本發(fā)明涉及一種超低磷鋼的冶煉方法，屬于金屬材料冶煉技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

磷是鋼中的有害元素，容易在晶界偏析，造成鋼材“冷脆”，顯著降低鋼材的低溫沖擊韌性，引起鋼的低溫脆性和回火脆性。高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼中對(duì)磷含量的要求越來(lái)越嚴(yán)格，特別是對(duì)于低溫用鋼、海洋用鋼、抗氫致裂紋鋼等要求磷含量小于0.010%或0.005%。

隨著市場(chǎng)對(duì)高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼需求量的增加，低磷鋼、超低磷鋼作為純凈鋼生產(chǎn)環(huán)節(jié)中不可缺少的一部分，受到越來(lái)越多的關(guān)注，采用新技術(shù)新工藝盡可能降低鋼中磷含量成為眾多鋼鐵企業(yè)的主要研究方向。

超低磷鋼一般指鋼中磷含量≤0.005%的鋼，國(guó)內(nèi)外企業(yè)開(kāi)發(fā)了多種鋼水脫磷及冶煉超低磷鋼的方法。上世紀(jì)80年代初期，以新日鐵和住友為代表的日本鋼鐵企業(yè)及我國(guó)太鋼、寶鋼相繼開(kāi)發(fā)應(yīng)用了鐵水罐、魚(yú)雷罐中鐵水預(yù)處理脫磷技術(shù)，但由于鐵水溫降大、反應(yīng)界面小、廢鋼比低(≤5％)、脫磷爐渣處理難(堿度過(guò)高)、處理效率差等，以及受現(xiàn)場(chǎng)條件限制，國(guó)內(nèi)各鋼鐵企業(yè)又研究采用了轉(zhuǎn)爐爐內(nèi)單渣法、留渣法、雙渣法、雙渣留渣法等進(jìn)行鋼水的脫磷，但單渣法適用全新料，雙渣法存在前期倒渣溫度低，渣料融化效果不好的現(xiàn)象，留渣法兌鐵過(guò)程容易噴濺造成安全隱患，上述方法同樣存在脫磷不穩(wěn)定的問(wèn)題；20世紀(jì)90年代中后期，日本及國(guó)內(nèi)寶鋼開(kāi)發(fā)了轉(zhuǎn)爐雙聯(lián)工藝技術(shù)，隨后首鋼、重鋼和鞍鋼也都選用了雙聯(lián)法煉鋼工藝，但是雙聯(lián)工藝要求必須采用兩個(gè)轉(zhuǎn)爐，一個(gè)作為脫磷轉(zhuǎn)爐，一個(gè)作為脫碳轉(zhuǎn)爐，且需要半鋼鋼包實(shí)施中間環(huán)節(jié)的倒運(yùn)，溫度損失大，并且受裝備水平和車(chē)間改造難度限制，不能普及使用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種超低磷鋼的冶煉方法，將“主吹煉”與“補(bǔ)吹煉”有效結(jié)合，通過(guò)補(bǔ)吹、靜置時(shí)底攪、倒渣脫磷，出鋼雙擋減少回磷量等方式保證脫磷效果最大化，并且擺脫了裝備水平的限制，僅在轉(zhuǎn)爐單工序即可完成，脫磷效率達(dá)到96%以上。

本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：

一種超低磷鋼的冶煉方法，其包括下述步驟：

（1）入爐鐵水：C：4.0-4.6%，Si：0.35-0.75%，P：0.11-0.14%，Ti：0.05-0.1%，鐵水溫度1280-1350℃；

（2）主吹煉：拉碳時(shí)機(jī)為C：0.05-0.07%、溫度1600-1640℃、終點(diǎn)P≤0.012%，爐渣堿度3.0-3.4，渣中MgO含量7-8%，底吹供氣強(qiáng)度0.08-0.12 Nm³/t·min；吹煉結(jié)束后靜置時(shí)長(zhǎng)60s，倒渣量為30-40%；

（3）加料補(bǔ)吹煉：補(bǔ)吹目標(biāo)溫度為1650-1690℃；重新加入造渣料造渣，目標(biāo)堿度：3.5-4.0；終點(diǎn)P≤0.004%，補(bǔ)吹煉結(jié)束靜置90-120s；靜置時(shí)底吹供氣強(qiáng)度為0.15 Nm³/t·min；

（4）出鋼。

優(yōu)選的，補(bǔ)吹煉氧槍槍位1.8m。

優(yōu)選的，出鋼使用滑板擋渣+擋渣標(biāo)的雙擋模式，回磷量≤0.001%。

優(yōu)選的，所述補(bǔ)吹煉，加入造渣料輕燒白云石和回轉(zhuǎn)窯白灰塊，目標(biāo)堿度3.5-4.0；為升溫和防止后吹根據(jù)實(shí)際溫度與目標(biāo)溫度的差值加入硅鐵，硅鐵和造渣料加入情況如表1

表1 補(bǔ)吹煉過(guò)程渣料和硅鐵加入量（數(shù)據(jù)單位修改為kg/噸鋼，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了修改，請(qǐng)確認(rèn)）

△T=補(bǔ)吹目標(biāo)溫度-當(dāng)前實(shí)際溫度（L2根據(jù)一倒測(cè)溫及溫度損失速率計(jì)算）。

本發(fā)明主要是通過(guò)將“主吹煉”與“補(bǔ)吹煉”有效結(jié)合，對(duì)主吹過(guò)程結(jié)束時(shí)機(jī)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整確保終點(diǎn)P達(dá)到較低水平進(jìn)行倒渣、補(bǔ)吹煉階段重新造渣提高爐渣堿度脫磷，實(shí)現(xiàn)超低磷鋼（成品P含量≤0.005%）穩(wěn)定生產(chǎn)。

本發(fā)明設(shè)計(jì)“主吹煉”拉碳時(shí)機(jī)為C含量0.05-0.07%，拉碳溫度范圍為1600-1640℃，堿度范圍3.0-3.4，爐渣MgO含量范圍7-8%，吹煉過(guò)程底吹供氣強(qiáng)度0.08-0.12 Nm³/t·min，吹煉結(jié)束后靜置60s（底吹供氣強(qiáng)度0.15 Nm³/t·min）；靜置結(jié)束后倒?fàn)t倒渣30-40%；倒渣結(jié)束后，重新加料造渣（確保爐渣堿度3.5-4.0）并補(bǔ)吹（氧槍槍位1.8m）進(jìn)行再次脫磷，確保終點(diǎn)P達(dá)到≤0.004%，為升溫和防止后吹根據(jù)實(shí)際溫度與目標(biāo)溫度的差值加入適量硅鐵；補(bǔ)吹結(jié)束后進(jìn)行靜置90-120s（底吹供氣強(qiáng)度0.15 Nm³/t·min）；為避免出鋼過(guò)程下渣回磷，轉(zhuǎn)爐使用滑板擋渣+擋渣標(biāo)的雙擋模式，回磷量控制在0.001%，實(shí)現(xiàn)低磷鋼的穩(wěn)定生產(chǎn)。

本發(fā)明主要理論依據(jù)為在轉(zhuǎn)爐煉鋼過(guò)程中，磷不可能被氧直接氧化而去除，只有在它的氧化物（P₂O₅）與（CaO）相結(jié)合，生成穩(wěn)定的復(fù)雜化合物，才能將磷固定在渣中，從鋼水中去除。轉(zhuǎn)爐冶煉過(guò)程發(fā)生在鋼渣間的脫磷反應(yīng)主要是：

4（CaO）+2[P]+5（FeO）=（4CaO·P₂O₅）+5[Fe] （1）

（2）

從脫磷反應(yīng)方程式（1）中可以看出，適當(dāng)提高中爐渣中CaO、FeO 含量，能夠促進(jìn)脫磷反應(yīng)的進(jìn)行；

從反應(yīng)平衡常數(shù)公式（2）中可以看出隨著反應(yīng)溫度升高，平衡常數(shù)降低，不利于脫磷反應(yīng)的進(jìn)行。

轉(zhuǎn)爐冶煉過(guò)程脫磷反應(yīng)是在渣鋼界面上進(jìn)行的，脫磷速率主要受渣鋼兩側(cè)的傳質(zhì)速率控制。創(chuàng)造良好的渣鋼接觸條件，對(duì)提高脫磷速率十分必要；同時(shí)，爐渣良好的流動(dòng)性對(duì)提高渣鋼接觸面積，促進(jìn)脫磷反應(yīng)進(jìn)行有積極作用。因此，充分的攪拌能與適當(dāng)?shù)娜鄢販囟韧苿?dòng)鋼渣接觸，是促進(jìn)脫磷反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)條件。

本發(fā)明的設(shè)計(jì)要點(diǎn)：

（1）本發(fā)明主吹煉結(jié)束后，重新加料造渣并補(bǔ)吹，進(jìn)行再次脫磷，確保終點(diǎn)P達(dá)到≤0.004%；

（2）主吹煉和補(bǔ)吹結(jié)束后進(jìn)行靜置，靜置時(shí)進(jìn)行底攪，確保渣鋼充分反應(yīng)，保證脫磷效果。

（3）“主吹煉”結(jié)束后進(jìn)行倒渣操作，倒渣比例30-40%，目的將脫磷爐渣有效去除。

（4）為控制轉(zhuǎn)爐下渣量，出鋼時(shí)轉(zhuǎn)爐使用滑板擋渣+擋渣標(biāo)的“雙擋”模式，減少回磷量。

（5）應(yīng)用以煙氣分析為基礎(chǔ)的自動(dòng)化煉鋼模型進(jìn)行準(zhǔn)確的終點(diǎn)判斷，確保終點(diǎn)穩(wěn)定可控，可確保超低磷鋼穩(wěn)定連續(xù)性生產(chǎn)。

（6）對(duì)主吹煉的結(jié)束時(shí)機(jī)進(jìn)行合理優(yōu)化設(shè)計(jì)，確保主吹煉結(jié)束終點(diǎn)P含量達(dá)到較低的穩(wěn)定的水平。

與以往雙渣模式不同，應(yīng)用基于煙氣分析系統(tǒng)的自動(dòng)化煉鋼，“主吹煉”階段結(jié)束時(shí)機(jī)與雙渣模式不同，C含量控制范圍：0.05-0.07%；溫度控制范圍：1600-1640℃；堿度控制范圍：3.0-3.3；爐渣中MgO 7-8%，底吹供氣強(qiáng)度0.06-0.12Nm³/t·min。

應(yīng)用基于煙氣分析系統(tǒng)自動(dòng)化煉鋼的標(biāo)準(zhǔn)補(bǔ)吹模式，補(bǔ)吹槍位1.8m，補(bǔ)吹后目標(biāo)溫度1650-1690℃，目標(biāo)堿度3.5-4.5，加料設(shè)定根據(jù)實(shí)際溫度與目標(biāo)溫度設(shè)定之間的差值進(jìn)行計(jì)算，溫度越低，硅鐵加入量越高，石灰及輕燒加入量越高，補(bǔ)吹煉加料數(shù)量參照表1。

傳統(tǒng)生產(chǎn)低磷鋼工藝如鐵水爐外脫磷處理溫度損失大、留渣法及雙渣法脫磷不穩(wěn)定、雙聯(lián)工藝因裝備水平的限制不能廣泛普及。本發(fā)明的生產(chǎn)低磷鋼工藝基于脫磷基本理論、熱力學(xué)及動(dòng)力學(xué)條件，將“主吹煉”與“補(bǔ)吹煉”有效結(jié)合，綜合考慮爐渣充分融化、脫磷效率最大化、自動(dòng)化煉鋼模型終點(diǎn)判斷的準(zhǔn)確性及現(xiàn)場(chǎng)操作的安全性。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于擺脫了裝備水平的限制，僅在轉(zhuǎn)爐單工序即可完成，脫磷效率達(dá)到96%以上。較傳統(tǒng)的鐵水爐外脫磷及雙聯(lián)工藝溫度損失??；與傳統(tǒng)雙渣法比較克服了第一階段溫度低渣料融化效果不好的現(xiàn)象；與留渣法比較，現(xiàn)場(chǎng)操作更加安全可靠。

采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于：

本發(fā)明將“主吹煉”與“補(bǔ)吹煉”有效結(jié)合，通過(guò)補(bǔ)吹煉、靜置時(shí)底攪、倒渣脫磷，出鋼雙擋減少回磷量等方式保證脫磷效果最大化，并且擺脫了裝備水平的限制，僅在轉(zhuǎn)爐單工序即可完成，脫磷效率達(dá)到96%以上。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步地說(shuō)明；

實(shí)施例1

入爐原材料：100噸轉(zhuǎn)爐常規(guī)冶煉，入爐鐵水C：4.46%，Si：0.53%，P：0.123%，Ti：0.085%，鐵水溫度1350℃，鐵水重量105.3噸，廢鋼重量為10.3噸。

主吹煉控制情況：終點(diǎn)C：0.055%、終點(diǎn)溫度1614℃、終點(diǎn)P：0.006%，爐渣堿度3.22，渣中MgO含量7.9%，靜置時(shí)長(zhǎng)60s，底吹供氣強(qiáng)度0.08 Nm³/t·min；倒渣量40%。

補(bǔ)吹煉控制情況：氧槍槍位1.8m，補(bǔ)吹氧氣量546m³，輕燒白云石530kg，回轉(zhuǎn)窯白灰塊1075kg，硅鐵152kg。靜置時(shí)長(zhǎng)90s，靜置時(shí)底吹供氣強(qiáng)度為0.15 Nm³/t·min。

補(bǔ)吹后鋼水C：0.037%，P：0.003%，溫度1650℃，終點(diǎn)氧位693ppm，終點(diǎn)堿度：3.5。

出鋼使用滑板擋渣+擋渣標(biāo)進(jìn)行擋渣控制下渣量，回磷量≤0.001%。

實(shí)施例2

入爐原材料：100噸轉(zhuǎn)爐常規(guī)冶煉，入爐鐵水C：4.52%，Si：0.75%，P：0.127%，Ti：0.068%，鐵水溫度1326℃，鐵水重量104.7噸，廢鋼重量為11.3噸。

主吹煉控制情況：終點(diǎn)C：0.062%、終點(diǎn)溫度1600℃、終點(diǎn)P：0.009%，爐渣堿度3.12，渣中MgO含量7.5%，靜置時(shí)長(zhǎng)60s，底吹供氣強(qiáng)度0.12 Nm³/t·min；倒渣量35%。

補(bǔ)吹煉控制情況：氧槍槍位1.8m，補(bǔ)吹氧氣量597m³，輕燒白云石527kg，回轉(zhuǎn)窯白灰塊1330kg，硅鐵206kg。靜置時(shí)長(zhǎng)100s，靜置時(shí)底吹供氣強(qiáng)度為0.15 Nm³/t·min。

補(bǔ)吹后鋼水C：0.036%，P：0.003%，溫度1663℃，終點(diǎn)氧位721ppm，終點(diǎn)堿度：4.0。

出鋼使用滑板擋渣+擋渣標(biāo)進(jìn)行擋渣控制下渣量，回磷量≤0.001%。

實(shí)施例3

入爐原材料：100噸轉(zhuǎn)爐常規(guī)冶煉，入爐鐵水C：4.19%，Si：0.35%，P：0.132%，Ti：0.050%，鐵水溫度1280℃，鐵水重量103.6噸，廢鋼重量為10.2噸。

主吹煉控制情況：終點(diǎn)C：0.058%、終點(diǎn)溫度1631℃、終點(diǎn)P：0.0012%，氧位513ppm，爐渣堿度3.22，渣中MgO含量7.9%，靜置時(shí)長(zhǎng)60s，底吹供氣強(qiáng)度0.10 Nm³/t·min；倒渣量31%。

補(bǔ)吹煉控制情況：氧槍槍位1.8m，補(bǔ)吹氧氣量627m³，輕燒白云石521kg，回轉(zhuǎn)窯白灰塊1140kg，硅鐵168kg。靜置時(shí)長(zhǎng)120s，靜置時(shí)底吹供氣強(qiáng)度為0.15 Nm³/t·min。

補(bǔ)吹后鋼水C：0.03%，P：0.004%，溫度1675℃，終點(diǎn)氧位831ppm，終點(diǎn)堿度：3.6。

出鋼使用滑板擋渣+擋渣標(biāo)進(jìn)行擋渣控制下渣量，回磷量≤0.001%。

實(shí)施例4

入爐原材料：100噸轉(zhuǎn)爐常規(guī)冶煉；入爐鐵水C：4.25%，Si：0.41%，P：0.140%，Ti：0.076%，鐵水溫度1339℃，鐵水重量104噸，廢鋼重量為10噸。

主吹煉控制情況：終點(diǎn)C：0.054%，終點(diǎn)溫度1640℃，氧位497ppm，P：0.010%；爐渣堿度3.00，渣中MgO含量7.3%，倒渣比例35%，靜置60s，底吹供氣強(qiáng)度0.09 Nm³/t·min；。

補(bǔ)吹煉控制情況：氧槍槍位1.8m，補(bǔ)吹氧氣量582m³，輕燒白云石491kg，回轉(zhuǎn)窯白灰塊1125kg，硅鐵164kg。靜置時(shí)長(zhǎng)120s，靜置時(shí)底吹供氣強(qiáng)度為0.15 Nm³/t·min。

補(bǔ)吹后鋼水C：0.033%，P：0.004%，溫度1682℃，終點(diǎn)氧位754ppm，終點(diǎn)堿度：3.3。

出鋼使用滑板擋渣+擋渣標(biāo)進(jìn)行擋渣控制下渣量，回磷量≤0.001%。

實(shí)施例5

入爐原材料：100噸轉(zhuǎn)爐常規(guī)冶煉；入爐鐵水C含量4.60%，Si含量0.53%， P：0.110%，Ti：0.10%，鐵水溫度1319℃。鐵水重量105.2噸，廢鋼重量為9.9噸。

主吹煉控制情況：終點(diǎn)C：0.05%，溫度1631℃，氧位582ppm，P：0.009%；爐渣堿度3.40，渣中MgO含量7.9%，倒渣比例約30%，靜置60s，底吹供氣強(qiáng)度0.11 Nm³/t·min。

補(bǔ)吹煉控制情況：氧槍槍位1.8m，補(bǔ)吹氧氣量499m³，輕燒白云石470kg，回轉(zhuǎn)窯白灰塊11kg，硅鐵172kg。靜置時(shí)長(zhǎng)110s，靜置時(shí)底吹供氣強(qiáng)度為0.15 Nm³/t·min。

補(bǔ)吹后鋼水C：0.031%，P：0.003%，溫度1677℃，終點(diǎn)氧位804ppm，終點(diǎn)堿度：3.7。

出鋼使用滑板擋渣+擋渣標(biāo)進(jìn)行擋渣控制下渣量，回磷量≤0.001%。

實(shí)施例6

入爐原材料：100噸轉(zhuǎn)爐常規(guī)冶煉；入爐鐵水C：4.00%，Si：0.38%，P：0.133%，Ti：0.059%，鐵水溫度1309℃。鐵水重量106.5噸，廢鋼重量為9.8噸。

主吹煉控制情況：C：0.070%，溫度1637℃，氧位576ppm，P：0.009%；爐渣堿度3.31，渣中MgO含量7.0%，倒渣比例35%，靜置60s，底吹供氣強(qiáng)度0.12 Nm³/t·min。

補(bǔ)吹煉控制情況：氧槍槍位1.8m，補(bǔ)吹氧氣量530m³，輕燒白云石545kg，回轉(zhuǎn)窯白灰塊1155kg，硅鐵186kg；靜置時(shí)長(zhǎng)95s，靜置時(shí)底吹供氣強(qiáng)度為0.15 Nm³/t·min。

補(bǔ)吹后鋼水：C：0.031%，溫度1690℃，終點(diǎn)氧位832ppm，P：0.004%，終點(diǎn)堿度：3.8。

出鋼使用滑板擋渣+擋渣標(biāo)進(jìn)行擋渣控制下渣量，回磷量≤0.001%。