CN102242239A - 利用顶底复吹转炉的铁水预脱磷方法 - Google Patents

利用顶底复吹转炉的铁水预脱磷方法 Download PDF

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一种利用顶底复吹转炉的铁水预脱磷方法，属于铁水脱磷技术领域。采用普遍使用的铁水脱磷用原辅料，即石灰、铁矿石和萤石，通过控制脱磷氧枪枪位和氧气流量实现冶炼前期快速升温、增加化渣效果，提高脱磷效率至80％以上。通过氧枪从顶部向铁水浴面供给氧气，通过转炉炉底供气系统向钢水内部供给搅拌气体。通过控制氧枪枪位及氧气流量提高脱磷效率，降低炼钢过程废渣排放量。

Description

利用顶底复吹转炉的铁水预脱磷方法
技术领域
本发明属于铁水脱磷技术领域，特别是涉及一种利用顶底复吹转炉进行铁水脱磷的方法，通过控制脱磷氧枪枪位和氧气流量提高脱磷效率。
背景技术
近年来，钢铁产品对磷含量的要求日趋严格。为了满足钢铁品质的要求，需要在铁水预处理阶段尽可能的高效除去铁水中的磷。铁水脱磷一般在铁水运送容器(如鱼雷罐)或者转炉中进行。利用运送容器进行铁水脱磷时，由于运送容器上部空间小，为了避免喷溅，应当选用高碱度且全铁含量低的顶渣，这就限定了脱磷前的脱硅(例如，TETSU-TO-HAGANE，69(1983)，p.1818)。此外，高碱度渣存在着化渣难的问题，限制了顶渣脱磷能力的发挥。顶底复吹转炉具有炉容比大以及动力学好的优点，越来越普及。喷射氧气的氧枪是顶吹系统的重要构成部分，合适的氧枪枪位和氧气流量能够更好的控制渣钢间的物理化学反应特性，对于保证正常的转炉吹炼炼钢非常重要。
传统的转炉吹炼过程为：废钢、未脱磷铁水及脱磷剂被装入转炉，然后顶吹氧气氧化除去铁水中的Si、P和C等。但是由于吹炼末期钢水温度高，铁水中脱去的磷会部分返回钢水中，因此需要使用过量的石灰固定脱磷产物，导致了炉渣脱磷效率低和废渣排放量增加。
使用高效脱磷剂和优化脱磷工艺是提高脱磷效率和降低废渣排放量的有效方法。中国专利申请号97116979.9公开了“铁水预脱磷方法”，该方法利用转炉且使用合成渣进行铁水预脱磷。所用合成渣组成为CaO(50-70％)-铁氧化物(15-35％)-CaF2(5-15％)或者CaO(55-70％)-铁氧化物(15-30％)-CaF2(4-10％)-Na2CO3(4-9％)。通过该发明，铁水脱磷率能够达到85-90％且废渣量低。但是，由于CaF2和Na2CO3的用量大，转炉炉内耐火材料的腐蚀将非常严重，而且由于Na+和F-的溶出限制了废渣的回收利用。中国专利申请号200680041842公开了“铁水的脱磷处理方法”，该方法通过将氧气和脱磷剂一同吹入转炉内铁水浴面进行铁水脱磷。通过该发明，铁水中磷含量能够从0.105-0.124％降到0.012-0.02％，且石灰用量在3.3-9.6kg/t范围内。但是，该法对设备以及炼钢用辅料要求极其严格，很难在多数钢厂推广应用。日本国专利申请号2005-17018公开了“高碳极低磷钢的冶炼方法(高炭素極低りん鋼の溶裂方法)”，该方法通过转炉炉气分析系统计算出系统蓄积氧量以预测渣中FeO含量，然后通过调整氧枪枪位、氧气流量和底吹气体流量来控制终点磷含量小于0.015％。但是该方法中所用的炉气分析系统目前国内多数钢厂不具备或者还处于研发阶段。
在转炉中，铁水中的磷一般通过氧化反应除去，其简单化学反应式如式(1)所示。
(1)
2[P]+5[O]+3CaO＝3CaO·P2O5
从热力学观点出发，降低温度、提高渣中CaO含量(或者碱度)和增加氧位都有利于脱磷反应的进行。但是，温度过低不利于化渣，且降低了脱磷反应速度，渣中CaO含量过高会影响化渣，不利于脱磷。在实际生产过程中，调整氧枪枪位和氧气流量是改善炉渣物理化学行为的有效方法之一。例如，低枪位大流量操作有利于氧化铁水中的组成成分，起到升温和化渣的作用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用顶底复吹转炉的铁水脱磷方法，采用普遍使用的铁水脱磷用原辅料，即石灰、铁矿石和萤石，通过控制脱磷氧枪枪位和氧气流量实现冶炼前期快速升温、增加化渣效果，提高脱磷效率至80％以上。
实现本发明的目的是在工艺中控制如下技术参数：
(1)更换脱磷氧枪，设定脱磷氧枪的喷头出口马赫数为1.5-2.0，喷孔数为4孔，孔间夹角为14-16度；
(2)转炉底吹供气搅拌气体为氮气或氩气，底吹系统强度达到吨钢0.20-0.24Nm3/min。
(3)转炉吹炼前，使用前一炉吹炼的脱碳炉渣进行溅渣护炉操作，倒掉剩余炉渣；
(4)转炉内装入废钢、兑铁水，摇直转炉；
(5)下脱磷氧枪，开吹后添加石灰、铁矿石和萤石为主的脱磷渣料，根据铁水Si含量调整石灰加入量，控制炉渣碱度R在1.8～2.7，萤石添加量为5-8kg/100kg石灰，铁矿石加入量按15～35kg/t钢控制，采用球团矿，粒径小于40mm，根据溶液温度、Si含量适当调整，按15～35kg/t钢控制，从而控制吹炼结束温度为1350-1420℃；
(6)开吹至吹氧量达到总供氧量的25～35％时，氧枪采用较高的吹氧流量17500-18000Nm3/min、低枪位2.4-2.5m，快速氧化铁水中的Si，提高铁水温度，尽快化渣；
(7)随后提高脱磷氧枪枪位至2.7-2.8m、降低氧气流量至16000-16500Nm3/min，保持恒枪位、恒流量操作，溶池溶液C质量百分比例达到3.0～3.6％，温度1350-1420℃时提枪；
与目前常用的顶底复吹转炉吹炼未脱磷铁水技术相比，本发明具有如下优点：
1、充分利用了成熟的顶底复吹转炉吹炼技术，铁水脱磷的动力学条件得到满足。
2、采用常用的脱磷原料，通过控制氧枪枪位和氧气流量改善渣钢间物理化学特性。
3、脱磷剂原料来源广泛，价格低廉。
4、采用铁水脱磷前溅渣护炉操作，在保证高脱磷效率的条件下提高炉内耐火材料使用寿命。
具体实施方式
实例1：210吨顶底复吹转炉溅渣护炉后装入废钢20t和铁水216t，铁水C：4.33％、Si：0.311％、Mn：0.18％、P：0.084％、T：1353℃。吹炼开始后向转炉内添加脱磷剂(石灰5t、铁矿石3t和萤石614kg)。吹炼至吹氧量达到35％时，氧枪枪位调整至2.4m处，流量调整为18000Nm3/h，随后提枪位至2.8m，流量调整为约16200Nm3/h。吹炼时间为479秒，底吹N2流量为2966-2692Nm3/h。吹炼结束铁水C：3.07％、Si：0.010％、Mn：0.040、P：0.010％、T：1325℃，脱磷率88.1％。
实例2：210吨顶底复吹转炉溅渣护炉后装入废钢20t和铁水216t，铁水C：4.47％、Si：0.406％、Mn：0.17％、P：0.088％、T：1385℃。吹炼开始后向转炉内添加脱磷剂(石灰9.5t、铁矿石4.5t和萤石850kg)。吹炼至吹氧量达到26％时，氧枪枪位调整至2.4m处，流量调整为18000Nm3/h，随后提枪位至2.8m，流量调整为约16200Nm3/h。吹炼时间为635秒，底吹N2流量为2947-3005Nm3/h。吹炼结束铁水C：3.16％、Si：0.019％、Mn：0.11、P：0.014％、T：1371℃，脱磷率84.1％。
比较例1：210吨顶底复吹转炉溅渣护炉后装入废钢22t和铁水214t，铁水C：4.63％、Si：0.428％、Mn：0.15％、P：0.071％、T：1358℃。吹炼开始后向转炉内添加脱磷剂(石灰5.5t、铁矿石3t和萤石400kg)。吹炼过程氧枪枪位调整至2.8m，流量调整为约18000Nm3/h，保证恒枪位恒流量操作。吹炼时间为486秒，底吹N2流量为2960-3047Nm3/h。吹炼结束铁水C：3.51％、Si：0.02％、Mn：0.03、P：0.016％、T：1315℃，脱磷率77.5％。
比较例1：210吨顶底复吹转炉溅渣护炉后装入废钢22t和铁水214t，铁水C：4.61％、Si：0.382％、Mn：0.16％、P：0.071％、T：1369℃。吹炼开始后向转炉内添加脱磷剂(石灰7.5t、铁矿石3t和萤石600kg)。吹炼过程氧枪枪位调整至2.8m，流量调整为约18000Nm3/h，保证恒枪位恒流量操作。吹炼时间为543秒，底吹N2流量为2574-2775Nm3/h。吹炼结束铁水C：3.3％、Si：0.021％、Mn：0.06、P：0.018％、T：1369℃，脱磷率74.7％。
本发明实施例及比较例的供氧总量基本相同，对于转炉铁水脱磷预处理过程中，本发明通过控制氧枪枪位和氧气流量，是能够提高脱磷效率。

Claims (1)

1.一种利用顶底复吹转炉的铁水预脱磷方法，其特征在于，在工艺中控制如下技术参数：
(1)更换脱磷氧枪，设定脱磷氧枪的喷头出口马赫数为1.5-2.0，喷孔数为4孔，孔间夹角为14-16度；
(2)转炉底吹供气搅拌气体为氮气或氩气，底吹系统强度达到吨钢0.20-0.24Nm3/min；
(3)转炉吹炼前，使用前一炉吹炼的脱碳炉渣进行溅渣护炉操作，倒掉剩余炉渣；
(4)转炉内装入废钢、兑铁水，摇直转炉；
(5)下脱磷氧枪，开吹后添加石灰、铁矿石和萤石为主的脱磷渣料，根据铁水Si含量调整石灰加入量，控制炉渣碱度R在1.8～2.7，萤石添加量为5-8kg/100kg石灰，铁矿石加入量按15～35kg/t钢控制，采用球团矿，粒径小于40mm，根据溶液温度、Si含量按15～35kg/t钢控制，从而控制吹炼结束温度为1350-1420℃；
(6)开吹至吹氧量达到总供氧量的25～35％时，氧枪采用较高的吹氧流量17500-18000Nm3/min；低枪位2.4-2.5m；
(7)随后提高脱磷氧枪枪位至2.7-2.8m、降低氧气流量至16000-16500Nm3/min，保持恒枪位、恒流量操作，溶池溶液C质量百分比例达到3.0～3.6％，温度1350-1420℃时提枪。
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