CN102776314A - 一种超低磷钢冶炼方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超低磷钢冶炼方法。该超低磷钢冶炼方法采用顶底复吹转炉并以铁水和废钢为原料。该超低磷钢冶炼方法包括脱磷期和脱碳期，其中，在脱磷期，以脱磷剂和上炉钢留下的脱碳渣作为造渣材料来进行脱磷冶炼，在脱磷期结束时倒掉40～60％的脱磷渣，脱磷剂包括石灰、轻烧白云石和云母矿；在脱碳期，重新造渣来进行少渣吹炼，并且将产生的脱碳渣留下作为下炉钢的造渣材料。根据本发明的超低磷钢冶炼方法可以在同一顶底复吹转炉中分开地完成脱磷操作和脱碳操作，并可以大大地减少造渣材料的消耗。

Description

一种超低磷钢冶炼方法
技术领域
本发明属于钢铁冶金领域，具体地讲，涉及一种超低磷钢的顶底复吹转炉冶炼方法。
背景技术
磷对多数钢种来讲是有害元素，需要在冶炼工艺过程中尽可能地去除。磷在钢的凝固过程中易产生偏析，当钢中磷含量大于0.015wt％时，磷的偏析急剧增加，显著降低钢的低温冲击韧性和回火韧性，提高钢的脆性转变温度，造成冷脆，还使钢的焊接性能恶化。管线钢、油井管钢、海洋平台用钢、低温容器用钢等均需要低磷含量，对于9Ni钢等要求小于0.003wt％的超低磷。目前，采用常规工艺冶炼无法满足超低磷钢脱磷要求。
工业上铁水脱磷采用氧化脱磷的方法，脱磷剂普遍采用的是石灰基渣系脱磷剂。石灰基渣系原料来源广，与磷的氧化物有很强的结合能力，在实际钢铁工业中应用广泛，因其熔点高，所以需要与助熔剂配合使用。常用的助熔剂主要有萤石，萤石可以降低炉渣的黏度、熔化温度，提高脱磷期炉渣的成渣速度，改善脱磷反应的动力学条件，但是萤石对转炉炉衬侵蚀严重，还会对环境造成污染，所以应尽量避免使用萤石。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种使用新型脱磷剂来冶炼超低磷钢的方法。
根据本发明的一方面，提供了一种超低磷钢冶炼方法，该超低磷钢冶炼方法采用顶底复吹转炉并以铁水和废钢为原料。该超低磷钢冶炼方法包括脱磷期和脱碳期，其中，在脱磷期，以脱磷剂和上炉钢留下的脱碳渣作为造渣材料来进行脱磷冶炼，在脱磷期结束时倒掉40wt％～60wt％的脱磷渣，脱磷剂包括石灰、轻烧白云石和云母矿；在脱碳期，重新造渣来进行少渣吹炼，并且将产生的脱碳渣留下作为下炉钢的造渣材料。
根据本发明的实施例，加入的脱磷剂可以包括每吨钢10～35kg的石灰、每吨钢2～10kg的轻烧白云石和每吨钢2～8kg的云母矿。
根据本发明的实施例，铁水按重量百分比计可以包含4.0～4.5％的C、0.25～0.60％的Si、0.20～0.40％的Mn、0.10～0.12％的P，铁水的温度为1250℃～1320℃，铁水与废钢的重量比为6∶1～12∶1。
根据本发明的实施例，在脱磷期控制的工艺条件可以为：氧枪枪位为1.5～2.0m，吹氧强度为2.4～3.0Nm3/t·min，吹氧时间为250～500s，底吹强度为0.01～0.04Nm3/t·min，底吹气体为氮气或氩气，倒炉温度为1350～1450℃，倒炉铁水按重量百分比计包含2.8～3.5％的C、0.01～0.08％的Si、0.03～0.05％的P，倒炉脱磷渣的碱度为1.8～2.5，MgO在倒炉脱磷渣中的重量百分含量为3.5～8％，TFe在倒炉脱磷渣中的重量百分含量为10～20％。
根据本发明的实施例，在脱碳期加料重新造渣以进行少渣吹炼，并可以控制以下工艺条件：氧枪枪位为1.2～1.8m，吹氧强度为2.8～3.5Nm3/t·min，吹氧时间为400～650s，底吹强度为0.01～0.10Nm3/t·min，底吹气体为氮气或氩气，冶炼终点时钢水温度为1550～1620℃，冶炼终点时钢水按重量百分比计包含0.09～0.4％的C、0.003～0.006％的P和0.04～0.08％的Mn，冶炼终点时脱碳渣的碱度为3.1～3.8，MgO在脱碳渣中的含量为4～10％，TFe在脱碳渣中的重量百分含量为12～22％。
根据本发明的超低磷钢冶炼方法可以在同一顶底复吹转炉中分开地完成脱磷操作和脱碳操作，并可以大大地减少造渣材料的消耗。
具体实施方式
现在，将参照具体实施例来详细地描述根据本发明的超低磷钢冶炼方法。
根据本发明的超低磷钢冶炼方法在同一座顶底复吹转炉内分开进行脱磷操作和脱碳操作，即，该超低磷钢冶炼方法包括主要进行脱磷操作的脱磷期和主要进行脱碳操作的脱碳期。
具体地讲，在脱磷期，将包含石灰、轻烧白云石和云母矿的脱磷剂加入转炉内并与上炉钢留下的脱碳渣一起作为造渣材料进行冶炼，并在脱磷期结束时进行倒渣处理以倒掉40～60wt％的脱磷渣。根据本发明的示例性实施例，加入的脱磷剂可包括每吨钢10～35kg的石灰、每吨钢2～10kg的轻烧白云石和每吨钢2～8kg的云母矿。
在脱碳期，重新造渣来进行少渣吹炼，并且将产生的脱碳渣留作下炉钢的脱磷期使用，即，将冶炼该炉钢产生的脱碳渣用作冶炼下炉钢的造渣材料。这里，少渣吹炼是指在脱磷期结束时将部分脱磷渣倒掉，从而使脱碳期在渣量大大减少的情况下进行冶炼。在脱碳期进行重新造渣的造渣材料可以包括生石灰、轻烧白云石和矿石，例如，铁含量为45～60wt％的Fe2O3矿石。根据本发明的示例性实施例，在脱碳期结束(即，冶炼结束)时，可以进行溅渣护炉操作并将剩余的炉渣留作下炉钢的造渣材料。
通常，云母矿主要包含50～60wt％的SiO2、3～5wt％的Fe2O3、15～20wt％的Al2O3、3～5wt％的Li2O、4～6wt％的Na2O和3～6wt％的K2O。云母矿中的Li2O、Na2O和K2O可以提高渣的磷容量，同时是很好的助熔剂，可以降低炉渣熔点和黏度。因此，当脱磷剂中包含云母矿时，可以加快化渣，改善渣的流动性，改善脱磷动力学条件。因此，在脱磷期使用包含云母矿的脱磷剂可以实现脱磷目的，达到很好的脱磷效果。
此外，将产生的脱碳渣留作下炉钢的脱磷期使用可以充分地利用脱碳渣所携带的热量并能为脱磷期带来较高的FeO含量，从而可在脱磷期造流动性好的顶渣。当将产生的脱碳渣留作下炉钢的脱磷期使用时，在脱磷期可以减少加入的造渣矿石(例如，铁含量为45～60wt％的Fe2O3矿石)，甚至可以不加入造渣矿石，因此，可以减少原料和辅料的消耗。
根据本发明的示例性实施例，冶炼时加入铁水和废钢，其中，加入的铁水按重量百分比可以包含4.0～4.5％的C、0.25～0.60％的Si、0.20～0.40％的Mn、0.10～0.12％的P，铁水的温度可以为1250～320℃，铁水与废钢的重量比可以为6∶1～12∶1。但本发明使用的铁水不限于此，采用其它成分的铁水也可以实现本发明。
根据本发明的示例性实施例，在脱磷期，可以将氧枪枪位控制在距离铁水液面1.5～2.0m范围内，在实际操作中，可以根据化渣情况来控制枪位以提高化渣速度和渣中磷容量。可以将吹氧强度控制在2.4～3.0Nm3/t·min的范围内，并可以将吹氧时间控制在250～500s的范围内。底吹强度可以为0.01～0.04Nm3/t·min，这里，使用的底吹气体可以为氮气或氩气。倒炉温度可以为1350～1450℃，倒炉铁水按重量百分比计包含2.8～3.5％的C、0.01～0.08％的Si、0.03～0.05％的P，倒炉脱磷渣的碱度为1.8～2.5，MgO在倒炉脱磷渣中的重量百分含量为3.5～8％，TFe在倒炉脱磷渣中的重量百分含量为10～20％。根据本发明的示例性实施例，可以在开吹后4～8min进行倒炉以倒掉40～60wt％的脱磷渣。
根据本发明的示例性实施例，在脱磷期结束后进行脱碳处理而进入脱碳期。在脱碳期重新加入造渣材料进行少渣吹炼，如上所述，加入的造渣材料可以包括生石灰、轻烧白云石和矿石，吨钢加入的造渣材料可以包含6～18kg的生石灰、2～12kg的轻烧白云石和10～35kg的矿石。在脱碳期，可以将氧枪枪位控制在1.2～1.8m的范围内以加强对熔池的搅拌，吹氧强度可以为2.8～3.5Nm3/t·min，吹氧时间可以为400～650s。底吹强度可以为0.01-0.10Nm3/t·min，底吹气体可以为氮气或氩气。冶炼终点时钢水温度可以为1550～1620℃，冶炼终点时钢水按重量百分比计包含0.09～0.4％的C、0.003～0.006％的P和0.04～0.08％的Mn，冶炼终点时脱碳渣的碱度为3.1～3.8，MgO在脱碳渣中的含量为4～10％，TFe在脱碳渣中的重量百分含量为12～22％。
根据本发明的示例性实施例，在冶炼第一炉钢而没有上炉钢留下的炉渣作为造渣材料的情况下，在脱磷期，加入的脱磷剂可以包括每吨钢20-65kg的石灰、每吨钢4～15kg的轻烧白云石、每吨钢2～10kg的云母矿和每吨钢8～16kg的矿石，氧枪枪位可以为1.55～2.05m，其中，在脱磷期加入的石灰为加入的石灰总量的60～80％。在冶炼第一炉钢时的其它工艺条件与上述的冶炼后续炉次的钢时的工艺条件相同，因此，在此不再赘述。
下面将参照实施例1至实施例4来详细地描述根据本发明的超低磷钢冶炼方法。
根据实施例1至实施例4的超低磷钢冶炼方法在同一顶底复吹转炉中将冶炼过程分为脱磷期和脱碳期。在脱磷期使用包含生石灰、轻烧白云石和云母矿的脱磷剂以及上炉钢留下的脱碳渣作为造渣材料进行脱磷冶炼，在脱磷期结束时进行倒渣以倒出40～60wt％的脱磷渣。在脱碳期重新造渣进行少渣冶炼，并将冶炼终点时的脱碳渣留下用作下炉钢的造渣材料。
采用上面描述的方法进行实施例1至实施例4。表1至表6示出了根据本发明的超低磷钢冶炼方法的实施例1至实施例4的冶炼参数，其中，表1列出了冶炼原料，表2列出了脱磷期使用的脱磷剂以及供氧量和吹炼时间，表3列出了脱磷期结束时铁水的成分，表4列出了脱磷期结束时渣的成分(其中，各成分的含量为质量百分含量)，表5列出了脱碳期时使用的造渣材料以及供氧量和吹炼时间，表6列出了冶炼终点时钢的成分和温度。
表1各实施例的冶炼原料的量
表2各实施例的脱磷期的参数设置
表3各实施例的脱磷期结束时的铁水成分
   C(％)     P(％)    Si(％)  半钢脱磷率(％)   温度(℃)
    实施例1    2.83    0.043    0.02        59     1389
    实施例2    2.73    0.032    0.03        70     1378
    实施例3    3.15    0.044    0.07        61     1367
    实施例4    3.05    0.027    0.01        75     1441
表4各实施例的脱磷期结束时渣的成分
  TFe   FeO   CaO   SiO2   MnO   MgO   Al2O3   P2O5   Li2O   渣碱度
  实施例1   13.53   12.85   43.63   22.2   4.55   4.16   2.56   2.66   0.10   1.97
  实施例2   13.09   10.84   44.91   18.36   4.91   4.53   3.07   3.78   0.22   2.45
  实施例3   18.56   11.43   42.44   21.58   4.34   5.53   3.14   2.58   0.14   1.97
  实施例4   18.7   11.33   42.68   21.29   4.67   3.78   2.35   2.54   0.05   2.00
表5各实施例的脱碳期时使用的造渣材料及其它参数
Figure BDA00001923209200061
表6各实施例的冶炼终点时钢的成分和温度
  C(％)   P(％)   Mn(％)   温度(℃)
 实施例1   0.14   0.006   0.06   1569
 实施例2   0.11   0.004   0.05   1590
 实施例3   0.10   0.006   0.06   1594
 实施例4   0.09   0.003   0.06   1590
表7各实施例的冶炼终点时渣中的成分
  TFe   FeO   CaO   SiO2   MnO   MgO   Al2O3   P2O5   Li2O   渣碱度
  实施例1   18.3   13.91   46.55   15.2   2.66   5.21   2.53   2.61   0.028   3.1
  实施例2   21.87   18.98   42.92   13.52   2.56   5.11   2.5   2.66   0.041   3.2
  实施例3   19.13   14.23   45.36   14.59   2.44   4.92   2.67   2.25   0.043   3.1
  实施例4   19.2   15   45.77   13.6   2.34   4.06   3.05   2.26   0.037   3.4
从实施例1至实施例4的描述中可以看出，根据本发明的超低磷钢的冶炼方法可以在同一顶底复吹转炉中进行脱磷操作和脱碳操作，使用包含云母矿的脱磷剂使得无需使用附加的助熔剂即可完成超低磷钢的冶炼，并且使用上炉钢留下的炉渣使得无需使用或很少使用矿石等造渣材料，大大地减少了造渣材料的消耗。

Claims (5)

1.一种超低磷钢冶炼方法，采用顶底复吹转炉并以铁水和废钢为原料，其特征在于，所述超低磷钢冶炼方法包括脱磷期和脱碳期，其中，
在脱磷期，以脱磷剂和上炉钢留下的脱碳渣作为造渣材料来进行脱磷冶炼，在脱磷期结束时倒掉40～60％的脱磷渣，脱磷剂包括石灰、轻烧白云石和云母矿；
在脱碳期，重新造渣来进行少渣吹炼，并且将产生的脱碳渣留下作为下炉钢的造渣材料。
2.如权利要求1所述的超低磷钢冶炼方法，其特征在于，加入的脱磷剂包括每吨钢10～35kg的石灰、每吨钢2～10kg的轻烧白云石和每吨钢2～8kg的云母矿。
3.如权利要求1所述的超低磷钢冶炼方法，其特征在于，铁水按重量百分比计包含4.0～4.5％的C、0.25～0.60％的Si、0.20～0.40％的Mn、0.10～0.12％的P，铁水的温度为1250～1320℃，铁水与废钢的重量比为6∶1～12∶1。
4.如权利要求1所述的超低磷钢冶炼方法，其特征在于，在脱磷期控制的工艺条件为：
氧枪枪位为1.5～2.0m，吹氧强度为2.4～3.0Nm3/t·min，吹氧时间为250～500s，
底吹强度为0.01～0.04Nm3/t·min，底吹气体为氮气或氩气，
倒炉温度为1350～1450℃，倒炉铁水按重量百分比计包含2.8～3.5％的C、0.01～0.08％的Si、0.03～0.05％的P，
倒炉脱磷渣的碱度为1.8～2.5，MgO在倒炉脱磷渣中的重量百分含量为3.5～8％，TFe在倒炉脱磷渣中的重量百分含量为10～20％。
5.如权利要求1所述的超低磷钢冶炼方法，其特征在于，在脱碳期加料重新造渣以进行少渣吹炼，并控制以下工艺条件：
氧枪枪位为1.2～1.8m，吹氧强度为2.8～3.5Nm3/t·min，吹氧时间400～650s，
底吹强度为0.01～0.10Nm3/t·min，底吹气体为氮气或氩气，
冶炼终点时钢水温度为1550～1620℃，冶炼终点时钢水按重量百分比计包含0.09～0.4％的C、0.003～0.006％的P和0.04～0.08％的Mn，
冶炼终点时脱碳渣的碱度为3.1～3.8，MgO在脱碳渣中的含量为4～10％，TFe在脱碳渣中的重量百分含量为12～22％。
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