CN101476013A - 一种使用脱磷剂的转炉冶炼工艺 - Google Patents
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Abstract
一种使用脱磷剂的转炉冶炼工艺，属于转炉炼钢技术领域。在同一座转炉中，利用前期低温和高氧化铁等良好的热力学和复吹动力学条件，并使用含少量CaCl2的CaO基脱磷剂进行脱磷，前期铁水预处理，倒掉50－70％脱硅、脱磷渣，后期重新造渣，进行脱碳处理，脱碳渣留渣利用，可作为下炉的脱磷用渣。该冶炼工艺利用CaCl2与CaO二元系的低共熔点性质，将其添加到CaO基脱磷剂中，加快了CaO的熔化速度，提高了石灰的利用率，同时脱碳渣的留渣操作，既充分利用了渣所带来的物理热，又为前期脱磷提供了高氧化铁，加速脱磷反应。优点在于，投资成本低，冶炼周期缩短，冶炼终点时碳含量达到0.4％，磷含量可降低到0.006％，脱磷率高达95.5％。
Description
技术领域
本发明属于转炉炼钢技术领域，特别是提供了一种使用脱磷剂的转炉冶炼工艺。适用于转炉冶炼中、高碳钢。
背景技术
对绝大多数的钢种来说，磷是有害元素。因为钢中的磷能显著降低钢的韧性，尤其是回火韧性和冲击韧性。低温条件下，韧性的变坏尤为显著，导致钢的“冷脆”，且随钢中碳、氮、氧含量的增加，磷的这种有害作用增强。磷在钢水凝固过程中的偏析比较严重，容易使钢的局部组织异常，造成机械性能不均匀，对焊接性能也有不利影响。因此钢中的磷要尽可能多的去除掉，它是炼钢过程中的重要环节之一。
生产优质低磷钢，最好是选用低磷铁水冶炼。但是受到原料资源条件的限制，选用优质低磷原料冶炼生铁，使生铁水磷含量<0.070％不是全部能达到要求，优质原料的资源有限，而且成本较高，大多数钢厂使用的原料冶炼出的铁水磷含量为0.10-0.15％。
采用铁水预处理脱磷技术，将中、高磷铁水中的磷在入炉之前脱除，也可以使钢中碳、磷达到出钢要求，也是可以用来冶炼低磷，中、高碳钢的有效方法。但是必须有专用的设备，且脱磷时间较长，受扒渣等一系列条件限制，应用效果不太理想。
对于顶底复吹转炉冶炼低磷中碳钢或高碳钢，按目前常用工艺路线，采用高拉碳出钢方式，从冶金热力学角度分析，脱磷需要钢—渣间具备很强的氧势，而转炉在中、高碳出钢时，由于碳氧平衡热力学规律的制约，钢水和炉渣的氧化性相对比较低，脱磷效果较差，很难达到生产低磷钢的氧化性要求，比如当终点[C]>0.3％时，终点[P]会大于0.040％。目前，国内许多钢厂在转炉内冶炼中、高碳钢工艺时，普遍采用增碳法来确保磷的控制，即低终点碳，高氧化性渣操作，这样钢水中含氧较高，钢质恶化，金属收得率降低，同时需要在出钢时加入大量的增碳剂，因此会造成成品碳成分不均匀，合金收得率低且不稳定，这不仅延长了冶炼时间，也使炼钢成本提高，钢水质量变差。
工业上铁水脱磷常采用氧化脱磷的方法，普遍采用的是石灰基渣系固定剂。主要为石灰，其主要成分为CaO，石灰渣系来源广，并且与磷的氧化物也有较很强的结合能力，所以在实际钢铁工业中应用广泛。因熔点高氧化脱磷时CaO本身只作固定剂，所以需要有助熔剂配合使用。常用的助熔剂主要有萤石、氯化钙等，作用主要是为了提高炉渣的熔化速度，降低炉渣的粘度，降低炉渣的熔化温度可改善反应的动力学条件，使脱磷剂快速成渣。因此为了获得较好的冶炼效果，必须使用含较高活性氧化钙的石灰，钢铁企业必须加大成本投入。
发明内容
本发明的目的在于提供一种使用脱磷剂的转炉冶炼工艺，使用含少量CaCl2的CaO基脱磷剂进行前期脱磷，后期脱碳的转炉冶炼低磷，中、高碳钢的工艺。实现了高效、原料成本低、热利用率高，且使用脱磷剂在同一转炉内进行脱硅、脱磷、脱碳处理。
本发明所采用的技术方案为：在同一座顶底复吹转炉中，利用前期低温和高氧化铁等良好的热力学和复吹动力学条件，兑入铁水和废钢，下枪吹氧并使用含CaC12的CaO基脱磷剂进行前期脱硅、脱磷，倒炉倒掉前期脱硅、脱磷渣重量的50-70％，起炉继续吹氧，加料并重新造渣，进行后期脱碳处理。脱碳渣留渣利用，可作为下炉的脱磷用渣。该冶炼工艺利用CaCl2与CaO二元系的低共熔点性质，将其添加到CaO基脱磷剂中，加快了CaO的熔化速度，提高了石灰的利用率，同时脱碳渣的留渣操作，即充分利用了渣所带来的物理热，又为前期脱磷提供了高氧化铁，加速脱磷反应。
前期脱硅、脱磷：
(1)在顶底复吹转炉中兑入冶炼原料铁水和废钢，铁水为91-96％，废钢加入量为4-9％，其中，铁水中含：[C]：4.0-4.8％，[Si]：0.1-0.3％，[P]：0.1-0.15％；均为重量百分比；。
(2)下枪吹炼，顶吹氧强度为2.6-2.8Nm3/h·t，底吹强度为0.018-0.02Nm3/h·t，底吹气为氮气或氩气。
(3)同时加入脱硅、脱磷剂。石灰：15-25kg/t，轻烧：5-10kg/t，球团：2-5kg/t，萤石：0-2kg/t，含CaCl2碱渣：3-9kg/t，前期渣碱度R：1.8-2.2。
(4)前期供氧时间为270-300s，倒炉温度为1300-1340℃，利用前期冶炼低温的有利条件进行脱磷。
(5)为防止后期脱碳处理升温时回磷，倒炉倒掉前期脱硅、脱磷渣50％-70％，倒渣时铁水温度为1300-1340℃，铁水中含：[C]：3.3-3.4％，[Si]：0.01-0.03％，[P]：0.03-0.05％；前期渣的碱度R为1.8-2.2。
后期脱碳：
(1)倒渣后再起炉下枪吹炼，进行后期脱碳处理，增大顶吹氧强度增加为2.8-3.0Nm3/h·t，底吹气强度降为0.008-0.012Nm3/h·t。
(2)下枪吹氧的同时加料，重新造渣。所加的料为：石灰：5-15kg/t，轻烧：2-6kg/t，球团：2-5kg/t，萤石：0-2kg/t，含CaCl2碱渣：0-5kg/t。
(3)后期供氧时间为500-650s，碳温协调时，倒炉出钢，冶炼终点温度为1560-1600℃。
(4)冶炼终点时，碱度R＝3.4-3.9，铁水成分[C]：0.4％，[Si]<0.01％，[P]：<0.008％，终点渣的碱度R为3.3-3.9。
(5)留渣可进行溅渣护炉或脱碳后的返回渣可作下炉脱磷前期使用。
前期脱硅、脱磷过程中(3)所加的CaCl2，可加速石灰的熔化，提高石灰的利用率。
碱渣的主要成分是氧化钙，并含有10-40％的氯化钙以及少量的氧化钠、碳酸钠、少量的氧化物如SiO2、MgO等。氯化钙是用于铁水脱磷的很好的助熔剂，碱渣中含有的大量CaO，是用于脱磷的很好的固定剂。
后期脱碳留渣进行溅渣护炉和下炉脱磷前期使用，不仅提高了渣的热利用率，而且为前期脱磷提供了高氧化铁，加快脱磷反应进行。
本发明相对于现有的转炉炼钢技术，投资成本低，冶炼周期缩短，冶炼终点时碳含量达到0.4％，磷含量可降低到0.006％，脱磷率高达95.5％。有如下的优点：
(1)本发明的铁水脱磷工艺与脱硫铁水预处理相结合，使入转炉[S]<0.030％。在同一转炉中，利用前期低温和高FeO等良好的热力学和动力学条件进行脱硅和脱磷，排除含磷炉渣，使后期终点时能达到C、P、S、温度同时到终点，前期脱磷与后期脱碳工序分开操作，减少了后期脱磷，降低钢水氧化性，为洁净钢生产创造了一个平台。
(2)后期脱碳后，将脱碳渣留渣利用，作为下炉钢的脱磷用渣，不仅充分利用了渣所带来的物理热，而且也为前期脱磷带来了较高的氧化铁，加速脱磷反应的进行，降低含氧量，同时减少了石灰、萤石等原料的用量，降低了生产成本。
(3)使用该转炉炼钢工艺不用新增脱磷设备，投资成本低，同时又保证正常生产节奏，缩短一炉钢的生产周期。
(4)不仅提高了脱磷率，而且为开发生产低磷，中、高碳等高附加值钢种提供的技术支持。
(5)利用含有CaCl2的碱渣做新型脱磷剂组分，不仅加速石灰的熔化，提高石灰的利用率，从而加速前期脱磷反应，而且提供了一种廉价的新型转炉炼钢原材料。
具体实施方式
根据本发明所述转炉炼钢高效脱磷工艺进行实例说明。
在120吨转炉上进行冶炼，原料铁水成分和废钢比例如表1所示。铁水入转炉后，兑入如表1所示比例的废钢，下枪，按设定的氧枪流量吹氧，同时加入石灰、萤石、碱渣等脱硅、脱磷剂，开始进行冶炼。前期加入脱磷剂的量、吹炼时间及耗氧量见表2所示。倒炉倒掉前期脱硅脱磷渣50-70％后，加大顶吹流量，降低底吹强度，重新造渣进行脱碳处理，后期耗氧量及原料量使用如表3所示。C、P、温度协调达到出钢要求时，停止吹炼倒炉出钢，脱碳渣留渣进行溅渣护炉及留做下炉前期脱磷渣。出钢成分及温度如表4所示。
表1 实施例原料成分及废钢配比
表2 实施例前期加入脱磷剂的量、吹炼时间及耗氧量
表3 实施例后期加入脱磷剂的量、吹炼时间及耗氧量
表4 实施例出钢成分及温度
Claims (2)
1一种使用脱磷剂的转炉冶炼工艺，其特征在于，在同一座顶底复吹转炉中，兑入铁水和废钢，下枪吹氧并使用含CaCl2的CaO基脱磷剂进行前期脱硅、脱磷，倒炉倒掉前期脱硅、脱磷渣重量的50-70％，起炉继续吹氧，加料并重新造渣，进行后期脱碳处理；脱碳渣留渣利用，可作为下炉的脱磷用渣。
2根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述的前期脱硅、脱磷工艺为：
(1)在顶底复吹转炉中兑入冶炼原料铁水和废钢，铁水为91-96％，废钢加入量为4-9％，其中铁水含：[C]：4.0-4.8％，[Si]：0.1-0.3％，[P]：0.1-0.15％；均为重量百分比；
(2)下枪吹炼，调整前期吹氧强度和底吹强度，顶吹氧强度为2.6-2.8Nm3/h·t，底吹强度为0.018-0.02Nm3/h·t，底吹气为氮气或氩气；
(3)吹炼同时加入脱硅、脱磷剂，并且使用含CaCl2的CaO基脱磷剂；
(4)前期供氧时间为270-300s，倒炉温度为1300-1340℃，利用前期冶炼低温的有利条件进行脱磷；
(5)倒炉倒掉前期脱硅、脱磷渣50％-70％，倒渣时铁水温度为1300-1340℃，铁水中含：[C]：3.3-3.4％，[Si]：0.01-0.03％，[P]：0.03-0.05％；前期渣的碱度R为1.8-2.2。
3根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述的后期脱碳处理工艺为：
(1)倒渣后再起炉下枪吹炼，进行后期脱碳处理，并且调整后期脱碳处理时的吹氧强度和底吹强度；顶吹氧强度增加为2.8-3.0Nm3/h·t，底吹气强度降为0.008-0.012Nm3/h·t；
(2)下枪吹氧的同时加料，重新造渣；
(3)后期脱碳处理供氧时间为500-650s，碳温协调时，倒炉出钢，冶炼终点温度为1560-1600℃；
(4)冶炼终点时，碱度R＝3.4-3.9，铁水中含：[C]：0.4％，[Si]<0.01％，[P]：<0.008％，终点渣的碱度R为3.3-3.9；
(5)留渣进行溅渣护炉或脱碳后的返回渣作下炉脱磷前期使用。
4根据权利3所述的方法，其特征在于，步骤(2)中所加料为：石灰：10-25kg/t，轻烧：5-10kg/t，球团：2-5kg/t，萤石：0-2kg/t，碱渣：3-9kg/t。
5根据权利1或2所述的工艺，其特征在于，在同一座转炉中脱磷、脱碳工序分开操作。
6、根据权利1或3所述的工艺，其特征在于，后期脱碳留渣进行溅渣护炉和下炉脱磷前期使用。
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