeO）对磷含量的影响，回磷的原因、影响因素及防止措施等，指出应控制炉渣碱度、终点温度、（FeO）在合理范围内，应重视钢水回磷问题。 关键词：磷；碱度；温度；回磷 1 前言炼钢生产中的脱磷效果,主要是指成品钢中含磷量的高低，而成品钢中含磷量的多少，主要取决于转炉冶炼终点的磷含量和出钢过程的回磷量。下面从这两个方面入手对转炉脱磷效果进行分析。2 冶炼过程中磷含量的控制2.1 脱磷的基本反应脱磷反应是在钢渣界面进行的，按炉渣分子理论的观点，由下列反应组成：5(FeO)=5O+5Fe2P+5O=(P2O5)(P2O5)+4(CaO)=(4CaO.P2O5)2P+5(FeO)+4(CaO)=(4CaO.P2O5)+5FelgK=lg(a4CaO.P2O5)/%P2.a5FeO.a4CaO =(%Ca4.P2O9).rCa4.P2O9/P2.f2P%FeO5.r5FeO.(%CaO)4.r4CaO=40067/T-15.06 (1)式中K脱磷反应的化学平衡常数;T钢水温度。为了分析方便，以脱磷的分配比: LP=(%P2O5)/%P2表示炉渣的脱磷能力。由（1）式可得： LP=(%P2O5)/%P2=K.(FeO)5.(%CaO)4.f2p.r5FeO.r5CaO/rCa4P2O9 (2)可见，要提高炉渣的脱磷能力，必须增大K.(FeO)5.(%CaO)4.f2p和降低rCa4P2O9。影响这些因素的有关工艺参数的改变，也就改变了钢中磷的分配。2.2 温度的影响利用（1）式，可以计算出不同温度下脱磷反应的化学平衡常数。假定转炉冶炼终渣的化学成分不变，则可以计算出钢水终点磷含量与温度的对应关系：温度升高，K值显著减小，因此，低温对脱磷有利。需要指出的是，提高熔池温度，会使磷的分配比降低，对磷从金属向炉渣的转移不利。但温度升高降低了炉渣的粘度，加速了石灰的熔解，从而有利于磷从金属向炉渣的转移。 理论研究表明，最有效的脱磷有一个最佳的温度范围（14501500）。这就要求冶炼初期，要根据铁水温度采用不同的操作制度。铁水温度低（1250以下），要采用低枪位操作以提高熔池温度，加速石灰的熔解，迅速形成初期渣，充分利用前期炉渣FeO高、炉温低的优势，快速脱磷。若铁水温度特别高（大于1350），冶炼初期要适当采用高枪位操作，并加入部分矿石，抑制炉温的快速升高，同时也有利于石灰的溶解,延长冶炼在低温区（1500以下）的运行时间。实践证明，尽管冶炼终点温度高，会降低磷在钢渣中的分配比，但脱磷的关键仍然是冶炼过程渣特别是终渣的控制。也就是说温度的影响不如（FeO）和（CaO）显著。2.3 炉渣碱度的影响因为CaO是使rP2O5降低的主要因素，增加（CaO）达到饱和含量可以增大aCaO，亦即增加自由CaO（不与酸性氧化物结合）的浓度，会使（P2O5）提高或钢中P降低。但渣中（CaO）过高，将使炉渣变稠，同样不利于脱磷，如图1所示。图1 炉渣碱度对脱磷指数的影响从图1可以看出，当炉渣碱度大于3.0后，脱磷指数随（FeO）增加而增大，随碱度的增加变化不大。实际操作中经常出现石灰加入很多，终点P仍然较高的现象，其原因就是炉渣没有化透或温度太高。实践证明，只要炉渣碱度达到3.0左右，炉渣化透并含有适量的（FeO），冶炼一般钢种脱磷是没有问题的。这也是最经济的操作方法。这就要求冶炼终点P偏高时，应视温度和炉渣情况采用不同的处理方法：（1）温度合适，炉渣较稠，只要采用点吹方式，化透炉渣即可。（2）温度较高，炉渣较好，就要采取适当措施降低熔池温度。（3）温度较高，炉渣较稠，要适当补加矿石，既能起到降温效果又能帮助化渣，具有一举两得的功效。（4）温度合适，炉渣较好，终点P仍然偏高，这种情况一般是碱度不够或渣量不足所致，就要适当补加石灰，点吹化开炉渣。2.4 (FeO)HTH的影响(FeO)对脱磷反应的影响比较复杂，当(FeO)很低时，石灰不能很好熔化，显然不能脱磷。但若(FeO)过高，将稀释(CaO)的脱磷作用。(FeO)与碱度对脱磷的综合影响是，碱度在2.5以下，增加碱度（石灰用量）对脱磷的影响大。碱度在2.54.0时，增加(FeO)对脱磷有利。但过高的(FeO)反而使脱磷能力下降。如图2所示。图2 (FeO)对脱磷率的影响 图2表明，要达到较高的LP，对于一定的炉渣，(FeO)含量以14%18%、(%CaO)/ (%FeO)比值以2.53.0为最好。3 回磷成品钢中的磷含量一般高于冶炼终点的含磷，这种现象被称为回磷。其原因：一是由于合金带入的磷，二是钢水的回磷。如果终点温度高，出钢过程下渣量多，都会造成回磷量增加，一般回磷量在0.005%0.02%之间，有时会更高。3.1 产生回磷的原因冶炼终点一般认为脱磷反应已达到平衡，在出钢过程中向钢包内加入脱氧剂，将使钢中的氧以及渣中(FeO)下降，脱氧产物(SiO2)、(Al2O3)等进入炉渣，使炉渣碱度降低，从而打破了脱磷反应的平衡状态，有利于(P2O5)的分解和还原，磷又重新进入钢液。回磷反应与下列各种反应有关：（1）渣中(FeO)与脱氧剂作用：2(FeO)+Si= (SiO2)+2Fe(FeO)+Mn=(MnO)+Fe（2）炉渣与脱氧产物作用：2(3CaO.P2O5)+3(SiO2)=3(2CaO.SiO2)+2(P2O5)(3）渣中(P2O5)与脱氧剂的作用：(P2O5)+5Mn=5(MnO)+2P2(P2O5)+5Si=5(SiO2)+4P3(P2O5)+10Al=5(Al2O3)+6P（4）渣中(3CaO.P2O5)直接同脱氧剂作用：(3CaO.P2O5)+5Mn=2P+5(MnO)+3(CaO)2(3CaO.P2O5)+5Si=4P+5(SiO2)+6(CaO)3(3CaO.P2O5)+10Al=5(Al2O3)+6P+9(CaO)上述反应的共同结果，导致了钢水回磷的发生。3.2 影响回磷程度的因素通过上面产生回磷原因的分析，可以得出影响回磷的主要因素有： （1）出钢过程中下渣是磷的主要原因。下渣量大，回磷就严重，特别是出钢前下渣或出钢口不圆造成出钢过程卷渣更为严重。因为无论是反应时间还是反应的动力学条件，都较出钢后期下渣更优越。 （2）出钢合金化或增碳操作不合理。诸如出钢后期补加硅铁、碳化硅、碳粉等。因为它们比较轻而浮在钢渣上面，直接与钢渣接触，硅铁、碳化硅、碳粉都非常容易与渣中(FeO)反应，造成渣中(FeO)急剧下降，而反应产物又降低了炉渣的碱度，从而大大增加了回磷。 （3）吹氩时，使用氩气压力过高，造成钢液钢渣翻腾、卷渣，形成一种“渣洗”现象，也大大增加了回磷程度。3.3 防止回磷的措施要防止钢水回磷，首先要挡好渣，减少出钢过程的下渣量最为关键。其次是严格出钢合金化操作的标准化和规范化，杜绝出钢后期补加合金（如硅铁、碳化硅、碳粉等）。再次，万一炉渣过稀或下渣量大应及时向钢包内