本文針對某廠120 t轉爐單轉爐雙聯法工藝進行了研究，討論了某廠單轉爐雙聯法冶煉工藝供氧制度、造渣制度、冶煉終點脫磷情況等技術特點，實現了某廠終點磷質量分數達到0.01707%，脫磷率達到86.52%，使用相關性分析得出石灰消耗和冶煉終點溫度對轉爐脫磷率呈顯著負相關關系，與工業實驗結論一致，石灰消耗和冶煉終點溫度是影響脫磷率的重要因素。通過單轉爐雙聯法工藝縮短了供氧時間1.16 min，平均每爐石灰節約540 kg，石灰消耗和鋼鐵料消耗均有明顯降低，實現鋼鐵廠穩定生產并取得了顯著的經濟效益。

為適應鋼鐵市場變化，國內外各個鋼鐵企業一直在探索轉爐冶煉工藝，尋找提高鋼水質量、節約冶煉成本的方法[1]。研究人員[2-3]在工業生產初期對轉爐冶煉工藝進行了研究，認為優質的冶煉工藝流程不但可以提高轉爐鋼水質量，而且還能加快冶煉效率降低成本，所以冶煉工藝的選擇對轉爐生產具有重大意義。朱英雄等[4]通過轉爐加入石灰熔化成渣機理分析得出石灰加入量對冶煉溫度產生很大影響。王忠剛等[5]研究了復吹轉爐雙渣法冶煉中高磷鐵水的冶煉工藝方案解決了半鋼配加硅鐵等發熱元素的問題。劉建龍等[6]優化轉爐冶煉工藝頂底復吹轉爐進行少渣低溫高效冶煉實驗得出前期堿度1.5~2.0，熔池溫度1350~1400℃更有利于鐵水中磷的脫除。Messler等[7]通過對冶煉不銹鋼鋼種的生產工藝中發現磷元素對鋼種裂紋的產生有明顯影響并進行元素分析，取得了一定的經濟效益。然而，目前關于能穩定鋼鐵廠生產，降低造渣料和鋼鐵料消耗的工藝路線還并不完善。

本文針對某鋼鐵廠120 t轉爐冶煉工藝進行實驗研究，通過單轉爐雙聯法冶煉工藝進行脫磷冶煉，并用SPSS統計分析脫磷率影響因素的相關性。研究發現新工藝能夠提高鋼水的質量，脫磷率達到86.52%，同原工藝相比提高了2.69%。相關性分析結果與工業實驗結論一致，石灰消耗和冶煉終點溫度是影響脫磷率的重要因素。其次，新工藝發現供氧時間縮短，而且每爐中造渣劑石灰節約了540 kg/爐，降低了鋼鐵料消耗、石灰消耗，實現鋼鐵廠穩定生產，使噴濺事故率減少到27.5%，取得了顯著的經濟效益。

單轉爐雙聯法冶煉機理

轉爐脫磷機理

石灰脫磷實驗中熔渣離子溶液模型如下式：

脫磷反應是渣鋼界面反應，前期成渣工藝對脫磷反應的促進作用是提高渣鋼間磷的系數分配[8]。所以得出：

式中，Ls為分配系數，Kp為平衡常數，a為含量，f[2P]為鋼水的成分，f(2PO34−)為渣系的組成。

從式(3)和式(4)可以看出溫度降低使脫磷反應的平衡常數急劇增大，脫磷能力大大增強。脫磷反應為放熱反應，當溫度升高分配系數減小脫磷率下降。若增加堿度更高的Na2O、SiO2等會抑制磷化物的破壞，提高爐渣的脫磷能力。但是如果爐渣中含有太多，會導致爐渣粘度和熔點增加，流動性變差，所以控制好爐渣的堿度是影響脫磷的重要因素。使爐渣中磷的分配比顯著增加爐渣堿度、(FeO)含量增加都有利于脫磷。所以，在轉爐冶煉過程中，應該控制適宜的熔池溫度，避免中后期回磷，才能生產出的優質爐渣。

轉爐造渣制度分析

轉爐冶煉開始時，鐵水中的硅、錳、磷、鐵等元素生產氧化產物進入爐渣，同時加入的造渣材料石灰或白云石等也逐漸溶解，初期爐渣中(FeO)、(SiO2)、(MnO)等成分含量相對較高，(CaO)含量相對較低，爐渣為低堿度的酸性渣。鐵水中磷含量較高，通過增加熔渣中(FeO)的含量，加快鐵水中磷的氧化，增大溶池攪拌，改善動力學條件，便于磷的傳質，完成前期脫磷任務而鐵水中硅、錳等元素氧化放熱使爐溫不斷上升，更好地保證入爐的石灰、白云石等造渣料的溶解。同時到達冶煉中期后，爐渣中(MgO)含量增加，爐渣堿度提高。爐溫進一步升高，入爐石灰進一步熔化，爐渣堿度升高，爐渣中將有硅酸三鈣生成，爐渣脫硫、脫磷能力增強，轉爐冶煉過程熔池溫度低。冶煉后期，鐵水中磷含量降低，提高爐渣堿度，成為后期脫磷的關鍵所在。

轉爐雙聯實驗內容

工藝流程及實驗條件

本文以某廠120 t轉爐工業生產線為研究平臺，該廠生產流程為：1280 m3高爐—120 t氧氣頂吹轉爐—連鑄。某廠組織了單轉爐雙聯法模式冶煉高[P]鐵水生產實驗(廠內定義[P]>0.085%為高[P]鐵水)，工藝流程如圖1所示，生產目標如表1所示。

單轉爐雙聯法實驗方案

(1)單轉爐雙聯法冶煉采用分階段加造渣料方式，造渣劑主要為石灰、白云石等。達到目標快速成渣，并保證終渣堿度為2.8~3.5，終點碳質量分數按照0.06%~0.12%控制。(2)冶煉開始進行下槍打火成功后加第一批料，石灰加入量1 t，白云石加入量為總量的全部，剩余石灰分2~3批，造渣劑在吹煉8 min之前加完。(3)氧槍噴頭為5孔拉瓦爾型，出口壓力0.88 MPa，開吹氧氣流量設定為25000~27000 m3/h，氧槍按照“低-高-低”操作規范。在轉爐冶煉前期為了更好造前期渣，進行低槍位操作槍位距離液面約1.2 m，冶煉至90 s提高槍位至2.3 m，在冶煉中期防止爐渣返干，冶煉約9 min至終點壓槍操作，保證后期熔池攪拌，保證終點槍位液面高度約0.9 m。

實驗結果與分析

單轉爐雙聯法對終渣影響分析

經過某廠80爐次的冶煉實驗，發現單轉爐雙聯法爐渣流動性好，表2為原工藝和雙聯法終渣分析對比，表3為造渣料等加入量冶煉結果對比。其中(CaO)質量分數降低到46.31%，終渣(TFe)質量分數相比原工藝降低了0.22%。同時冶煉終點溫度降低說明單轉爐雙聯法冶煉效果明顯，提高了轉爐的壽命。根據實際生產鐵水條件，其中平均每爐次造渣料中白云石加入量沒有太大變化，石灰加入量減少540 kg，石灰消耗降低4.58 kg/t，鋼鐵料消耗由1062.99 kg/t減少到1060.42 kg/t，鋼鐵料消耗降低了2.57 kg/t。

單轉爐雙聯法冶煉提高了鋼鐵料收得率，由于轉爐經過冶煉初期進行脫硅、脫磷階段并進行一次倒渣操作。結果使石灰溶化迅速，成渣速度快，吹煉中期爐渣不易返干，采取高槍位操作，使爐渣中(FeO)增加比較快時，爐渣很快具有良好的脫磷、脫硫能力。冶煉過程中，上一爐次的渣會有一部分留在爐內進行冶煉，這就是渣中含有較高的(FeO)將間接參與碳氧反應。在冶煉倒渣過程中，(FeO)含量逐漸降低。在轉爐倒渣后進入脫碳階段，在脫碳階段，由于(FeO)的參與間接反應得到[Fe]，使[Fe]元素重新回到爐內，再次進行吹氧的情況下，由于前期硅等元素氧化完全，石灰等造渣劑已經入爐，渣量相比原工藝相對較少，所以擁有同種終渣(FeO)含量，吹煉鐵水等損耗相對較小，所以鋼水收得率增加。

轉爐終點脫磷率影響因素的相關性分析

某廠單轉爐雙聯法實驗冶煉脫磷，充分利用了溫度變化對脫磷反應的影響，在低溫的情況下更容易脫磷。由于脫磷前期反應進行的比較充分吹煉前期結束后快速倒渣并留渣操作可以有效降低爐渣中的磷含量，使脫磷反應進行的更徹底。冶煉終點磷含量和脫磷率如表4所示，終點磷質量分數由0.01931%下降到0.01707%。脫磷率由原來83.83%提高到86.52%，脫磷率同原工藝相比提高了2.69%，脫磷效率明顯提高。在造第一次渣的過程中，前期熔池較低的溫度情況下能快速成渣，具備較好的脫磷能力。

通過SPSS統計實驗80爐次轉爐脫磷率的關系進行相關性分析，明確轉爐脫磷率和吹氧時間、石灰消耗等因素的顯著性水平，如表5所示。可以看出脫磷率與石灰消耗、終點溫度等顯著性(雙側)值為0.001、0.000(<0.01水平(雙側)上顯著相關)，說明石灰消耗和冶煉終點溫度可以較為顯著的影響轉爐脫磷率。而吹氧時間、出鋼量則不顯著即對脫磷率影響不明顯。其中石灰消耗和終點溫度相關性系數為–0.354、–0.419，說明石灰消耗和終點溫度對轉爐脫磷率有顯著的負相關關系。對其進一步進行散點圖趨勢分析如圖2和圖3所示。可以明顯的看出石灰消耗和冶煉終點溫度對轉爐脫磷率呈一定的負相關關系，綜上石灰消耗和冶煉終點溫度是影響脫磷率的重要因素。相關性分析結果與單轉爐雙聯法工業實驗結果相符合。

單轉爐雙聯法對供氧制度及噴濺事故分析

(1)轉爐氧槍按照“低-高-低”操作規范，前期低槍位快速成渣、中期高槍位冶煉預防返干、后期低槍位壓槍進行熔池攪拌，使渣金混合均勻。在冶煉過程中為了防止溫度的快速上升，可根據實際情況適當改變槍位以減緩熔池反應速度。吹氧時間和原工藝相比，從原來14.38 min縮短到13.23 min。平均減少吹氧時間1.16 min。吹氧時間減少，為轉爐冶煉周期的縮短提供了參考依據。圖4為供氧時間和噴濺事故對比。

(2)轉爐冶煉開始4~5 min會在瞬間產生大量的氣體附帶爐渣、鐵水沖出，造成爆發性噴濺事故，其中噴濺率達63.3%，轉爐噴濺會減少轉爐壽命，同時造成粘槍、粘煙道等事故，使轉爐過程中安全隱患增加，嚴重危害轉爐工人的生命安全。在單轉爐雙聯法工藝中，冶煉過程較為平緩，噴濺事故發生率為27.5%，同原工藝相比有明顯下降。

結束語

通過對某廠單轉爐雙聯法冶煉工藝進行生產研究對比，發現此工藝生產穩定并得出下列結論：

(1)單轉爐雙聯法冶煉脫磷效果更好，適合某廠高磷鐵水穩定生產。脫磷率由原來83.83%提高到86.52%，脫磷率同原工藝相比提高了2.69%。

(2)石灰消耗、冶煉終點溫度與脫磷率有顯著的負相關關系，相關性分析結果與單轉爐雙聯法工業實驗結果相符合，石灰消耗和冶煉終點溫度是影響脫磷率的重要因素。

(3)單轉爐雙聯法冶煉工藝結合“低-高-低”槍位操作方式，吹氧時間原來14.38 min縮短到13.23 min，為轉爐冶煉周期的縮短提供了參考依據。平均節約石灰540 kg/爐，鋼鐵料消耗降低了2.57 kg/t，取得了顯著的經濟效益。

(4)單轉爐雙聯法工藝在冶煉過程穩定了轉爐生產，使噴濺事故率減少到27.5%，提高了操作安全性。

文章來源——金屬世界