摘要：随着活性石灰在国内冶金行业，尤其是在炼钢中应用的逐步普及。活性石灰作为炼钢过程中重要的造渣剂逐渐引起人们的重视，在实际炼钢生产中添加活性石灰对提高钢水纯净度，降低炼钢过程能耗，提高钢水收得率，缩短冶炼周期，延长炉衬寿命起到优化作用。同时对于大多数钢种而言，磷在钢中都是有害元素，磷的存在会降低钢的低温韧性和引起钢的回火脆性，还会降低钢的力学性能、可焊接性、抗裂纹性能以及不锈钢的抗腐蚀性。因此文章重点就特殊钢石灰石炼钢脱磷工艺研究及实践展开探讨。
关键词：特殊钢；石灰石炼钢；脱磷工艺；研究；实践
钢铁生产过程中作为重要辅助原料之一的活性石灰，它是一种具有较强反应能力、冶炼过程熔解速度快和造渣能力非常强等特点的优质轻烧石灰，钢铁生产过程和钢铁质量直接受到石灰质量的影响。活性石灰在国内冶金行业，尤其是在炼钢中的应用逐步普及。随着基建、国防、海运、石油和汽车等行业的快速发展和相关领域的技术进步，各行各业对钢铁材料的性能要求越来越严格；对于部分特殊用途钢种，比如低温用钢、海洋用钢、用作长期野外作业的抗氢致裂纹钢等，均对钢中的磷含量提出了苛刻的要求，要求钢中的磷含量（质量分数）小于 0. 01% 甚至小于0. 005%。
一、石灰石炼钢脱磷原理
在以往的转炉炼钢生产中，为了造碱性渣脱磷，通常采用的造渣原料为经过煅烧的活性石灰。生产活性石灰的原料为自然界中大量存在的廉价石灰石，其主要成分为碳酸钙Ca CO3。在白灰窑中对石灰石进行高温煅烧，石灰石的开始分解温度约为 400～420℃ ，随着煅烧温度的提高，石灰石的分解速度随之加快。在转炉冶炼初期，铁水物理热和高强度供氧放热使得炉膛内的温度可达1250～1400 ℃ ，因此从理论上来讲，将石灰石直接加入转炉内是可行的，通过炉内的高温来快速煅烧石灰石，使石灰石快速分解成石灰．其反应式如下所示：
石灰石加入转炉后，在短时间内被升温至1300～1400 ℃ ，经历高温煅烧过程，快速分解为石灰，原本在白灰窑内需要几个小时才能完成的煅烧过程，缩短至仅需几分钟即可完成。在这个期间，石灰石受热分解成氧化钙和二氧化碳，分解反应所生成的二氧化碳可以和铁水中的碳、硅、锰、磷等杂质元素反应，其中二氧化碳与铁水中碳［C］发生反应的反应方程式：
分解反应所生成的氧化钙可以代替活性石灰进行转炉造渣，满足转炉造碱性渣脱磷的碱度要求。同时，石灰石的分解反应和二氧化碳与碳的反应都是吸热反应，可以吸收转炉冶炼产生的一些富余热量，代替冷却剂的效果。所以在转炉炼钢中使用石灰石替代石灰，不仅能满足造碱性渣脱磷的需要，同时还可以作为降温料使用从而减少烧结矿、生铁块、废钢等降温料的消耗，有利于降低吨钢的钢铁料消耗和冶炼成本。
二、特殊钢采用石灰石炼钢脱磷生产实践
（一）钢厂概况
某钢厂拥有两座60 t 的顶底复吹转炉，由于扩容等原因使得炉容比偏小；转炉顶吹供氧使用的是159 mm 的四孔拉瓦尔型超音速氧枪，设计马赫数为2. 0，设计流量为13500 Nm3/ h；底吹供气强度根据钢种要求而定，供气强度调节范围为0. 03～0. 10Nm3•t－1•min－1。该钢厂以生产特殊品种钢为主。特殊品种钢对磷含量［P］，质量分数的要求十分严格，有的已经达到了＜0.013%的要求。在目前转炉装备条件和原材料条件一定的情况下，为了满足石钢新品种开发和特钢生产的迫切需要，必须对传统的转炉冶炼工艺进行革新和优化。为了改善转炉终点钢水纯净度和降低转炉工序冶炼成本，以转炉脱磷热力学、动力学和石灰石化渣、成渣理论为基础，结合石灰双渣造渣工艺经验，石钢进行了“特钢品种采用石灰石炼钢”的脱磷工艺实践，采用石灰石炼钢双渣法生产了20炉60Si2Mn A 钢。
（二）入炉原料条件
石钢转炉使用的主要金属料为铁水和生铁块，使用的主要造渣料为石灰石和轻烧白云石，使用的冷却剂为矿石（自产烧结矿），石钢转炉全石灰石双渣法炼钢试验所使用的石灰石要求粒度均匀，粒度控制范围为 6～30mm，粒度不符合要求的质量要求小于5%。
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（三）操作工艺流程
出钢—稠化炉渣—溅渣护炉—钢渣固化—加废钢—兑铁水—开吹—石灰石造渣—中间排渣—脱碳处理—挡渣出钢。
（四）实践方案
1.供氧制度
炼钢过程采用变压变枪操作模式，吹炼过程中根据实际需求调整氧气流量和氧压，枪位控制采用“低-高--低-高-低”的吹炼模式。正常吹炼氧压为0. 75～0. 95 MPa，氧气流量为10000～12500 Nm3/ h。
2.造渣制度
本试验采用自产铁水作为原料，采用石灰石作为主要造渣材料，兑铁前采用少量石灰石铺在转炉炉底，防止兑铁时造成炉底冲刷，同时利于前期化渣；吹炼前期，石灰石加入总量的 1 /2，高镁石加入总量的 1 /2，矿石根据炉渣发泡情况前期加入 200～500 kg，以保证 2～3min 成渣。为减少炼钢过程烟尘的产生，中期加料须采取少批量、多批次加入，石灰石等散状料每批控制在200～300 kg。最后一批料要求在拉碳前1min加完。根据铁水成分和炉渣发泡情况，吨钢石灰石加入量在60～70 kg，视温度和化渣情况加入少量矿石调节。
3.温度控制制度
吹炼过程的温度控制按照“前期温度不过低，中期温度不过高”的原则进行操作。前期温度控制在1350～1450 ℃ ，有利于炉渣的熔化和钢渣界面反应的进行，实现前期利于脱磷的目的．
4.取样方案
试验采用全石灰石造渣双渣操作冶炼低磷钢共进行了20 炉，试验要求在脱磷期结束倒炉时和终点倒炉时，分别测温、取炉渣样和钢水样，分析其成分，进行汇总分析。
（五）冶炼过程控制要点
1.脱磷期控制
在转炉脱磷期，应该是前期快速化渣、炉渣流动性好、炉渣脱磷效率高的成渣路线，应采取钙质成渣路线。经过脱磷试验，当炉渣中 Fe O 含量（质量分数）控制在 14%～18% 左右，炉渣碱度控制在1. 8～2. 0左右，温度控制在 1350 ℃～1400 ℃时炉渣的脱磷效果最好。
2.倒渣时机和倒渣量控制
最佳倒渣时间约为全程吹炼时间的30%～35% ，应控制在 4. 5～5 min，此时的吹氧量约为 16 m3/ t，供氧量约为 1000m3。为防止倒渣时炉渣带铁，倒渣温度为 1320 ℃～1380 ℃ ，还要造好泡沫渣。
3.脱碳期控制
在转炉脱碳期，主要任务是脱碳和升温。由于在双渣操作中，在脱磷期结束后，要倒出一部分炉渣，此时炉内还留有一部分炉渣，在这样的情况下，应采取钙质成渣路线。经过脱磷试验，终点炉渣中 Fe O 含量控制在 14%～16% 左右、炉渣碱度控制为3. 2～3. 6 左右、温度控制在1590 ℃～1640℃ 时炉渣的脱磷效果最好。
（六）实践结果
该钢厂在冶炼特钢品种时，采用石灰石造渣双渣操作脱磷冶炼工艺，终点平均碳含量（质量分数）为0. 16% ，终点平均磷含量（质量分数）为0. 011%，能满足特钢品种的钢水洁净度和终点出钢的要求。
总之，转炉采用石灰石造双渣脱磷可高效利用新生石灰活性，降低熔池前期温度，改善前期炉渣泡沫性，均有利于脱磷，值得推广应用。
参考文献
[1]李翔.转炉留渣双渣工艺倒渣及脱磷应用基础研究[D].北京科技大学,2016
[2]田玮.石灰微观结构对炼钢脱磷的影响研究[D].河北联合大学,2013
[3]张卫攀.活性石灰在炼钢造渣过程中界面反应的研究[D].河北联合大学,2014
论文作者:马桂芬, 杨春伟,,许鹏
论文发表刊物:《基层建设》2016年第33期
论文发表时间:2017/3/7
标签：石灰石论文; 转炉论文; 炉渣论文; 石灰论文; 铁水论文; 活性论文; 钢水论文; 《基层建设》2016年第33期论文;