[科普中国]-磷分配比

磷分配比就是在同一座炉子中对铁水同时进行连续脱Si脱P处理和脱碳处理的工艺，其中包括了在处理过程中倾动炉子进行中间扒渣的工序。

原理由于预先装入废钢，因此分配比法能在高氧化性气氛下进行操作，而且由于是在同一座转炉中进行处理，因此能确保转炉的热补偿。另外，利用转炉的强搅拌和高速吹氧的特性，在高氧位势下对低碱度渣进行快速脱磷精炼的同时，由于将脱碳渣全部留在炉内就装入下一炉的铁水，因而可有效地用于脱磷精炼，由此能实现石灰单耗最低的精炼，大幅度减少炉渣的产生量。

实验方法使用8t试验转炉进行实验。先在每t铁水中装入0～180kg的废钢，然后装入用别的感应熔化炉熔化的铁水5—7t。

先用氧枪进行顶吹氧，并加入规定的废钢进行脱硅、脱磷处理，然后倾动炉子，从炉口扒出炉渣，将炉子竖直后再进行顶底吹氧，经脱碳精炼后出钢。在对脱碳炉渣进行热循环操作的情况下，可将炉渣全部剩留在炉内就装入下一炉铁水。

脱硅脱磷处理时的顶吹氧流量以1000Nm3/h为标准，还有部分以400Nm3/h和1500Nm3/h为标准进行实验。底吹气体只使用N2，其流量标准分别为200Nm3/h和350Nm3/h。底吹搅拌的动力密度为1.6～3.6kW/t左右。作为脱磷用的助熔剂，有部分实验是在石灰中添加少量萤石，但由于是低碱度炉渣，且对脱磷行为几乎没影响，因此大部分实验只使用石灰。用CaO/SiO2之比表示的脱磷处理后的炉渣碱度在0.9～2.2范围内。另外，根据最初装入的废钢量，在调整铁矿石的添加量后对脱磷处理后的温度进行控制。在中间扒渣后的脱碳处理时，实施了顶底吹氧，总的氧流量在1200～1700Nm3/h的范围内(顶吹为1000—1680Nm3/h；底吹为20—200Nm3/h)。另外，作为底吹氧的冷却气体使用了N2和LPG。1

实验结果吹炼8分钟左右时就进行脱磷，直至[P]0.02mass%为止，即使加上脱碳处理时间，也能在20分钟内处理完毕。处理后的温度及渣中(%CaO)与磷分配比之间有较好的相互关系，处理后的温度越低，且(%CaO)越大，则磷分配比越大。

根据这些脱磷处理后及脱碳处理后的终点成分和温度．采用重回归处理。从脱磷处理后的铁水条件到脱碳处理后的钢水条件，计算值与实际值比较一致。可以认为采用本实验这种低碱度炉渣在强搅拌条件下，脱磷处理后的磷分配比接近脱磷的有效速度常数。

基于模糊加权的转炉炼钢磷分配比计算模型研究背景随着冶金工业的发展，对钢质量的要求越来越高，对钢中磷质量分数的要求也越来越严格，某些特殊钢甚至要求磷质量分数小于0.01%。但转炉炼钢的检测技术还不能满足连续测量熔池温度和成分的要求，副枪测量也只能确定主吹期末和补吹期末两个时刻的熔池温度和熔池碳质量分数，而无法测量出熔池的磷质量分数，因此对钢水磷质量分数进行控制一直存在很大困难。

长期以来，很多研究者对转炉脱磷做了深入的研究，主要是基于冶金机理对炉渣和钢水成分进行分析，或是应用回归分析、人工神经网络等智能方法来建立脱磷模型。由于转炉炼钢生产过程比较复杂，数据的整体规律性不是很明显，因此应用传统方法建立单一模型很难有效地描述转炉脱磷过程。

为此，研究提出对多个模型采用模糊加权方法计算渣与钢水间的磷分配比。该方法不同于传统的硬划分聚类方法，它将模糊C均值(FuzzyC-Means，FCM)聚类算法引入模糊理论，每个数据点对应于每个分类，且都有一个隶属度。这样采用FCM进行分类，建立多个磷分配比模型，再利用数据点对应于各个分类的隶属度，进行反模糊化，将多个模型统一起来，重新对磷分配比进行估计。

磷分配比关系式的建立钢渣与钢水间的磷分配比可以很好地反映转炉炼钢过程中的脱磷程度，磷分配比越大，说明脱磷效果越好。转炉中的脱磷过程为氧化脱磷，脱磷的强弱主要由渣和钢水成分决定，本文通过分析P2O5的活度系数，推导出渣与钢水间的磷分配比影响关系式。

钢水中磷和氧的质量分数相比渣中P2O5的质量分数要低很多，由亨利定律可知，整个熔池的反应环境可以看成理想稀熔液，所以磷和氧的活度系数为1，钢水中磷和氧的活度可以用其质量分数表示，即

αP=wG(P)，αO=wG(O)
式中，wG(P)为钢水中P的质量分数；wG(O)为钢水中氧的质量分数。只要确定P2O5的活度系数γP2O5，就可以推出磷分配比的具体影响关系式。

研究结论(1)从转炉脱磷的热力学条件出发，根据实际生产情况，对脱磷反应平衡关系式进行一系列变换，并引用Turkdogan对P2O5活度系数的最新研究成果，导出渣与钢水间磷分配比的影响关系式。

(2)采用FCM算法对数据分类，集中炉况相近的数据，分别建立磷分配比模型，再计算各数据对应各分类的隶属度，通过对磷分配比进行重新估计，得到很好的效果。2

本词条内容贡献者为:

尹维龙 - 副教授 - 哈尔滨工业大学