钢包渣光学碱度的变化与回磷关系的浅析
阮 强 程子建
（酒钢（集团）公司二炼钢厂 735100）
摘 要： 本文研究了下渣炉次钢包渣在脱氧、精炼造渣、吹氩条件下渣子光学碱度的变化，分析了钢水回磷量与光学碱度的关系。结果表明钢包渣光学碱度的变化在不同阶段对钢水回磷量的影响是不同的，利用光学碱度理论计算的回磷量与实际化检验结果符合较好，由此提出在转炉下渣条件下，控制钢包渣光学碱度来控制回磷的几点措施。
关键词： 钢包渣 光学碱度 回磷
Discussion on the change of ladle flux opticalbasicity and rephosphorization
Ruan Qiang Cheng Zijian
(The Second Steelmaking Plant,JISCO,735100)
Abstract： The relationship between the amount of rephosphorization and optical basicity has been discussed through the analysis of change in the ladle slag deoxidation, secondary steelmaking slag flux and argon blowing. The effect degree is different due to the flux optical basicity change at the different stage, but the theoretical rephosphorization quantity is coincidence with the chemical analysis result. Therefore, the several rephosphorization prevention methods are put forward by slag optical basicity control when the somewhat large amount convert slag was carried over to ladle.
Key words： Ladle slag flux optical basicity rephosphorization
1 引言
转炉下渣一直是转炉炼钢重点防范的一个过失， 在钢水质量要求越来越高的今天，它不仅严重恶化钢水质量，给下道工序的钢水精炼环节带来巨大的困难，更严重的是转炉大量下渣经常导致钢水回磷和回硫。一般来说回硫可以通过后续的精炼环节来弥补，但回磷在炉外精炼处理是相当困难的。由此钢水炉外脱磷和生产超低磷钢应运而生，利用CaO-Fe2O3-CaF2 和CaO-BaO-Fe2O3-CaF2 系熔剂的二次精炼脱磷处理，能将钢液磷含量从0.05%降低到0.005%以下[1]。我国马钢公司又与北京科技大学合作，展开长期探索并取得了一定成绩［2］。但如果渣中∑FeO＜5%，当钢厂普遍采用对钢包渣进行变性处理造还原渣工艺以后，控制不好又将发生回磷反应[3]。所以除了控制转炉下渣外，采取必要的手段在钢水二次精炼阶段防止回磷就显得非常必要和重要了。
2 过程说明
二炼钢厂投产前期转炉大量下渣炉次较多，但并不是全部回磷严重而导致废品的产生，在下渣后精炼通过部分弥补措施使得钢水回磷轻微收效显著，但也有个别炉次大量下渣，虽然渣层不厚但回磷严重，这里针对个别炉次转炉下渣后，回磷严重导致废品，故针对此种情况就本炉次做以下技术分析。
炼钢过程原辅料各主要物质含量总数为88.157%，其中没有考虑MgO和CaF2的含量，根据精炼炉渣样统计，平均MgO％为6.63％，摩尔数0.0841，假设其余含量为CaF2：5.213％；
3 各过程渣样光学碱度分析
众所周知，钢水磷含量与渣子碱度、钢渣系统温度、钢水氧含量（即渣子氧化性）有密切关系，渣子碱度越高，系统温度低，高氧化性渣对转炉来说容易脱磷，如果钢包中转炉下渣后，过程中改变以上三个参数，则将导致可能回磷[4]。
渣子的碱度用通常的计算方法只考虑了酸、碱性较强的两种氧化物，即CaO和SiO2，而实际上渣中各种氧化物对渣子的碱度都有影响，较准确的描述渣子碱度的物理参数为光学碱度，以下就渣子光学碱度、氧含量、温度三个参数对970炉次回磷的过程计算如下：
3.1 渣样中光学碱度分析依据
单物质光学碱度计算公式为：
∧A＝1/[1.36*(x-0.26)] （1）
渣子综合光学碱度：（X为化合物阳离子当量摩尔分数）
∧＝XA∧A＋XB∧B＋XC∧C （2）
渣平衡的磷含量与渣子光学碱度之间的关系：
Ln（％P2O5/（P*O2.5）＝〔-558.874＋2175100/T-1930041500/T2〕*∧-24.33 （3）
3.2 精炼终点渣光学碱度分析及渣中平衡P含量理论计算值
根据（1）和（2）式计算精炼渣光学碱度为：∧精炼渣＝0.767445
根据各环节所取的5个样中P含量的分析，可见精炼出站钢液P含量与渣子已达平衡。
精炼钢水出站与渣平衡的磷含量：
Ln（％P2O5/（P*O2.5）＝〔－558.874＋2175100/T-1930041500/T2〕*∧精炼渣-24.33＝15.5665 （4）
由此可得：
（％P2O5/（P*O2.5）＝5760560.58 ％; P2O5＝0.15596
推得精炼渣中与钢液平衡的P含量为：
0.068096% （化验值为0.058%）
3.3 转炉终点渣光学碱度分析及渣中平衡P含量理论计算
首先计算转炉下渣量：转炉加钢包复合渣料290Kg，精炼加活性石灰257Kg，精炼渣111Kg，埋弧渣100Kg，转炉向钢包加入合金SiFe180Kg，SiMn360Kg，SiAlBa120Kg，SiCaBa90Kg，精炼加入小粒硅铁178Kg，转炉渣到站化渣后从取的渣样来看，为黑色颗粒状，渣密度3.8，厚度80mm；
由此推得的转炉下渣量为：2039.78Kg
根据（1）和（2）式计算转炉终点渣光学碱度为：
∧转炉渣＝0.788881
转炉钢水与转炉终点渣平衡的磷含量：
由于转炉终点未定出氧含量，其中根据转炉出钢终点碳为0.1%，根据顶底复吹转炉的C*O平衡值与转炉积累的数据可得平衡氧含量在220～280ppm之间，这里取中间值250ppm；
Ln（％P2O5/（P*O2.5）＝〔－558.874＋2175100/T-1930041500/T2〕*∧转炉渣-24.33＝14.3579
由此可得：
（％P2O5/（P*O2.5）＝1720132.391; ％P2O5＝0.254978
推得转炉终点渣与钢液平衡的P含量为：
0.113285%
3.4 出钢加合金及顶渣料后的钢包渣分析
反推转炉炉渣光学碱度：
其中，推算总渣量为：2040Kg，因此炉次转炉未定氧，倒炉终点渣TFe含量15.04%，按照精炼进站氧含量36ppm计算，渣中TFe含量降至2%左右。
此处必须考虑钢包渣中的MnO含量，因为根据钢水在精炼大量回Mn，且MnO的氧化性也较强。
根据（1）和（2）式计算转炉钢包渣光学碱度为：
∧钢包渣＝0.805705
假设转炉钢包渣在进精炼炉时已经与钢液达到平衡，则钢包钢液与钢包渣平衡P容量为：
Ln（％P2O5/（P*O2.5）＝〔－558.874＋2175100/T-1930041500/T2〕*∧钢包渣-24.33＝17.35418
由此可得：（％P2O5/（P*O2.5）＝34421232.61; ％P2O5＝0.078424
推得转炉终点渣与钢液平衡的P含量为：0.03424%
4 分析及讨论
（1）以上分析结果都为该炉渣光学碱度下的平衡P容量，从精炼的渣分析来说，精炼渣化学平衡P容量为0.068096％，与实际化验结果（0.058%）较接近；转炉炉渣的终点平衡P含量为：0.113285％，则由渣子总量与精炼渣实际化验结果可计算理论回磷总量为：0.113568％×2039.96－0.058%×3207.46＝45.64Kg;实际钢液总共回磷量为：0.035%*120*1000=42Kg;两者复合较好，说明转炉终点渣脱磷情况良好，及转炉终点成份化检验是正确的。
（2）从转炉钢包渣来看，其渣的假设平衡磷含量只有0.0324%，而转炉渣中带有大量P，平衡值为0.113285％，两者相差较大，从热力学平衡的角度来说，如果渣中P含量超过0.0324%，势必造成大量的P从渣中向钢液中扩散，即发生回磷现象。转炉出钢过程中虽然钢液温度降低，由于脱氧产物导致渣中总氧化物含量升高，但此不足以弥补由于强脱氧造成钢水氧化性急剧降低导致回磷的趋势。
（3）从转炉炉渣的平衡P含量与过程钢包渣的P含量值相比，其渣子P容量平衡值相差较大，从动力学上提供了较大的扩散系数，加之外界条件合适，P将很快从渣中向钢液中扩散。即钢水在适当的吹氩搅拌下，提供了优良的外界动力学条件，这也说明了转炉从出钢到精炼炉座包完毕后即回磷量超过了0.014%。
（4）根据精炼终点平衡渣与转炉钢包渣及转炉渣的对比来看，虽然精炼渣中又增加了碱性氧化物总数，氧含量值没有再大幅度降低，温度略有下降，因大量回Mn及烧硅，精炼终点渣的光学碱度比转炉钢包渣又有所下降，但精炼渣平衡P容量反而上升，说明此阶段控制渣中P容量的关键控制因素在于温度，但在将转炉钢包渣的改性过程中，渣中P容量仍然没有达到平衡，在吹氩条件下，渣中过平衡的磷继续向钢液扩散，直到渣－钢达到平衡。
综上所述，从光学碱度的角度考虑，碱度不是唯一控制磷含量的手段，渣中氧含量在急速降低的情况下（从钢水大量回Mn，大量烧Si现象说明），渣子的平衡P容量降低很快，由此分析，渣子的碱度、钢包钢渣系统温度、渣子氧化性是对钢液磷的控制是互相制约的，其三个参数在不同阶段对控制渣中P容量的权重系数不同，从原理上说，要控制钢液的回磷现象，即在下渣情况下，迅速提高渣子的碱度，降低钢渣系统温度，在脱氧的情况下保持渣子的氧化性是比较重要的。
5 结论及措施
在实际生产中，应采取的措施为：
（1）转炉造高碱度渣，尽量控制不下渣或少下渣，这样在高碱度渣的情况下，即使转炉有少量下渣，由于钢液温度的降低，渣子也会稠化，大大降低渣中P的活性；
（2）下渣后，及时添加高碱性氧化物的顶渣料稠化转炉终点渣，进一步提高渣子碱度，弥补由于系统降温和强脱氧造成的渣性改变；
（3） 在没有进一步弥补手段时，吹氩要减小，弱化外界提供的动力学条件，一是避免将稠化后的渣子进一步熔化；二是减小回磷在钢液中的扩散。
（4）进精炼后，对大量下渣炉次且渣子明显稀化的炉次，应先加适量石灰稠化渣子改变渣性后，再进一步脱氧。
参 考 文 献
[1] 郭上型,董元篪,彭 明.钢液二次精炼用BaO基熔剂的脱磷能力[J] 特殊钢, 2003,24(2):6～9
[2] 宋超等,钢包合成渣脱磷试验总结,马钢内部资料,1988
[3] T Sato. Dephosphorization rate of high carbon iron melts by CaO-based slags[J]. Tetsu-to-hagane. 2001,87(10):17～23
[4] 张 鉴, 炉外精炼的理论与实践,冶金工业出版社
[5] Gaskell D.R.,The Dephosphorization of Liquid Iron. China lecture Notes,May 1987