CN102559999B - 低温铁水喷吹脱磷预处理方法 - Google Patents

低温铁水喷吹脱磷预处理方法 Download PDF

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Abstract

一种低温铁水喷吹脱磷预处理方法，属于炼钢铁水预处理领域。铁水采用脱磷专用铁水包盛装，并用铁水倾翻运输车运至处理位。喷吹采用浓相输送的方式，减少了载气引起的铁水温降。吹入的氧气为反应提供了气体O和加热升温，减少了氧化铁皮的加入量从而降低氧化铁皮加入引起的铁水温降。低吹氧速度实现对铁水进行软吹，降低了脱碳、脱锰的反应速度，达到保碳、保锰的目的，最大程度的保留了铁水的化学热。由于以上几方面的积极作用，减少了铁水的温降，同时氧气对铁水进行一定的加热，最终实现对低温铁水进行喷吹脱磷，脱磷率达90％以上。

Description

低温铁水喷吹脱磷预处理方法
技术领域
本发明属于炼钢铁水预处理技术领域，特别是提供了一种低温铁水喷吹脱磷预处理方法，适用于炼钢铁水预处理领域。
背景技术
磷在一般不锈钢中都是杂质元素，主要是降低钢的塑性、增强钢的脆性，使不锈钢的加工性能变差。对于铁水热装工艺生产一般不锈钢冶炼，由于高炉铁水含[P]～0.10％，而一般不锈钢成品要求控制[P]≤0.035％，耐晶间腐蚀的不锈钢应使P≤0.010％，要求耐浓硝酸和尿素等介质腐蚀的不锈钢中应使P≤0.005％，因此不锈钢冶炼都应考虑脱磷问题。
由于合金熔化炉、AOD炉和VOD精炼不锈钢钢水工艺中合金熔化炉主要功能为熔化高碳铬铁和废钢，熔化后的含铬铁水硅含量很高，铁水温度1600～1700℃，基本上在进行脱Si保铬处理，没有脱磷条件。AOD炉主要功能是降碳保铬，脱碳后为还原阶段，也缺少脱磷条件。良好的脱磷条件要求铁水温度低、渣碱度高、氧势高。LF炉起到温度调节，合金微调的作用，同样缺少脱磷条件。因此，利用合金熔化炉、AOD炉、LF炉和VOD精炼不锈钢钢水进行脱磷处理在工艺和操作上均十分困难。在合金熔化炉熔炼和后续精炼的过程中加入的废钢和铁合金也会带入一部分磷，从而使磷含量进一步升高。因此，综合以上各方面因素，应在合金熔化炉熔炼之前进行铁水脱磷处理，使铁水脱磷处理后[P]≤0.015％，以满足最终不锈钢成品对P的要求。
目前铁水脱磷工艺主要有：鱼雷罐内喷吹脱磷、铁水罐内喷吹脱磷、专用转炉脱磷。专用转炉脱磷对于一些不锈钢产量不大的企业来说主要存在以下几方面的问题：(1)一次性设备投资大；(2)占地面积广；(3)由于产能小，转炉不能充分利用。如果利用现有转炉脱磷，必将降低其它钢种的产能，造成较大的经济效益损失。铁水罐内喷吹脱磷具有设备投资少、场地占地小、脱磷条件好、能同时脱硅等优点，受到越来越广泛的关注。但是，由于铁水脱磷需要加入大量的冷态脱磷剂，容易引起铁水温降过大而造成扒渣困难、铁水损失过大、向合金熔化炉兑铁困难等问题，因此，铁水罐内喷吹脱磷均要求铁水温度在1350℃以上。但对于一些从混铁炉里接的铁水，进入铁水脱磷处理站后铁水温度一般在1160～1300℃左右，这种温度将无法满足铁水罐喷吹脱磷对铁水温度的要求。
铁水脱磷处理过程中引起铁水温降的因素主要有以下几方面：1、脱磷过程中加入的冷态脱磷剂引起铁水温降；2、喷吹过程中的载气引起铁水温降；3、处理过程中铁水的自然温降。由于以上几方面原因造成铁水在处理过程中的温降较大，为保证后面工序对铁水温度的要求，必然对脱磷前铁水温度具有较高要求，这对低温铁水的脱磷处理带来了困难。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低温铁水喷吹脱磷预处理方法，通过较高的固气比降低载气量，减少反应时间；合适的气氧比(气体氧与固体氧化剂氧化铁皮中含氧量及气体氧之和的质量分数)以减少固态脱磷剂氧化铁皮的加入量，降低载气和固态脱磷剂引起的铁水温降。同时进行面吹氧升温实现对低温铁水进行脱磷预处理；较好的解决低温铁水对脱磷的限制。其原理是：通过喷吹系统向铁水内喷吹脱磷剂(CaO粉)、通过顶部加料系统添加氧化剂(氧化铁皮)、助溶剂(CaF2)、通过氧枪对铁水进行吹氧加热，在合适的喷吹速度、加料速度、吹氧量、吹氧速度的情况下完成低温铁水情况下铁水脱磷的目的，处理后铁水温度较处理前温度不变或略有上升。
实现本发明的载体设备包括：脱磷专用铁水罐、脱磷铁水倾翻运输车、扒渣系统、喷吹系统、顶部加料系统、吹氧系统、测温取样系统、除尘系统(现场已具备)。
本发明工艺过程为：
(1)采用脱磷专用铁水罐，将已称量的铁水运至脱磷铁水倾翻运输车上，随后铁水倾翻运输车开至扒渣位(扒渣处理位与脱硅、磷处理位为同一位置)，先对铁水进行扒渣处理，扒渣处理时脱磷铁水倾翻车将铁包倾翻至一定角度(倾翻角度在0～52°之间实时变化，具体倾翻角度通过手动控制，以铁水不流出铁水罐口为准)，扒渣臂伸入铁包中开始扒除铁包内的炉渣。
(2)扒渣完成后，对铁水进行测温取样，将铁水温度、重量、成分(Si、Mn、P、S、C的含量)输入到控制界面中，程序自动设定脱硅、磷剂的喷吹量以及氧化铁皮、萤石和氧气的吹入量，脱硅、脱磷处理开始自动进行。在脱硅、脱磷处理过程中CaO粉剂在以N2为载气的作用下(固气体积比40～50范围)通过喷枪喷入铁水中。这样一可以减少载气的吹入量，降低由此引起的铁水温降；二载气可以实现对铁水进行搅拌，为脱磷提供良好的动力学条件，促进反应的进行；三可减小脱磷处理的周期，进而降低铁水的自然温降。在喷吹控制方面，根据初始磷含量和终点磷含量控制喷吹速度在30～90kg/min的范围内。在喷吹的过程中为保证由于喷吹速度的波动造成铁水的喷溅和CaO粉剂的高利用率，喷吹速度应保持稳定。为此，在喷吹过程中采取控制喷吹罐内压力与喷吹管道内压力的压力差恒定(压力差控制在0.1～0.15MPa范围内)的方式实现喷吹速度的稳定，达到低喷溅，高CaO粉剂利用率，低温降的目的。
(3)引起铁水温降的最大因素是固态脱磷剂的加入。因此，在喷吹CaO粉剂的同时，通过氧枪以20～25Nm3/min的速度向铁水包内吹入氧气。吹入的氧气一方面为脱磷反应提供一部分[O]，以替代部分氧化铁皮，从而减少氧化铁皮的加入量，降低固态氧化铁皮的加入引起的铁水温降。另一方面，通过化学反应达到加热升温的目的。吹氧的过程中，在确保氧气具有较高的利用率的同时降低由于氧气引起的脱碳、脱猛的反应速度，达到保碳、保猛的目的，氧枪的枪位在距离铁水液面1.0～1.5米的范围内根据反应情况进行调整。同时，氧气的吹入速度控制在1马赫，实现对铁水进行软吹。
(4)脱磷处理完成后，由于渣层较厚，需对铁水进行扒渣处理。扒渣过程中利用倾翻车的倾翻功能将脱磷专用铁水罐倾翻至适当的角度(倾翻角度通过扒渣机上的倾翻手柄进行控制，可实时根据需要进行调节，角度调节范围可在0～52°之间变化，具体角度以铁水不流出铁水罐口为准)，然后操作扒渣机进行扒渣处理。
(5)扒渣完成后，铁水倾翻运输车运行至测温取样位对脱磷处理完成后的结果进行测温取样，随后等待处理结果或铁水倾翻运输车直接运行至吊包位，用天车将合格铁水吊至下一道工序。其工艺流程图如图1所示。
本发明的创新之处是通过采用较高固气比的方式减少载气引起的温降，减小脱磷处理周期，降低铁水自然温降。通过控制合理氧枪枪位和低吹氧速度的方式一方面为脱磷反应提供气体O，替代部分固态氧化铁皮。从而在保证铁水高氧势的同时，可减少固态氧化铁皮的加入量，进而减少固态氧化铁皮的加入引起的铁水温降。另一方面，软吹可有效降低脱碳、脱猛的反应速度，达到保碳、保猛的目的。由于本发明降低了载气和固态氧化铁皮引起的铁水温降，因此，可实现对低温铁水进行喷吹脱磷处理。实践证明，本发明目前已经实现对1174℃的低温铁水进行了喷吹脱磷处理，处理后铁水温度达到1302℃，脱磷率达到90％以上。
附图说明
图1为铁水喷吹工艺流程图。
图2为铁水喷吹脱磷载体设备。其中，CaO粉剂喷吹罐1、喷枪2、氧枪3、铁水倾翻运输车4、脱磷专用铁水包5、顶部加料系统6、下料皮带机7。
具体实施方式
下面结合具体的实例详细介绍如何通过本发明对低温铁水进行脱磷处理，来实现对低温铁水进行脱磷的目的。
实施例1：
(1)使用脱磷专用铁水罐5盛装铁水(铁水重量实时称量)，将已称量的脱磷专用铁水罐运至倾翻车4上，点击控制屏幕上的倾翻车至扒渣位(扒渣位与脱硅、磷处理位为同一位置)按钮，倾翻车运行至扒渣位，随后扒渣操作人员操作倾翻车(操作按钮与扒渣机操作在同一操作台上)倾翻脱磷专用铁水罐(脱磷专用罐倾翻角度在0～52°之间实时变化，具体倾翻角度以铁水不流出铁水罐口为准)和扒渣机进行扒渣操作。
(2)扒渣完成后，铁水倾翻运输车4运行至测温取样位对铁水进行测温取样，将铁水温度(1174℃)、铁水重量(38t)、成分(C：4.14％；Si：0.31％；Mn：0.32％；P：0.068；S：0.027的含量)及目标磷要求(≤0.01％)输入到控制界面中，程序自动设定脱硅、磷剂的喷吹量(616kg)，以及氧化铁皮(360kg)、萤石(60kg)加入量和氧气的吹入量(32Nm3)，脱硅、脱磷处理开始自动进行。在处理过程中，脱硅、磷剂(CaO粉剂)从粉剂喷吹罐1中在载气的作用下以浓相输送的方式通过喷枪2喷入铁水中，对铁水进行搅拌并发生化学反应，喷吹处理时间为20min；喷吹处理延迟30s后，O2开始通过氧枪3吹入铁水中，以提供气体O和加热，氧枪枪位在距铁水液面1.0～1.5米的范围内根据反应情况进行调整，氧气流速为1马赫，吹氧时间22min；氧化铁皮和萤石(CaF2)通过顶部加料系统6下至皮带机7上，皮带机输送上述两种物质至铁水中。
(3)脱磷处理完成后，由于渣层较厚，需对铁水进行扒渣处理。处理过程的步骤与(1)相同。
(4)扒渣处理完成后，操作工点击操作画面上的脱磷铁水倾翻运输车至测温取样位按钮，脱磷铁水倾翻运输车运行至测温取样位，操作工开始手动进行测温取样。等待测温取样结果(铁水温度：1302℃，铁水成分：C：3.53％；Si：0.01％；Mn：0.18；P：0.007％；S：0.16)。由结果可以看出处理后铁水温度达到1302℃，铁水P含量＜0.01％，C损失4.14％-3.53％＝0.61％，在最大限度的保留铁水化学热(C、Mn)的同时很好的实现了对低温铁水进行脱磷处理，处理后P含量完全满足要求。
(5)测温取样结果出来后，铁水成分温度均满足要求。随后操作工点击操作屏幕上的脱磷铁水倾翻车至吊包位按钮，脱磷铁水倾翻车运行至吊包位，利用吊车吊运脱磷专用铁水包至下一工序。
实施例2
(1)步骤与实例一相同。
(2)扒渣完成后，铁水倾翻运输车4运行至测温取样位对铁水进行测温取样，将铁水温度(1171℃)、铁水重量(32t)、成分(C：4.14％；Si：0.32％；Mn：0.32％；P：0.075；S：0.026的含量)及目标磷要求(≤0.005％)输入到控制界面中，程序自动设定脱硅、磷剂的喷吹量(795kg)，以及氧化铁皮(348kg)、萤石(100kg)加入量和氧气的吹入量(753Nm3)，脱硅、脱磷处理开始自动进行。在处理过程中，脱硅、磷剂(CaO粉剂)从粉剂喷吹罐1中在载气的作用下以浓相输送的方式通过喷枪2喷入铁水中，对铁水进行搅拌并发生化学反应，喷吹处理时间为25min；喷吹处理延迟30s后，O2开始通过氧枪3吹入铁水中，以提供气体O和加热，氧枪枪位在距铁水液面1.5～2.0米的范围内根据反应情况进行调整，氧气流速为1马赫，吹氧时间30min；氧化铁皮和萤石(CaF2)通过顶部加料系统6下至皮带机7上，皮带机输送上述两种物质至铁水中。
(3)步骤与实例一相同。
(4)扒渣处理完成后，操作工点击操作画面上的脱磷铁水倾翻运输车至测温取样位按钮，脱磷铁水倾翻运输车运行至测温取样位，操作工开始手动进行测温取样。等待测温取样结果(铁水温度：1353℃，铁水成分：C：2.94％；Si：0.01％；Mn：0.11；P：0.004％；S：0.18)。由结果可以看出处理后铁水温度达到1353℃，铁水P含量＜0.005％，C损失4.14％-2.94％＝1.2％。铁水温度比较理想，但是C损失相对较大，虽然脱磷效果很理想，但化学热损失偏高，主要是氧枪枪位过高所致。
(5)步骤与实例一相同。

Claims (1)

1.一种低温铁水喷吹脱磷预处理方法，其特征在于，工艺步骤为：
（1）采用脱磷专用铁水罐，将已称量的铁水运至脱磷铁水倾翻运输车上，随后铁水倾翻运输车开至扒渣位，先对铁水进行扒渣处理，扒渣处理时脱磷铁水倾翻车将铁包倾翻至一定角度，倾翻角度在0～52°之间实时变化，以铁水不流出铁水罐口为准，扒渣臂伸入铁包中开始扒除铁包内的炉渣；
（2）扒渣完成后，对铁水进行测温取样，将铁水温度、重量、成分输入到控制界面中，程序自动设定脱硅、磷剂的喷吹量以及氧化铁皮、萤石和氧气的吹入量，脱硅、脱磷处理开始自动进行；在脱硅、脱磷处理过程中CaO粉剂在以N2为载气的作用下固气体积比在40～50通过喷枪喷入铁水中；根据初始磷含量和终点磷含量控制喷吹速度在30~ 90 kg/min的范围内；在喷吹过程中采取控制喷吹罐内压力与喷吹管道内压力的压力差恒定的方式实现喷吹速度的稳定，压力差控制在0.1～0.15MPa范围内；达到低喷溅，高CaO粉剂利用率，低温降的目的；
（3）在喷吹CaO粉剂的同时，通过氧枪以20~25 Nm3/min的速度向铁水包内吹入氧气，氧枪的枪位在距离铁水液面1.0～1.5米的范围内调整；同时，氧气的吹入速度控制在1马赫，实现对铁水进行软吹；
（4）脱磷处理完成后，对铁水进行扒渣处理；扒渣过程中利用倾翻车的倾翻功能将脱磷专用铁水罐倾翻至适当的角度，倾翻角度在0～52°之间实时变化，以铁水不流出铁水罐口为准，然后扒渣机进行扒渣处理；
（5）扒渣完成后，铁水倾翻运输车运行至测温取样位对脱磷处理完成后的结果进行测温取样，随后等待处理结果或铁水倾翻运输车直接运行至吊包位，用天车将合格铁水吊至下一道工序。 
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