CN102168160A - 使锰矿直接还原合金化的转炉炼钢工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种使锰矿直接还原合金化的转炉炼钢工艺，解决了现有炼钢工艺中以锰系合金为原料的合金化路线成本高及锰系合金生产过程能耗高、污染大等问题。技术方案基于转炉双渣法炼钢工艺，通过减少废钢加入量、采用高枪位软吹操作，倒炉后投入锰矿并减少第二批渣料的加入量等工艺调整方法，大大提高了常规转炉冶炼中锰矿直接还原过程中锰的收得率，起到锰合金化效果，降低锰合金化成本，缩减制造锰铁的高耗能、高污染环节。

Description

使锰矿直接还原合金化的转炉炼钢工艺
技术领域
本发明涉及冶金行业，具体地说是一种使锰矿直接还原合金化的转炉炼钢工艺。
背景技术
锰是钢铁材料中最重要的合金元素之一，对提高钢材质量和改善钢材性能具有重要作用，多数钢种在冶炼或精炼过程中需要进行锰合金化操作。目前国内外最主要的合金化方式是向钢液中加入锰系合金或金属锰达到增锰的目的，但是制造锰系合金的过程是一个高耗能(电耗3000-8000KWh/吨)、高污染的过程，该过程产生的成本最终将通过钢铁生产企业转嫁给用户。
近些年来，国外出现一些新的锰合金化方法，即在转炉冶炼过程中加入锰矿石，直接还原达到锰合金化的目的，主要包括以下两种：(1)将铁水进行“脱磷、脱硅、脱硫”的“三脱”预处理，然后在转炉中加入锰矿物直接还原实现钢液的锰合金化。(2)采用两步法炼钢工艺，使用脱磷及脱碳两个转炉，第一步在脱磷转炉中对脱硫预处理过的铁水进行脱磷、脱硅处理，第二步在脱碳转炉中进行脱碳处理，并在此过程中加入锰矿实现锰合金化。上述两种工艺都对现有的转炉炼钢工艺进行了较大改动，而炼钢行业任何工艺线路的变化都会带来一系列的问题，上述两个方案均存在设备投资和生产成本的提高、工艺难度增加等问题，并未在国内得到广泛应用。
根据热力学原理，在转炉常规冶炼条件下实现锰矿直接还原合金化具有现实可能，但是传统转炉冶炼渣量太大、渣的氧化性太强、终点碳含量太低等因素都将降低锰的收得率，一般转炉冶炼锰收得率低于30％的水平；相应的，如果渣量过少、渣的氧化性太弱，将影响脱磷效果，且终点碳含量与不同钢种的冶炼终点控制要求相对应，不能大范围调整。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供一种基于传统转炉双渣法治炼工艺，在不影响冶炼效果的情况下，通过调整工艺参数和工艺控制，实现在转炉常规冶炼条件下使锰矿直接还原合金化的炼钢工艺。
本发明技术方案基于转炉双渣法炼钢工艺，控制铁水到达转炉平台的温度达到1280℃以上，然后向转炉内兑入铁水，加入废钢，控制铁水中加入的废钢量较现有加入废钢量减少15～35公斤/吨铁水，采用高枪位软吹操作，枪位较现有吹氧起始高度提高0.2～0.4米，倒炉前氧压较现有压力下降0～0.05MPa，吹炼过程中向转炉中加入第一批渣料，吹炼300～400秒后倒出炉中渣料的质量百分数50～60％；扶正炉体后继续吹炼至冶炼终点，吹炼过程中向转炉中加入第二批渣料，并按10～20kg/吨铁水的量加入锰矿，要求吹炼结束3分钟前加完所有锰矿；出钢前控制终渣二元碱度为3～4，出钢碳含量按相应钢种标准的上限控制且不小于重量百分数0.05％。
所述第二批渣料的投入量较现有渣料(即传统转炉双渣法炼钢工艺的第二批渣料投入量)投入量减少11～16公斤/吨铁水。所述第一批渣料的加入量与现有双渣法工艺第一批渣料加入量相同。
所述第二批渣料中不含有化渣剂。由于锰矿可以完全替代第二批渣料中的化渣剂如萤石等起到化渣效果，所以第二批渣料中可不包括化渣剂。
所述铁水中废钢减少的重量与锰矿加入质量比为1.5～2∶1。
本发明工艺中优选控制铁水中加入的废钢量较现有的废钢量(即传统转炉双渣法炼钢工艺中的废钢加入量)减少21～30公斤/每吨铁水；采用高枪位软吹操作，枪位较现有吹氧起始枪位高度提高0.02～0.03米，倒炉前氧压较现有压力(即传统转炉双渣法炼钢工艺中的氧压)下降0.5MPa(倒炉后恢复为现有压力)，然后吹炼300～360秒后倒出炉中渣料的质量百分数60％；扶正炉体后继续吹炼至冶炼终点，吹炼过程中向炉中加入第二批渣料，每吨铁水中加入量为13～14公斤，并按每吨铁水15公斤的量加入锰矿，优选吹氧结束5分钟前加完所有锰矿石；出钢前控制终渣二元碱度为3～4，出钢碳含量按相应钢种标准的上限控制且不小于重量百分数0.05％。
本发明中所述的转炉双渣法炼钢工艺为现有常规(传统)的双渣法冶炼工艺，本领域技术人员可根据冶炼钢种、转炉大小及参数不同，参照本领域公知的相应操作标准控制具体的工艺条件。而本发明中的各项参数控制是基于上述具体工艺条件上的调整变化。
由于加入锰矿石会吸收热量，应减少转炉内向钢水中添加的废钢比，废钢减少重量与锰矿加入重量为1.5至2∶1的关系，调整范围过大或过小均会影响转炉热平衡；为提高渣的氧化性，促进磷的氧化脱除，枪位的起始高度也应较常规转炉双渣法冶炼提高0.2～0.4米，氧压降低0～0.05MPa；通过第一次倒渣料保证了脱磷效果，进一步减少倒渣后加入的第二批渣料的量，然后再加入锰矿直接还原合金化可保证锰的收得率稳定在较高水平；要求在吹氧结束3分钟之前加完所有锰矿，以保证锰矿反应完全。采用本发明工艺方法，在加入锰矿10～20公斤/吨铁水的条件下，转炉终点锰收得率稳定在40％以上，效果明显，转炉脱磷及脱硫效果不受影响。
本发明基于转炉双渣法炼钢工艺，在不影响冶炼效果的前提下，通过调整部分工艺条件及操作入手，大大提高了常规转炉冶炼中锰矿直接还原过程中锰的收得率，起到锰合金化效果，降低锰合金化成本，缩减制造锰铁的高耗能、高污染环节；另一方面，由于减少了第二批渣料的投入量，使得转炉总渣料量消耗降低，节约炼钢成本，同时锰矿可以完全替代第二批渣料中的萤石起到化渣效果，从而明显减轻氟污染程度。因此总体上本发明方法可达到节能降耗、减少污染的目的。
具体实施方式
下面以武汉钢铁(集团)公司生产的Q235B钢为例，具体描述采用传统的转炉双渣法炼钢工艺及采用本发明转炉双渣法炼钢工艺方法及冶炼效果的比较。
比较例
以传统转炉双渣法炼钢工艺(80吨转炉)冶炼Q235B钢种，具体的铁水情况、工艺过程及终点情况如表1～3所示。
表1铁水及废钢情况
Figure BDA0000049230220000041
表2冶炼过程数据
Figure BDA0000049230220000042
工艺方法：见表1，向转炉内按兑入铁水，加入废钢；见表2，控制氧枪及氧压进行高枪位软吹操作，吹炼过程中向转炉中分次加入第一批渣料(包括脱磷剂)，吹炼330秒后倒出炉中渣料的质量百分数50％；扶正炉体后继续吹炼至冶炼终点，吹炼过程中向炉中加入第二批渣料，吹炼结束后出钢。转炉终点成份见表3。
表3转炉终点成分及温度
Figure BDA0000049230220000043
从表1-3可以看出，在常规转炉双渣法冶炼过程中，渣料总加入量为5.9吨，其中倒炉后加入量为2.05吨，Mn的收得率小于30％，脱磷率为85％左右，硫含量冶炼前后基本不变。
实施例
本发明转炉双渣法炼钢工艺(80吨转炉)，采用锰矿直接还原合金化冶炼Q235B钢种，实施例1、2、3中具体的铁水情况、工艺过程及终点情况如表4～7所示。
表4铁水及废钢情况
Figure BDA0000049230220000051
表5锰矿主要成分
Figure BDA0000049230220000052
表6冶炼过程数据
Figure BDA0000049230220000053
工艺方法：见表6，向转炉内按兑入铁水，加入废钢(111～91公斤/吨铁水)；控制氧枪(氧枪起点高度为2.2～2.0米，终点高度为1.4米)及氧压(倒炉前为0.8～0.85MPa，倒炉后为0.85MPa)进行高枪位软吹操作，吹炼过程中向转炉中分次加入第一批渣料(包括脱磷剂)，倒炉时分别倒出炉中渣料的质量百分数50％、55％、60％；扶正炉体后继续吹炼至冶炼终点，吹炼过程中向炉中加入第二批渣料(加入量为11～16公斤/吨铁水，不含萤石及返矿，因锰矿具有化渣及吸热的作用)，并加入锰矿(10～20kg/吨铁水)，要求吹炼结束3分钟前加完所有锰矿，吹炼结束后出钢，三个实施例的总吹炼时间分别为860、865、860，控制出钢前控制终渣二元碱度分别为3、4、3。转炉终点成份见表3。
7转炉终点成分及温度
Figure BDA0000049230220000061
从表4-7可以看出，实施例1、2、3中，包括锰矿在内的渣料总加入量分别为6.1吨、6.25吨和6.23吨，其中倒炉后第二批渣料加入量分别为1.3吨、1.1吨和0.9吨，包括锰矿在内倒炉后渣料总加入量为2.08吨、2.24和2.48，Mn的收得率分别为46％、47％和41％，脱磷率分别为88％、86％和87％，硫含量基本不变，转炉终点控制未受影响，其中锰含量明显提高。

Claims (4)

1.一种使锰矿直接还原合金化的转炉炼钢工艺，基于转炉双渣法炼钢工艺，其特征在于，控制铁水到达转炉平台的温度达到1280℃以上，然后向转炉内兑入铁水，加入废钢，控制铁水中加入的废钢量较现有加入废钢量减少15～35公斤/吨铁水，采用高枪位软吹操作，枪位较现有吹氧起始高度提高0.2～0.4米，倒炉前氧压较现有压力下降0～0.05MPa，吹炼过程中向转炉中加入第一批渣料，吹炼300～400秒后倒出炉中渣料的质量百分数50～60％；扶正炉体后继续吹炼至冶炼终点，吹炼过程中向转炉中加入第二批渣料，并按10～20kg/吨铁水的量加入锰矿，要求吹炼结束3分钟前加完所有锰矿；出钢前控制终渣二元碱度为3～4，出钢碳含量按相应钢种标准的上限控制且不小于重量百分数0.05％。
2.如权利要求1所述的使锰矿直接还原合金化的转炉炼钢工艺，其特征在于，所述第二批渣料的投入量较现有渣料投入量减少11～16公斤/吨铁水。
3.如权利要求1所述的使锰矿直接还原合金化的转炉炼钢工艺，其特征在于，所述第二批渣料中不含有化渣剂。
4.如权利要求1或2或3所述的使锰矿直接还原合金化的转炉炼钢工艺，其特征在于，所述铁水中废钢减少的重量与锰矿加入质量比为1.5～2∶1。
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