陳澤民，李 青，張錦文
（山西太鋼不銹鋼股份有限公司技術中心，山西 太原 030003）
磷在大多數合金鋼中是有害元素，磷具有強烈的固溶強化作用，使鋼的強度[1]、硬度增加，塑性、韌性顯著降低。磷使鋼的韌性轉變溫度升高，磷在結晶過程中晶內偏析嚴重，熱軋后出現帶狀組織而影響鋼材性能。工業純鐵[2]作為原料用于粉末冶金、高溫合金、非晶和超低磷不銹鋼等領域，下游行業對純鐵磷含量有嚴格要求。常規工藝冶煉純鐵，轉爐終點磷質量分數可以達到0.010%以下。為進一步降低純鐵磷含量，通常采用“三脫”工藝將鐵水磷質量分數處理至0.020%，或者采用轉爐“雙聯[3]”工藝，達到降低轉爐終點磷含量的目的。本文通過采用轉爐“雙渣”操作，結合轉爐爐后脫磷工藝，在超低磷工業純鐵生產中取得了良好的效果。
連續統計太鋼煉鋼廠生產的5 個常見純鐵品種，共計435 爐鋼的成品磷含量數據，磷質量分數在0.004 6%～0.011%之間波動，分鋼種平均磷質量分數控制水平在0.005 5%～0.006 1%之間，如圖1 所示。常規冶煉方法很難將成品磷質量分數控制在0.003%以下。
圖1 工業純鐵分鋼種磷含量控制水平
以石灰脫磷，脫磷產物為4CaO·P2O5為例，反應式如下：
脫磷反應為放熱反應，低溫有利于脫磷。同時，爐渣堿度越高，脫磷能力越強。渣中FeO 含量對脫磷有重要作用，FeO 含量越高，越有利于脫磷。
3.1 工藝路線設計
為解決磷含量偏高的問題，采用“轉爐煉鋼→爐后造渣脫磷→RH 真空處理→連鑄”工藝生產工業純鐵。
3.2 工藝條件
1）轉爐出鋼溫度≥1 720 ℃，轉爐下渣量≤15 kg/t 鋼。
2）鐵水條件如表1 所示。
表1 鐵水條件
3.3 工藝措施
1）轉爐采用“雙渣”操作，即吹氧5～8 min 左右，硅、錳氧化結束，碳氧激烈氧化前，進行一次倒渣操作。倒渣結束后，爐內渣量不大于倒渣前爐渣總量的50%。
2）為提高造渣效果，造渣料分兩批加入。第一批料在兌鐵前加入轉爐內，包括30～40 kg/t CaO、20～30 kg/t 輕燒、6～7 kg/t 紅泥球和1.2～2.0 kg/t 螢石。第二批料在第一次倒渣后，吹煉開始時加入。
3）控制好吹煉前期氧槍槍位，確保化渣效果。以80 t 轉爐為例，槍位根據化渣效果控制在1.6～1.8 m之間。
4）轉爐出鋼前鋼包內加入以下渣料：300 kg 紅泥球、100 kg 螢石和400 kg 石灰。
5）轉爐出鋼過程打開鋼包底吹氬，出鋼結束后繼續吹氬攪拌5～8 min，吹氬強度控制在300～360 m3/min水平。
6）吹氬攪拌結束后，扒渣去除鋼包內爐渣，扒渣后殘余渣量不大于總渣量的30%。
生產期間，選取工業純鐵其中的一個牌號（代號5）開展了2 爐試驗，成品磷含量控制水平如表2 所示。
表2 成品磷含量
4.1 轉爐脫磷過程分析
試驗爐次鐵水磷質量分數分別為0.048%、0.050%，如表3 所示。轉爐吹煉前期加料情況及氧槍槍位控制情況如表4 所示。轉爐吹煉前，爐內提前加入造渣料，同時使用螢石助熔化渣，提高了化渣效果。合適的氧槍槍位，保證了吹煉前期快速化渣，不噴濺、不返干。轉爐吹煉6 min 后，搖爐倒渣。之后，根據爐內測溫情況，加入適量造渣材料繼續吹煉，直至溫度、成分符合要求后出鋼。試驗爐次轉爐終點磷質量分數分別達到0.004 8%、0.003 5%，脫磷率分別達到90%、93%，比同期脫磷率高2%～5%，如圖2 所示。
表3 試驗用鐵水參數
表4 轉爐吹煉前期主要參數
圖2 工業純鐵轉爐工序脫磷率比較
4.2 鋼包爐脫磷分析
鋼包爐脫磷過程料渣加入量等參數如表5 所示。轉爐渣中氧化鐵含量較高，利用原始轉爐渣，配加紅泥球，使渣中具有較高的FeO 含量。同時，加入適量石灰，提高爐渣堿度，螢石作為助溶劑，有利于化渣并提高爐渣流動性。高氧化性、高堿度爐渣為脫磷提供了良好的熱力學條件。鋼包底吹氬，為鋼包爐脫磷提供了良好的動力學條件，促使鋼渣反映快速進行。試驗爐次，脫磷前后磷含量如圖3 所示，鋼包爐內脫磷率分別達到47.9%、34.3%，且初始磷含量越高，脫磷率越高。
表5 鋼包爐脫磷過程參數
圖3 脫磷前后工業純鐵磷含量
4.3 爐渣控制水平分析
表6 中，爐序號1 和2 在轉爐采用了“雙渣”工藝，渣中w（P2O5）較低。由此可見，通過轉爐“雙渣”操作，有效降低了渣中P2O5的含量，有利于脫磷反應。同時，試驗爐次鋼包爐脫磷結束后，渣中w（FeO）＞30%，相比未進行鋼包爐脫磷的對比爐次，氧化性更強，堿度R 值更高，強氧化性和高堿度有利于鋼包內脫磷。
1）通過轉爐“雙渣”操作有效降低了渣中P2O5的含量，有利于脫磷反應。轉爐采用“雙渣”操作，轉爐脫磷率可以達到90%以上，比常規工藝脫磷率提高2%～5%，轉爐終點w（P）在0.005%以內。
2）采用鋼包爐脫磷，高氧化性、高堿度爐渣為脫磷提供了良好的熱力學條件。鋼包爐脫磷結束后，渣中w（FeO）＞30%。相比常規工藝，爐渣氧化性更強，堿度更高。
3）鋼包爐脫磷率可以達到34%以上，且初始磷含量較高時，脫磷效果更好。
4）采用轉爐“雙渣”與鋼包爐脫磷相結合的工藝，可以生產成品w（P）在0.003%以內的工業純鐵。
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