特殊钢石灰石炼钢脱磷工艺研究及实践

工程科学学报，第38卷，增刊1：169-174,2016年6月 Chinese Journal of Engineering,Vol.38,Suppl.1:169-174,June 2016 DOI:10.13374/j.issn2095-9389.2016.s1.028:http://journals.ustb.edu.cn 特殊钢石灰石炼钢脱磷工艺研究及实践 杜玉涛)区，董大西》，朱荣”，杨韦华 1)北京科技大学治金与生态工程学院，北京100083 2)河北钢铁集团石家庄钢铁有限责任公司，石家庄050031 ☒通信作者，E-mail:dyt2002@163.com 摘要通过对转炉造渣理论和石灰石成渣特性进行分析，结合对石灰造渣“中间排渣+终点留渣”双渣操作方法的深入研 究，提出全石灰石双渣法的冶炼控制要点和操作工艺流程.针对石钢公司的生产实际，就特殊钢采用石灰石双渣操作炼钢工 艺进行了生产实践.结果表明，采用石灰石双渣工艺能实现终点碳含量([C],质量分数)平均0.16%，终点磷含量(P],质 量分数)平均0.011%，终点磷含量降低，可满足特钢品种的终点出钢要求：相比于常用的全石灰双渣工艺，采用全石灰石双 渣工艺可以使转炉工序治炼成本降低2.23元/吨钢，为石钢公司创造了良好的经济效益，具备一定的推广价值. 关键词转炉炼钢：特殊钢：石灰石炼钢：脱磷 分类号TF01 Study and practice on dephosphorization by limestone steelmaking of special steel DU Yutao回，DONG Dazxi2),ZHU Rong',YANG Wei--hua》 1)School of Metallurgical and Ecological Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)Hebei Iron and Steel Group Shijiazhuang Iron Steel Co.Ltd.Shijiazhuang 050031,China Corresponding author,E-mail:dyt2002@163.com ABSTRACT Based on the analysis of converter slagging and limestone slagging,the key point of smelting control and the operation strategies during the entire limestone steelmaking process were proposed in this paper,combined with the research of the double-slag- ging process by lime.According to the production practice in Shijiazhuang Iron and Steel Company,the entire limestone steelmaking of special steel was conducted.In the results,the average C content of the molten steel after converter tapping is 0.16%,and the aver- age P content is 0.011%,which meet the requirements of special steel production.Compared with the entire lime steelmaking,the cost of entire limestone steelmaking is reduced by Y2.32 per ton molten steel.The results of the industrial experiment show that the entire limestone steelmaking can make good economic benefits,and has some promotional values. KEY WORDS BOF steelmaking:special steel:limestone steelmaking:dephosphorization 对于大多数钢种而言，磷在钢中都是有害元素，磷要求，要求钢中的磷含量（质量分数）小于0.01%甚至 的存在会降低钢的低温韧性和引起钢的回火脆性，还 小于0.005%回. 会降低钢的力学性能、可焊接性、抗裂纹性能以及不锈 河北钢铁集团石钢公司一直致力于产品结构调 钢的抗腐蚀性四.随着基建、国防、海运、石油和汽车 整，开发高技术含量、高附加值的特钢品种，同时着力 等行业的快速发展和相关领域的技术进步，各行各业 于研发低成本生产工艺，以降低企业的生产成本，提高 对钢铁材料的性能要求越来越严格：对于部分特殊用 企业的盈利水平.自2014年12月开始推行“特钢品 途钢种，比如低温用钢、海洋用钢、用作长期野外作业 种采用石灰石炼钢”以来，取得了钢铁料、渣料消耗降 的抗氢致裂纹钢等，均对钢中的磷含量提出了苛刻的 低、转炉终点一次命中率提高等良好效果. 收稿日期：201601一10

工程科学学报，第 38 卷，增刊 1: 169--174，2016 年 6 月 Chinese Journal of Engineering，Vol． 38，Suppl． 1: 169--174，June 2016 DOI: 10． 13374 /j． issn2095--9389． 2016． s1． 028; http: / /journals． ustb． edu． cn 特殊钢石灰石炼钢脱磷工艺研究及实践 杜玉涛1) ，董大西2) ，朱 荣1) ，杨韦华2) 1) 北京科技大学冶金与生态工程学院，北京 100083 2) 河北钢铁集团石家庄钢铁有限责任公司，石家庄 050031  通信作者，E-mail: dyt-2002@ 163． com 摘 要 通过对转炉造渣理论和石灰石成渣特性进行分析，结合对石灰造渣“中间排渣 + 终点留渣”双渣操作方法的深入研 究，提出全石灰石双渣法的冶炼控制要点和操作工艺流程． 针对石钢公司的生产实际，就特殊钢采用石灰石双渣操作炼钢工 艺进行了生产实践． 结果表明，采用石灰石双渣工艺能实现终点碳含量( ［C］，质量分数) 平均 0. 16% ，终点磷含量( ［P］，质 量分数) 平均 0. 011% ，终点磷含量降低，可满足特钢品种的终点出钢要求; 相比于常用的全石灰双渣工艺，采用全石灰石双 渣工艺可以使转炉工序冶炼成本降低 2. 23 元/吨钢，为石钢公司创造了良好的经济效益，具备一定的推广价值． 关键词 转炉炼钢; 特殊钢; 石灰石炼钢; 脱磷 分类号 TF01 Study and practice on dephosphorization by limestone steelmaking of special steel DU Yu-tao1)  ，DONG Da-xi 2) ，ZHU Ｒong1) ，YANG Wei-hua2) 1) School of Metallurgical and Ecological Engineering，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China 2) Hebei Iron and Steel Group Shijiazhuang Iron ＆ Steel Co． Ltd． ，Shijiazhuang 050031，China  Corresponding author，E-mail: dyt-2002@ 163． com ABSTＲACT Based on the analysis of converter slagging and limestone slagging，the key point of smelting control and the operation strategies during the entire limestone steelmaking process were proposed in this paper，combined with the research of the double-slag￾ging process by lime． According to the production practice in Shijiazhuang Iron and Steel Company，the entire limestone steelmaking of special steel was conducted． In the results，the average C content of the molten steel after converter tapping is 0. 16% ，and the aver￾age P content is 0. 011% ，which meet the requirements of special steel production． Compared with the entire lime steelmaking，the cost of entire limestone steelmaking is reduced by ￥ 2. 32 per ton molten steel． The results of the industrial experiment show that the entire limestone steelmaking can make good economic benefits，and has some promotional values． KEY WOＲDS BOF steelmaking; special steel; limestone steelmaking; dephosphorization 收稿日期: 2016--01--10 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［1］． 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%［2］． 河北钢铁集团石钢公司一直致力于产品结构调 整，开发高技术含量、高附加值的特钢品种，同时着力 于研发低成本生产工艺，以降低企业的生产成本，提高 企业的盈利水平． 自 2014 年 12 月开始推行“特钢品 种采用石灰石炼钢”以来，取得了钢铁料、渣料消耗降 低、转炉终点一次命中率提高等良好效果．

170 工程科学学报，第38卷，增刊1 1石灰石炼钢脱磷原理 如下： C02+[C]=2C0(g), 在以往的转炉炼钢生产中，为了造碱性渣脱磷，通 △G9=148500-129.5T,Jmol-1. (2) 常采用的造渣原料为经过煅烧的活性石灰田.生产活 分解反应所生成的氧化钙可以代替活性石灰进行 性石灰的原料为自然界中大量存在的廉价石灰石，其 转炉造渣，满足转炉造碱性渣脱磷的碱度要求.同时， 主要成分为碳酸钙(CaCO,).在白灰窑中对石灰石进 石灰石的分解反应和二氧化碳与碳的反应都是吸热反 行高温煅烧，石灰石的开始分解温度约为400~420 应，可以吸收转炉治炼产生的一些富余热量，代替冷却 ℃，随着煅烧温度的提高，石灰石的分解速度随之加 剂的效果.所以在转炉炼钢中使用石灰石替代石 快四.在转炉治炼初期，铁水物理热和高强度供氧放 灰，不仅能满足造碱性渣脱磷的需要，同时还可以作为 热使得炉膛内的温度可达1250~1400℃，因此从理论 降温料使用从而减少烧结矿、生铁块、废钢等降温料的 上来讲，将石灰石直接加入转炉内是可行的，通过炉内 消耗，有利于降低吨钢的钢铁料消耗和治炼成本) 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： 2特殊钢采用石灰石炼钢脱磷生产试验 CaCO=Ca0 CO,, 2.1石钢转炉冶炼概况 △G9=169120-144.6T,J小mol. (1) 目前石钢拥有两座60t的顶底复吹转炉，由于扩 石灰石加入转炉后，在短时间内被升温至1300~ 容等原因使得炉容比偏小：转炉顶吹供氧使用的是 1400℃，经历高温煅烧过程，快速分解为石灰，原本在 中159mm的四孔拉瓦尔型超音速氧枪，设计马赫数为 白灰窑内需要几个小时才能完成的煅烧过程，缩短至 2.0,设计流量为13500Nm/h;底吹供气强度根据钢种 仅需几分钟即可完成可.在这个期间，石灰石受热分 要求而定，供气强度调节范围为0.03~0.10Nm3t1· 解成氧化钙和二氧化碳，分解反应所生成的二氧化碳 min-1 可以和铁水中的碳、硅、锰、磷等杂质元素反应，其中 石钢公司为特钢生产企业，以生产特殊品种钢为 二氧化碳与铁水中碳[C]发生反应田的反应方程式 主，表1所示为石钢治炼的典型特钢品种磷含量水平. 表1石钢冶炼的特钢品种磷含量水平（质量分数） Table 1 P contents in the special steel made in Shijiazhuang Iron and Steel Company 特殊钢品种 60Si2MnA 35VB SAE4137H SZI219CW PSB930 15MoG 磷含量要求 ≤0.015 ≤0.015 ≤0.013 ≤0.015 ≤0.015 ≤0.015 从表1中的数据可以看出，特殊品种钢对磷含量 钢进行了“特钢品种采用石灰石炼钢”的脱磷工艺实 (P],质量分数)的要求十分严格，有的已经达到了 践，采用石灰石炼钢双渣法生产了20炉60Si2MA钢， P]<0.013%的要求.在目前转炉装备条件和原材料 并与石灰双渣法进行对比分析. 条件一定的情况下，为了满足石钢新品种开发和特钢 2.2入炉原料条件 生产的迫切需要，必须对传统的转炉治炼工艺进行革 石钢转炉使用的主要金属料为铁水和生铁块，使 新和优化.为了改善转炉终点钢水纯净度和降低转炉 用的主要造渣料为石灰石和轻烧白云石，使用的冷却 工序治炼成本，以转炉脱磷热力学、动力学和石灰石化 剂为矿石（自产烧结矿），其中入炉铁水成分和温度如 渣、成渣理论为基础，结合石灰双渣造渣工艺经验，石 表2所示 表2入炉铁水成分（质量分数）及温度 Table 2 Content and Temperature of hot metal 入炉铁水成分（质量分数）/% 项目 铁水温度/℃ 少 Mn 分布范围 4.20-4.60 0.08~0.11 0.45~1.00 0.25-0.40 0.01-0.06 1260~1330 平均值 4.40 0.10 0.65 0.33 0.044 1302 石钢转炉全石灰石双渣法炼钢试验所使用的石灰 表3石钢全石灰石双渣法炼钢试验所用石灰石的化学成分（质量分数） 石要求粒度均匀，粒度控制范围为6~30mm,粒度不 Table 3 Composition of the limestone used in the industrial experiment 符合要求的质量要求小于5%，表3所示为石钢全石 Ca0 Mgo SiO2 H20 灰石双渣法炼钢试验所用石灰石的化学成分. 53 2 1.5 0.03 0.2

工程科学学报，第 38 卷，增刊 1 1 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［3］． 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( CaCO3 ) ． 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［4］． 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: CaCO3 = CaO + CO2， ΔG = 169120 － 144. 6T，J·mol － 1 ． ( 1) 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［5］． 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［5］的反应方程式 如下: CO2 +［C］= 2CO( g) ， ΔG = 148500 － 129. 5T，J·mol － 1 ． ( 2) 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［6］． 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［7］． 2 特殊钢采用石灰石炼钢脱磷生产试验 2. 1 石钢转炉冶炼概况 目前石钢拥有两座 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. 10 Nm3 ·t － 1· min － 1 ． 石钢公司为特钢生产企业，以生产特殊品种钢为 主，表 1 所示为石钢冶炼的典型特钢品种磷含量水平． 表 1 石钢冶炼的特钢品种磷含量水平( 质量分数) Table 1 P contents in the special steel made in Shijiazhuang Iron and Steel Company % 特殊钢品种 60Si2MnA 35VB SAE4137H SZI219CW PSB930 15MoG 磷含量要求 ≤0. 015 ≤0. 015 ≤0. 013 ≤0. 015 ≤0. 015 ≤0. 015 从表 1 中的数据可以看出，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 ［P］＜ 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 60Si2MnA 钢， 并与石灰双渣法进行对比分析． 2. 2 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) ，其中入炉铁水成分和温度如 表 2 所示． 表 2 入炉铁水成分( 质量分数) 及温度 Table 2 Content and Temperature of hot metal 项目 入炉铁水成分( 质量分数) /% C P Si Mn S 铁水温度/℃ 分布范围 4. 20 ～ 4. 60 0. 08 ～ 0. 11 0. 45 ～ 1. 00 0. 25 ～ 0. 40 0. 01 ～ 0. 06 1260 ～ 1330 平均值 4. 40 0. 10 0. 65 0. 33 0. 044 1302 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 ～ 30 mm，粒度不 符合要求的质量要求小于 5% ，表 3 所示为石钢全石 灰石双渣法炼钢试验所用石灰石的化学成分． 表3 石钢全石灰石双渣法炼钢试验所用石灰石的化学成分( 质量分数) Table 3 Composition of the limestone used in the industrial experiment CaO MgO SiO2 S H2O 53 2 1. 5 0. 03 0. 2 · 071 ·

杜玉涛等：特殊钢石灰石炼钢脱磷工艺研究及实践 171 2.3操作工艺流程 2.5冶炼过程控制要点 石钢所采用的石灰石双渣工艺流程如下：出钢一 (1)脱磷期控制.在转炉脱磷期，应该是前期快速 稠化炉渣一溅渣护炉一钢渣固化一加废钢一兑铁水一 化渣、炉渣流动性好、炉渣脱磷效率高的成渣路线，应 开吹一石灰石造渣一中间排渣一脱碳处理一挡渣 采取钙质成渣路线.经过脱磷试验，当炉渣中F0含 出钢 量（质量分数）控制在14%~18%左右，炉渣碱度控制 2.4试验方案 在1.8~2.0左右，温度控制在1350℃~1400℃时炉 2.4.1供氧制度 渣的脱磷效果最好o-Ⅲ 炼钢过程采用变压变枪操作模式，吹炼过程中根 (2)倒渣时机和倒渣量控制.最佳倒渣时间约为 据实际需求调整氧气流量和氧压，枪位控制采用“低一 全程吹炼时间的30%~35%，应控制在4.5~5min,此 高-低-高-低”的吹炼模式.正常吹炼氧压为0.75~ 时的吹氧量约为16m/1,供氧量约为1000m3.为防止 0.95MPa,氧气流量为10000~12500Nm3/h. 倒渣时炉渣带铁，倒渣温度为1320℃~1380℃，还要 2.4.2造渣制度 造好泡沫渣网 本试验采用自产铁水作为原料，分别采用石灰石 (3)脱碳期控制.在转炉脱碳期，主要任务是脱碳 和石灰作为主要造渣材料.若采用全部石灰石冶炼 和升温.由于在双渣操作中，在脱磷期结束后，要倒出 时，兑铁前采用少量石灰石铺在转炉炉底，防止兑铁时 一部分炉渣，此时炉内还留有一部分炉渣，在这样的情 造成炉底冲刷，同时利于前期化渣：吹炼前期，石灰石 况下，应采取钙质成渣路线.经过脱磷试验，终点炉渣 (石灰)加入总量的1/2，高镁石加入总量的1/2，矿石 中Fe0含量控制在14%~16%左右、炉渣碱度控制为 根据炉渣发泡情况前期加入200~500kg,以保证2~3 3.2~3.6左右、温度控制在1590℃~1640℃时炉渣 min成渣图 的脱磷效果最好 为减少炼钢过程烟尘的产生，中期加料须采取少 2.6生产试验数据 批量、多批次加入，石灰石等散状料每批控制在200~ 试验共进行20炉，表4~6为部分试验数据 300kg.最后一批料要求在拉碳前lmin加完.根据 3 试验结果及讨论 铁水成分和炉渣发泡情况，吨钢石灰石加入量在60~ 70kg,视温度和化渣情况加入少量矿石调节。 3.1吹炼过程对比情况 2.4.3温度控制制度 表7为对比试验的实际数据.从表7中可以看 吹炼过程的温度控制按照“前期温度不过低，中 出，石灰石双渣法和石灰双渣法两种工艺在装入量的 期温度不过高”的原则进行操作.前期温度控制在 控制上有一定的变化，原因在于石灰石的分解反应和 1350~1450℃，有利于炉渣的熔化和钢渣界面反应的 二氧化碳与碳的反应都需要吸收热量，为了维持转炉 进行，实现前期利于脱磷的目的 的热量平衡，在石灰石双渣操作工艺中增加了铁水的 2.4.4取样方案 装入量，适当降低了铁块和废钢等冷料的加入量.两 试验采用全石灰石造渣双渣操作治炼低磷钢 种工艺相比较，石灰石双渣法的终点温度提高14℃， 共进行了20炉，为方案1：同时采集了20炉采用常 治炼周期延长1.7min,氧耗增加126m3,钢铁料消耗 规全石灰造渣双渣操作治炼低磷钢的治炼数据，为 降低2kgL. 方案2.分别对两种操作方案的试验数据进行了对 3.2脱磷期对比 比分析. 石灰石双渣法和石灰双渣法脱磷期结束后倒渣时 试验要求在脱磷期结束倒炉时和终点倒炉时，分 钢水样的成分对比如表8所示.从表8中可以明显看 别测温、取炉渣样和钢水样，分析其成分，记录实验数 出，脱磷期结束时采用全石灰石和全石灰操作工艺的 据，进行汇总分析 治炼指标基本一致：此外，脱磷期最重要的考核技术指 表4 石灰石造渣双渣操作装入量表（其中5炉） Table 4 Charge weights of scrap and liquid iron in converter steelmaking process (5 heats) 序号 炉号 废钢装入量1 铁水装入量： 总装入量/t 钢水量/： 铁块 坯子 合计 4512587 2.2 2.0 4.2 59.8 64.0 62.20 4512588 2.3 2.0 4.3 60.1 64.4 60.35 4512589 2.0 2.1 4.1 59.7 63.8 60.90 4512590 2.4 2.0 4.4 59.6 64.0 64.55 5 4512591 2.0 2.0 4.0 59.6 63.6 59.60

杜玉涛等: 特殊钢石灰石炼钢脱磷工艺研究及实践 2. 3 操作工艺流程 石钢所采用的石灰石双渣工艺流程如下: 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． 2. 4 试验方案 2. 4. 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. 4. 2 造渣制度 本试验采用自产铁水作为原料，分别采用石灰石 和石灰作为主要造渣材料． 若采用全部石灰石冶炼 时，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 ( 石灰) 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 ～ 3 min 成渣［8］． 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［9］． 最后一批料要求在拉碳前 1 min 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． 2. 4. 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． 2. 4. 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，为方案 1; 同时采集了 20 炉采用常 规全石灰造渣双渣操作冶炼低磷钢的冶炼数据，为 方案 2． 分别对两种操作方案的试验数据进行了对 比分析． 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，记录实验数 据，进行汇总分析． 2. 5 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 FeO 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［10 － 11］． ( 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 1000 m3 ． 为防止 倒渣时炉渣带铁，倒渣温度为 1320 ℃ ～ 1380 ℃，还要 造好泡沫渣［12］． ( 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 FeO 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． 2. 6 生产试验数据 试验共进行 20 炉，表 4 ～ 6 为部分试验数据． 3 试验结果及讨论 3. 1 吹炼过程对比情况 表 7 为对比试验的实际数据． 从表 7 中可以看 出，石灰石双渣法和石灰双渣法两种工艺在装入量的 控制上有一定的变化，原因在于石灰石的分解反应和 二氧化碳与碳的反应都需要吸收热量，为了维持转炉 的热量平衡，在石灰石双渣操作工艺中增加了铁水的 装入量，适当降低了铁块和废钢等冷料的加入量． 两 种工艺相比较，石灰石双渣法的终点温度提高 14 ℃， 冶炼周期延长 1. 7 min，氧耗增加 126 m3 ，钢铁料消耗 降低 2 kg /t． 3. 2 脱磷期对比 石灰石双渣法和石灰双渣法脱磷期结束后倒渣时 钢水样的成分对比如表 8 所示． 从表 8 中可以明显看 出，脱磷期结束时采用全石灰石和全石灰操作工艺的 冶炼指标基本一致; 此外，脱磷期最重要的考核技术指 表 4 石灰石造渣双渣操作装入量表( 其中 5 炉) Table 4 Charge weights of scrap and liquid iron in converter steelmaking process ( 5 heats) 序号 炉号 废钢装入量/t 铁块 坯子 合计 铁水装入量/t 总装入量/t 钢水量/t 1 4512587 2. 2 2. 0 4. 2 59. 8 64. 0 62. 20 2 4512588 2. 3 2. 0 4. 3 60. 1 64. 4 60. 35 3 4512589 2. 0 2. 1 4. 1 59. 7 63. 8 60. 90 4 4512590 2. 4 2. 0 4. 4 59. 6 64. 0 64. 55 5 4512591 2. 0 2. 0 4. 0 59. 6 63. 6 59. 60 · 171 ·

·172 工程科学学报，第38卷，增刊1 表5石灰石造渣双渣操作炉渣数据（其中5炉） Table 5 Contents of the slag in the industrial experiment (5 heats) 炉渣成分（质量分数）/% 序号 工序 碱度(R) Ca0 Mgo SiOz MnO AL203 P205 TFe 一倒 29.38 6.31 16.34 5.75 1.63 2.77 17.84 1.80 终点 41.62 7.43 13.12 3.69 1.26 2.42 14.52 3.17 一倒 29.25 6.34 16.58 5.78 1.54 3.06 17.22 1.76 终点 41.21 7.21 13.20 3.56 1.26 2.92 14.54 3.12 一倒 29.74 6.61 16.57 5.83 1.61 2.67 17.82 1.79 终点 41.53 7.64 12.97 3.51 1.32 2.59 14.09 3.20 一倒 29.32 6.27 16.63 5.89 1.59 3.67 17.36 1.76 终点 41.65 7.29 13.08 3.84 1.31 2.95 14.81 3.18 一倒 28.62 6.46 16.63 5.82 1.65 2.98 17.31 1.72 终点 40.75 7.51 13.25 3.77 1.35 3.37 13.60 3.08 一倒 29.45 6.40 16.52 5.83 1.59 2.98 17.54 1.78 均值 终点 41.26 7.41 12.86 3.61 1.32 2.87 14.30 3.21 表6 石灰石造渣双渣操作钢水数据（其中5炉） Table 6 Contents and temperatures of molten steel (5 heats) 序号 工序 钢水成分（质量分数）/% 温度/℃ 脱磷率/% 总脱磷率/% 磷分配比(Lp) 一倒 3.08 0.038 1381 65.45 31.83 终点 0.17 0.011 1625 71.05 90.91 96.06 一倒 3.19 0.050 1391 54.55 26.72 终点 0.18 0.013 1628 74.00 90.00 98.07 一倒 2.97 0.042 1367 61.82 27.76 终点 0.18 88.18 0.011 1619 73.81 102.80 一倒 3.15 0.041 1376 62.73 39.08 终点 0.12 0.012 1618 70.73 89.09 107.34 一倒 3.06 0.040 1366 63.64 32.53 终点 0.11 0.013 1605 67.50 89.09 113.19 一倒 3.08 0.043 1379 61.00 30.56 均值 终点 89.55 0.16 0.012 1620 73.19 109.58 表760S2MnA钢对比试验实际数据（平均值） Table 7 Smelting experiment data of 60Si2MnA (average value) 铁块装入 废钢装入 铁水装入 终点温度/ 氧耗/ 治炼周期/ 钢铁料消耗/ 工艺 炉数/炉 量： 量t 量/t ℃ Nm3 min (kgt-) 石灰石双渣法 20 2.2 2.1 59.7 1626 2924 31.8 1088 石灰双渣法 20 5.0 5.2 53.8 1612 2798 30.1 1090 对比 -2.8 -3.1 5.9 14 126 1.7 -2 标为半钢磷含量，从表8中可以看出，两种工艺在脱磷 能力上十分相近 表8脱磷期结束后倒渣时石灰石双渣法和石灰双渣法的钢水成分对比（平均值） Table 8 Average contents of molten steel picked after the dephosphorization period 钢水成分（质量分数）/% 工艺 温度/℃ 脱磷率/% 磷分配比(Lp) C P 石灰石双渣法 3.08 0.043 1379 61.00 30.56 石灰双渣法 3.15 0.043 1372 61.32 27.18

工程科学学报，第 38 卷，增刊 1 表 5 石灰石造渣双渣操作炉渣数据( 其中 5 炉) Table 5 Contents of the slag in the industrial experiment ( 5 heats) 序号 工序 炉渣成分( 质量分数) /% CaO MgO SiO2 MnO Al2O3 P2O5 TFe 碱度( Ｒ) 1 一倒 29. 38 6. 31 16. 34 5. 75 1. 63 2. 77 17. 84 1. 80 终点 41. 62 7. 43 13. 12 3. 69 1. 26 2. 42 14. 52 3. 17 2 一倒 29. 25 6. 34 16. 58 5. 78 1. 54 3. 06 17. 22 1. 76 终点 41. 21 7. 21 13. 20 3. 56 1. 26 2. 92 14. 54 3. 12 3 一倒 29. 74 6. 61 16. 57 5. 83 1. 61 2. 67 17. 82 1. 79 终点 41. 53 7. 64 12. 97 3. 51 1. 32 2. 59 14. 09 3. 20 4 一倒 29. 32 6. 27 16. 63 5. 89 1. 59 3. 67 17. 36 1. 76 终点 41. 65 7. 29 13. 08 3. 84 1. 31 2. 95 14. 81 3. 18 5 一倒 28. 62 6. 46 16. 63 5. 82 1. 65 2. 98 17. 31 1. 72 终点 40. 75 7. 51 13. 25 3. 77 1. 35 3. 37 13. 60 3. 08 均值 一倒 29. 45 6. 40 16. 52 5. 83 1. 59 2. 98 17. 54 1. 78 终点 41. 26 7. 41 12. 86 3. 61 1. 32 2. 87 14. 30 3. 21 表 6 石灰石造渣双渣操作钢水数据( 其中 5 炉) Table 6 Contents and temperatures of molten steel ( 5 heats) 序号 工序 钢水成分( 质量分数) /% 温度/℃ 脱磷率/% 总脱磷率/% 磷分配比 ( LP ) 1 一倒 3. 08 0. 038 1381 65. 45 90. 91 31. 83 终点 0. 17 0. 011 1625 71. 05 96. 06 2 一倒 3. 19 0. 050 1391 54. 55 90. 00 26. 72 终点 0. 18 0. 013 1628 74. 00 98. 07 3 一倒 2. 97 0. 042 1367 61. 82 88. 18 27. 76 终点 0. 18 0. 011 1619 73. 81 102. 80 4 一倒 3. 15 0. 041 1376 62. 73 89. 09 39. 08 终点 0. 12 0. 012 1618 70. 73 107. 34 5 一倒 3. 06 0. 040 1366 63. 64 89. 09 32. 53 终点 0. 11 0. 013 1605 67. 50 113. 19 均值 一倒 3. 08 0. 043 1379 61. 00 89. 55 30. 56 终点 0. 16 0. 012 1620 73. 19 109. 58 表 7 60Si2MnA 钢对比试验实际数据( 平均值) Table 7 Smelting experiment data of 60Si2MnA ( average value) 工艺 炉数/炉 铁块装入 量/t 废钢装入 量/t 铁水装入 量/t 终点温度/ ℃ 氧耗/ Nm3 冶炼周期/ min 钢铁料消耗/ ( kg·t － 1 ) 石灰石双渣法 20 2. 2 2. 1 59. 7 1626 2924 31. 8 1088 石灰双渣法 20 5. 0 5. 2 53. 8 1612 2798 30. 1 1090 对比 ― － 2. 8 － 3. 1 5. 9 14 126 1. 7 － 2 标为半钢磷含量，从表 8 中可以看出，两种工艺在脱磷 能力上十分相近． 表 8 脱磷期结束后倒渣时石灰石双渣法和石灰双渣法的钢水成分对比( 平均值) Table 8 Average contents of molten steel picked after the dephosphorization period 工艺 钢水成分( 质量分数) /% C P 温度/℃ 脱磷率/% 磷分配比( LP ) 石灰石双渣法 3. 08 0. 043 1379 61. 00 30. 56 石灰双渣法 3. 15 0. 043 1372 61. 32 27. 18 · 271 ·

杜玉涛等：特殊钢石灰石炼钢脱磷工艺研究及实践 ·173* 表9给出了脱磷期结束倒渣时渣样成分的对比情 1.78,渣中(P,0,)含量为2.98%，表明采用石灰石双 况.从表9可以看出，石灰双渣法脱磷期结束时的炉 渣法能够在较低的碱度条件下获得较高的磷分配比 渣碱度为1.90，渣中P20含量(P0),质量分数)为 两种操作方法的试验结果说明使用石灰石替代石灰进 2.63%:而石灰石双渣法脱磷期结束时的炉渣碱度为 行双渣法炼钢可取得良好的脱磷效果 表9石灰石双渣法和石灰双渣法脱磷期结束倒渣时渣样对比（平均值） Table 9 Average contents and basicities of the slag picked after the dephosphorization period 炉渣成分（质量分数）/% 工艺 碱度(R) Cao Mgo Si02 MnO Al203 P205 Tfe 石灰石双渣法 29.45 6.40 16.52 5.83 1.59 2.98 17.54 1.78 石灰双渣法 29.11 5.16 15.32 5.41 1.34 2.63 17.38 1.90 3.3脱碳期对比 度差别不大，采用两种操作工艺均取得了良好的治金 表10给出了脱碳期结束时石灰石双渣法和石灰 效果，对于冶炼低磷钢最重要的成分指标一终点磷含 双渣法的终点钢水碳含量、磷含量和钢水温度的平均 量几乎没有影响，两种操作工艺的脱磷率都比较高，均 值.从表10中可以看出，脱碳期结束时钢水成分和温 可达到钢种成分要求 表10石灰石双渣法和石灰双渣法脱碳期结束成分对比（平均值） Table 10 Average contents of molten steel picked after the decarburization period 钢水成分（质量分数）/% 工艺 温度/℃ 脱磷率/% 磷分配比(Lp) C p 石灰石双渣法 0.16 0.011 1620 73.19 109.58 石灰双渣法 0.12 0.012 1621 73.44 102.72 表11给出了脱碳期结束后倒渣时石灰石双渣法 和石灰造渣的终点炉渣碱度相近，均可达到转炉治炼 和石灰双渣法的终点炉渣成分平均值.如表11所示， 所需的炉渣碱度.该结果证明了用石灰石造渣可达到 石灰石双渣法造渣炼钢的终点炉渣碱度为3.21，石灰 与石灰造渣几乎相同的治炼指标，均可满足特钢治炼 双渣法炼钢的终点炉渣碱度为3.42，可见采用石灰石 需求 表11石灰石双渣法和石灰双渣法脱碳期结束炉渣成分对比（平均值） Table 11 Average contents and basicities of the slag picked after the decarburization period 炉渣成分（质量分数）/% 工艺 碱度(R) Ca0 Mgo SiOz Mn0 Al203 P205 Te 石灰石双渣法 41.26 7.41 12.86 3.61 1.32 2.87 14.30 3.21 石灰双渣法 42.15 6.89 12.33 3.54 1.23 2.64 14.77 3.42 3.4经济效益对比 表12石灰双渣法和石灰石双渣法治炼低磷钢时的渣料消耗情况 表12示出了石钢601转炉采用石灰石双渣法与 (平均值) 石灰双渣法治炼低磷钢时的吨钢渣料消耗情况.从表 Table 12 Average consumptions of slag materials in the industrial ex- 12中可以看出，石灰石双渣法的渣料消耗为“石灰石 periment 轻烧白云 渣料 单耗55kg+轻烧白云石单耗20kg”,合计单耗为75 石灰石 石灰单耗/ 工艺 单耗/ 石单耗/ 消耗/ kg.石灰双渣法的渣料消耗为“石灰单耗42kg+轻 (kgt-1) (kgt-) (kgt-1) (kgt-) 烧白云石单耗25kg”,合计单耗为67kg 石灰石双渣法 0 55 20 75 根据当前的造渣原料市场价格，结合石灰双渣法 石灰双渣法 42 0 25 67 和石灰石双渣法各自的吨钢渣料消耗情况，对转炉炼 对比 -42 55 -5 钢的吨钢治炼成本做简要计算，计算结果入表13所 示.从表13中可以看出，采用石灰石双渣法取代石灰 加9.56元/L. 双渣法进行转炉特钢品种治炼，成本差异如下： (2)由于造渣料的加入发生变化，对比辅料的成 (1)由于装入制度的变化，对比铁水、铁块和废钢 本之和，石灰石造渣工艺比石灰造渣工艺降低8.59 的成本之和，全石灰石造渣工艺比全石灰造渣工艺增 元/L

杜玉涛等: 特殊钢石灰石炼钢脱磷工艺研究及实践 表 9 给出了脱磷期结束倒渣时渣样成分的对比情 况． 从表 9 可以看出，石灰双渣法脱磷期结束时的炉 渣碱度为 1. 90，渣中 P2O5含量( ( P2O5 ) ，质量分数) 为 2. 63% ; 而石灰石双渣法脱磷期结束时的炉渣碱度为 1. 78，渣中( P2O5 ) 含量为 2. 98% ，表明采用石灰石双 渣法能够在较低的碱度条件下获得较高的磷分配比． 两种操作方法的试验结果说明使用石灰石替代石灰进 行双渣法炼钢可取得良好的脱磷效果． 表 9 石灰石双渣法和石灰双渣法脱磷期结束倒渣时渣样对比( 平均值) Table 9 Average contents and basicities of the slag picked after the dephosphorization period 工艺 炉渣成分( 质量分数) /% CaO MgO SiO2 MnO Al2O3 P2O5 Tfe 碱度( Ｒ) 石灰石双渣法 29. 45 6. 40 16. 52 5. 83 1. 59 2. 98 17. 54 1. 78 石灰双渣法 29. 11 5. 16 15. 32 5. 41 1. 34 2. 63 17. 38 1. 90 3. 3 脱碳期对比 表 10 给出了脱碳期结束时石灰石双渣法和石灰 双渣法的终点钢水碳含量、磷含量和钢水温度的平均 值． 从表 10 中可以看出，脱碳期结束时钢水成分和温 度差别不大，采用两种操作工艺均取得了良好的冶金 效果，对于冶炼低磷钢最重要的成分指标—终点磷含 量几乎没有影响，两种操作工艺的脱磷率都比较高，均 可达到钢种成分要求． 表 10 石灰石双渣法和石灰双渣法脱碳期结束成分对比( 平均值) Table 10 Average contents of molten steel picked after the decarburization period 工艺 钢水成分( 质量分数) /% C P 温度/℃ 脱磷率/% 磷分配比( LP ) 石灰石双渣法 0. 16 0. 011 1620 73. 19 109. 58 石灰双渣法 0. 12 0. 012 1621 73. 44 102. 72 表 11 给出了脱碳期结束后倒渣时石灰石双渣法 和石灰双渣法的终点炉渣成分平均值． 如表 11 所示， 石灰石双渣法造渣炼钢的终点炉渣碱度为 3. 21，石灰 双渣法炼钢的终点炉渣碱度为 3. 42，可见采用石灰石 和石灰造渣的终点炉渣碱度相近，均可达到转炉冶炼 所需的炉渣碱度． 该结果证明了用石灰石造渣可达到 与石灰造渣几乎相同的冶炼指标，均可满足特钢冶炼 需求． 表 11 石灰石双渣法和石灰双渣法脱碳期结束炉渣成分对比( 平均值) Table 11 Average contents and basicities of the slag picked after the decarburization period 工艺 炉渣成分( 质量分数) /% CaO MgO SiO2 MnO Al2O3 P2O5 Tfe 碱度( Ｒ) 石灰石双渣法 41. 26 7. 41 12. 86 3. 61 1. 32 2. 87 14. 30 3. 21 石灰双渣法 42. 15 6. 89 12. 33 3. 54 1. 23 2. 64 14. 77 3. 42 3. 4 经济效益对比 表 12 示出了石钢 60 t 转炉采用石灰石双渣法与 石灰双渣法冶炼低磷钢时的吨钢渣料消耗情况． 从表 12 中可以看出，石灰石双渣法的渣料消耗为“石灰石 单耗 55 kg + 轻烧白云石单耗 20 kg”，合计单耗为 75 kg． 石灰双渣法的渣料消耗为“石灰单耗 42 kg + 轻 烧白云石单耗 25 kg”，合计单耗为 67 kg． 根据当前的造渣原料市场价格，结合石灰双渣法 和石灰石双渣法各自的吨钢渣料消耗情况，对转炉炼 钢的吨钢冶炼成本做简要计算，计算结果入表 13 所 示． 从表 13 中可以看出，采用石灰石双渣法取代石灰 双渣法进行转炉特钢品种冶炼，成本差异如下: ( 1) 由于装入制度的变化，对比铁水、铁块和废钢 的成本之和，全石灰石造渣工艺比全石灰造渣工艺增 表 12 石灰双渣法和石灰石双渣法冶炼低磷钢时的渣料消耗情况 ( 平均值) Table 12 Average consumptions of slag materials in the industrial ex￾periment 工艺 石灰单耗/ ( kg·t － 1 ) 石灰石 单耗/ ( kg·t － 1 ) 轻烧白云 石单耗/ ( kg·t － 1 ) 渣料 消耗/ ( kg·t － 1 ) 石灰石双渣法 0 55 20 75 石灰双渣法 42 0 25 67 对比 － 42 55 － 5 8 加 9. 56 元/t． ( 2) 由于造渣料的加入发生变化，对比辅料的成 本之和，石灰石造渣工艺比石灰造渣工艺降低 8. 59 元/t． · 371 ·