复吹转炉双联工艺冶炼X80管线钢脱磷试验研究_赵斌.pdf

书书书基金项目:西昌学院博士启动基金资助项目(YBZ202208);西昌学院两高人才基金资助项目(LGLZ202103)作者简介:赵斌(1986 )，男，博士;讲师;E-mail:zhaobin03_18163 com;收稿日期:2022-12-07DOI:10 20057/j 1003-8620 2022-00211复吹转炉双联工艺冶炼 X80 管线钢脱磷试验研究赵斌1，张娜1，彭国宏1，汪成义2，吴伟2，吴巍2(1 西昌学院，机械与电气工程学院，西昌 615000;2 钢铁研究总院有限公司冶金工艺研究所，北京 100081)摘要:结合某厂生产 X80 管线钢实际状况，对复吹转炉双联工艺的炼钢脱磷过程进行试验，研究转炉炉渣碱度和氧化性对脱磷的影响。结果表明:在铁水磷含量为 0 118%和0 116%，脱磷炉和脱碳炉终点渣碱度 CaO/SiO2分别为 1 6 2 0、3 3 4 1，T Fe 含量分别为 10%15%、20%35%的条件下，脱磷炉脱磷率最高达50 85%，平均为 38 35%，终点脱磷率最高为 95 69%，平均为94 88%，冶炼终点钢水磷含量控制在 0 007%以下，最低0 005%，满足 X80 管线钢生产要求。关键词:X80 管线钢;复吹转炉;双联工艺;脱磷Experimental Study on Dephosphorization of X80 Pipeline Steel byDuplex Steelmaking Technology for Combined Blowing ConverterZhao Bin1，Zhang Na1，Peng Guohong1，Wang Chengyi2，Wu Wei2，Wu Wei2(1 School of mechanical and electrical engineering，Xichang University，Xichang 615000;2 Metallurgical Technology esearch Institute，Central Iron Steel esearch Institute Co，Ltd，Beijing 100081)Abstract:Combined with the actual situation of X80 pipeline steel production in a factory，the dephosphorization process ofcombined blowing converter duplex process was tested，and the influence of basicity and oxidizability of converter slag ondephosphorization was studied The results show that when the phosphorus content of hot metal is 0 118%and 0 116%，the alkalinity of the end slag CaOSiO2of dephosphorization furnace and decarburization furnace is 1 6-2 0 and 3 3-4 1 re-spectively，and the content of T Fe is 10%-15%and 20%-35%respectively，the dephosphorization rate of the dephospho-rization furnace is as high as 50 85%，the average is 38 35%，the end dephosphorization rate is the highest 95 69%，theaverage is 94 88%，and the phosphorus content of the molten steel at the end of smelting is controlled below 0 007%，theminimum is 0 005%，meeting the production requirements of X80 pipeline steelKey Words:X80 Pipeline Steel;Combined Blowing Converter;Duplex Process;Dephosphorization对于绝大多数钢种来说，磷是钢中有害元素之一，作为杂质元素磷能够恶化钢材使用性能，必须在冶炼环节尽可能去除。钢中磷含量越高在钢水的凝固过程中产生偏析越严重，钢材冲击性能降低就越大。磷也能够降低钢水表面张力，很容易聚集在结晶边界处，导致钢材的局部组织异常，降低了钢材的抗热裂纹性能，容易引起“冷脆”，对焊接使用功能也有不利影响。目前低温容器用钢、海洋平台用钢、油井管钢、高级别管线钢等均要求磷含量极低，采用常规单渣法工艺冶炼无法满足超低磷钢的要求，高级别的X80 管线钢对钢中磷含量有严格要求。钢厂结合自身工艺装备特点，采用转炉双联工艺，高炉铁水先兑入脱磷转炉，利用铁水低温条件，有利于脱磷反应正向进行，这个过程先脱除铁水一部分磷，另一座转炉接受来自脱磷炉的低磷铁水脱碳，这个过程也会脱去一部分磷，以上两过程控制钢中磷含量90 106，充分发挥转炉双联冶炼的优势1-4。1钢厂 X80 管线钢生产工艺流程钢厂热轧部共有3 座公称容量200 t 复吹转炉，一座脱磷炉，两座脱碳炉，双工位 LF 两座和两座H，以及 2 台直弧型两流连铸板坯连铸机，年产合格板坯 600 万 t 左右，其中大部分是 P0 02%的优质钢，要求出钢 P 0 015%。X80 管线钢生产采用转炉双联工艺，其成品磷含量控制在 120 106，生产工艺流程为:K 脱硫脱磷转炉脱碳转炉LF 精炼处理H 精炼处理连铸。25第 44 卷第 2 期特殊钢Vol 44 No 22023 年 4 月SPECIAL STEELApril20232试验方案现场首次试验共生产 2 炉 X80 管线钢。根据现场炉况和生产节奏要求，铁水预处理脱硫，控制入炉铁水 S 0 005%，将铁水、废钢加入转炉，使用自产优质废钢，不得使用生铁块、钢渣。脱磷炉要在低供氧强度下脱磷脱硅，并抑制铁水升温过高以防止碳的氧化，根据铁水硅含量，脱磷炉使用恒流量吹炼，供氧强度 2 22 m3/(t min)，底吹强度为0 08 m3/(tmin)。脱磷炉目标碱度1 8 2 2，半钢温度控制在 1 340 1 380;脱碳炉终点温度控制在 1 665 1 685，终点 P0 009%，全程底吹氩气。生产过程中在脱磷和脱碳炉每炉铁水入炉前、拉碳结束后各取一钢样，另外在转炉出钢时取渣样。铁水成分和温度见表 1。3试验结果及分析3 1试验结果脱磷终点和脱碳终点钢、渣成分及温度见表 2和表3，由表3 可知，H01C 脱磷炉渣(CaO)/(SiO2)碱度()是 1 37，T Fe 为 10 67%，钢 水 温 度1 361，脱磷率 25 85%，P2O5/P 磷分配比 Lp是35;H01D 脱 碳 炉 渣 碱 度 是 4 15，T Fe 为33 74%，钢水温度 1 672，脱磷率 94 18%，磷分配比 Lp是 320。H02C 脱磷炉渣碱度 是 1 70，T Fe 为 13 08%，钢 水 温 度 1 366，脱 磷 率50 85%，磷分配比 Lp是 36;H02D 脱碳炉渣碱度 是3 27，T Fe 为18 35%，钢水温度1 684，脱磷率87 93%，磷分配比 Lp是 232。由表 1 和表 2 数据做图 1，由图可知钢中碳、磷终点成分变化，图1(a)为第1 炉(H01)，图1(b)为第2 炉(H02)。图1(b)的脱磷炉终点磷含量比图1(a)表 1铁水温度和成分Table 1Composition and temperature of molten iron炉号温度/成分/%CSiMnPSH011 3064630370 110 1160 002H021 4034570640 150 1180 002表 2钢水温度和成分Table 2Composition and temperature of molten steel炉号温度/成分/%CSiMnPSH01A1 3614000220 040 0860 005H01B1 6720032000500180 0050 004H02A1 3663500220 020 0580 005H02B1 6840035000400120 0070 005标注:H01A 是第 1 炉铁水脱磷终点成分和温度，H01B 是第 1 炉铁水脱碳终点成分和温度，H02A 是第 2 炉铁水脱磷终点成分和温度，H02B 是第 2 炉铁水脱碳终点成分和温度。表 3炉渣成分和 Table 3Slag composition and 炉渣成分/%T FeMnOMgOSiO2Al2O3TiO2P2O5CaO(CaO/SiO2)H01C10675 873 4530 031092 413064100137H01D33740 946 829 240640221603839415H02C13 082 936 3225 741432 022104386170H02D18351 068 9615 230890 3116349 8327标注:H01C 是第 1 炉铁水脱磷终点炉渣成分，H01D 是第 1 炉铁水脱碳终点炉渣成分，H02C 是第 2 炉铁水脱磷终点炉渣成分，H02D 是第 2 炉铁水脱碳终点炉渣成分。图 1钢中碳、磷成分变化:(a)第 1 炉(HO1);(b)第 2 炉(HO2)Fig 1Change of carbon，phosphorus composition in steel:(a)HO1;(b)HO235第 2 期赵斌等:复吹转炉双联工艺冶炼 X80 管线钢脱磷试验研究低 32 55%，碳含量低 12 5%，由于首次试验，根据第 1 炉的试验生产实际状况，采用转炉副枪和烟气分析联合应用动态控制对模型参数调整(供氧强度，氧枪枪位，加料过程)降低脱磷转炉终点磷含量。终渣碱度3 0 4 0，炉渣中 T Fe 控制在 20%左右，顶吹降低供氧流量、提高氧枪枪位、增加底吹流量，经约 12 min 的吹炼，保证转炉终点磷含量控制在75 106，试验结果证实，转炉终点钢水磷控制得较好。3 2铁水中磷的氧化反应研究表明5，铁水中磷的氧化及其实际自由能变化如式(1)所示。2 P+5(FeO)+3(CaO)=(3CaOP2O5)+5 FerG=632 160+37 8T+Tln(P2O5)(P2O5)(FeO)55FeO P2f2P(1)由式(1)中 rG=0，可得:378T+Tln(P2O5)(P2O5)(FeO)55FeO P2f2P 631 260=0(2)磷分配比的定义式如下:LP=(P2O5)P(3)由式(2)和式(3)可得，磷分配比 LP的计算式为(4)。lgXP2O5 P=5lgFeO+5lgFeO+2lgfP lg PlgP2O5+33 012/T 1 98(4)其中:P2O5脱磷渣中 P2O5的摩尔分数;FeO脱磷渣中 FeO 活度;FeO脱磷渣中 FeO 活度系数;fP铁水中磷的活度系数;P 铁水中磷的质量分数;P2O5脱磷渣中 P2O5活度系数;T温度，K。由式(4)可知，若要提高 P 在渣铁间的分配比，可以采取以下方法:提高渣中 FeO 含量;降低熔池温度;降低脱磷渣中 P2O5的活度系数。3 3熔渣全铁含量和碱度对脱磷的影响通过渣中 T Fe 含量和碱度对磷分配比的影响关系的分析，第 1 炉(H01)和第 2 炉(H02)脱碳炉与脱磷炉渣中 T Fe 含量对比，脱碳炉要高于脱磷炉，渣/钢间的磷分配比脱碳炉优于脱磷炉，直观表现为随渣中