超低磷鋼生產(chǎn)技術(shù)

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1、超低磷鋼生產(chǎn)技術(shù)首鋼技術(shù)研究院田志紅tianzhihong@mail.shougang.com.cn目錄磷的來(lái)源與危害三種脫磷工藝：鐵水預(yù)處理、轉(zhuǎn)爐、爐外脫磷轉(zhuǎn)爐去磷技術(shù)的應(yīng)用：雙渣法、脫磷爐去磷。超低磷鋼的生產(chǎn)技術(shù)鋼中磷的來(lái)源及對(duì)性能的影響高爐冶煉是不能脫磷的，礦石、焦炭、石灰中的磷幾乎全部進(jìn)入生鐵；煉鋼過(guò)程中加入的廢鋼、造渣料，脫氧合金化時(shí)加入的鐵合金，以及包襯等耐火材料中都含有一定量的磷。?磷在鋼中是溶于鐵素體中，磷在鋼液中的穩(wěn)定存在形式是Fe2P，F(xiàn)e3P，結(jié)晶過(guò)程易偏析。?磷能顯著降低鋼的韌性，尤其是回火韌性和低溫

2、沖擊韌性，即提高鋼的冷脆性。?磷在鋼水凝固過(guò)程中的偏析比較嚴(yán)重，容易使鋼的局部組織異常，造成機(jī)械性能不均勻，磷還會(huì)引起腐蝕疲勞和焊接開(kāi)裂。?細(xì)化晶粒，提高鋼的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度。在低碳鋼中，通過(guò)快速凝固技術(shù)和熱機(jī)械處理工藝能夠有效的改善強(qiáng)度和塑性間的平衡，可以使鋼的強(qiáng)度提高1.5倍。?增強(qiáng)鋼的抗大氣腐蝕能力；?提高電工鋼的磁性；?改善鋼材切削加工性能；?減少熱軋板的粘結(jié)等。超純凈鋼中磷的發(fā)展水平有些鋼種對(duì)磷含量有較高的要求，例如生產(chǎn)汽車(chē)用表面硬化優(yōu)質(zhì)合金鋼、深沖鋼、鍍錫板、超低碳鋼或IF鋼、軸承鋼、高級(jí)別管線(xiàn)鋼、低溫用鋼以及

3、海洋用鋼等對(duì)鋼中磷含量都有很高的要求。從純凈鋼概念提出以來(lái)，磷作為其中的一個(gè)重要組成部分，這些鋼種對(duì)磷含量的要求越來(lái)越高。1989年[12]，新日鐵名古屋廠對(duì)薄板提出[P]≤20ppm的要求，超低磷鋼目標(biāo)成分為：[P]≤20ppm、[S]≤30ppm、[C]≤30ppm。不同時(shí)期高級(jí)別管線(xiàn)鋼和超低碳IF鋼中磷的水平鐵水預(yù)處理脫磷常用鐵水預(yù)處理脫磷渣系氧化脫磷劑組成：氧化劑、固定劑和促進(jìn)劑。氧化劑：將金屬液的磷氧化進(jìn)入爐渣中，主要是采用氧氣和穩(wěn)定性較強(qiáng)的非金屬氧化物Fe2O3、FeO、MnO2等。固定劑：與磷的氧化物生成穩(wěn)定的

4、化合物，可降低活度并防止回磷，常用的有CaO、BaO、Na2O等。促進(jìn)劑：促進(jìn)劑：有CaF2、CaCl2、CaCO3等，可改善反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)條件。石灰基渣:石灰來(lái)源廣，價(jià)格低，并與硫及磷的氧化物有很強(qiáng)的結(jié)合能力，是鋼鐵冶金中廣為應(yīng)用的造渣材料。代表性的研究及應(yīng)用結(jié)果如下頁(yè)表所示。石灰基脫磷劑組成及脫磷效果蘇打基渣：脫磷能力很強(qiáng)，有比石灰系渣系大得多的磷容量，且可以同時(shí)取得高脫硫率。Na2CO3具有氧化劑和固定劑的雙重作用，熔點(diǎn)低、熔化后流動(dòng)性好，單獨(dú)使用就能有效的脫磷。但處理過(guò)程中污染嚴(yán)重，對(duì)耐火材料的侵蝕嚴(yán)重，處理過(guò)程中鐵水

5、溫降大，價(jià)格高。Na2CO3和SiO2混合熔融成為偏硅酸鈉類(lèi)鹽類(lèi)，如Na2O·2SiO2、2Na2O·3SiO2、Na2O·SiO2等，再將這些物質(zhì)與Fe2O3等氧化物按一定比例混合后加入到鐵液面上進(jìn)行脫磷，這樣脫磷反應(yīng)比較平穩(wěn)，鈉的氣化揮發(fā)大大減少。使用Na2O·SiO2＋20%Fe2O3進(jìn)行鐵水脫磷，1600℃條件下，可將鐵水中磷由0.1%脫到0.01%，而且反應(yīng)時(shí)間很短。蘇打渣和石灰渣系相互滲透，可互為補(bǔ)充。向蘇打渣中加入CaO即可發(fā)揮蘇打同時(shí)脫P(yáng)、S的能力，防止回磷的能力，又能降低Na2O的揮發(fā)損失；向石灰渣中加入少

6、量Na2O可以增加鐵水脫磷能力；Na2O有利于降低CaO渣的熔點(diǎn)，改善渣的流動(dòng)性，增加渣的磷容量。鐵水預(yù)處理脫磷工藝在鐵水包或魚(yú)雷車(chē)中進(jìn)行鐵水脫磷預(yù)處理新日鐵的ORP生產(chǎn)工藝住友金屬的SARP工藝鐵水包或魚(yú)雷車(chē)內(nèi)脫磷預(yù)處理的特點(diǎn):該種方法直接鐵水包或魚(yú)類(lèi)車(chē)內(nèi)進(jìn)行，無(wú)需換包操作。但是脫磷過(guò)程中鐵水的溫降較大，通常需要吹氧來(lái)補(bǔ)充溫降，補(bǔ)償溫降時(shí)噴濺比較嚴(yán)重，而且鐵水包或魚(yú)雷車(chē)的容積小，反應(yīng)較慢，效率低。用轉(zhuǎn)爐進(jìn)行鐵水脫磷預(yù)處理的工藝日本神戶(hù)制鋼神戶(hù)的H爐，新日鐵的LD-ORP、住友的SRP、NKK福山廠的少渣冶煉技術(shù)、首鋼京唐公

7、司的“全三脫冶煉工藝”煉鋼技術(shù)等。神戶(hù)制鋼H爐處理工藝流程住友金屬的SRP（SimpleRefiningProcess）工藝兩臺(tái)復(fù)吹轉(zhuǎn)爐中的一臺(tái)作為脫磷爐，另一臺(tái)作為脫碳爐。脫碳爐產(chǎn)生的爐渣可作為脫磷爐的脫磷劑，從而減少石灰的消耗，達(dá)到穩(wěn)定而快速的精煉效果，少渣吹煉條件下提高了錳的收得率。首鋼京唐公司“全三脫煉鋼”工藝轉(zhuǎn)爐內(nèi)脫磷預(yù)處理的特點(diǎn)（1）與混鐵車(chē)內(nèi)或鐵水包中進(jìn)行的鐵水預(yù)處理相比，在轉(zhuǎn)爐內(nèi)進(jìn)行脫磷預(yù)處理的優(yōu)點(diǎn)是轉(zhuǎn)爐的容積大、反應(yīng)速度快、效率高?？晒?jié)省造渣劑的用量，吹氧量較大時(shí)也不易發(fā)生嚴(yán)重的噴濺現(xiàn)象，有利于生產(chǎn)超低磷鋼

8、，尤其是中、高碳的超低磷鋼。（2）在轉(zhuǎn)爐內(nèi)進(jìn)行鐵水預(yù)處理時(shí)脫磷劑有噴粉加入和直接加入兩種方式。神戶(hù)制鋼的H爐和新日鐵的LD－ORP爐是用噴粉法加入，其特點(diǎn)是反應(yīng)速度快、效率高，缺點(diǎn)是需增設(shè)噴粉設(shè)備。NKK福山廠、住友金屬的SRP和首鋼京唐公司的“全三脫煉鋼”工藝直接將脫磷劑加入爐內(nèi)，利用較