一种铁水预脱磷方法与流程

本发明属于炼钢中铁水处理技术领域，特别涉及一种铁水预脱磷的方法。是一种高效铁水预脱磷生产工艺，是转炉实现低成本冶炼和低磷、超低磷钢生产的最有效途径。

背景技术：

目前国内京唐钢厂按双联工艺脱磷布置的唯一钢铁企业，其他如青钢、济钢210转炉区域等均是采用平台开孔的方式，来实现脱磷铁水的快速转运，以实现铁水预脱磷。目前现有的转炉铁水预脱磷的脱磷效率只能达到65～70％左右、且脱磷效率不稳定，预脱后的半钢铁水的碳含量在3.0～3.4％左右，造成后续脱碳炉热量不足，需加入部分硅铁、碳化硅或铝碳球作为升温材料，致使目前在低磷钢([P]≤50ppm)生产的过程中，降低生产成本的效果并不明显。且因为目前国内钢铁企业的双联脱磷工艺的脱磷效率不稳定、脱碳率高的限制，一直未得到业界的广泛认可。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种铁水预脱磷的方法，解决了低成本冶炼、低磷钢开发过程中面临的脱磷效率不高或预脱磷过程热量的过大的技术难题。

一种铁水预脱磷的方法，具体步骤及参数如下：

1、装入制度：

根据铁水条件、当地废钢结构、脱磷炉终点要求，确定脱磷炉入炉铁水比例，铁水比例为92‐100％。

为控制矿石、烧结矿等冷却剂加入量，抑制脱磷过程喷溅，一般废钢比例为8％以内，废钢选用轻薄料或小块度废钢为主，不使用重废，提高废钢熔化速度。

2、造渣制度：

根据实际入炉铁水量、铁水条件，计算脱磷过程石灰加入量和萤石加入量：

(1)根据炉渣碱度计算，R为1.6‐2.6；

(2)根据铁水硅含量直接计算，以得到熔点低于1350℃的脱磷渣，并根据 脱磷过程的热平衡，计算矿石加入量。

加料方式：点火到开吹2min以内为脱硅期，生成FeO·SiO₂·MnO系初渣，为防止初渣对炉衬侵蚀，开吹40s内即开始投入石灰和白云石造渣，尽快使渣中CaO、MgO含量达到终点控制要求；为防止炉渣结团，应避免集中投入石灰，采用连续投料或分批投料的方式，亦可使用石灰石替代轻烧白云石，利用分解出CO₂使石灰石爆裂，降低熔池升温速度，避免石灰结团。吹炼2min后，硅锰氧化期结束，为避免加矿石造成熔池温度波动大，产生喷溅，铁矿石(烧结矿)亦应采取连续投入或分批加料的方式。

3、供氧制度：

供氧控制模式是指对氧气流量、氧气高度的控制，由氧枪孔数、孔径及氧气流量计算出顶吹强度L/L₀，L为熔池的冲击深度，L₀为熔池深度。L/L₀数值高表示“硬吹”，反之则为“软吹”。

供氧前期，即7min前，供氧流量Q为脱碳炉氧流量的1/4—1/2，后期供氧流量为前期供氧流量Q的0.85‐1.0。

氧枪高度：为达到“脱磷保碳”的吹炼原则，采取软吹方式，以延缓脱碳速度，脱磷吹炼时L/L₀为0.10—0.25，根据L/L₀、Q值确定氧枪高度。

4、底吹控制

脱磷过程采用超软吹，顶吹气体对熔池的搅拌力极弱。为确保熔池“铁—渣”间的搅拌，达到“脱磷保碳”的目的，需确保底吹气体的搅拌能力。

最大底吹供气强度在0.020Nm³/min.t以上，且必须确保底吹透气效果良好，建议目测确定。底吹气体介质为氩气或氮气。

5、终点控制：

为确保脱碳炉热量充足，脱磷炉终点半钢应[C]≥3.4％，依据[C]、[Si]、[Mn]、[P]、[S]等元素的氧化反应和矿石等冷却剂带入的氧量，确定吹氧量。脱磷炉终点控制要求：终点温度≤1380℃，[C]≥3.4％，[P]≤0.030％，脱磷率大于80％。

本发明的优点在于：能将目前转炉铁水预脱磷的脱磷效率达到85％以上，预脱后的半钢铁水的碳含量大于3.4％，后续脱碳炉不需要加入升温材料，大大降低转炉生产成本，可进行低成本低磷钢及低合金钢的转炉冶炼生产。对实现高的脱磷效率、提高脱磷炉终点碳含量，对降低脱碳炉发热剂消耗、用合金矿替代合 金冶炼、提高金属收得率均有重要意义。

附图说明

图1为冲击深度L与熔池深度L₀示意图。

图2为CaO‐2CaO·SiO₂‐CaF₂三元相图。

具体实施方式

从脱磷热力学条件着手，确定脱磷控制要点如下：

1、炉渣控制

通过附图2的CaO-2CaO·SiO₂-CaF₂三元相图研究，确立合理脱磷渣渣系，CaO的成份控制在30-60wt％、SiO₂成份在10～40wt％、CaF₂成份在5～30wt％。

2、温度控制

根据脱磷过程热平衡条件，通过模型计算造渣料(石灰、石灰石、白云石、萤石等)、冷却剂(矿石、烧结矿、球团矿等)加入量，为确保升温均衡，避免熔池温度波动大产生喷溅，建议冷却剂投料采用PLC控制，确保冷却剂投料速度均衡。

3、半钢磷和碳含量

半钢碳含量≥3.4wt％、磷含量≤0.030wt％，为确保脱碳炉热量富余，节约升温剂成本，为用锰矿、铬矿生产锰铬低合金钢提供保障。

4、氧枪喷头设计

单孔喷头冲击深度的经验公式：l＝3.4×P₀×D_喉/H^0.5-0.0381，式中：P₀为供氧压力，Pa；D_喉为喷头喉口直径，cm；H为氧枪高度，cm。由佛林公式，多孔喷头的冲击深度为L＝(3.4×P₀×D_喉/H^0.5-0.0381)×0.9。

常规转炉中，“L/L₀”取0.5-0.6。为达到“脱磷保碳”的吹炼原则，取软吹，采用专用设计脱磷枪喷头，以延缓脱碳速度，设计“L/L₀”为0.10—0.25。

另外，为确保低供氧强度下快速造渣，取氧气流冲击圆直径为熔池直径的55～70％，提脱磷效率。

5、底吹搅拌效果

底吹供气强度大于0.030Nm³/min.t，目测底吹透气效果良好的前提下，采用“低—高—低”的底吹供气模式。