超低磷鋼生產技術

超低磷鋼生產技術第一頁，共四十四頁，2022年，8月28日目錄磷的來源與危害三種脫磷工藝：鐵水預處理、轉爐、爐外脫磷轉爐去磷技術的應用：雙渣法、脫磷爐去磷。超低磷鋼的生產技術第二頁，共四十四頁，2022年，8月28日鋼中磷的來源及對性能的影響高爐冶煉是不能脫磷的，礦石、焦炭、石灰中的磷幾乎全部進入生鐵；煉鋼過程中加入的廢鋼、造渣料，脫氧合金化時加入的鐵合金，以及包襯等耐火材料中都含有一定量的磷。?磷在鋼中是溶于鐵素體中，磷在鋼液中的穩(wěn)定存在形式是Fe2P，Fe3P，結晶過程易偏析。?磷能顯著降低鋼的韌性，尤其是回火韌性和低溫沖擊韌性，即提高鋼的冷脆性。?磷在鋼水凝固過程中的偏析比較嚴重，容易使鋼的局部組織異常，造成機械性能不均勻，磷還會引起腐蝕疲勞和焊接開裂。?細化晶粒，提高鋼的屈服強度和抗拉強度。在低碳鋼中，通過快速凝固技術和熱機械處理工藝能夠有效的改善強度和塑性間的平衡，可以使鋼的強度提高1.5倍。?增強鋼的抗大氣腐蝕能力；?提高電工鋼的磁性；?改善鋼材切削加工性能；?減少熱軋板的粘結等。

第三頁，共四十四頁，2022年，8月28日超純凈鋼中磷的發(fā)展水平有些鋼種對磷含量有較高的要求，例如生產汽車用表面硬化優(yōu)質合金鋼、深沖鋼、鍍錫板、超低碳鋼或IF鋼、軸承鋼、高級別管線鋼、低溫用鋼以及海洋用鋼等對鋼中磷含量都有很高的要求。從純凈鋼概念提出以來，磷作為其中的一個重要組成部分，這些鋼種對磷含量的要求越來越高。1989年[12]，新日鐵名古屋廠對薄板提出[P]≤20ppm的要求，超低磷鋼目標成分為：[P]≤20ppm、[S]≤30ppm、[C]≤30ppm。

不同時期高級別管線鋼和超低碳IF鋼中磷的水平

第四頁，共四十四頁，2022年，8月28日鐵水預處理脫磷常用鐵水預處理脫磷渣系

氧化脫磷劑組成：氧化劑、固定劑和促進劑。

氧化劑：將金屬液的磷氧化進入爐渣中，主要是采用氧氣和穩(wěn)定性較強的非金屬氧化物Fe2O3、FeO、MnO2等。固定劑：與磷的氧化物生成穩(wěn)定的化合物，可降低活度并防止回磷，常用的有CaO、BaO、Na2O等。促進劑：促進劑：有CaF2、CaCl2、CaCO3等，可改善反應的動力學條件。石灰基渣:石灰來源廣，價格低，并與硫及磷的氧化物有很強的結合能力，是鋼鐵冶金中廣為應用的造渣材料。代表性的研究及應用結果如下頁表所示。第五頁，共四十四頁，2022年，8月28日石灰基脫磷劑組成及脫磷效果

第六頁，共四十四頁，2022年，8月28日蘇打基渣：脫磷能力很強，有比石灰系渣系大得多的磷容量，且可以同時取得高脫硫率。Na2CO3具有氧化劑和固定劑的雙重作用，熔點低、熔化后流動性好，單獨使用就能有效的脫磷。但處理過程中污染嚴重，對耐火材料的侵蝕嚴重，處理過程中鐵水溫降大，價格高。Na2CO3和SiO2混合熔融成為偏硅酸鈉類鹽類，如Na2O·2SiO2、2Na2O·3SiO2、Na2O·SiO2等，再將這些物質與Fe2O3等氧化物按一定比例混合后加入到鐵液面上進行脫磷，這樣脫磷反應比較平穩(wěn)，鈉的氣化揮發(fā)大大減少。使用Na2O·SiO2＋20%Fe2O3

進行鐵水脫磷，1600℃條件下，可將鐵水中磷由0.1%脫到0.01%，而且反應時間很短。蘇打渣和石灰渣系相互滲透，可互為補充。向蘇打渣中加入CaO即可發(fā)揮蘇打同時脫P、S的能力，防止回磷的能力，又能降低Na2O的揮發(fā)損失；向石灰渣中加入少量Na2O可以增加鐵水脫磷能力；Na2O有利于降低CaO渣的熔點，改善渣的流動性，增加渣的磷容量。第七頁，共四十四頁，2022年，8月28日鐵水預處理脫磷工藝在鐵水包或魚雷車中進行鐵水脫磷預處理新日鐵的ORP生產工藝第八頁，共四十四頁，2022年，8月28日住友金屬的SARP工藝

第九頁，共四十四頁，2022年，8月28日鐵水包或魚雷車內脫磷預處理的特點

:該種方法直接鐵水包或魚類車內進行，無需換包操作。但是脫磷過程中鐵水的溫降較大，通常需要吹氧來補充溫降，補償溫降時噴濺比較嚴重，而且鐵水包或魚雷車的容積小，反應較慢，效率低。

第十頁，共四十四頁，2022年，8月28日用轉爐進行鐵水脫磷預處理的工藝

日本神戶制鋼神戶的H爐，新日鐵的LD-ORP、住友的SRP、NKK福山廠的少渣冶煉技術、首鋼京唐公司的“全三脫冶煉工藝”煉鋼技術等。

神戶制鋼H爐處理工藝流程

第十一頁，共四十四頁，2022年，8月28日住友金屬的SRP（SimpleRefiningProcess）工藝

兩臺復吹轉爐中的一臺作為脫磷爐，另一臺作為脫碳爐。脫碳爐產生的爐渣可作為脫磷爐的脫磷劑，從而減少石灰的消耗，達到穩(wěn)定而快速的精煉效果，少渣吹煉條件下提高了錳的收得率。第十二頁，共四十四頁，2022年，8月28日首鋼京唐公司“全三脫煉鋼”工藝第十三頁，共四十四頁，2022年，8月28日轉爐內脫磷預處理的特點（1）與混鐵車內或鐵水包中進行的鐵水預處理相比，在轉爐內進行脫磷預處理的優(yōu)點是轉爐的容積大、反應速度快、效率高。可節(jié)省造渣劑的用量，吹氧量較大時也不易發(fā)生嚴重的噴濺現象，有利于生產超低磷鋼，尤其是中、高碳的超低磷鋼。（2）在轉爐內進行鐵水預處理時脫磷劑有噴粉加入和直接加入兩種方式。神戶制鋼的H爐和新日鐵的LD－ORP爐是用噴粉法加入，其特點是反應速度快、效率高，缺點是需增設噴粉設備。NKK福山廠、住友金屬的SRP和首鋼京唐公司的“全三脫煉鋼”工藝直接將脫磷劑加入爐內，利用較強的底吹攪拌，也能達到較好的脫磷效果，但為了化渣良好，也要采取一定措施。

第十四頁，共四十四頁，2022年，8月28日爐內（轉爐、電爐）脫磷轉爐爐內脫磷工藝的發(fā)展

貝塞麥轉爐（1855年亨利·貝塞麥，底吹酸性轉爐煉鋼法）→

托馬斯底吹轉爐（1878年托馬斯，堿性爐襯，解決了高磷生鐵煉鋼的問題。）↗平爐煉鋼（1864年發(fā)明，酸性平爐→堿性平爐）↘頂吹氧氣轉爐（1952年，LD－AC法、OLP法、旋轉轉爐等）↖解決了高磷底吹氧氣轉爐（1967年

OBM法，1971年

Q-BOP法）↙鐵水的冶煉問題→頂底復合吹煉轉爐（70年代中后期）電爐爐內脫磷氧化法可分為補爐、裝料、熔化期、氧化期、還原期、出鋼六個階段。熔化期可以去掉部分磷，氧化期去除鋼液中的磷到規(guī)定的限度，還原期未扒干凈的氧化渣還原，鋼液增磷，另外，還原期加入的鐵合金也帶入部分磷。隨著高級別脫磷劑的開發(fā)及二次精煉技術的發(fā)展，電爐中脫磷工藝不斷提高。第十五頁，共四十四頁，2022年，8月28日鋼水爐外脫磷鋼水爐外脫磷渣系及工藝

CaO-CaF2-FetO渣系

第十六頁，共四十四頁，2022年，8月28日寶鋼生產試驗京唐生產汽車板等冷軋產品，轉爐未脫氧出鋼，出鋼加石灰和螢石，可以脫磷0.002～0.005％。第十七頁，共四十四頁，2022年，8月28日Na2CO3渣系

Na2CO3的脫磷能力很強，有比石灰系渣大得多的磷容量，且可同時提高脫硫率，熔點低，熔化后流動性好，單獨使用就能有效的脫磷。但是它的沸點低，易蒸發(fā)形成煙霧，利用率低，成本高，對耐火材料侵蝕嚴重，而且在脫磷過程中易出現回磷，[C],[Si]含量高時，會加重這一趨勢，用量少時，回磷早且明顯，故它常與其它渣料配合使用。

第十八頁，共四十四頁，2022年，8月28日BaO基渣系

BaO是提高渣系堿度的最有效堿性氧化物，而高堿度是脫磷的有利條件，BaO可以大大降低渣中PO2.5的活度，提高渣的磷容量。由于渣中含有(FeO)，對包襯侵蝕嚴重，國內外正在開展不含或少含(FeO)的Ba系渣。由于Ba系渣的高磷容量及脫磷率，他主要用于脫磷條件較高的不銹鋼以及錳鐵、鉻鐵合金的脫磷，

在電爐不銹鋼返回冶煉中[54]，

★BaCO3－BaCl2渣，加入量為160－200kg/t，45%－68%的脫磷率

，采用倒包沖混脫磷，脫磷效果更顯著?！顲aO－BaO－CaF2－CaCl2渣用于鉻鐵合金脫磷[60]，14000C時，加入量為1/10時，就可以獲得大于50%的脫磷率，而且無鉻損。

★CaO=15~20%,BaO=60~65%,CaF2=20%,IF鋼水，加入量為鋼水量的10%，可獲得平均67%的脫磷率?？梢?，即使在渣中不含FeO的情況下，憑鋼水自身殘氧亦可獲得較高的脫磷效果，BaO在低氧化性氣氛下就有較好的脫磷效果。但在低氧化性氣氛下，BaO渣系較粘稠，渣的利用率低，實際生產中應注意CaF2的使用。第十九頁，共四十四頁，2022年，8月28日CaO系渣中添加Na2O、BaO等強堿性氧化物

鈣系渣中添加少量Na2O、BaO、Li2O、K2O等強堿性氧化物，可以提高鈣系渣的磷容量，大大提高氧化鈣基熔劑的脫磷效果。

第二十頁，共四十四頁，2022年，8月28日三種去磷工藝的對比第二十一頁，共四十四頁，2022年，8月28日轉爐去磷技術轉爐脫磷的熱力學理論分析轉爐雙渣法和兩步煉鋼法生產低磷鋼。第二十二頁，共四十四頁，2022年，8月28日轉爐冶煉脫磷熱力學理論分析轉爐內的脫磷反應可表示為：

熔池反應：2[P]+5[O]=(P2O5)渣鋼反應：(P2O5)+3(CaO)=(3CaO·P2O5)復吹轉爐煉鋼條件下脫磷過程的主要影響因素和脫磷限度。衡量脫磷限度指標Lp＝(%P)/[%P]，其中(%P)指渣中磷含量，[%P]指鋼中磷含量；Lp越大說明鋼中磷轉移到渣中的磷越多。我們追求高的Lp值。第二十三頁，共四十四頁，2022年，8月28日轉爐冶煉脫磷熱力學理論分析STB復吹轉爐脫磷經驗式：

Lg(%P)/[%P]=12210/T-9.332+0.745lg(%T.Fe)+2.358lg(%CaO)由上式看出，T越低，Lp＝(%P)/[%P]越大%T.Fe越高，Lp＝(%P)/[%P]越大(%CaO)越高，Lp＝(%P)/[%P]越大脫磷的有利熱力學條件是：低溫，高氧化性、高堿度爐渣第二十四頁，共四十四頁，2022年，8月28日轉爐冶煉脫磷熱力學理論分析溫度對脫磷的影響溫度，Lp℃9241600℃91低溫條件下利用去磷，采用前期雙渣法冶煉，1350℃時倒渣，將脫磷渣倒去。雙渣法、脫磷爐第二十五頁，共四十四頁，2022年，8月28日轉爐冶煉脫磷熱力學理論分析氧化性對脫磷的影響鐵水條件隨TFe升高，Lp增大；二煉鋼雙渣法冶煉，爐渣TFe范圍如圖中藍圈所示，TFe：12～18％,Lp=600~900第二十六頁，共四十四頁，2022年，8月28日轉爐冶煉脫磷熱力學理論分析氧化性對脫磷的影響鋼水條件隨TFe升高，Lp增大；二煉鋼單渣法冶煉，爐渣TFe范圍如圖中藍圈所示，TFe：12～18％,Lp=80~100第二十七頁，共四十四頁，2022年，8月28日轉爐冶煉脫磷熱力學理論分析堿度對脫磷的影響無論是低溫的鐵水條件還是高溫的鋼水條件，隨堿度（CaO）增加，Lp增加，高堿度利用脫磷。第二十八頁，共四十四頁，2022年，8月28日轉爐冶煉脫磷熱力學理論分析－雙渣工藝前面分析表明：低溫條件下脫磷有熱力學的絕對優(yōu)勢，煉鋼采取前期雙渣去磷效果最好。低溫的鐵水脫磷，脫磷渣強調的是合適的堿度，較高的氧化性，目前國內外研究及實踐表明，爐渣堿度R＝2.0~2.5,TFe≥12％，通常15%左右，可以獲得較好的脫磷效果。第二十九頁，共四十四頁，2022年，8月28日轉爐冶煉脫磷熱力學理論分析－雙渣工藝但受實際脫磷動力學條件的限制，脫磷潛力不能完全發(fā)揮，因此為充分發(fā)揮低溫脫磷的效果，要創(chuàng)造良好的脫磷動力學條件，為此要求：爐渣有良好的流動性；增強底吹氣體的強度加強攪拌；較長的低溫脫磷時間。結合生產實際，采用前期雙渣冶煉時，為保證前期脫磷效果，前期溫度控制在1330～1380℃

。第三十頁，共四十四頁，2022年，8月28日轉爐冶煉脫磷熱力學理論分析－雙渣工藝高溫條件下鋼水脫磷，沒有了低溫的優(yōu)勢，爐渣強調的是高堿度、高氧化性。根據轉爐終點碳的含量，爐渣堿度、氧化性也不同。低碳鋼，如管線鋼，爐渣R≥4，TFe＝25～40％，爐渣強掉高堿度固磷。高碳鋼高拉碳，如82B，爐渣R＝3.2~4，TFe＝15～18％，爐渣強調高氧化性脫磷。第三十一頁，共四十四頁，2022年，8月28日轉爐冶煉脫磷熱力學理論分析－雙渣法應用，首鋼二煉鋼高碳鋼高拉碳前面熱力學分析的結果表明，高碳鋼高拉碳操作，去磷的技術環(huán)節(jié)包括：利用前期低溫去磷，雙渣操作，然后倒掉高磷渣。中后期保持較高的爐渣氧化性，TFe＝15～18％，避免中后期強烈脫碳過程的爐渣返干“回磷”。第三十二頁，共四十四頁，2022年，8月28日第一次試驗－優(yōu)化雙渣工藝冶煉效果雙渣時磷：0.022~0.038%，明顯改善。拉碳時磷：0.014~0.020%，拉碳時碳：0.41~0.68%第三十三頁，共四十四頁，2022年，8月28日第一次試驗－優(yōu)化雙渣工藝冶煉效果第三十四頁，共四十四頁，2022年，8月28日第一次試驗－優(yōu)化雙渣工藝冶煉效果第三十五頁，共四十四頁，2022年，8月28日第一次試驗－優(yōu)化雙渣工藝造渣制度頭批石灰、礦石用量合適；6C07064用輕燒，爐渣粘。