摘   要  隨著用戶對(duì)不銹鋼中磷含量要求日益增加，降低鋼中磷含量已迫在眉睫，本文綜述了鋼液中影響脫磷的因素及了解目前的一些脫磷工藝和脫磷遇到的問題，并論述了實(shí)際生產(chǎn)中脫磷對(duì)鋼質(zhì)量影響和降低成本的重要性。

關(guān)鍵詞   AOD爐  煉鋼  脫磷  工藝

1   前言

目前,本廠不銹鋼冶煉主要采用AOD冶煉技術(shù)，它的鐵水來源一般是由高爐生產(chǎn)出來的，其中磷基本穩(wěn)定在0.05%左右，但是由于有時(shí)中頻爐和電爐出的鐵水磷不穩(wěn)定及冶煉過程加入的高碳鉻鐵，高硅硅錳合金等會(huì)帶入磷,鋼液很容易出現(xiàn)磷含量超標(biāo)的現(xiàn)象，近來對(duì)磷含量也越來越嚴(yán)格。因此,不銹鋼脫磷問題將會(huì)越來越突出。

2   磷元素對(duì)鋼的影響

通常認(rèn)為，磷在鋼中以[Fe3P]或[Fe2P]形式存在。一般來說，磷是鋼中的有害元素之一。由生鐵帶入鋼中，能使鋼產(chǎn)生冷脆和降低鋼的沖擊韌性。因此一般控制其含量不大于0.06%，而優(yōu)質(zhì)鋼中磷要求0.03-0.04%以下。

在一般情況下，鋼中的磷能全部溶于鐵素體中。磷有強(qiáng)烈的固溶強(qiáng)化作用，使鋼的強(qiáng)度、硬度增加，但塑性、韌性則顯著降低。這種脆化現(xiàn)象在低溫時(shí)更為嚴(yán)重，故稱為冷脆。一般希望冷脆轉(zhuǎn)變溫度低于工件的工作溫度，以免發(fā)生冷脆。而磷在結(jié)晶過程中，由于容易產(chǎn)生晶內(nèi)偏析，使局部地區(qū)含磷量偏高，導(dǎo)致冷脆轉(zhuǎn)變溫度升高，從而發(fā)生冷脆。冷脆對(duì)在高寒地帶和其它低溫條件下工作的結(jié)構(gòu)件具有嚴(yán)重的危害性，此外，磷的偏析還使鋼材在熱軋后形成帶狀組織。

鋼中的磷含量允許范圍：非合金鋼中普通質(zhì)量級(jí)鋼w[P]≤0.045%，優(yōu)質(zhì)級(jí)鋼w[P]≤0.035%，特殊質(zhì)量級(jí)鋼w[P]≤0.025%，普通低磷鋼w[P]≤0.010%，超低磷鋼w[P]≤0.005%，極低磷鋼w[P]≤0.002%。但有些鋼中如炮彈鋼、耐腐蝕鋼等，則要加入磷元素，含磷量較多時(shí)，由于脆性較大，在制造炮彈鋼以及改善鋼的切削加工性方面則是有利的。

3  不銹鋼脫磷熱力學(xué)

3.1   鋼液成分的影響

(1)初始硅含量的影響 

[Si]會(huì)優(yōu)先于[P]而氧化，對(duì)不銹鋼脫磷有明顯的抑制作用。鐵水預(yù)處理脫磷一般要求將鐵水中[Si]降低到0.1%以下。不銹鋼氧化脫磷之前，也必須先進(jìn)行預(yù)脫硅，將[Si]降至0.1%以下。

（2）初始碳含量的影響 

從熱力學(xué)上講，[C]可以提高[P]的活度，從而有利于脫磷。這一觀點(diǎn)已成功地應(yīng)用于鐵水預(yù)處理的工業(yè)實(shí)踐。在不銹鋼脫磷中，[C]增高,還可使[Cr]的活度降低,有利于脫磷保鉻。另外,[C]增高,鋼的熔點(diǎn)降低,有利于創(chuàng)造低溫脫磷的熱力學(xué)條件。所以說,[C]對(duì)不銹鋼脫磷有至關(guān)重要的影響。無論對(duì)何種渣系,一定范圍內(nèi)增加[C]對(duì)脫磷都是有利的[5] 。

（3）鉻、鎳含量的影響 

在煉鋼溫度下,[Cr]和[P]參與氧化反應(yīng)的活性比較接近,[Cr]高,會(huì)導(dǎo)致[Cr]優(yōu)先于[P]而氧化。同時(shí),由于[Cr]氧化生成(Cr2O3)會(huì)使?fàn)t渣粘稠甚至凝固,惡化反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)條件和操作條件。適當(dāng)降低鉻含量有利于不銹鋼脫磷。 [Ni]對(duì)脫磷幾乎沒有影響。

（4）溫度的影響 

溫度對(duì)不銹鋼氧化脫磷有明顯的影響。熱力學(xué)研究結(jié)果表明,低溫有利于脫磷,這同樣適用于不銹鋼脫磷,許多實(shí)驗(yàn)結(jié)果都證明了這一點(diǎn)。但應(yīng)注意,溫度過低,有可能導(dǎo)致爐渣粘度的明顯升高,造成鉻損升高。對(duì)60%BaO-40%BaCl2和10%Cr2O3組成的爐渣,脫磷溫度應(yīng)大于1500℃,否則會(huì)導(dǎo)致鉻損的增加。

3.2  渣系的選擇

按脫磷劑的不同,可將脫磷渣分為兩大類。

(1)堿金屬氧化物及其碳酸鹽渣系 

鋰、鈉、鉀的氧化物及其碳酸鹽都有應(yīng)用于不銹鋼或高鉻合金脫磷的研究報(bào)道，尤其是碳酸鹽的應(yīng)用研究。因其熔點(diǎn)低，可不用助熔劑。它也可以作為助熔劑與其它脫磷劑配合使用。堿金屬氧化物及其碳酸鹽易揮發(fā)形成煙霧,適合在低溫下高碳合金的脫磷處理。

(2)堿土金屬氧化物及其碳酸鹽渣系

堿土金屬氧化物及其碳酸鹽渣系主要是鈣、鋇氧化物及其碳酸鹽渣系。CaO渣系適合于高碳含鉻合金的脫磷，而BaO渣系則可以在較低碳含量條件下，實(shí)現(xiàn)對(duì)含鉻合金的脫磷,符合不銹鋼脫磷的實(shí)際，是近年來不銹鋼脫磷研究的重點(diǎn)渣系。

另外，多種脫磷劑組成的復(fù)合渣系，如CaO-BaO等已被證明可以取得很好的脫磷效果，將是今后脫磷渣開發(fā)的主要方向。為保證使渣的磷酸鹽容量達(dá)最大值，應(yīng)在保證熔渣反應(yīng)性能的前提下，使脫磷劑及氧化劑含量處于或接近飽和狀態(tài)。(Cr2O3)對(duì)爐渣的粘度有很大的影響。對(duì)(Cr2O3)含量接近飽和的氧化脫磷渣,控制好爐渣的性能，以保證反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)條件和工藝操作條件是至關(guān)重要的。

4  不銹鋼返回吹氧法脫磷工藝分析

當(dāng)采用返回法冶煉進(jìn)行不銹鋼脫磷時(shí)， 工藝的基礎(chǔ)上應(yīng)增加如下幾個(gè)環(huán)節(jié)。

(1)預(yù)脫硅?？刹捎么笛醴ńY(jié)合熔化過程進(jìn)行，將硅降低至0.1%以下，然后扒渣。 

(2)脫磷。加入脫磷劑,造渣脫磷?？稍贓AF或AOD(VOD)中進(jìn)行。 

(3)扒除脫磷渣，進(jìn)行脫碳操作。

4.1   配料問題

高[C]、低[Cr]、低[Si]有利于脫磷。但從生產(chǎn)實(shí)際出發(fā)，[Cr]、[Si]配入量應(yīng)以最大限度地回收廢鋼中的鉻和硅為前提,因而工藝研究應(yīng)針對(duì)不銹鋼廢料進(jìn)行。碳含量對(duì)脫磷影響很大，可以作出適當(dāng)調(diào)正?，F(xiàn)在冶煉不銹鋼一般采用EAF+AOD(或VOD)的工藝流程。采用VOD時(shí)，因入爐初煉鋼水碳高易引起噴濺，降低設(shè)備壽命，一般要求初煉鋼水[C]低于1.5%。這也相應(yīng)地決定了這種工藝的脫磷宜在EAF中進(jìn)行。

AOD對(duì)裝入鋼水的碳含量要求較為寬松，可達(dá)1%～3%。所以對(duì)EAF+AOD的工藝,脫磷可以在EAF或AOD中進(jìn)行。根據(jù)目前的工藝狀況，將鋼水脫磷之前的[C]定在1.5%～2.5%是可行的。某些廠現(xiàn)行操作的配碳量已達(dá)1.3%～1.5%。

4.2   脫硅問題

不銹鋼返回料中含有較多的硅,氧化去除時(shí)易產(chǎn)生大量的渣。為保證將[Si]降至很低的水平,應(yīng)加入適量的石灰造渣。

不銹鋼返回料中硅取0.8%，配入量按60%考慮,爐料中硅含量約0.5%，要求脫磷前[Si]降至0.1%以下，渣中應(yīng)吸收的SiO2量為8.57kg/t，取石灰中CaO=85%,SiO2=3%,石灰的有效溶劑性f=85%-R?SiO2=75%；如堿度R=3.3，應(yīng)加入的石灰量為37.7kg/t，渣量為76.1kg/t。如取R=2.0，低熔點(diǎn)渣成分范圍應(yīng)在CaO=40%，CaF2=40%，SiO2=20%左右，熔點(diǎn)為1360～1380℃，相應(yīng)的石灰加入量為22.1kg/t，,渣量為58.3kg/t，比較符合實(shí)際情況。根據(jù)有關(guān)的研究結(jié)果，CaO渣系僅適合于高碳含鉻合金的脫磷，且大量SiO2進(jìn)入爐渣會(huì)大大降低爐渣的脫磷能力,使其在弱氧化性氣氛下，無法實(shí)現(xiàn)脫磷。即使R=3.3也是如此。

因而,不能期望利用高堿度的脫硅渣脫磷。脫硅過程造渣的目的應(yīng)為生成有利于脫硅反應(yīng)的低熔點(diǎn)渣。

5   實(shí)際生產(chǎn)脫磷情況

在鋼廠現(xiàn)有的生產(chǎn)工藝條件，如果冶煉出來的鋼磷高，連鑄拉出來的鋼坯表面質(zhì)量較差，有些會(huì)有凹坑或裂縫，所以必須嚴(yán)格控制鋼水中磷含量。但是由于鐵水中磷含量不太穩(wěn)定，上下浮動(dòng)較大，通過AOD來來脫磷較為困難，只能通過控制加入的原料中磷來控制鋼水的磷，就現(xiàn)在工藝，原料中帶入磷的有高碳鉻鐵和高硅硅錳合金，由于高碳鉻鐵廠家經(jīng)常更換，其高碳鉻鐵中磷含量也不同，一旦高碳鉻鐵中磷偏高，只能通過減少高硅硅錳合金的加入來調(diào)節(jié)，然而這樣又增加了硅鐵的消耗，成本又增加了。

實(shí)際上如果前期鐵水磷高可適當(dāng)增加石灰的加入量，使渣子偏向CaO渣系，再加入高碳鉻鐵前，盡可能把鐵水中的硅燒掉，這樣才可以把鐵水中的磷先脫掉一部分，不然加高碳鉻鐵后又帶入了硅，又抑制了磷的脫去，這樣通過扒渣把磷扒出一部分。這時(shí)可以取樣分析，觀察磷含量，結(jié)合取碳樣的磷，適當(dāng)調(diào)整還原加入的高硅硅錳用量，以節(jié)約成本。

6   結(jié)論和建議 

（1）采用適當(dāng)?shù)臓t渣組成，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)不銹鋼的氧化脫磷。 

（2）可以通過溫度、爐渣的選擇，取得較高的脫磷率。低溫、高[C]、高磷酸鹽容量的爐渣有利于氧化脫磷。通過前期扒渣盡可能出渣，把磷扒出。

（3）為實(shí)現(xiàn)脫磷保鉻，有必要控制爐內(nèi)氣氛，保證爐渣的反應(yīng)性能。 

（4）采用AOD爐冶煉，可以使原料中的配碳量大大提高，有利于不銹鋼氧化脫磷。

（5）為保證生產(chǎn)過程的均衡與協(xié)調(diào)，有必要采購含磷較低的原材料。