CN102220453A - 半钢脱磷的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种半钢脱磷的方法。所述方法包括：采用6孔氧枪并通过调整氧枪供氧强度的方式进行分段冶炼，即第一次脱磷冶炼，加入第一批造渣料并将顶吹氧枪的供氧强度控制在2.83～3.21Nm³/(t钢·min)，同时底吹氮气，冶炼，倒渣；第二次脱磷冶炼，加入第二批造渣料并将顶吹氧枪的供氧强度控制在3.58～4.07Nm³/(t钢·min)，从第二次脱磷冶炼开始至拉碳的时间段底吹氮气，从拉碳至吹炼终点的时间段底吹氩气，冶炼，挡渣出钢，得到磷元素含量按重量百分比计不大于0.008％的钢水，在出钢后进行留渣操作。本发明的方法脱磷效果好，脱磷效率高，能够确保转炉冶炼工艺顺行，能减低炼钢生产成本低，并且能够采用半钢生产低磷高级别高附加值钢。

Description

半钢脱磷的方法

技术领域

本发明涉及炼钢技术领域，更具体地讲，涉及一种半钢脱磷的方法。

背景技术

由于半钢中碳的质量百分数为3.4％～4.0％，硅、锰发热成渣元素含量均为痕迹，所以半钢冶炼具有吹炼过程中酸性成渣物质少、渣系组元单一、并且热量不足等特点，这使得半钢炼钢相对于铁水化渣更加困难，脱磷效果不显著。含钒铁水预处理后，半钢中硫的质量百分含量能控制在0.015％以内，但含钒铁水中磷含量却无任何预处理措施；半钢中磷的质量百分含量为0.055％～0.090％，转炉炼钢终点磷波动在0.006～0.020％之间。因此，寻求一种能稳定控制转炉终点钢水中磷含量的方法显得尤为迫切。

在现有的技术中，普通铁水及半钢脱磷方法已有相关专利及文献报道。在公开号为CN101696462A的中国专利申请中公开了一种半钢冶炼低磷钢的生产方法，该方法采用单渣法冶炼并对冶炼过程中的造渣工艺进行优化，出钢过程严格控制下渣，出钢后控制钢包回磷量在0.002％以内。该方法能将转炉终点时钢水中的磷含量控制在0.006％以内，并且通过后续控制回磷的措施，能生产出成品磷含量小于0.010％的低磷钢种。但是当入炉半钢磷含量偏高时，单渣法很难将终点磷含量控制在0.006％以内，且出钢过程下渣量很难控制，钢水回磷严重。

第CN201534861U号中国实用新型专利公开了一种转炉脱磷氧枪喷头，所述喷孔与喷头本体之间的夹角α为12°～20°，所述的喷孔形状为腰型狭缝式，其半圆中心线夹角为β，β为5°～15°，喷孔出口直径Φ2大于喉口直径Φ1，喷孔出口马赫数M＝1.5～1.8。采用该转炉脱磷氧枪喷头能产生最佳的化渣脱磷效果，脱磷后铁水碳含量较高；同时喷头具有良好的冷却效果和较高的使用寿命。但是该专利没有讲述冶炼时采用脱磷氧枪的时间长短，且改为正常氧枪冶炼后没有后序脱磷的方法。

期刊文献“复吹转炉双渣法生产低磷钢工艺实践”通过采用双渣法冶炼，将前期炉渣的碱度控制在2.0～2.5之间，温度控制在1340～1400℃之间，TFe控制在14wt％～20wt％之间能取得较好的脱磷效果，可以稳定生产钢材磷含量在0.010％以下特殊要求的品种钢。但是，由于炉渣粘度不好控制，导致很难将前期高磷渣倒出。此外，采用双渣法时，石灰等辅料加入量大，炼钢成本高。

发明内容

本发明的目的之一是为了克服半钢冶炼时热源不足，成渣速度慢，从而导致转炉脱磷率低的问题。本发明提供了一种采用6孔氧枪冶炼半钢的方法，该方法前期通过调整氧枪管道中氧气流量，采用低供氧强度并配合底吹促进化渣脱磷，后期通过优化脱磷工艺，采用高供氧强度进行后序脱碳升温。

本发明提供了一种半钢脱磷的方法，所述方法包括以下步骤：第一次脱磷冶炼，加入第一批造渣料并将顶吹氧枪的供氧强度控制在2.83～3.21Nm³/(t钢·min)，同时底吹氮气，当转炉中的熔池温度为1410～1460℃、炉渣的碱度为2.0～2.5、炉渣中的全铁含量按重量百分比计为12～17％时，倒渣；第二次脱磷冶炼，加入第二批造渣料并将顶吹氧枪的供氧强度控制在3.58～4.07Nm³/(t钢·min)，从第二次脱磷冶炼开始至拉碳的时间段底吹氮气，从拉碳至吹炼终点的时间段底吹氩气，当转炉中的熔池温度为1670～1700℃、炉渣的碱度为3.3～4.4、炉渣中的全铁含量按重量百分比计为17～25％时，挡渣出钢，得到磷元素含量按重量百分比计不大于0.008％的钢水，在出钢后进行留渣操作。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：脱磷效果好，脱磷效率高，能够确保转炉冶炼工艺顺行，降低炼钢生产成本，能够采用半钢生产低磷高级别高附加值钢。

附图说明

通过下面结合附图进行的描述，本发明的上述和/或其他目的和特点将会变得更加清楚，附图中：

图1为根据本发明示例性实施例的底吹供气模式示意图；

图2为根据本发明示例性实施例的六孔氧枪的枪位和供氧强度变化示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种以含钒铁水脱硫提钒后的半钢为原料的转炉炼钢方法，该方法使用6孔拉瓦尔氧枪喷头；第一期脱磷过程中，通过调整氧枪中氧气流量，以采用低供氧强度脱磷；第二期脱磷(即，二次脱磷)过程中，通过优化半钢脱磷工艺制度，使用相同的氧枪在高供氧强度下进行脱碳升温并脱磷；从而能够有效解决半钢转炉炼钢中化渣脱磷问题，同时，通过二次造渣工艺，使得二次炉渣中磷含量低，且具有一定的氧化性和高碱度，在出钢后进行留渣操作，有利于下一炉前期脱磷，同时能减少辅料消耗。

在下文中，将结合附图详细描述本发明的示例性实施例。

根据本发明的半钢脱磷方法包括第一次脱磷冶炼和第二次脱磷冶炼。所述第一次脱磷冶炼的步骤包括：加入第一批造渣料并将顶吹氧枪的供氧强度控制在2.83～3.21Nm³/(t钢·min)，同时底吹氮气，当转炉中的熔池温度为1410～1460℃、炉渣的碱度为2.0～2.5、炉渣中的全铁含量按重量百分比计为12～17％时，提枪倒渣。所述第二次脱磷冶炼的步骤包括：加入第二批造渣料并将顶吹氧枪的供氧强度控制在3.58～4.07Nm³/(t钢·min)，从第二次脱磷冶炼开始至拉碳的时间段底吹氮气，从拉碳至吹炼终点的时间段底吹氩气，当转炉中的熔池温度为1670～1700℃、炉渣的碱度为3.3～4.4、炉渣中的全铁含量按重量百分比计为17～25％时，挡渣出钢，得到磷元素含量按重量百分比计不大于0.008％的钢水。这里，可以在出钢后进行留渣操作，以将具有一定的氧化性和高碱度的炉渣保留至下一炉冶炼过程，从而能够促进下一炉炉料的前期(例如，第一次脱磷冶炼步骤中的)化渣、脱磷，同时能减少辅料(例如，第一造渣料)的消耗。优选地，可进行全留渣操作，即保留挡渣出钢后的所有炉渣。全留渣操作能够在满足冶炼条件的情况下最大限度的减少下一炉冶炼过程中辅料的消耗。

在第一次脱磷冶炼过程中，将顶吹氧枪的供氧强度控制在2.83～3.21Nm³/(t钢·min)范围内的原因是：通过工业试验证明，在该范围内能在保证加入的渣料化透的前提下，快速成渣且熔池升温速度相对较慢，保证前期具有最好的脱磷效果；如果供氧强度低于2.83Nm³/(t钢·min)，则可能出现渣料化不开，不能快速形成初期炉渣，从而影响前期脱磷效果，还有可能出现由于供氧强度过低，达不到氧枪设计的最低供氧压力，使氧枪出现低压报警现象，影响转炉的正常冶炼；如果前期供氧强度高于3.21Nm³/(t钢·min)，则可能出现熔池升温太快，钢水中碳含量降低大多，从而导致第二阶段的冶炼热源不足，达不到出钢温度的要求，且熔池升温速度过快会使得低温脱磷时间过短，脱磷效果差。

在第一次脱磷冶炼过程中，之所以将转炉中的熔池温度控制为1410～1460℃、炉渣的碱度控制为2.0～2.5、炉渣中的全铁含量按重量百分比计控制为12～17％，是因为将熔池温度、炉渣碱度及炉渣中的全铁含量控制在该范围能保证良好的前期脱磷效果。

在第二次脱磷冶炼过程中，之所以将顶吹氧枪的供氧强度控制在3.58～4.07Nm³/(t钢·min)范围内，是因为将供氧强度控制在该范围内能够满足脱碳升温的要求，如果供氧强度低于3.58Nm³/(t钢·min)，则会使整个冶炼时间延长，从而影响生产节奏；如果供氧强度过高(大于4.07Nm³/(t钢·min))，则会影响后期冶炼操作，甚至可能出现过程返干、喷溅等状况，还有可能会对炉体的维护带来不利影响。

在第二次脱磷冶炼过程中，将转炉中的熔池温度控制为1670～1700℃，能够满足钢种的出钢要求；将炉渣的碱度控制为3.3～4.4、炉渣中的全铁含量按重量百分比计控制为17～25％，是为了确保脱磷后期具有较好的脱磷效果。

冶炼过程底吹气体前期采用氮气，后期采用氩气是为了降低转炉终点钢水中氮含量，许多高附加值钢铁产品对钢水中氮含量都有严格的要求。

图2为根据本发明示例性实施例的六孔氧枪的枪位和供氧强度变化示意图。如图2所示，在本发明的一个实施例中，氧枪的枪位可以采用如下方式来控制：在所述第一次脱磷冶炼的步骤(即，从开吹至倒炉的阶段)的化渣阶段，将枪位控制为1.4～1.5m，以促进化渣，完成化渣后，将枪位控制为1.5～1.7m；在所述第二次脱磷冶炼的步骤(即，从倒炉至出钢的阶段)的化渣阶段，将枪位控制为1.5～1.6m，以促进化渣，完成化渣后，将枪位控制为1.7～2.0m，在从拉碳至吹炼终点的时间段中，将枪位控制在1.3～1.5m，以加强熔池搅拌并均匀熔池中的钢液温度。这里，氧枪采用恒压变枪位操作。在本发明中，氧枪的枪位是指氧枪喷头的喷头末端至熔池液面的距离。

在本发明的一个实施例中，在所述第一次脱磷冶炼的步骤中，可以将所述第一批造渣料在吹氧开始3min内逐步加完，然后可以加入4～11kg/t钢的调渣剂，以改善炉渣的流动性并能够起到防止熔池升温过快的效果。这里，所述调渣剂为现有技术中常用于改善炉渣流动性的调渣剂。

在本发明的一个实施例中，所述第一批造渣料可以包括按重量百分比计12～22kg/t钢的活性石灰、11～20kg/t钢的高镁石灰和10～22kg/t钢的复合造渣剂；所述第二批造渣料可以包括按重量百分比计8～16kg/t钢的活性石灰、9～13kg/t钢的高镁石灰和4～9kg/t钢的复合造渣剂。

图1为根据本发明示例性实施例的底吹供气模式示意图。如图1所示，在本发明的一个实施例中，在所述第一次脱磷冶炼的步骤(即，从开吹至倒炉的阶段)中，氮气的供气强度可以为0.0592～0.889m³/(t钢·min)；在所述第二次脱磷冶炼的步骤(即，从倒炉至出钢的阶段)中，氮气的供气强度可以为0.037～0.059m³/(t钢·min)，氩气的供气强度可以为0.0889～0.111m³/(t钢·min)。

在本发明的一个实施例中，所述半钢脱磷的方法还包括在出钢后采用溅渣护炉工艺对转炉进行维护，溅渣时氮气的供气强度为3.6～4.1m³/(t钢·min)；溅渣时氧枪的枪位为0.5～1.0m，溅渣时间为2～4min。

在本发明的一个实施例中，所述氧枪为拉瓦尔氧枪，其具有组合式喷头，所述组合式喷头包括与总氧道连通的喉口和与喉口连通的均匀布置在总氧道的中心线周围的6个喷孔，所述组合式喷头的马赫数为1.80～2.1。所述喉口的直径为29～34mm，所述喷孔的中心线与总氧道的中心线的夹角为15～20度。优选地，所述喉口直径为31～33mm，所述喷孔的中心线与总氧道的中心线的夹角为16～18度。

在本发明中，所述半钢为使用钒钛磁铁矿冶炼经提钒和脱硫工艺处理后的钢水。

实施例1

某钢厂六孔氧枪喷头参数如表1所示：

表1六孔氧枪喷头参数

喷头型式	孔数(个)	喉口直径(mm)	喷孔夹角(度)	马赫数
					组合式	周边6孔	Φ33	16	2.05

在某钢厂120吨转炉上采用参数如表1所述的氧枪进行冶炼。前期脱磷时供氧流量为23000Nm³/h，工作压力为0.70MPa，供氧强度为2.84m³/(t钢·min)，开吹时底吹供氮流量为100Nm³/h，底吹供气强度为0.0592m³/(t钢·min)。此时主要采用低枪位促进化渣，枪位在1.4m。第一批造渣料加入量为：活性石灰13kg/t半钢；造渣材料高镁石灰加入量11kg/t半钢；造渣材料复合造渣剂加入量10kg/t半钢；在第一次脱磷后期加入调渣剂，调渣剂的加入量为4kg/t半钢，第一批造渣料在前3min逐步加完，待渣料化开后枪位可适当提高到1.6m，脱磷氧枪吹炼450秒后倒渣。倒渣的同时调整氧枪供氧流量为30000Nm³/h，此时氧枪工作压力为0.9MPa，供氧强度为3.58m³/(t钢·min)，此时底吹流量为80Nm³/h，底吹供气强度为0.059m³/(t钢·min)。第二批造渣料加入量为：活性石灰16kg/t半钢；造渣材料高镁石灰加入量9kg/t半钢；复合渣加入量为4kg/t半钢，此时枪位控制在1.5m，待渣料化好后，适当提枪，枪位控制在1.7m。拉碳到终点底吹供气强度为0.0889m³/(t钢·min)，氧枪枪位降低到1.3m以加强熔池搅拌，均匀熔池温度，出钢时底吹供气强度降低为0.037m³/(t钢·min)以减少后期回磷，并采用低磷合金进行合金化，出钢后期采用挡渣标挡渣出钢，减少下渣量，从而减少合金增磷和钢包回磷，出钢结束后进行全留渣操作。采用本发明时入炉条件和试验结果如表2所示；

表2各阶段钢水成分(质量百分数，即wt％)

由表2可知，一次倒渣时脱磷率为73.23％，且脱磷期结束后钢中碳含量为2.59％，能保证后期冶炼升温需要。二次造渣后终点钢水磷含量为0.007％，全程脱磷率可达到90.14％。

实施例2

某钢厂六孔氧枪喷头参数如表3所示：

表3六孔氧枪喷头参数

喷头型式	孔数(个)	喉口直径(mm)	喷孔夹角(度)	马赫数
					组合式	周边6孔	Φ32	18	2.08

在某钢厂120吨转炉采用参数如表3所述的氧枪进行冶炼。前期脱磷时供氧流量为25000Nm³/h，工作压力为0.75MPa，供氧强度为3.21m³/(t钢·min)，开吹时底吹供氮流量为120Nm³/h，供气强度为0.0889m³/(t钢·min)。第一批造渣料加入量为：活性石灰22kg/t半钢；造渣材料高镁石灰加入量20kg/t半钢；造渣材料复合造渣剂加入量22kg/t半钢。在第一次脱磷后期加入调渣剂，调渣剂的加入量为9kg/t半钢，脱磷期辅料在前3min逐步加完，枪位由开吹时的1.5m，略微提高到1.7m，脱磷氧枪吹炼470秒后倒渣。倒渣的同时调整氧枪供氧流量为32000Nm³/h，此时氧枪工作压力为0.95MPa，供氧强度为4.07m³/(t钢·min)，此时底吹流量为60Nm³/h，供气强度为0.037m³/(t钢·min)。第二批造渣料加入量为：活性石灰8kg/t半钢；造渣材料高镁石灰加入量13kg/t半钢；复合渣加入量为9kg/t半钢。二次造渣开始时采用低枪位1.6m促进化渣，拉碳前为防止炉渣返干应适当提高枪位到2m，拉碳到终点枪位应降低到1.4m，且底吹供气强度为0.111m³/(t钢·min)，出钢时底吹供气强度降低为0.023m³/(t钢·min)以减少后期回磷，并采用低磷合金进行合金化，出钢后期采用挡渣标挡渣出钢，减少下渣量。从而减少合金增磷和钢包回磷，出钢结束后进行全留渣操作。采用本发明时入炉条件和试验结果如表4所示；

表4各阶段钢水成分(wt％)

由表4可知，第一次倒渣时脱磷率为70.31％，脱磷期结束后钢中碳含量为2.41％，能保证后期冶炼升温需要。二次造渣后通过对脱磷工艺参数的优化及终点控制，终点钢水磷含量能达到0.006％，全程脱磷率可达到92.18％。

综上所述，本发明在脱磷前期通过低供氧强度化渣脱磷能将钢中的磷脱除70％以上，之后通过二次造渣，并对脱磷工艺参数进行优化以及终点控制，能将钢中磷含量控制在0.008％以内，全程脱磷率达到90％以上，且出钢后进行留渣操作，具有一定氧化性和碱度的炉渣可促进下一炉钢前期脱磷和减少辅料的消耗，具有很好的推广应用前景。

尽管已经结合示例性实施例描述了本发明，但是本领域技术人员应该清楚，在不脱离由权利要求所限定的精神和范围的情况下，可以对示例性实施例进行各种修改和改变。

Claims (10)

1.一种半钢脱磷的方法，所述方法包括以下步骤：

第一次脱磷冶炼，加入第一批造渣料并将顶吹氧枪的供氧强度控制在2.83～3.21Nm³/(t钢·min)，同时底吹氮气，当转炉中的熔池温度为1410～1460℃、炉渣的碱度为2.0～2.5、炉渣中的全铁含量按重量百分比计为12～17％时，提枪倒渣；

第二次脱磷冶炼，加入第二批造渣料并将顶吹氧枪的供氧强度控制在3.58～4.07Nm³/(t钢·min)，从第二次脱磷冶炼开始至拉碳的时间段底吹氮气，从拉碳至吹炼终点的时间段底吹氩气，当转炉中的熔池温度为1670～1700℃、炉渣的碱度为3.3～4.4、炉渣中的全铁含量按重量百分比计为17～25％时，挡渣出钢，得到磷元素含量按重量百分比计不大于0.008％的钢水，在出钢后进行留渣操作。

2.如权利要求1所述的半钢脱磷方法，其特征在于，氧枪的枪位控制如下：在所述第一次脱磷冶炼的步骤的化渣阶段，将枪位控制为1.4～1.5m，以促进化渣，完成化渣后，将枪位控制为1.5～1.7m；在所述第二次脱磷冶炼的步骤的化渣阶段，将枪位控制为1.5～1.6m，以促进化渣，完成化渣后，将枪位控制为1.7～2.0m，在从拉碳至吹炼终点的时间段中，将枪位控制在1.3～1.5m。

3.如权利要求1所述的半钢脱磷方法，其特征在于，在所述第一次脱磷冶炼的步骤中，将所述第一批造渣料在吹氧开始3min内逐步加完，然后加入4～11kg/t钢的用于改善炉渣流动性的调渣剂。

4.如权利要求1所述的半钢脱磷方法，其特征在于，所述第一批造渣料包括按重量百分比计12～22kg/t钢的活性石灰、11～20kg/t钢的高镁石灰和10～22kg/t钢的复合造渣剂；所述第二批造渣料包括按重量百分比计8～16kg/t钢的活性石灰、9～13kg/t钢的高镁石灰和4～9kg/t钢的复合造渣剂。

5.如权利要求1所述的半钢脱磷方法，其特征在于，在所述第一次脱磷冶炼的步骤中，氮气的供气强度为0.0592～0.889m³/(t钢·min)；在所述第二次脱磷冶炼的步骤中，氮气的供气强度为0.037～0.059m³/(t钢·min)，氩气的供气强度为0.0889～0.111m³/(t钢·min)。

6.如权利要求1所述的半钢脱磷方法，其特征在于，所述半钢脱磷的方法还包括在出钢后采用溅渣护炉工艺对转炉进行维护，溅渣时氮气的供气强度为3.6～4.1m³/(t钢·min)；溅渣时氧枪的枪位为0.5～1.0m，溅渣时间为2～4min。

7.如权利要求1所述的半钢脱磷方法，其特征在于，所述氧枪为拉瓦尔氧枪，其具有组合式喷头，所述组合式喷头包括与总氧道连通的喉口和与喉口连通的均匀布置在总氧道的中心线周围的6个喷孔，所述组合式喷头的马赫数为1.80～2.1。

8.如权利要求7所述的半钢脱磷方法，其特征在于，所述喉口的直径为29～34mm，所述喷孔的中心线与总氧道的中心线的夹角为15～20度。

9.如权利要求8所述的半钢脱磷方法，其特征在于，所述喉口直径为31～33mm，所述喷孔的中心线与总氧道的中心线的夹角为16～18度。

10.如权利要求1至9中任意一项所述的半钢脱磷方法，其特征在于，所述半钢为采用钒钛磁铁矿冶炼经提钒和脱硫工艺处理后的钢水。

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