超低磷钢的冶炼工艺

第２１卷第６期　
２０·２０Ｏ０年１２月　
特殊钢　

ⅢＥ呲ｓＩＥＥＬ　．２１　Ｎｏ　６　

Ｄｅｃｅｍｂｅｒ　

超低磷钢的冶炼Ｔ艺　
刘　浏　
（钢铁研究西丽丽１０００８１）　

Ｔ　

摘要从脱磷反应机理出发，分析了脱磷反应热力学与动力学，重点讨论了铁水同时脱硫、脱磷工艺，转　
炉铁水脱硅、脱硫、脱磷预处理工艺以及超低磷钢生产工艺流程。　
…竺　转炉　起　魏唧、　ｃ　乞　。’——一　…’一　●　Ｊ　’【．一　

Ｍｅｌｔｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　Ｕｌｔｒａ—Ｌｏｗ　Ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ　Ｓｔｅｅｌ　
ＩｊｕＩｊｕ　
（Ｃｅｎｔｅｒ　Ｉｒｏｎ　ａｎｄ　Ｓｔｅｅｌ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｂ　１０００￣１）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｂａｓｅｄ　０Ｉｌ　ｍｅｃｈａｎｉ￣ｎ　０ｆ　ｄｅｐＩ　ｓｐＩｌ　∞，ｔｈｅ　ｔｈ￣ｘｌｙｍｎａｃｓ　ａｎｄ　ｋｉ　ｃ６　ｏｆ　ｄｅｐｈｏｓｐｈｏｒｉ＝ｎｇ　ｒｅａｃｕｏｎ　ａｒｅ　
８ｎａｌ　ｚｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｅｍｐｈｍｉｓ　０Ｉｌ　８＇帅　缸ｎ∞ｌ｜ｓ　ｄｅｓｕｌｐｈｕｒｌｚａＵｏｎ　ａｎｄ＆ｐｈｏｓｐｈｏｍａｔｉｏｎ　０ｆ　ｈｏｔⅡ　，ｐｒｅ￣ｌｒａｅｎｔ　０ｆ　ｄｅｓｉｌｉ咖ｉ越－　
０ｎ，ｄｅｓ｜却ｌｌＩ】ｄｚａｄ０Ｉｌ　ａｎｄ　ｄｅｐｌｌ０ＢＰｈ０【ｉ　姐ｏｆｈｏｔ　ｍ咖Ｉｆｏｒ　ｏⅢｗｅｒ鼢，ａｎｄ　ｐｒｏｔｈ￣ｉｏｎ　ｒｏｕｔｅｏｆ　ｕｌｔｒａ－ｌｏｗ　ｐｂ蚺Ｐ　ｌ璩ｓｔｅｅ１．　
Ｍａｔｅｒｉａｌ　Ｉｎｄｅｘ　ｌｆｒＨｋｉＩｌｇ，　曲。　，　．（　ｖｅ腑，Ｐ　栅ｅｎ￡ｏｆ　Ｈｏｔ＾ｌｅ￡日ｌ　

磷是钢中有害杂质，容易在晶界偏析，造成钢　
材“冷脆”，显著降低钢材的低温冲击韧性。因此，　
般钢种都要求尽量降低磷含量。　
炼钢脱磷通常采用氧化法工艺。由于炼钢转　
炉终点温度高，不利于脱磷；出钢时往往会造成回　
磷。因此，稳定生产［％Ｐ　≤Ｏ．０１５％的低磷钢，对　
低碳钢冶炼也是很困难的。而生产中、高碳钢．由　
于钢水氧化性弱，在转炉内很难实现有效脱磷。　
本文在总结国外文献的同时，结合钢铁研究　
总院近几年对炼钢脱磷工艺的研究结果，探讨超　
低磷钢生产工艺。　

１脱磷反应机理　
精炼过程中的脱磷反应，根据反应产物不同，　
分为：　
氧化脱磷：钢中的磷通过氧化反应以哪一　
的形式进入炉渣：　
１，２Ｐ２（　＋３，２　一＋５ｔ４０２　ｃ　Ｅ）＝（Ｐ哦一）　（１）　
还原脱磷：钢中的磷通过还原反应以Ｐ３一的　
形式进入炉渣：　
１，２Ｐ２（　＋３１２０￣一：（Ｐ一）＋３１４０：￣Ｂ）　（２）　

氧分压的高低决定了脱磷产物的类别。图１　
给出１　８２３　Ｋ时４１％Ｃａ０一Ａｋｑ系炉渣，渣中磷浓　
度与气相氧分压Ｐ　的关系　。当Ｐｍ在１０　
ａ　（１帅＝１０１．３２５　ｋＰａ）时，渣中Ｐ最低；Ｐｎ进一　
步升高或降低，Ｐ含量增加。在低Ｐ　渣中Ｐ以　
Ｐ　存在（还原脱磷）；在高Ｐ　渣中Ｐ以Ｐ　一存　

球／ｆ　ｄ１母
第６期　刘浏：超低磷钢的冶炼工艺　
在（氧化脱磷）。进入渣中的磷，需要与ＣａＯ结　
台，才能形成稳定的产物。　

ｃ码（Ｐ　一）舢）　ｃａ｜Ｐ２（ｓ）＋４ｏ：（　（３）　
△　：３　４２９—７１４Ｔ（Ｊ／ｒｎｏ１）　
采用磷容量ｃ　可以确定炉渣的脱磷能力：　

ｑ一；　：誓．Ｋ１　（４）一丽　’　

Ｈｅ山Ｇ　ｗ研究了炼钢炉渣成分变化对炉渣　
脱磷能力的影响　。对于炼钢过程，脱磷反应可　
以写为：　

２［Ｐ］＋５（ＦｅＯ）＋４（ＣａＯ）＝ｃａ４　＋５Ｆｅ（５）　
△Ｃ　。＝一２Ｏ４　４５０＋８３．５５　
炉渣成分变化对渣．钢间磷分配系数的影响　
为：　

ｌｇ　：２２　３５０ｔＴ一１６．０＋０＿０８　ｘ（％ｃａ０）＋２．　
５　ｘｌｇ（％ＦｅＯ）　（６）　
图２给出了不同碱性炉渣的脱磷能力　’。　

Ｉｏｇ（Ｘ．￣２ｏ＋　＋ｘ∞）　
图２不同碱性炉渣的磷容量ｃ　
Ｆｉｇ　２　Ｐｈ０ｓｐＩｌ叽１１ｓ　ｃａｐａｃｉｔｙ　ｃ　ｏｆｖａｒｉｏｕｓ　ｂａｓｉｃ　ｓ　

炉渣脱磷（或回磷），按以下电化学反应进行　

阳板反应（氧化）　
［Ｐ］一Ｐ５　＋５ｅ　
［０］＋２ｅ　

阴极反应（还原）　
Ｆ　＋２ｅ—　Ｆｅ　
Ｆｌｅ３　＋ｅ—　
（　ｏ］＋２ｒ　一）　
因此，脱磷反应随钢中［ｏ］的增加而加速，钢　
或渣中磷的扩散是脱磷反应的限制环节。脱磷速　
度可表示为：　

ｋ　｛［％Ｐ］一［％Ｐ］－ＩＩ　一—　ｉ【％ＰＪ－【％Ｐ　Ｊ　
ｋ｜Ｐ｜｝（％Ｐ）　一（％Ｐ）１　
（＊表示与钢水Ｐ平衡的渣中磷含量）　
根据（６）式，取：　＝　≈ａ（％Ｔ．Ｆｅ）　５，　
则脱磷反应速律公式可简化为：　

［％　（％　｝（７）　
为脱磷反应的总括传质系数：　

ｋｐ＝　－０＿４７－４．３　ｘ１０－３（　
生产中常用脱磷速度常数　。表示脱磷速度。　
如图３所示，随熔池搅拌能ｅ的增加，　提高川。　
综合以上分析，脱磷的最佳热力学、动力学条　
件是：　

ｔａｗ·ｒ‘　
图３搅拌能ｅ对脱磷速度常数ｋ　的影响　
Ｆｉｇ．３　Ｅ胁ｏｆ　ＩＩｇ　ｅｎｅｒｇｙ￡ｍｌ如Ｐｈ帽ｐｌ】蛐ｒａｔｅ　
ｃｔｍａｔａｎｔ　
特殊钢　第２ｌ卷　
（１）降低反应温度，１　３００℃低温有利于脱磷　
反应进行；　（２）提高钢水、炉渣的氧化性，有利于脱磷反　应；　（３）提高钢中磷的活度和增加渣量，有利于　脱磷反应；　（４）适当的碱度；　（５）对熔池进行强力搅拌。　２铁水同时脱Ｐ、脱Ｓ技术　通常，采用铁水运输设备（混铁车或铁水罐）　进行铁水“三脱”预处理（脱ｓｉ、脱Ｓ和脱Ｐ）时，采　用铁水同时脱磷脱硫工艺。实现铁水同时脱硫脱　磷的基本条件是控制炉渣的氧位。如图４所示，　控制炉渣氧位为Ｐｎ：（１Ｏ　～ｌＯ　）ａｔｌｌｌ，可保证　同时脱Ｐ、脱Ｓ　Ｊ。　喜　ｍ　图４铁水同时脱Ｐ、脱Ｓ的热力学条件　ｃ１　Ｂ　１０１　３２５　ｋＰ日）　Ｆ　４　Ｔｈｅｎｎｏｄｙｍ，ｍｅｓ￣ｎｄｉ＇ｄｏｎ　ｏｆ　ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ　ｄ印｜ｌ瑚一　ｐｌＩ∞　ｒＩｇ　ａｎｄ　ｄ　ｌｌｐｈ　ｉｎ　ｈｏｔｍｅｔａｌ　铁水同时脱Ｐ、脱Ｓ工艺的基本操作为：　（１）严格控制铁水初始［ｓｉ］　含量，随铁水　［Ｓｉ］　的升高，脱磷效果明显降低。为保证脱磷效　果，要求铁水初始［ｓｉ］。＜０．１５％。　（２）采用高ＣａＯｔＳｉ０２比操作，提高炉渣碱度。　炉渣碱度控制在Ｒ＝６时，可以得到很好的脱磷　（图５）、脱硫效果　。　
（３）严格控制预处理温度在１　２８０～１　３５０℃　
范围内，可控制熔池脱碳，并保证良好的脱磷效果　
（详见图６）　。　

（ｃａｏ）／（ｓｌ　）　
图５炉渣碱度对脱磷的影响　
Ｆｉｇ　５　Ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｄ　ｂａｓｉｅｉｔ－ｙ　ｏｎ　ｄｅｐｈｏｓｌ￣ｒｉｚａｔｉｏｎ　０ｆ　
ｍｅｔａｌ　

也　
链　
霉　

脱磷后温度／℃　
图６处理温度对脱磷效率的影响　
Ｆｉｇ　６　Ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｌ：ｒｃａｔｎｌｃ￣ｌｔ　ｔ　ｑ　ｏｎ　ｄｅｐｈｏｓｐｈｏｒｉｚａｌｉｏｎ　
ｏｆｍｅｔａｌ　

（４）采用ＣａＯ＋ＦｅＯ（铁皮或红泥）＋２０％　
Ｎａ２０（或ｃａｃｋ）作“三脱”粉剂，消耗量波动在ｌ５　
２０　ｋｇ／ｔ铁。添加ＣａＣＩ２有利于提高渣中ＦｅＯ的　
活度（降低渣中ＦｅＯ含量，利于脱硫）并降低渣中　
Ｐ１　的活度　
（５）在避免喷溅和熔蚀耐火材料的前提下，　
尽可能提高氧的使用比例，避免处理过程太幅度　
第６期　刘浏：超低磷钢的冶炼工艺　
降温。　
３转炉铁水预处理工艺　
采用转炉作为铁水预处理容器，有许多好外：　
（１）炉容比大，对铁水脱ｓｉ没有苛刻的要求　
（一般要求铁水Ｓｉ＜Ｏ．４％）；　
（２）渣钢反应可采用精炼转炉渣作为脱磷　
剂，处理方法比较简单；　

（３）可采用全部氧气操作．处理过程热效率　
高；　
（４）适宜大批量处理，实现全量铁水“三脱”　
预处理。　
转炉进行铁水预处理，主要有Ｈ炉、ＳＲＰ法和　
Ｑ—ＢＯＰ法三种工艺　表１给出了三种工艺的技术　
比较。　

表１转炉铁水预处理工艺方法比较　
Ｔａｂｌｅ１　ｏ　ｍ　ｏｆｂ　ｍｅｔａｌｌａ￣ｒｅｔｒｅａｔｍｍｔｍｅｔｌｍ￣　￣ｌｌｔＶ０ｅｌ－ｔｅｌ－　

比较三种转炉铁水预处理工艺，ＳＲＰ法是值　
得推荐的方法，其优点主要是：　
（１）采用转炉“双联”工艺，预处理铁水供精　
炼转炉用，精炼转炉渣作为脱磷剂供脱磷炉使用。　
吨铁消耗ＣａＯ　２０～２５　ｋｇ，可使铁水含Ｐ量降到　
０．０１１％：　
（２）采用低碱度造渣工艺，获得较高的脱Ｐ、　
脱Ｓ效率（图７）。　；　
（３）热效率高，可熔化５％一７％的废钢；　
（４）生产效率高，纯处理时间仅１３　ｍｉｎ。　（ｃ∞）　ｃ２）　

４超低磷钢冶炼工艺　
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８所示。　
超低磷钢（［％Ｐ］≤５０×１０　）冶炼的基本工艺要　

图７炉渣碱度对脱磷的影响　
Ｆｉｇ．７　Ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ她ｈａｓｉｅｉｔｙ　ｏｌｌ　ｄｅｐｈｏｓｐｈｕｆｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｔｅｅｌ　

求是　
（１）高炉低硅操作，控制铁水　ｓＪ］＝０．４％　
特殊钢　第２１卷　
（２）全量铁水预处理脱磷，处理终点磷含量　
％Ｐ］４０．０１０％；　
（３）转炉冶炼深脱磷，调整炉渣成分确保　
（％Ｐ），［％Ｐ］Ｉ＞２．０，并增大渣量；　
（４）控制较低的钢水残ｇ－ｎ含量，提高炉渣脱　

磷效率；　
（５）采用弱脱　沸腾出钢工艺，避免钢水回　
磷；　
（６）适当降低出钢温度。　

图８超低磷钢的生产工艺流程　
Ｆｉｇ　８　ｌ￣ｏｄｕｃｆｉｏｎ　ｒｏｕｔｅ　０ｆ　ｅｘｔｒａ－ｌｏｗ　ｐＩ－棚ｐｈｏｒＩｌｓ　ｓｔｅｅｌ　

５结论　
（１）与炉渣平衡的气相Ｐ　决定了脱磷反应　
产物。当Ｐｎ≥１０　为氧化脱磷工艺，随Ｐ０’的　
降低，钢中［％Ｐ］降低。脱磷反应速度决定于熔　
池搅拌强度。　
（２）当炉渣氧位控制在Ｐ　＝１０　。一１０　‘范　

围内可实现铁水同时脱Ｐ、脱ｓ。铁水同时脱Ｐ、　
脱Ｓ的条件是铁水［％　］４０．１５％，采用喷粉工　
艺造高碱度炉渣（Ｒ一６）的高Ｃａ／Ｏ比工艺。　
（３）采用转炉进行铁水“三脱”易于实现全量　
处理。控制渣碱度Ｒ＝２．５—３．０，在１０　ｒａｉｎ处理　
时间内脱Ｐ率　≥９ｏ％；脱ｓ率ｒｔｓＩ＞４０％。　
（４）对于不同的成品磷含量，可采用不同的　
工艺组合实现超低磷钢生产。　

参考文献　
１月桥文孝．又÷　一ｙ穸　老忙上马脱ｉＪ　限界大量生产规　
模｝＝粘时为不纯物元素０精炼限界．１９ｏ６，（３）：１７６　
２　Ｈｅａｄｙ　ＣＷ．Ｔ＇ｌｅＩｒｃｔａｒｏＢ．Ｓｔｅｅｌｌｒ￣ｆｉｌｕｔｅ　Ｊｕｌｙ，１９７０：６６４　
３月桥文孝材料　７口Ｐ－ｚ．１９９１，（４）：１８０　
４　Ｔ删　Ｏｈｎｉｓｈｉ．Ｎｅｗ　Ｓｔｅｅｌｍａｋｉｎｇ　ｓｙ　ｆｏｒ　ｓｌ　Ｇｅｍ　Ｓｔｅｅ１．　
Ｓｔｅｅｈ￣，ｐｅａｎ￣ｒｍｃｅ　ＰＩ∞　ｒ　．１９８６．．（７３）：２１５　
５森一美铁Ｅ钢，１９８１．（６＂／）：６７２　
６　Ｓａｓｔ＆ｉｋ．Ａ　Ｎｅｗｌｙ　Ｄ　ｌｑ　Ｈ　ｄＩ＇Ｉｔｃａｎｅｔｚ］Ｔｒｅａｔｍ￣ｔ　ｈａ日凸９ｄ　
Ｉｄｅａ　ｏｆ　Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｐｕｒｅ　Ｓ州．　Ｐｃｏｒ￣＇ｅｒｅｔｚｅｅ　Ｐｒｏｅｏｅ．ｄ—　
ｉｎｇｓ．１９８６．（７３）：８５　
７田芳明铁Ｅ钢．１９９０，７６（１１）：１５２　
８吉田克磨铁　钢．１９９０，７６（１１）：５３　

刘　测，男，４９岁，教授级高工。毕业于北京钢铁学院冶　
金系．主要从事超纯净钢冶炼技术及转炉、电孤炉工艺与　
设备研究。　

收稿日期：２０００－０６－１５