首钢京唐公司采用“全三脱”冶炼工艺流程生产洁净钢,其中原型脱磷炉采用16孔底吹布置,熔池内钢液流动分区较多;底吹元件容易堵塞,导致底吹效果较差；脱磷转炉炉温较低,冶炼过程中出现炉壁粘钢、废钢无法全部融化等问题,脱磷半钢指标未达到先进水平。因此,本文以首钢京唐公司300t脱磷炉为研究对象,对底吹孔布置方式、炉型维护技术、转炉物料平衡以及热量平衡、脱碳炉炉渣二次利用等展开脱磷炉脱磷技术的系统研究,提出工艺改进措施,在工业试验验证和生产中取得了理想效果。本文的主要创新点和工作如下：依据首钢京唐公司300t脱磷炉的炉型结构及复吹冶炼的相关工艺参数,进行实验室1：12的水模实验研究,通过单因素双指标的方法分析转炉底吹元件布置的最佳方式(包括底吹元件的数目和布置方式),同时分析了底吹流量变化、顶吹流量变化、枪位变化对转炉熔池混匀时间以及界面传质速率的影响,给出了各工艺参数的最佳范围。京唐300t脱磷炉的最佳参数配置为：底吹元件布置方案为8支底吹元件内环非完全对称集中布置,其混匀时间最短,传质速率最快,此时顶吹流量为14.35Nm3/h(对应原型18000Nm3/h),氧枪枪位为128mm(对应原型2400mm),底吹流量为2.74Nm3/h(对应原型3673Nm3/h)。根据不同顶吹、底吹搅拌能量条件下,研究不同类型和单重的废钢在熔池中的运动状况和测定不同单重废钢在熔池中的悬浮能量(废钢在熔池中呈悬浮状态所需的搅拌能量),从而确定脱磷炉半钢冶炼合理的废钢类型和尺寸,减少因废钢不熔化造成的出钢量少、废钢粘炉底等问题。废钢的加入量建议控制在10%以内,大块废钢混匀时间整体上比小块废钢混匀时间要长,当复吹参数为顶吹流量30000Nm3/h(氧枪枪位低于2400mm),底吹流量为4010Nm3/h时,废钢在熔池中呈悬浮状态的单重最大不超过1.5t,此时对应的悬浮能量为14989W/m3。为进一步研究转炉底吹元件布置方式、顶底复吹参数对脱磷炉熔池内铁液流动的影响,通过数值模拟研究脱磷炉内气液两相流动规律,结果表明：对于8支底吹元件的内环非对称式集中布置方案,其熔池铁液速度分布较均匀,且“传质更新区”面积较大,“传质滞止区”所占面积较少,为最优底吹元件布置方案。当氧枪枪位保持2400mm、顶吹氧气流量为35000Nm3/h,底吹流量为3500Nm3/h时铁水流动速度较大,“传质更新区”比例较高,更有利于脱磷反应的进行。结合脱磷炉低温吹炼条件下的物料平衡和热量平衡模型、现场生产数据,建立转炉渣中(FeO)预测模型,利用该模型可预测吹炼各阶段炉渣(FeO)含量,用于指导吹炼过程枪位和氧气流量控制。验证结果表明,模型计算的炉渣FeO含量和实测值吻合度较高,绝对误差在土2%以内、相对误差在10%以内的比例在80%以上。通过对脱碳转炉渣和脱磷转炉渣进行综合对比分析,高碱度脱碳炉渣可进行脱磷炉冶炼半钢时的热态渣二次循环利用。通过开发专用热态渣渣罐,实现脱碳炉热态渣循环进入脱磷炉冶炼半钢,进一步提高脱磷炉化渣效果和脱磷效果,以及实现脱磷炉零辅料消耗的目标。脱磷炉冶炼半钢采用脱碳炉热态渣工艺后,终点磷含量降低0.006%,转炉终渣TFe炉次降低约3.4%,热态渣试验炉次实现零石灰、零轻烧等辅料的消耗。工业现场试验结果表明：通过底吹孔的优化布置,现场脱磷炉脱磷率从65.3%上升到72.2%,终点磷含量从0.039%下降到0.031%,脱磷效果得到明显改善;通过常规和洗炉方式进行炉型维护,可以有效控制炉衬粘钢厚度,提高脱磷效果,延长使用寿命。通过现场对中型废钢、打包块、热轧切头尾等废钢进行转炉熔化试验发现,脱磷转炉仅可采用中型废钢,对于打包块与热轧切头尾等尺寸较大废钢需通过延长吹炼时间、提高转炉熔池温度等措施提高废钢熔化速率。