本發明涉及一種超低磷鋼的冶煉方法，屬于金屬材料冶煉技術領域。
背景技術：
磷是鋼中的有害元素，容易在晶界偏析，造成鋼材“冷脆”，顯著降低鋼材的低溫沖擊韌性，引起鋼的低溫脆性和回火脆性。高級優質鋼中對磷含量的要求越來越嚴格，特別是對于低溫用鋼、海洋用鋼、抗氫致裂紋鋼等要求磷含量小于0.010%或0.005%。
隨著市場對高級優質鋼需求量的增加，低磷鋼、超低磷鋼作為純凈鋼生產環節中不可缺少的一部分，受到越來越多的關注，采用新技術新工藝盡可能降低鋼中磷含量成為眾多鋼鐵企業的主要研究方向。
超低磷鋼一般指鋼中磷含量≤0.005%的鋼，國內外企業開發了多種鋼水脫磷及冶煉超低磷鋼的方法。上世紀80年代初期，以新日鐵和住友為代表的日本鋼鐵企業及我國太鋼、寶鋼相繼開發應用了鐵水罐、魚雷罐中鐵水預處理脫磷技術，但由于鐵水溫降大、反應界面小、廢鋼比低(≤5％)、脫磷爐渣處理難(堿度過高)、處理效率差等，以及受現場條件限制，國內各鋼鐵企業又研究采用了轉爐爐內單渣法、留渣法、雙渣法、雙渣留渣法等進行鋼水的脫磷，但單渣法適用全新料，雙渣法存在前期倒渣溫度低，渣料融化效果不好的現象，留渣法兌鐵過程容易噴濺造成安全隱患，上述方法同樣存在脫磷不穩定的問題；20世紀90年代中后期，日本及國內寶鋼開發了轉爐雙聯工藝技術，隨后首鋼、重鋼和鞍鋼也都選用了雙聯法煉鋼工藝，但是雙聯工藝要求必須采用兩個轉爐，一個作為脫磷轉爐，一個作為脫碳轉爐，且需要半鋼鋼包實施中間環節的倒運，溫度損失大，并且受裝備水平和車間改造難度限制，不能普及使用。
技術實現要素：
本發明提供一種超低磷鋼的冶煉方法，將“主吹煉”與“補吹煉”有效結合，通過補吹、靜置時底攪、倒渣脫磷，出鋼雙擋減少回磷量等方式保證脫磷效果最大化，并且擺脫了裝備水平的限制，僅在轉爐單工序即可完成，脫磷效率達到96%以上。
本發明所采取的技術方案是：
一種超低磷鋼的冶煉方法，其包括下述步驟：
（1）入爐鐵水：C：4.0-4.6%，Si：0.35-0.75%，P：0.11-0.14%，Ti：0.05-0.1%，鐵水溫度1280-1350℃；
（2）主吹煉：拉碳時機為C：0.05-0.07%、溫度1600-1640℃、終點P≤0.012%，爐渣堿度3.0-3.4，渣中MgO含量7-8%，底吹供氣強度0.08-0.12 Nm3/t·min；吹煉結束后靜置時長60s，倒渣量為30-40%；
（3）加料補吹煉：補吹目標溫度為1650-1690℃；重新加入造渣料造渣，目標堿度：3.5-4.0；終點P≤0.004%，補吹煉結束靜置90-120s；靜置時底吹供氣強度為0.15 Nm3/t·min；
（4）出鋼。
優選的，補吹煉氧槍槍位1.8m。
優選的，出鋼使用滑板擋渣+擋渣標的雙擋模式，回磷量≤0.001%。
優選的，所述補吹煉，加入造渣料輕燒白云石和回轉窯白灰塊，目標堿度3.5-4.0；為升溫和防止后吹根據實際溫度與目標溫度的差值加入硅鐵，硅鐵和造渣料加入情況如表1
表1 補吹煉過程渣料和硅鐵加入量（數據單位修改為kg/噸鋼，并對數據進行了修改，請確認）
△T=補吹目標溫度-當前實際溫度（L2根據一倒測溫及溫度損失速率計算）。
本發明主要是通過將“主吹煉”與“補吹煉”有效結合，對主吹過程結束時機進行優化調整確保終點P達到較低水平進行倒渣、補吹煉階段重新造渣提高爐渣堿度脫磷，實現超低磷鋼（成品P含量≤0.005%）穩定生產。
本發明設計“主吹煉”拉碳時機為C含量0.05-0.07%，拉碳溫度范圍為1600-1640℃，堿度范圍3.0-3.4，爐渣MgO含量范圍7-8%，吹煉過程底吹供氣強度0.08-0.12 Nm3/t·min，吹煉結束后靜置60s（底吹供氣強度0.15 Nm3/t·min）；靜置結束后倒爐倒渣30-40%；倒渣結束后，重新加料造渣（確保爐渣堿度3.5-4.0）并補吹（氧槍槍位1.8m）進行再次脫磷，確保終點P達到≤0.004%，為升溫和防止后吹根據實際溫度與目標溫度的差值加入適量硅鐵；補吹結束后進行靜置90-120s（底吹供氣強度0.15 Nm3/t·min）；為避免出鋼過程下渣回磷，轉爐使用滑板擋渣+擋渣標的雙擋模式，回磷量控制在0.001%，實現低磷鋼的穩定生產。
本發明主要理論依據為在轉爐煉鋼過程中，磷不可能被氧直接氧化而去除，只有在它的氧化物（P2O5）與（CaO）相結合，生成穩定的復雜化合物，才能將磷固定在渣中，從鋼水中去除。轉爐冶煉過程發生在鋼渣間的脫磷反應主要是：
4（CaO）+2[P]+5（FeO）=（4CaO·P2O5）+5[Fe] （1）
（2）
從脫磷反應方程式（1）中可以看出，適當提高中爐渣中CaO、FeO 含量，能夠促進脫磷反應的進行；
從反應平衡常數公式（2）中可以看出隨著反應溫度升高，平衡常數降低，不利于脫磷反應的進行。
轉爐冶煉過程脫磷反應是在渣鋼界面上進行的，脫磷速率主要受渣鋼兩側的傳質速率控制。創造良好的渣鋼接觸條件，對提高脫磷速率十分必要；同時，爐渣良好的流動性對提高渣鋼接觸面積，促進脫磷反應進行有積極作用。因此，充分的攪拌能與適當的熔池溫度推動鋼渣接觸，是促進脫磷反應的動力學條件。
本發明的設計要點：
（1）本發明主吹煉結束后，重新加料造渣并補吹，進行再次脫磷，確保終點P達到≤0.004%；
（2）主吹煉和補吹結束后進行靜置，靜置時進行底攪，確保渣鋼充分反應，保證脫磷效果。
（3）“主吹煉”結束后進行倒渣操作，倒渣比例30-40%，目的將脫磷爐渣有效去除。
（4）為控制轉爐下渣量，出鋼時轉爐使用滑板擋渣+擋渣標的“雙擋”模式，減少回磷量。
（5）應用以煙氣分析為基礎的自動化煉鋼模型進行準確的終點判斷，確保終點穩定可控，可確保超低磷鋼穩定連續性生產。
（6）對主吹煉的結束時機進行合理優化設計，確保主吹煉結束終點P含量達到較低的穩定的水平。
與以往雙渣模式不同，應用基于煙氣分析系統的自動化煉鋼，“主吹煉”階段結束時機與雙渣模式不同，C含量控制范圍：0.05-0.07%；溫度控制范圍：1600-1640℃；堿度控制范圍：3.0-3.3；爐渣中MgO 7-8%，底吹供氣強度0.06-0.12Nm3/t·min。
應用基于煙氣分析系統自動化煉鋼的標準補吹模式，補吹槍位1.8m，補吹后目標溫度1650-1690℃，目標堿度3.5-4.5，加料設定根據實際溫度與目標溫度設定之間的差值進行計算，溫度越低，硅鐵加入量越高，石灰及輕燒加入量越高，補吹煉加料數量參照表1。
傳統生產低磷鋼工藝如鐵水爐外脫磷處理溫度損失大、留渣法及雙渣法脫磷不穩定、雙聯工藝因裝備水平的限制不能廣泛普及。本發明的生產低磷鋼工藝基于脫磷基本理論、熱力學及動力學條件，將“主吹煉”與“補吹煉”有效結合，綜合考慮爐渣充分融化、脫磷效率最大化、自動化煉鋼模型終點判斷的準確性及現場操作的安全性。
本發明的優點在于擺脫了裝備水平的限制，僅在轉爐單工序即可完成，脫磷效率達到96%以上。較傳統的鐵水爐外脫磷及雙聯工藝溫度損失小；與傳統雙渣法比較克服了第一階段溫度低渣料融化效果不好的現象；與留渣法比較，現場操作更加安全可靠。
采用上述技術方案所產生的有益效果在于：
本發明將“主吹煉”與“補吹煉”有效結合，通過補吹煉、靜置時底攪、倒渣脫磷，出鋼雙擋減少回磷量等方式保證脫磷效果最大化，并且擺脫了裝備水平的限制，僅在轉爐單工序即可完成，脫磷效率達到96%以上。
具體實施方式
下面結合實施例對本發明做進一步地說明；
實施例1
入爐原材料：100噸轉爐常規冶煉，入爐鐵水C：4.46%，Si：0.53%，P：0.123%，Ti：0.085%，鐵水溫度1350℃，鐵水重量105.3噸，廢鋼重量為10.3噸。
主吹煉控制情況：終點C：0.055%、終點溫度1614℃、終點P：0.006%，爐渣堿度3.22，渣中MgO含量7.9%，靜置時長60s，底吹供氣強度0.08 Nm3/t·min；倒渣量40%。
補吹煉控制情況：氧槍槍位1.8m，補吹氧氣量546m3，輕燒白云石530kg，回轉窯白灰塊1075kg，硅鐵152kg。靜置時長90s，靜置時底吹供氣強度為0.15 Nm3/t·min。
補吹后鋼水C：0.037%，P：0.003%，溫度1650℃，終點氧位693ppm，終點堿度：3.5。
出鋼使用滑板擋渣+擋渣標進行擋渣控制下渣量，回磷量≤0.001%。
實施例2
入爐原材料：100噸轉爐常規冶煉，入爐鐵水C：4.52%，Si：0.75%，P：0.127%，Ti：0.068%，鐵水溫度1326℃，鐵水重量104.7噸，廢鋼重量為11.3噸。
主吹煉控制情況：終點C：0.062%、終點溫度1600℃、終點P：0.009%，爐渣堿度3.12，渣中MgO含量7.5%，靜置時長60s，底吹供氣強度0.12 Nm3/t·min；倒渣量35%。
補吹煉控制情況：氧槍槍位1.8m，補吹氧氣量597m3，輕燒白云石527kg，回轉窯白灰塊1330kg，硅鐵206kg。靜置時長100s，靜置時底吹供氣強度為0.15 Nm3/t·min。
補吹后鋼水C：0.036%，P：0.003%，溫度1663℃，終點氧位721ppm，終點堿度：4.0。
出鋼使用滑板擋渣+擋渣標進行擋渣控制下渣量，回磷量≤0.001%。
實施例3
入爐原材料：100噸轉爐常規冶煉，入爐鐵水C：4.19%，Si：0.35%，P：0.132%，Ti：0.050%，鐵水溫度1280℃，鐵水重量103.6噸，廢鋼重量為10.2噸。
主吹煉控制情況：終點C：0.058%、終點溫度1631℃、終點P：0.0012%，氧位513ppm，爐渣堿度3.22，渣中MgO含量7.9%，靜置時長60s，底吹供氣強度0.10 Nm3/t·min；倒渣量31%。
補吹煉控制情況：氧槍槍位1.8m，補吹氧氣量627m3，輕燒白云石521kg，回轉窯白灰塊1140kg，硅鐵168kg。靜置時長120s，靜置時底吹供氣強度為0.15 Nm3/t·min。
補吹后鋼水C：0.03%，P：0.004%，溫度1675℃，終點氧位831ppm，終點堿度：3.6。
出鋼使用滑板擋渣+擋渣標進行擋渣控制下渣量，回磷量≤0.001%。
實施例4
入爐原材料：100噸轉爐常規冶煉；入爐鐵水C：4.25%，Si：0.41%，P：0.140%，Ti：0.076%，鐵水溫度1339℃，鐵水重量104噸，廢鋼重量為10噸。
主吹煉控制情況：終點C：0.054%，終點溫度1640℃，氧位497ppm，P：0.010%；爐渣堿度3.00，渣中MgO含量7.3%，倒渣比例35%，靜置60s，底吹供氣強度0.09 Nm3/t·min；。
補吹煉控制情況：氧槍槍位1.8m，補吹氧氣量582m3，輕燒白云石491kg，回轉窯白灰塊1125kg，硅鐵164kg。靜置時長120s，靜置時底吹供氣強度為0.15 Nm3/t·min。
補吹后鋼水C：0.033%，P：0.004%，溫度1682℃，終點氧位754ppm，終點堿度：3.3。
出鋼使用滑板擋渣+擋渣標進行擋渣控制下渣量，回磷量≤0.001%。
實施例5
入爐原材料：100噸轉爐常規冶煉；入爐鐵水C含量4.60%，Si含量0.53%， P：0.110%，Ti：0.10%，鐵水溫度1319℃。鐵水重量105.2噸，廢鋼重量為9.9噸。
主吹煉控制情況：終點C：0.05%，溫度1631℃，氧位582ppm，P：0.009%；爐渣堿度3.40，渣中MgO含量7.9%，倒渣比例約30%，靜置60s，底吹供氣強度0.11 Nm3/t·min。
補吹煉控制情況：氧槍槍位1.8m，補吹氧氣量499m3，輕燒白云石470kg，回轉窯白灰塊11kg，硅鐵172kg。靜置時長110s，靜置時底吹供氣強度為0.15 Nm3/t·min。
補吹后鋼水C：0.031%，P：0.003%，溫度1677℃，終點氧位804ppm，終點堿度：3.7。
出鋼使用滑板擋渣+擋渣標進行擋渣控制下渣量，回磷量≤0.001%。
實施例6
入爐原材料：100噸轉爐常規冶煉；入爐鐵水C：4.00%，Si：0.38%，P：0.133%，Ti：0.059%，鐵水溫度1309℃。鐵水重量106.5噸，廢鋼重量為9.8噸。
主吹煉控制情況：C：0.070%，溫度1637℃，氧位576ppm，P：0.009%；爐渣堿度3.31，渣中MgO含量7.0%，倒渣比例35%，靜置60s，底吹供氣強度0.12 Nm3/t·min。
補吹煉控制情況：氧槍槍位1.8m，補吹氧氣量530m3，輕燒白云石545kg，回轉窯白灰塊1155kg，硅鐵186kg；靜置時長95s，靜置時底吹供氣強度為0.15 Nm3/t·min。
補吹后鋼水：C：0.031%，溫度1690℃，終點氧位832ppm，P：0.004%，終點堿度：3.8。
出鋼使用滑板擋渣+擋渣標進行擋渣控制下渣量，回磷量≤0.001%。