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重钢为降低生产成本,在高炉配料中加入了磷含量高的铁矿石和钒钛磁铁矿,导致入转炉炼钢铁水平均P含量为0.16%,最大值可达0.18%,与之前铁水条件(最大P含量0.12%)相比P含量增加且存在一定量的V+Ti(平均0.28%)元素。由于 P含量偏高且波动大,造成了脱磷效率不稳定、渣量偏高等问题。本文基于转炉脱磷基本原理对重钢210t转炉操作工艺进行优化,以取得稳定的高脱磷率、渣量降低的高效脱磷。 根据转炉冶炼过程各个阶段 C、P元素竞争氧化特性,提出了对应不同时期C-P理论转化温度计算方法。通过C-P理论转化温度与熔池温度大小相比较,可将转炉冶炼分为三个时期:前期低温P氧化、中期C氧化、后期高温P氧化。应充分利用前期和后期P氧化热力学占优时机,才可达到高的脱磷效率。 C-P理论转化温度与熔池金属成分及炉渣成分相关,炉渣中TFe对它的影响在各个时期表现不同的规律;随着渣中CaO含量的增加,理论转化温度呈增加的趋势;随MgO、MnO与SiO2组元含量的增加,理论转化温度呈降低的趋势。 本文应用 C-P理论转化温度与熔池温度差值来反映冶炼过程脱磷的热力学能力。在前后期P氧化时期,C-P理论转化温度与熔池温度差值越大,其脱磷效率越高,在中期C氧化时期,熔池温度与C-P理论转化温度差值越大,脱磷效率越低;而对于重钢铁水条件,要达到脱磷率≥90%,其终点时刻温度差值(C-P理论转化温度与熔池温度)应在60℃左右。 转炉冶炼脱磷是钢渣界面反应,其反应动力学条件好坏与元素传质速率关系密切。而元素传质速率,受炉内熔池搅拌情况(供气制度)以及炉渣熔化性影响。本文在熔池搅拌条件一定的条件下,以熔池温度与熔化性温度差值来衡量冶炼过程脱磷的动力学能力。研究得出,C氧化时期其差值应控制在100~150℃,以防止回磷;后期P氧化时期其差值越大越有利于脱磷,要保证脱磷率≥90%的差值应不小100℃。 含钒钛铁水因炉渣中钒钛氧化物导致炉渣熔化性温度降低,影响炉衬寿命。为能达到与普通炉渣熔化性温度相当水平,研究得出在中等碱度(R=3.5)下,含钒钛炉渣TFe%应降低2%,高碱度下(R=4.5)TFe%应降低4%。 工业性试验表明,重钢210吨转炉要实现脱磷率>90%高效脱磷,各冶炼阶段熔池温度控制要求为,前期≤1380℃、中期≤1540℃、终点≤1610℃,其对应的终点炉渣碱度R3.6~3.8、TFe17%~19%。