１試驗條件與方法

首鋼京唐有5座300t轉爐，采取頂底復合吹煉技術，其中包括2座脫磷轉爐和3座脫碳轉爐，隨著半鋼冶煉產量穩步上升，其中高品質鋼種基本全部采用半鋼冶煉，脫碳轉爐冶煉超低碳鋼種時，以高級汽車板為例，要求出鋼ω（C）＝0.03％～0.06％，ω（P）＜0.01％，ω（S）＜0.01％，出鋼溫度1675～1705℃。入爐半鋼成分及溫度見表1，為實現生產結構和生產成本最優化，充分利用脫碳爐爐渣的脫磷能力，已將部分脫磷任務轉移至脫碳爐，現在脫磷爐所生產半鋼由目標ω（P）≤0.030％調整為ω（P）≤0.035％。另外，首鋼京唐高爐鐵水磷含量相對較穩定，在現有轉爐雙聯工藝條件下，為采用無氟煉鋼穩定生產提供了先決條件。

2冶煉工藝優化

2.1成渣路線與留渣操作研究

根據化渣所需條件，從留渣操作、槍位控制、渣輔料、脫碳速度幾個方面針對首鋼京唐無氟造渣工藝進行工業性試驗。

在半鋼冶煉初期，加入石灰、輕燒白云石等造渣材料，當冷態石灰與留渣接觸時，由于熔渣與石灰是浸潤的，熔渣將滲入石灰表面的氣孔和裂紋。Fe２＋在渣中的擴散速度大于SiO４４－，所以Fe２＋將沿著氣孔和裂紋進入石灰塊的內部并形成低FeO含量的CaO－FeO固溶體和高FeO的CaO－FeO液相，該液相與初生渣混合使渣中CaO含量增大，石灰開始熔解在渣中。與此同時，未能進入石灰內部的SiO４４－與CaO作用生成高熔點的硅酸二鈣（C2S）覆蓋層，使石灰塊與熔渣隔開，極大減慢石灰熔解速度。C2S覆蓋層的形成是由于緊靠石灰表面的熔渣進入了（C2S－L）二相區。改變熔渣成分使二相區縮小，就有可能延緩石灰表面熔渣進入二相區并使C2S覆蓋層變薄。通過提高熔池溫度和向渣中適當添加MgO、MnO、B2O3等組元都可以加速石灰的熔解，此外，由于石灰顆粒與C2S覆蓋層之間富FeO和貧SiO2液相浸潤層的存在，有利于Ca2＋向外擴散，也可引起C2S覆蓋層的剝落，同時還可能造成石灰塊的開裂，這都有利于加速石灰的熔解。由此可見渣中FeO對加速石灰熔解起到重要作用，因此采用留渣操作有利于提高石灰的熔解速度。

SiO2－CaO－FeO三元相圖見圖2，其中圖1中小圓圈表示的是實際半鋼冶煉終點終渣成分在三元相圖中的分布。顯然，要到達這種成分的終渣的形成路線可能有幾種，但每種成渣路線成渣速率和所帶來的影響差別很大。由初渣到終渣可以有3條路線，大致為圖1中ACB，ADB和AEB線路。按成渣時渣中FeO含量變化可將AEB稱為高氧化鐵成渣途徑，ACB稱為低氧化鐵成渣途徑。高氧化鐵成渣途徑中爐渣流動性好，石灰熔化快，成渣快，吹煉中期爐渣不易返干，爐渣很快具有良好的脫磷、脫硫能力；低氧化鐵成渣途徑中爐渣熔點高，石灰熔化緩慢，爐渣粘稠，吹煉中期爐渣容易返干，爐渣的脫磷、脫硫能力弱。

如果轉爐冶煉前期化渣速度快，則冶煉前、中期脫磷率相對較高，這樣保證了終點轉爐的脫磷效果。首鋼京唐采用留渣操作來保證轉爐前期的化渣效果，穩定和提高轉爐脫磷的同時可以減少渣輔料的加入量。將上一爐次高氧化鐵含量的脫碳轉爐煉鋼渣部分留在爐內（3～5ｔ），這樣，上一爐次轉爐終點渣中的高FeO會直接參與下一爐次轉爐前期的化渣，由于初期渣中的（FeO）的存在，使石灰的熔解速度加快。另外，留渣帶入了大量的物理熱，在吹煉初期迅速升溫，也有利于石灰的熔解促進成渣。

2.2加料方式

半鋼冶煉前期，采用留渣操作的同時會加入熔渣劑幫助化渣，除了高槍位盡量多生成FeO幫助化渣外，在轉爐初期加入熔渣劑中的Al2O3成分可以降低初期渣中2CaO?SiO2熔點，快速形成初期渣。

2.3槍位控制與碳氧反應速度

轉爐內金屬液體中的碳主要以兩種方式被氧化，一是金屬液體中碳直接與吹入的氧氣反應，二是與渣中FeOx反應。由圖1中成渣路線可以看出，氧氣直接與碳反應會降低生成FeO含量，不利于化渣，且碳的直接氧化反應會放出大量的熱，使鋼液升溫速度加快，這樣促使碳的氧化速度進一步加劇，碳會消耗渣中FeO，使渣中FeO迅速減少，渣會返干，并且碳反應加劇容易造成鋼水的噴濺。碳氧反應過快，鋼液溫度升溫也快，不利于化渣，使得渣的脫磷效果下降。圖1中介于ACB和AEB兩者間的ADB成渣途徑最短，要求冶煉過程迅速升溫，容易導致激烈的化學反應和化渣不協調，進而導致爐渣脫磷率較低，應盡量避免。

采用高槍位操作，氧氣射流對鋼液面的沖擊減弱，減少了氧氣與鋼液面的直接接觸，同時對渣的沖擊面會增大，這樣鋼液升溫速度變慢，碳氧反應不會劇增，同時渣中液滴被氧化，渣中FeO含量升高促進化渣。

3試驗結果

3.1造渣效果

采用留渣操作、槍位控制、渣輔料、脫碳速度幾個方面調節，其中半鋼冶煉留渣量3～5ｔ，高槍位控制，保證渣中FeO含量的同時控制鋼中碳的氧化速度，吹煉前期加入碳化硅和熔渣劑調節前期渣成分，盡快形成前期渣。以冶煉汽車板鋼種為例，采用半鋼無氟化造渣后，螢石消耗由原來1.78Kg/t到目前的停止使用。

3.2脫磷效果

以汽車板鋼冶煉為例，轉爐實行無氟化操作前后轉爐終點鋼水情況對比見圖2，脫磷轉爐實現無氟化工藝操作后，加上轉爐渣受溫低條件的限制，液相率會相對減少，從而導致半鋼磷含量逐漸增加，進而導致脫碳爐終點磷含量也有上升的趨勢（見圖2a）。但脫碳轉爐終點脫磷率變化不大，能穩定在72％左右（見圖2b），說明無氟化化渣情況較好。半鋼冶煉無氟化初期轉爐終點磷分配比降低，穩定生產后磷分配比回到有氟操作水平并慢慢趨于穩定，無氟化操作工藝技術正慢慢成熟。

3.3無氟化工藝的經濟效益

首鋼京唐脫碳轉爐作業區2014年前兩月共煉鋼4077爐，走常規和半鋼工藝共冶煉鋼水145.80萬t，螢石消耗由2013年平均0.7Kg/t降低為0，單就取消螢石消耗一項，煉鋼成本平均降低1.24元/t，2個月降低成本180.79萬元，全年預計降本增效1085萬元。

4結論

1）轉爐采用留渣操作、高槍位控制、添加助熔劑、控制脫碳速度幾個方面相結合可以代替螢石的化渣效果。

2）工業應用表明，無氟化造渣工藝優化技術切實可行，能夠穩定控制所需鋼種磷含量。