转炉出钢回磷成因分析及预防措施

杭钢转炉钢包回磷原因分析及应对措施探讨
（杭钢转炉炼钢厂炼钢车间夏官良）
摘要：通过对钢包回磷的原因分析，找出影响钢包回磷程度的几个因素，并有针对性的提出了应对措施来指导实际生产，以此来减少因钢包回磷造成成分出格的现象。

关键字：钢包回磷影响因素措施
1.现状
随着杭钢转炉新品种开发及电炉钢品种转移的不断推进，对钢水中磷含量的控制要求也越来越严格，而转炉出钢的方式决定了在放钢过程中不可避免的会有炉渣进入到钢包中，从而引起钢包回磷。

据统计，2011年上半年杭钢转炉冶炼钢水磷成分出格复样、倒包补放共计近50炉次，其中精炼钢种因钢包回磷引起成分出格的情况占较大比例，为钢水成品磷含量的控制带来难度，成为了转炉新品种开发及量产工作的瓶颈。

图1-1、1-2为7月份抽取的54炉40Cr钢精炼前后钢水P成分比较，正常下渣量的情况下（目测渣厚＜50mm），钢水经过精炼后平均回磷0.003%，下渣量较大时（目测渣厚＞50mm），平均回磷0.007%。

2.分析
2.1. 产生回磷的原因
转炉炼钢工艺一般认为冶炼终点时脱磷反应已达到平衡。

但是，在出钢过程中向钢包内加入脱氧剂，使钢中的氧以及渣中(FeO)下降，脱氧产物(SiO2)、(Al2O3)等进入炉渣，使炉渣碱度降低，会打破脱磷反应的平衡状态，有助于(P2O5)的分解和还原，磷又重新进入到钢液。

回磷反应与下列各种反应有关：（1）渣中(FeO)与脱氧剂作用：
2(FeO)+[Si]= (SiO2)+2[Fe] (FeO)+[Mn]=(MnO)+[Fe]
（2）炉渣与脱氧产物作用：
2(3CaO.P2O5)+3(SiO2)=3(2CaO.SiO2)+2(P2O5)
（3）渣中(P2O5)与脱氧剂的作用：
(P2O5)+5〔Mn〕=5(MnO)+2〔P〕2(P2O5)+5〔Si〕=5(SiO2)+4〔P〕3(P2O5)+10〔Al〕=5(Al2O3)+6〔P〕
（4）渣中(3CaO.P2O5)直接同脱氧剂作用：
(3CaO.P2O5)+5[Mn]=2〔P〕+5(MnO)+3(CaO)
2(3CaO.P2O5)+5[Si]=4[P]+5(SiO2)+6(CaO)
3(3CaO.P2O5)+10[Al]=5(Al2O3)+6[P]+9(CaO)
上述反应共同作用的结果，导致了钢水回磷的发生。

2.2.影响回磷的因素
2.2.1出钢过程下渣
钢包回磷的过程是炉渣中的(P2O5)分解还原的产物进入到钢水中的过程，出钢下渣越多，则回磷越多。

杭钢转炉炼钢厂采用挡渣出钢，挡渣过程分两次：第一次是出钢口塞挡渣塞防止前期下渣（当终点炉渣泡沫化严重，须大角度出钢时，防止前期下渣尤为重要）；第二次是挡渣车投掷挡渣锥防止后期下渣。

在实际操作中，放钢结束后未塞挡渣塞的情况较为普遍，而由于挡渣工操作水平、挡渣锥质量、投掷时机等因素造成到后期挡渣不命中的情况也屡屡发生，导致了钢包下渣过多，到精炼工序后钢水回磷严重。

另外，出钢口维护不到位，产生形变，出钢过程中钢水涡流卷渣也会增加钢包中渣量，并对挡渣锥挡渣的效果产生不良影响。

2.2.2 出钢脱氧及合金化操作不合理
出钢脱氧及合金化操作不合理。

诸如出钢后期补加硅铁、碳化硅等。

由于此类合金比较轻而浮在钢渣上面，直接与钢渣接触，硅铁、碳化硅、碳粉都非常容易与渣中(FeO)反应，造成渣中(FeO)急剧下降，而反应产物又降低了炉渣的碱度，由此增加了钢水回磷的可能性。

杭钢转炉出钢合金化操作方式较为合理，合金基本在出钢3/4前加完，放钢过程中由此原因造成成分出格的现象并不多见。

但是，杭钢转炉钢中占近75%产量的钢要经过LF钢包精炼处理，在精炼工艺中先采取喂铝线进行脱氧，为炉渣中(P2O5)的还原反应提供了有利条件。

因此，下渣回磷造成成分出格的现象主要存在于精炼钢种的生产。

2.2.3 钢包底吹氩压力过高造成卷渣
钢包底吹氩有利于均匀钢水成分，帮助有害夹杂上浮，但过高的吹氩压力会引起钢液——钢渣的翻腾，为钢包回磷的过程提供了动力学条件，形成一种“渣洗”现象，从而加深回磷程度。

杭钢转炉出钢过程采用全程吹氩，为保证钢水成分均匀及配碳操作到位，要求出钢过程大流量吹氩搅拌。

如果下渣量过大，大流量吹氩操作无疑会成为回磷的有利因素。

3.措施
3.1 严格控制下渣量
通过对钢包回磷的原因以及影响因素的分析可见，减少钢包回磷的主要任务是严格控制钢包中的下渣量。

3.1.1 规范挡渣操作
规范挡渣操作的内容主要有两点，一是要求现场操作人员充分认识到前期挡渣的重要性，每炉钢放出后，应及时将挡渣塞堵上出钢口，放钢前如果发现出钢口处挡渣塞提前掉落，必须用新挡渣塞将出钢口堵牢后再进行放钢操作，防止前期下渣；二是稳定挡渣操作人员业务水平。

杭钢转炉投掷挡渣锥的工作是由厂外单位承包的，具有人员操作水平参差不齐，人员流动性强的特点，该特点影响了挡渣效果的好坏。

为此，应要求承包单位加强对挡渣人员的管理和培训，保证挡渣操作的稳定。

3.1.2加强出钢口的维护及更换工作
出钢口状况不佳，会导致放钢过程钢水卷渣，同时也会影响到放钢后期投掷
挡渣锥挡渣的成功率。

挡渣失败后，为了防止下渣量过大，实际操作中会提前将转炉复位，导致钢水出不尽，影响到钢水收得率。

下表3-1为杭钢转炉炼钢厂2011年一季度各炉座挡渣情况统计表：
表3-1
3.1.3 尝试新的挡渣工艺
杭钢转炉现在使用的是挡渣车投掷挡渣锥挡渣。

该方法挡渣需要专门设备，要有专人操作，对操作水平要求高。

在投掷挡渣锥过程中，多次试探出钢口位置时，锥部会对出钢口附近的炉衬产生撞击损坏，影响挡渣效果；由于挡渣车需要专人操作，挡渣效果也会受操作人员水平的制约；如果挡渣锥的质量不稳定，投入后无法到达挡渣位，也会影响到挡渣效果。

由此可见，仅挡渣一个环节就存在众多不确定因素，要提高挡渣的效果是很有难度的。

目前杭钢1#转炉采用了在线下渣检测系统，通过远红外检测装置分析出钢水中钢渣含量，准确判断出挡渣时间，并发出警报提醒操作工实施挡渣操作。

杭钢1#转炉使用该设后，对其准确度进行了试验验证，采用检测系统时，所测炉数的75%其渣厚在30mm以下；平均渣厚比人工经验判断少9.89mm，减少幅度为30.64%。

试验数据见表3-2、3-3。

表3-2
表3-3
从使用情况来看，该设备检测准确度高，报警及时，为现场操作提供了便利。

如果将该设备与气动挡渣设备配套使用，挡渣过程全程自动控制，则可避免因人为因素造成的挡渣失败的可能性。

气动挡渣是根据下渣检测设备或人工手动指令信号，驱动挡渣机上的挡渣塞头对出钢口进行机械封闭，同时塞头端部喷射出高压气流阻止转炉渣流出，将炉渣留在炉内，出钢口封闭后，转炉向上倾斜，气缸将旋转臂自动打开，挡渣用喷吹气体自动切断。

目前，包钢制钢二部转炉生产现场使用下渣检测和气动挡渣设备完全取代了传统的和高成本的其他挡渣设备，挡渣成功率达到98%以上，受到高压气流冲击的出钢口寿命与以前相比基本没有变化，钢包中渣层厚度由原来的平均68mm减少到现在的平均48mm。

采用了该设备后，钢包中渣量减少，为下道工序创造了好的条件，提高了冶炼钢种的命中率，更重要的是降低了挡渣费用，产生了直接的经济效益。

3.2 调整LF工艺方案
转炉出钢下渣不可避免，当钢包中渣量过大时，则需要采取有针对性的措施进行补救。

由于杭钢转炉厂房内部布局紧凑，安装专门设备对钢包进行捞渣的可能性不大，只能在现有设备和工艺条件下寻求解决方案。

杭钢转炉炼钢厂LF精炼工序操作流程是，放出钢水到等待工位—→喂铝线—→精炼工位—→加石灰—→通电—→加石灰—→通电—→钙处理。

当转炉出钢下渣过多，在精炼工位直接先喂入铝线或铝锰铁进行脱氧，钢包渣中(P2O5)被还原进入钢水，且脱氧剂被氧化的产物会降低钢包渣的碱度，更有利于回磷反应的进行。

如果将工序操作流程调整为放出钢水到精炼工位—→加石灰—→等待工位—→喂铝线—→精炼工位—→通电—→加石灰—→通电—→钙处理，则可在发生因炉渣脱氧回磷反应前提高钢包渣碱度，有效抑制(P2O5)还原反应的进行。

调整后的流程可能会延长精炼工序作业时间，所以当钢包下渣量大时可按该流程操作。

3.3根据钢包下渣情况调整吹氩压力
在出钢过程中保证大流量的吹氩搅拌，出钢结束后，如果钢包中下渣多，应将吹氩压力控制在较低的范围，防止卷渣回磷。

4. 结论
影响钢包回磷的因素有出钢下渣、脱氧及合金化操作不合理、钢包吹氩压力大造成卷渣等，只有结合杭钢转炉冶炼实际情况，严格控制钢包中下渣量、调整精炼工序操作流程、根据钢包下渣情况调整吹氩压力等措施有针对性的减小钢包回磷的程度，保证钢水中磷含量控制在钢种要求的范围内。