超低磷钢生产技术
低P钢生产技术
2[P]＋5[O]＝(P2O5) G＝－352880＋273.1 T
计算：1650℃时脱磷反应所需P2O5活度
1650℃时钢液最高[O]为0.28%，目标[P]含量为0.01%，
G 352880 273 . 1 1923 8 . 32 1923 ln a P 2O 5 0 . 28 0 . 01
铁水罐中喷粉脱磷
NKK福山厂铁水罐喷粉脱磷示意图
利用转炉作为容器进行铁水脱磷处理
新日铁名古屋厂转炉脱磷处理流程图
各种铁水脱磷方法的比较
方法 处 理 前 [Si] 最大： 通常： 碱度 处理温度 终 了 [P] 0.25% 0.1～ 0.2% 2.5～ 5 1300℃ 0.015～ 0.05% 由 于 容 器 结 构 限 特点 制，反应效率不高 0.3% 0.1～ 0.2% 3～ 4 1320℃ 0.01～ 0.02% 反应性好 0.8% 0.3% 1.5～ 2 1340℃ 0.01～ 0.02% 可以利用转炉设备 快速处理、可用废 钢 、 [Si]灵 活 鱼雷罐脱磷 铁水罐脱磷 转炉脱磷
低磷钢生产技术
对绝大多数钢种，磷是 有害的杂质。
■ ■ ■ ■ 冷脆； 调质钢的回火脆性； 热加工性； 焊接性能等。
某些钢种，例如高Ni合 金钢、低温液态气体储 罐、奥氏体不锈钢等， 要求尽量降低[P]含量。
[P]对9％Ni钢低温韧性的影响
一、铁水中[P]的氧化反应
2[P]＋5/2{O2}＝(P2O5) G＝－938080＋258.7 T[1,2] 2[P]＋5[O]＝(P2O5) G＝－352880＋273.1 T [1,2] 2[P]＋5(FeO)＝(P2O5)＋5[Fe] G＝－209327＋40.3 T [1,2]
低磷钢生产工艺研究综述
Na2O渣系的脱磷效果
苏打灰和石灰脱磷能力的比较
BaO渣系
BaO 可以大大降低渣中 P2O5的活度，提高渣的磷容量。 BaO 渣系在低氧化性气氛下也有很好的脱磷效果。BaO 的熔点为 1918℃，在炼钢温度下很难熔化，所以必须添 加助熔剂。
由于 BaO 渣系的高磷容量及脱磷率高和高成本，主要用 于不锈钢以及锰铁、铬铁合金的脱磷。对于碳钢脱磷该渣 系用的较少，鉴于目前用户对低磷钢和超低磷钢不断增长 的需求，而含 FetO 的 CaO 基渣对包衬侵蚀严重，影响 包衬寿命，已经不能满足钢水深脱磷的需要，所以少含或 不含 FetO 的 BaO 渣脱磷的研究越来越受重视。
磷一般都是钢中的有害杂质，容易在晶界偏析， 造成钢材“冷脆”，显著降低钢材低温冲击韧 性。因此，一般钢种都要求尽量降低磷含量。
钢材中的合格磷含量(质量分数)([P]≈0.03%)；
高级优质钢中要求钢中磷含量([P]≤0.01%或 0.005%)；
低磷钢中磷含量([P]＜0.01%~0.02%);
高的碱性操作可以脱磷。据此脱磷反应可以按下式进行：
（1）分子论形式的表达式
2[P]+5(FeO)+3(CaO)=(3CaO·P2O5)+5Fe(l)
2[P]+5(FeO)+4(CaO)=(4CaO·P2O5)+5Fe(l)
（2）离子形式表达式
2[P]+5[O]+3(O2-)=2(PO)
喷吹苏打粉处理
日本住友公司鹿岛厂开发的“住友碱精炼法”- SARP 法也叫苏打精炼法。
用氮气输送和喷吹烧结矿粉(喷入量为40kg/t铁水,最 大 供 粉 速 度 为 400kg/min, 最 大 吹 氧 量 为 50m3/min, 脱 硅量约为0.4%)--铁水硅含量可降到0.1%以下--真空 吸渣器吸出脱硅渣--脱磷处理--喷入苏打粉 (苏打粉 用量为18kg/t 铁水,最大供粉量为250kg/min,最大吹 氧量为50m3/min)--铁水 [P]<0.01%,[S]<0.003%--真 空吸渣器吸出脱磷渣--送至苏打回收车间(回收约80% 的Na2O)--复吹转炉--RH处理--连铸。
一种中高合金超低磷钢的冶炼方法[发明专利]
![一种中高合金超低磷钢的冶炼方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/093d60a5e518964bce847cc2.png)
专利名称：一种中高合金超低磷钢的冶炼方法专利类型：发明专利
发明人：杨治争,赵逸群
申请号：CN201811450857.8
申请日：20181130
公开号：CN109280734A
公开日：
20190129
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种中高合金超低磷钢的冶炼方法，本发明采用转炉双渣深脱磷工艺，在转炉第一渣冶炼时，将氧压降至0.75～0.80MPa，利用铁水低温下降低氧压的方法提高第一渣冶炼脱磷效率，并在第一渣冶炼结束时倒出55～70%的脱磷渣；第二渣冶炼时，采用专门的钡基脱磷剂，利用其磷容量高的特性进一步提高第二渣冶炼的脱磷效率，同时其形成的钡基脱磷渣稳定性高，能够有效防止出钢过程及出钢后的磷渣回磷，进而保证成品钢种中的磷含量达到超低磷钢的要求；本发明方法实现了超低磷中高合金钢的较低成本稳定冶炼生产，为相关品种的研发生产提供可靠的冶金过程和效果保障，也为其它超低磷钢种的研发提供了坚实基础。
申请人：武汉钢铁集团鄂城钢铁有限责任公司
地址：436008 湖北省鄂州市鄂城区武昌大道215号
国籍：CN
代理机构：黄石市三益专利商标事务所
代理人：滕金叶
更多信息请下载全文后查看。
转炉脱磷及深脱磷
转炉脱磷工艺近年来，随着我国钢材的发展，对低磷钢的生产要求越来越高，对高级别钢特别是低磷钢的需求大大增加，这些产品对钢中磷的质量分数提出了很高的要求，大多要求磷含量低于0.015%；低温用钢管、特殊深冲钢、镀锡板要求钢中磷低于0.010%；一些航空、原子能、耐腐蚀管线用钢要求磷低于0.005%，所以超低磷钢将成为以后发展的主要方向。
下面是关于国内外对超低磷钢的生产研究。
以及现场的一些主要工艺过程。
一国际上对超低磷钢的研究日本发明的转炉脱磷工艺主要方法有：JFE的LD-NRP法，住友金属的SRP法，神户制钢的H炉，新日铁的LD-ORP法和MURC法。
其操作方式住友有两种，第一种是采用两座转炉双联作业，一座是脱磷，另一座接受来自脱磷炉的低磷铁水脱碳，即“双联法”，典型的双联法工艺流程为：高炉铁水—铁水预处理—转炉脱磷—转炉脱碳—二次精炼—连铸;第二种是在同一座转炉上进行铁水脱磷和脱碳，类似传统的“双渣法”。
德国发明的转炉脱磷工艺：TBM工艺（蒂森底吹技术)目前双联法是生产超低磷钢的最先进转炉炼钢法，其主要优势是：炉内自由空间大，允许强烈搅拌钢水，顶吹供氧，高强度底吹，不需要预脱硅，废钢比较高，炉渣碱度比较低，渣量低，处理后铁水温度较高（1350），脱磷效率明显提高。
1转炉脱磷新工艺1.1JFE福山制铁所福山制铁所，有两个炼钢厂（第二炼钢厂和第三炼钢厂）。
该制铁所是日本粗钢产量最好的厂家。
第三炼钢厂有2座320T的顶底复吹转炉，采用LD-NRP工艺（双联法），一座转炉脱磷，另一座转炉脱碳，转炉脱磷能力为450万t/a。
该厂1999年开始全量铁水转炉脱磷预处理。
转炉脱磷指标：吹炼时间为10分钟，废钢比为7%~10%；氧气流量为30000立方米/h，底吹气体为3000立方米/h；石灰消耗为10~15kg/t。
转炉脱碳指标：炉龄低于脱磷转炉，转炉在炉役前期用于脱碳，炉役后期用于脱磷，炉龄约7000炉；石灰消耗5~6kg/t。
超低磷钢的生产工艺
冶炼超低磷钢已有2种途径。
1种是在欧洲和北美兴起的，如图1.1所示，严格控制人高炉原料的磷含晕，高炉出铁后铁水不经过预处理，直接入转炉，转炉冶炼后低温出钢，在钢包中利用高碱度、高氧化性渣搅拌脱磷，然后换包，LF加热，再利用RH处理。
利用这种方法，w(P)一般在(60--70)×10-6另1种途径是在日本兴起的如图1.2所示，完全采用预处理铁水，将铁水中的w(P)降低到约0.02％，这样使得钢水以小于20×10-6的磷含量出钢，然后进行二次精炼处理以生产极低S、P、O、H、N水平的钢。
这2种工艺相比：前1种工艺不使用预处理铁水，铁水温降小，热损少，呵提高废钢的使用量，而且还可以低温出钢，但终点[P]含量比较高。
后1种预处理路线克服r生产低磷钢中的许多困难，而且可以降低成本，提高产量，减少总渣量，但是预处理时化学热和物理热热损大，又限制了废钢的使用。
由于产品对钢中[P]的要求越来越低，后种工艺可以保证生产极低磷钢，从这个方面讲该种工艺自身有很大优势。
图1.1欧洲低磷俐生产工艺
图1.2日本低磷钢生产工艺
工业生产中大规模生产超低磷钢的生产工艺决定于成品钢材对磷含量的要求，如图1.3所示
图1.3超低磷钢的生产工艺流程
超低磷钢冶炼的基本工艺要求是：(1)高炉低硅操作，控制铁水[Si]=0.4%；
(2)全量铁水预处理脱磷，处理终点磷含量[%P]≤0.010%;(3)转炉冶炼深脱磷，调整炉渣成分确保lg%P/[%P≥2.0]，并增大渣量；(4)控制较低的钢水残Mn 含量，提高炉渣脱磷效率；(5)采用弱脱O2沸腾出钢工艺，避免钢水回
磷；(6)适当降低出钢温度。
转炉冶炼低磷钢控制技术素材
第30页/共68页
比较铁水原始含磷量不同时单渣法和双渣法 脱磷的区别，得出以下结论：
• 对脱磷而言双渣法明显优于单渣法， 双渣法 的操作要点是炉渣前期碱度≥2.0，吨钢加入红 泥球6kg以提高炉渣中FeO含量，一批料化清 后，摇炉倒渣，再造新渣，继续冶炼。 采用
脱碳量（%） 渣中T、Fe（%）
80 1.25 15~20 8~10 15~25
5~8 12min脱P，3min脱S
3~3.5 75~85 0.45~0.8
≤5
SRP法 住友金属 顶吹转炉底吹 搅拌，转炉渣 作脱P剂
250 1.0~1.3 10~15
8~10 20~25 25~35
8~10
2~2.5 85~93 0.8~1.0
Na2CO3 11
CaCl2 3.3
实验 规模 290t 混铁车 50t,250t 铁水包
15t 实验炉
100t 铁水包
加入量， kg/t铁水
52
39 氧气 1.4m3/t
35 氧气 9Nm3/t 45
脱磷 率，%
88 90
96.5
89
第13页/共68页
3.3 铁水预处理脱磷工艺 • 铁水预处理工艺，从熔剂加入方式上分为2种：
双渣与单渣去P效果的对比
钢种
造渣 方式
出钢w（C）/%
范围
平均 值
出钢温度/℃
范围
平均 值
出钢w（P）/%
范围
平均 值
15CrMoR 双渣 0.026~0.036 0.031 1725~1735 1730 0.007~0.009 0.008
HG70B 单渣 0.02~0.04 0.03 1700~1730 1720 0.008~0.011 0.010
低磷钢冶炼工艺
转炉容量/t 顶吹供O2强度/ m3· (t.mim)-1 底吹强度/ m3· (t.mim)-1 渣料 消耗 (kg/t)
渣中T·Fe(%)
≤5
≤3
18～25
4
2019/1/19
14
低磷钢冶炼工艺
日本NKK福山三炼钢300t转炉双联法炼钢的具体工艺参数
序号
1
项目
脱P炉
数量和参数 专用脱P氧枪
20000～30000 供气强度：0.001～0.1Nm3/min·t底吹N2、Ar，透气砖长度 1440mm，用到100mm 为止 8～10 27（实测24～32） 0.012（实测0.012%～0.03%） 20 4 不扒渣 炉渣倒入渣盘→泼入水池 100%全量脱P
（10） 加锰
2019/1/19
16
低磷钢冶炼工艺
宝 钢 BRP 脱 磷 技 术
2002年11月11日，宝钢一炼钢2号300t转炉应用BRP-转炉脱磷、少
渣冶炼技术成功冶炼出第一炉成分合格的超低磷钢。2004年6月10日， 宝钢借助BRP技术连续生产4炉超纯净抗HIC-X60管线钢(供1930连铸)， 平均成品磷含量为35ppm，最低达到30ppm。到目前为止，宝钢共采用 BRP工艺生产抗硫化氢X65管线钢及海底管线钢11.3万吨，平均成品磷含 量为59.5ppm。对于X70管线钢，在经过BRP工艺处理以后，成品磷含量 达到了63ppm，与常规冶炼比较，降幅49％。目前日本管线钢平均磷含 量约为70ppm左右，最低约为30～40ppm。 2004年2月18日建成投产的宝钢集团一钢公司150t转炉生产车间也采 用了BRP 冶炼工艺。目前，宝钢已研制开发并成功运行了具有完全知识 产权的BRP－转炉脱磷，少渣冶炼的工艺技术。 2019/1/19
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
炉内（转炉、电炉）脱磷
转炉炉内脱磷工艺的发展 贝塞麦转炉 （1855年亨利· 贝塞麦，底吹酸性转炉炼钢法 ）→ 托马斯底吹 转炉（1878年托马斯 ，碱性炉衬，解决了高磷生铁炼钢的问题。 ） ↗ 平炉炼钢（1864年发明，酸性平炉 →碱性平炉） ↘ 顶吹氧气转炉（1952年，LD－AC法、OLP法 、旋转转炉等） ↖解决了高磷 底吹氧气转炉 （1967年 OBM法 ，1971年 Q-BOP法 ） ↙铁水的冶炼 问题→顶底复合吹炼转炉 （70年代中后期） 电炉炉内脱磷 氧化法可分为补炉、装料、熔化期、氧化期、还原期、出钢六个阶 段 。熔化期可以去掉部分磷，氧化期去除钢液中的磷到规定的限度，还 原期未扒干净的氧化渣还原，钢液增磷，另外，还原期加入的铁合金也带 入部分磷。 随着高级别脱磷剂的开发及二次精炼技术的发展，电炉中脱磷工艺不 断提高。
石灰基渣 :石灰来源广，价格低，并与硫及磷的氧化物有很强的结合
能力，是钢铁冶金中广为应用的造渣材料。 代表性的研究及应用结果如下页表所示。
石灰基脱磷剂组成及脱磷效果
பைடு நூலகம்
苏打基渣：脱磷能力很强，有比石灰系渣系大得多的磷容量，且可以同 时取得高脱硫率。Na2CO3具有氧化剂和固定剂的双重作用， 熔点低、熔化后流动性好，单独使用就能有效的脱磷。但处 理过程中污染严重，对耐火材料的侵蚀严重，处理过程中铁 水温降大，价格高。 Na2CO3和SiO2混合熔融成为偏硅酸钠类盐类，如Na2O· 2SiO2、 2Na2O· 3SiO2、Na2O· SiO2等，再将这些物质与Fe2O3等氧化物按一定比例混 合后加入到铁液面上进行脱磷，这样脱磷反应比较平稳，钠的气化挥发大 大减少。使用Na2O· SiO2＋20%Fe2O3 进行铁水脱磷，1600℃条件下，可将 铁水中磷由0.1%脱到0.01%，而且反应时间很短。
苏打渣和石灰渣系相互渗透，可互为补充。向苏打渣中加入CaO 即可 发挥苏打同时脱P、S的能力，防止回磷的能力，又能降低Na2O的挥发损失； 向石灰渣中加入少量Na2O可以增加铁水脱磷能力；Na2O有利于降低CaO 渣 的熔点，改善渣的流动性，增加渣的磷容量。
• 铁水预处理脱磷工艺
在铁水包或鱼雷车中进行铁水脱磷预处理
超纯净钢中磷的发展水平
有些钢种对磷含量有较高的要求，例如生产汽车用表面硬化优质合金 钢、深冲钢、镀锡板、超低碳钢或IF钢、轴承钢、高级别管线钢、低温 用钢以及海洋用钢等对钢中磷含量都有很高的要求。 从纯净钢概念提出以来，磷作为其中的一个重要组成部分，这些钢种 对磷含量的要求越来越高。1989年[12]，新日铁名古屋厂对薄板提出 [P]≤20ppm的要求，超低磷钢目标成分为：[P]≤20ppm、 [S] ≤30ppm、 [C] ≤30ppm。
250
Phosphorus(ppm)
200 150 100 50 0 Befor 90 92
高级别管线钢 超低碳IF钢
Future
不同时期高级别管线钢和超低碳IF钢中磷的水平
Year
铁水预处理脱磷
• 常用铁水预处理脱磷渣系
氧化脱磷剂组成：氧化剂、固定剂和促进剂。
氧化剂：将金属液的磷氧化进入炉渣中，主要是采用氧气和稳定性较强 的非金属氧化物Fe2O3、FeO、MnO2等。 固定剂：与磷的氧化物生成稳定的化合物，可降低活度并防止回磷，常 用的有CaO、BaO、Na2O等 。 促进剂：促进剂：有CaF2、CaCl2、CaCO3等，可改善反应的动力学条 件。
目录
• 磷的来源与危害
• 三种脱磷工艺：铁水预处理、转炉、炉外 脱磷
• 转炉去磷技术的应用：双渣法、脱磷炉去 磷。 • 超低磷钢的生产技术
钢中磷的来源及对性能的影响
高炉冶炼是不能脱磷的，矿石、焦炭、石灰中的磷几乎全部进入生铁； 炼钢过程中加入的废钢、造渣料，脱氧合金化时加入的铁合金，以及包衬 等耐火材料中都含有一定量的磷 。 ► 磷在钢中是溶于铁素体中，磷在钢液中的稳定存在形式是 Fe2P， Fe3P，结晶过程易偏析。 ► 磷能显著降低钢的韧性，尤其是回火韧性和低温冲击韧性，即提高 钢的冷脆性。 ► 磷在钢水凝固过程中的偏析比较严重，容易使钢的局部组织异常， 造成机械性能不均匀，磷还会引起腐蚀疲劳和焊接开裂。 ► 细化晶粒，提高钢的屈服强度和抗拉强度。在低碳钢中，通过快速 凝固技术和热机械处理工艺能够有效的改善强度和塑性间的平衡，可以使 钢的强度提高1.5倍。 ► 增强钢的抗大气腐蚀能力； ► 提高电工钢的磁性； ► 改善钢材切削加工性能； ► 减少热轧板的粘结等。
新日铁的ORP 生产工艺
住友金属的SARP工艺
铁水包或鱼雷车内脱磷预处理的特点 : 该种方法直接铁水包或鱼类车内进行，无 需换包操作。但是脱磷过程中铁水的温降较大， 通常需要吹氧来补充温降，补偿温降时喷溅比 较严重，而且铁水包或鱼雷车的容积小，反应 较慢，效率低。
用转炉进行铁水脱磷预处理的工艺
首钢京唐公司“全三脱炼钢”工艺
转炉内脱磷预处理的特点 （ 1 ）与混铁车内或铁水包中进行的铁水预处理相比，在转 炉内进行脱磷预处理的优点是转炉的容积大、反应速度快、 效率高。可节省造渣剂的用量，吹氧量较大时也不易发生 严重的喷溅现象，有利于生产超低磷钢，尤其是中、高碳 的超低磷钢。 （ 2）在转炉内进行铁水预处理时脱磷剂有喷粉加入和直接 加入两种方式。神户制钢的 H 炉和新日铁的 LD－ORP 炉 是用喷粉法加入，其特点是反应速度快、效率高，缺点是 需增设喷粉设备。 NKK 福山厂、住友金属的 SRP 和首钢 京唐公司的“全三脱炼钢”工艺直接将脱磷剂加入炉内， 利用较强的底吹搅拌，也能达到较好的脱磷效果，但为了 化渣良好，也要采取一定措施。
日本神户制钢神户的H炉，新日铁的LD-ORP、住友的 SRP、NKK福山厂的少渣冶炼技术、首钢京唐公司的“全三 脱冶炼工艺”炼钢技术等。
神户制钢H炉处理工艺流程
住友金属的SRP（Simple Refining Process）工艺
两台复吹转炉中的一台作为脱磷炉，另一台作为脱碳炉。脱碳炉产生的炉渣 可作为脱磷炉的脱磷剂，从而减少石灰的消耗，达到稳定而快速的精炼效果， 少渣吹炼条件下提高了锰的收得率 。