60t转炉补炉第一炉的冶炼工艺探讨与实践

余文波

九江萍钢钢铁有限公司 332500  

摘要：九江炼钢厂老区60吨转炉（下称该厂）2023年9月-10月补炉第一炉终点磷大于等于0.045%共计36炉，占比30.4%，终点磷大于0.055%炉次17炉，占比13.6%。补炉第一炉终点磷控制水平较差，本文结合该厂生产实际条件，调整废钢结构、渣料加入、前期渣料加入等方式对转炉大补炉后第一炉冶炼进行了优化和改进，转炉脱磷率得到明显提升。

关键词：60t转炉  补炉  脱磷。

1、研究背景

由转炉炉衬于在长期连续冶炼过程中受到铁水、废钢加入时的冲击及出钢过程中钢水的浸泡和冲刷，导致前后大面受到不同程度的侵蚀，不利于转炉工艺操作的稳定性及炉况安全维护的控制。为了维护转炉高效稳定运行，需定期采用倒补、喷补、或投补的方式对薄弱部位进行相应的维护。

转炉在出钢溅渣后，将炉渣倒尽，在转炉加料侧加入镁质补炉料，前后摇动转炉，使之均匀的平铺在大面炉衬上，再通过富氧的方式使补炉料与转炉炉衬相结合的操作，称之为"补炉"。转炉补炉可以保护转炉炉衬，提高转炉寿命；还可以提高转炉作业率，减少耐材消耗，降低钢的生产成本。但由于加入了大量的补炉料，使转炉冶炼前期的成渣速度、成渣效果和转炉渣的成分发生变化，给钢水结净度带来了不利影响。比较突出的问题是，转炉补炉后冶炼第一炉钢时脱磷不稳定，终点磷高，补炉第一炉磷高的问题一直没有理想的控制措施，因终点磷高后吹炉次频繁，给钢水质量带来较大影响、金属及脱氧合金化材料收得率也随之下降、补炉效果不能得到保障。研究如何提高转炉补炉后冶炼第一炉脱磷率具有现实意义。^[1]

2、转炉炼钢脱磷的机理

转炉炼钢过程中磷的去除主要在炉渣金属界面进行，其反应式表达为：

          2[P]+5(FeO)+4（CaO）=（4CaO·P₂O₅）+5[Fe]                    (1)

当反应达到平衡时，磷在钢渣间的分配比L_P=w(P)/w[P],与钢渣中的主要成分的质量分数和温度的关系式如下：

lgL_P=2.51gw（TFe）+0.072{w（CaO）+0.3w（MgO）+0.6w(P₂O₅)+0.2w(MnO)

+1.2w(CaF₂)+0.5w(Al₂O₃)+11570}/T-10.52                             (2)

通过脱磷原理可知，增大转炉脱磷效果的有效措施包括合适的炉渣碱度、合适的渣中FeO含量、合适的过程温度，良好的动力学条件等，为此，如何优化各项参数和工艺，使之达到理想的脱磷效果，是解决问题的关键所在。^[1][2]

3、补炉第一炉脱磷分析

3.1优化之前脱磷现状

该厂60t转炉目前使用音频化渣系统监控冶炼过程化渣效果，操作工逐步摆脱经验炼钢，但实际操作过程中磷废质量事故时有发生。

通过对该厂老区2023年9月-10月补炉第一炉终点磷控制数据可知，终点P≥0.045%共计36炉，占比30.4%，终点磷大于0.055%炉次17炉，占比13.6%。

补炉第一炉终点脱磷率控制水平较差，终点磷控制的好与坏，直接影响着补炉效果，间接决定了转炉炉衬寿命，因终点磷高补吹时间延长，也增加了钢水中夹杂物，不利于钢水质量的控制。

3.2影响补炉第一炉脱磷因素的探讨与分析

3.2.1渣中氧化镁含量对补炉第一炉脱磷的影响

该厂60t转炉使用的大面修补料与投补料如表1所示，在补炉后再次冶炼时，炉衬局部补炉较厚，烧结效果差，造成在冶炼过程中剥落。炉渣在正常生产条件下MgO含量在7.5%左右，补炉第一炉MgO含量达到8.5～9.0%，MgO含量超过饱和溶解度，会以固态形式析出，增加炉渣粘度，降低炉渣的流动性，恶化了脱磷反应动力学条件，从而降低了脱磷效率。

为此，该厂60t转炉在补炉第一炉冶炼操作过程中优化了轻烧白云石的消耗，吨钢消耗控制在5kg/t左右，同时取消镁球的加入，为脱磷反应创造较好的动力学条件。

表1 60t转炉使用的大面修补料与投补料成分

3.2.2炉渣碱度对脱磷效果的影响

碱度是炉渣P分配系数的主要参考标准，该厂60t转炉针对补炉未留渣炉次增加300～500石灰用量，此举可以弥补减少轻烧白云石用量后炉渣碱度的降低，同时也可以优化氧化镁对脱磷动力学条件的影响。

3.2.3温度对脱磷效果的影响

保证转炉脱磷效果的关键因素在于熔池均匀升温，熔池温度过高，不利于转炉过程脱磷，然而过低的熔池温度不利于转炉前期快速成渣。

因补炉后炉温降低，冶炼前期过程温度上升缓慢，即补炉后第一炉冶炼，对铁水温度的要求显得尤为重要。该厂60t转炉对补炉后第一炉冶炼的铁水要求硅＞0.40%、铁水温度≥1320℃，同时提高热压钢块的使用控制转炉热平衡，为转炉冶炼过程温度的把控创造了良好的条件。

3.2.4渣中氧化铁对脱磷效果的影响

补炉第一炉因炉渣中氧化镁含量较正常炉次高，炉渣容易“返干”，该厂60t转炉针对补炉后渣中氧化镁含量高炉渣流动性差特点，增加热压钢块使用量（成分如下表所示）因脱磷主要是靠渣中磷酸钙的形成，而氧化铁是生成磷酸钙的主要化合物之一，在碱度适中的条件下，增加热压钢块使用量能为转炉前期脱磷创造了良好的氧化性气氛。

在增加热压钢块使用量的同时，该厂60t转炉针对过程枪位控制提出全程化渣，遵循枪位控制不喷溅能高则高的原则，即在开氧点火后高枪位时间90～120秒后下至基本枪位（根据炉型及装入量确定），压力0.83～0.88MPa，吹氧90秒内分批加入1/2～2/3石灰，碳氧反应后枪位逐步提高，4～5分钟时枪位至最高点，形成泡沫化渣，达到良好的化渣效果。

表2 热压钢块主要成分

3.3优化后的脱磷情况

表3 60t转炉补炉第一炉工艺数据

从跟踪炉次数据分析通过调整热平衡、改进渣料的加入等措施，补炉第一炉脱磷率明显得到改善，终点磷大于0.045%炉次占比11.8%，较之前30.4%下降18.6%，终点磷＞0.055%占比为0，较之前下降13.6%，补炉第一炉终点磷高后吹情况得到明显改善，保证了产品质量、补炉料的使用效果和生产效率，同时也提高了金属与残锰的收得率，有利于转炉成本的控制。

4、小结
通过上述工艺实践，对该厂60t转炉补炉第一炉冶炼工艺小结如下：

1、轻烧白云石的加入量为5kg/t，控制转炉终渣MgO含量在7.0%左右。

2、补炉第一炉未留渣炉次增加300-500kg石灰，前期石灰加入总渣量2/3。
3、为了降低补炉第一炉渣中氧化镁含量偏高的特点，增加热压钢块使用量，

增加渣中氧化铁含量，促进化渣，达到前期高效脱磷的目的。

4、入炉铁水要求硅＞0.40%，温度≥1320℃。

通过采取上述优化工艺措施，该厂60t转炉终点磷含量控制水平得到了有效提高。

参考文献：

[1] 张进红、赵彦岭、王建林、周国良、豆红卫、霍志斌《浅析转炉补炉第一炉磷的控制》。

[2] 黄希祜 《钢铁冶金原理》。

作者简介：余文波 1986/05/29 男 湖北省、云梦县 汉 大专 助理工程师 研究方向:冶金技术