CN102994685B - 一种炼钢转炉的开炉方法 - Google Patents

一种炼钢转炉的开炉方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种炼钢转炉的开炉方法,其中,所述开炉方法包括先将硅铁合金加入到转炉中,然后向转炉中兑入含钒铁水并采用转炉顶底复合吹炼将铁水进行吹炼,并向铁水中加入提温剂和辅料,吹炼条件以及各物质的加入量使得满足吹炼终点的钢水要求,并将吹炼得到的钢水出钢到钢包中。采用本发明提供的方法能够在炼钢的同时,使转炉炉衬得到快速的升温和良好烧结,使转炉炉衬能够达到正常冶炼时炉衬的温度,保证了生产工艺顺行,并能够保证使得到的第一炉钢水达到其吹炼的钢水质量要求。

Description

一种炼钢转炉的开炉方法
技术领域
本发明涉及一种炼钢转炉的开炉方法。
背景技术
转炉炉龄是转炉炼钢中的一个重要的技术经济指标,是炼钢厂发挥效益的一个重要因素。提高转炉炉龄不仅可以提高转炉的生产效率,降低耐材消耗,确保连铸机的作业率,同时又可以发挥高炉、炼钢、轧钢等系统的综合效益。
转炉开炉,即转炉开吹第一炉对转炉一个炉役具有格外的重要性,开炉操作是否成功不仅对转炉炉衬的使用寿命影响很大,而且对第一炉的钢水质量也有很大的影响。新转炉由于是冷炉,对兑入的铁水降温较大,因此,必须保证足够的热量来源(铁水物理热和发热元素化学热)提供给铁水。生产实践证明,新炉炉衬的侵蚀速度要比炉役中期和后期快得多。开新炉如果操作不当,不但会影响炉衬的烧结,导致炉衬的大面积剥落,严重时甚至会造成炉衬的坍塌现象,而且还会影响正常的炼钢生产。因此,开新炉操作是能否使该炉役生产尽快进入良性循环的关键。
文献《韶钢Consteel电转炉开炉新工艺》介绍了韶钢炼轧厂Consteel电炉改造成电转炉后,开新炉的工艺发生了变化,为适应电转炉的冶炼工艺,通过控制铁水加入量、造渣、吹氧等手段以保证烘炉效果,其主要技术特点主要包括:控制铁水的加入速度,先倒少部分对铁水流槽进行烘烤,等到铁水流槽烘干后,再按照1-2t/min的速度加入铁水约5min,后期尽快把铁水包中剩余的铁水倒入电炉内;铁水比>85%;在炉底均匀铺垫大约4-5t碳粉。但是这种工艺主要是针对电转炉工艺,此转炉在开炉过程中需要电加热,与采用顶底复合吹炼炼钢转炉开炉存在较大的区别。
文献《大型转炉炼钢小渣量快速脱磷的生产实践》介绍了通用的150t转炉在冶炼过程中操作的生产实践。介绍了正常转炉冶炼过程中影响吹炼终点磷含量的主要工艺参数为温度、碱度、氧化铁、渣量和铁水磷含量。但是这种方法主要针对一般转炉生产所采用的常规操作,对于顶底复合吹炼转炉新开炉并不适合。
发明内容
本发明的目的是提供一种新的炼钢转炉的开炉方法,采用本发明提供的方法能够在炼钢的同时,使转炉炉衬得到快速的升温和良好烧结,使转炉炉衬能够达到正常冶炼时炉衬的温度(1200℃左右),保证生产工艺顺行,并能够保证使得到的第一炉钢水达到其吹炼的质量要求。
为了实现上述目的,本发明提供了一种炼钢转炉的开炉方法,其中,所述开炉方法包括先将硅铁合金加入到转炉中,然后向转炉中兑入含钒铁水并采用转炉顶底复合吹炼将铁水进行吹炼,并向铁水中加入提温剂和辅料,吹炼条件以及各物质的加入量使得满足吹炼终点的钢水要求,并将吹炼得到的钢水出钢到钢包中。
鉴于如上所述,本发明采用的是铁水——发热元素开炉法,即先在新砌好的转炉中加入硅铁合金,然后直接兑入含钒铁水,并在吹炼过程中加入焦炭和/或类石墨等提温剂以及辅料进行造渣,一方面能够通过加入的提温剂中的发热元素C和Si与氧发生的碳氧反应产生热能,以提供吹炼所需用的热量并达到转炉钢水的终点温度要求,另一方面能够保证第一炉有较强的脱磷能力,使满足钢水的终点碳、磷、硫等含量要求。本发明的方法能够在炼钢的同时,使炉衬得到快速的升温和良好烧结,保证在烘烤、烧结好炉衬的基础上,同时冶炼出合格的钢水,做到开炉、生产两不误。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是,此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明,并不用于限制本发明。
需要说明的是,下述所述的“/吨钢水”均指的是以初炼得到的钢水的量为基准。
按照本发明,所述炼钢转炉的开炉方法包括先将硅铁合金加入到转炉中,然后向转炉中兑入含钒铁水并采用转炉顶底复合吹炼将铁水进行吹炼,并向铁水中加入提温剂和辅料,吹炼条件以及各物质的加入量使得满足吹炼终点的钢水要求,并将吹炼得到的钢水出钢到钢包中。
按照本发明,所述开炉方法中采用的是全铁水冶炼,即兑入转炉中的全部为含钒铁水,而不加入废钢和半钢等,目的是可以保证所述含钒铁水中的发热元素,如C、Si、Mn、V等元素的充足,防止在冶炼过程中发生吸热反应,并在吹氧过程中,为炼钢提供充足的热量。优选情况下,以所述含钒铁水的总重量为基准,所述铁水中C含量为4.2-4.6重量%,Si含量为0.1-0.3重量%,Mn含量为0.1-0.3重量%,P含量为0.05-0.08重量%,S含量为0.005-0.02重量%,V含量为0.2-0.4重量%,Ti含量为0.05-0.15重量%,铁含量在94重量%以上。所述含钒铁水的温度通常为1200-1300℃。
刚开炉时炉衬为室温状态,采用本发明的方法经过第一炉冶炼过后,炉衬被迅速升温,从内表面到外表面温度是变化的,外表面就是跟空气接触的,综合温度就应该在1200℃左右。
本发明的发明人发现,各种发热元素的加入时机和顺序是保证炉衬能够快速均匀的升温的关键,因此,按照本发明,在兑入铁水之前,先将硅铁合金加入到转炉中可以在吹炼开始时即可以为铁水吹炼提供热量,并保证在开始吹炼后炉内迅速升温。所述硅铁合金的加入量的可选择范围较宽,可以视炉内温度以及热量需求情况而定,优选情况下,所述硅铁合金的加入量为4.5-5.5千克/吨钢水。以所述硅铁合金的总重量为基准,所述硅铁合金中硅的含量通常为65-80重量%,铁的含量通常为15-30重量%,碳含量通常为5-10重量%。
按照本发明,在吹炼时向铁水中加入提温剂可以进一步为铁水提供额外的热量而且还能够保证炉内温度的稳定性。其中,所述提温剂可以为各种可以提供如C、Si等发热元素的提温剂,优选可以为更方便易得的焦炭和/或类石墨。所述提温剂的加入量的可选择范围较宽,可以视炉内温度以及热量需求情况而定,优选情况下,所述提温剂的加入量为15-19千克/吨钢水。其中,以所述焦炭的总重量为基准,所述焦炭中C含量为90重量%以上,所述Si含量为5-10重量%;以所述类石墨的总重量为基准,所述类石墨中C含量为90重量%以上,所述Si含量为5-10重量%。
本领域技术人员公知的是,一般经过修炉或补炉后,炉衬中会含有较多的磷元素,因此,在吹炼过程中,在保证满足炉衬能够快速均匀的升温以提供冶炼钢水的温度之外还需要保证较好的脱磷能力,本发明的发明人发现,在吹炼时向铁水中加入辅料可以很好地达到纯净钢水的目的。所述辅料可以为各种可以进行造渣的造渣材料,例如,所述辅料可以为普通石灰和高镁石灰,可以利用其中的成分CaO与铁水中的一些元素进行反应,从而达到纯净钢水的目的。所述普通石灰中的CaO含量通常为85-90重量%;以所述高镁石灰的总重量为基准,所述高镁石灰中的MgO含量通常为40-50重量%,CaO含量通常为50-60重量%。所述普通石灰和高镁石灰的加入量的可选择范围较宽,可以根据实际需要适当选择,优选情况下,所述普通石灰的加入量为大于或等于60千克/吨钢水,更优选为60-70千克/吨钢水时能够保证冶炼操作具有更强的脱磷能力。此外,所述高镁石灰中含有的一定量的MgO还可以保证炉渣中有含有一定量的MgO,以起到保护炉衬的作用。优选情况下,所述高镁石灰的加入量为15-23千克/吨钢水。
本发明的发明人还发现,在吹炼时分批加入提温剂和辅料,能够进一步稳定炉衬温度并更好地达到满足钢水质量要求的目的,因此,优选情况下,所述向铁水中加入提温剂和辅料的方法包括先向铁水中加入第一批辅料,吹炼3-5分钟后,加入提温剂并分批加入剩余的辅料;先加入的第一批辅料的量为辅料总重量的55-75重量%,更优选为60-70重量%。更优选情况下,所述分批加入剩余的辅料的时间不超过15分钟,优选为10-12分钟,且每批剩余的辅料的加入量至多为剩余的辅料的总重量的25重量%,优选为18-23重量%。
按照本发明,通过转炉顶底复合吹炼可以促进碳-氧反应,并降低出钢钢水的含氧量,复合吹炼可以强化熔池搅拌,促进钢-渣界面反应,反应更接近于平衡状态,所以显著地降低了钢水和熔渣中的过剩氧含量。转炉顶底复合吹炼是本领域公知的转炉炼钢方法。优选地,所述转炉顶底复合吹炼为顶吹氧气、底吹搅拌气体。优选情况下,保证顶吹氧气的量为68-95标准立方米/吨钢水的强化吹氧强度能够进一步促进碳氧反应从而提高热能来提高温度以达到转炉钢水的终点温度要求,所述顶吹氧气的供气强度通常可以为2.6-3.2Nm3/吨钢水·min。底吹搅拌气体的强度可以为0.03-0.15Nm3/吨钢水·min。例如,可以在吹炼前期底吹不活泼气体(例如氮气),在吹炼后期切换为底吹惰性气体(例如氩气)。
按照本发明,所述吹氧时间只要能够保证在保证烘烤、烧结好炉衬的基础上,同时要冶炼出合格的钢水即可,优选情况下,所述吹氧时间不小于20分钟,更优选为20-25分钟。
按照本发明,吹炼条件以及各物质的加入量只要满足吹炼终点的钢水要求即可,其中,所述出钢的温度没有特别限定,例如,通常达到大于或等于1700℃时即可以出钢;优选情况下,以吹炼终点得到的钢水的总重量为基准,所述钢水中C含量为4.2-4.6重量%,P含量为0.05-0.08重量%,S含量为0.005-0.02重量%。
按照本发明,为了降低转炉的空置时间,并利于减少转炉温度的散失,并保证连续生产时转炉温度的蓄积,在向转炉中兑完铁水后与开始进行吹炼之间的时间间隔优选不超过3分钟;出钢完成后与继续兑入铁水之间的时间间隔优选不超过10分钟。
按照本发明,该方法还包括在出钢后进行倒渣的步骤,优选情况下,为了防止转炉炉衬在冶炼前期垮塌,倒渣时转炉炉体的倾斜角度不超过150度,所述倾斜角度指倒渣时炉体的轴向方向与转炉垂直放置时炉体轴向方向之间的夹角。
新转炉砌砖完成后的容积称为转炉的工作容积,也称有效容积,以“V”表示,公称吨位用“T”表示,两者之比值“V/T”称之为炉容比,单位为(m3/t)。一定公称吨位的转炉,都有一个合适的炉容比,即保证炉内有足够的冶炼空间,从而能获得较好的技术经济指标和劳动条件。炉容比过大,会增加设备重量、厂房高度和耐火材料消耗量,因而使整个车间的费用增加,成本提高,对钢的质量也有不良影响;而炉容比过小,炉内没有足够的反应空间,势必引起喷溅,对炉衬的冲刷加剧,操作恶化,导致金属消耗增高,炉衬寿命降低,不利于提高生产率。优选情况下,本发明所述转炉炉容比为大于0.9m3/t。
以上详细描述了本发明的优选实施方式,但是,本发明并不限于上述实施方式中的具体细节,在本发明的技术构思范围内,可以对本发明的技术方案进行多种简单变型,这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是,在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征,在不矛盾的情况下,可以通过任何合适的方式进行组合,为了避免不必要的重复,本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外,本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合,只要其不违背本发明的思想,其同样应当视为本发明所公开的内容。
以下将通过具体实施例对本发明进行进一步的详细描述。
实施例1中采用含钒全铁水冶炼,以所述含钒铁水的总重量为基准,成分按重量百分比计,C含量为4.35,Si含量为0.2,Mn含量为0.2,P含量为0.065,S含量为0.013,V含量为0.3,Ti含量为0.1,余量为Fe。
实施例2中采用含钒全铁水冶炼,以所述含钒铁水的总重量为基准,成分按重量百分比计,C含量为4.2,Si含量为0.1,Mn含量为0.1,P含量为0.05,S含量为0.005,V含量为0.2,Ti含量为0.05,余量为Fe。
实施例3中采用含钒全铁水冶炼,以所述含钒铁水的总重量为基准,成分按重量百分比计,C含量为4.6,Si含量为0.3,Mn含量为0.3,P含量为0.08,S含量为0.02,V含量为0.4,Ti含量为0.15,余量为Fe。
下述实施例中所用普通石灰中CaO含量为90重量%;高镁石灰中CaO含量为60重量%,MgO含量为40重量%。
下述实施例中,所述硅铁合金中,Si含量约为75重量%,Fe含量约为20重量%,C含量约为5重量%;所述焦炭中C含量约为90重量%,Si含量约为5重量%;所述类石墨中C含量约为90重量%,Si含量约为5重量%(购自攀钢煤化工厂)。
实施例1
本实施例用于说明本发明提供的转炉开炉方法。
先将650kg硅铁合金加入到容积为140吨的转炉内,然后将温度为1250℃的含钒全铁水冶炼兑入转炉中,铁水装入量为135吨。采用转炉顶底复合吹炼将铁水进行吹炼,并加入普通石灰8.5吨、高镁石灰2.5吨和焦炭2.3吨,复合吹炼时顶吹纯氧10000标准立方米(所述顶吹氧气的供气强度为2.8Nm3/吨钢水·min),底吹纯氩气强度0.07Nm3/吨钢水·min,吹炼27分钟后,吹炼结束,得到合适的钢水(132吨)终点温度(1720℃)和终点成分(按重量百分比计,C含量为0.05、Si含量为0.02、Mn含量为0.022、P含量为0.01、S含量为0.010、V含量为0.02、Ti含量为0.02、余量为Fe),炉衬温度合适(1200℃),炉型保持较好状态。
在向转炉中兑完铁水后与开始进行吹炼之间的时间间隔不超过3分钟;出钢完成后与继续兑入铁水之间的时间间隔不超过10分钟。在出钢后倒渣,倒渣时转炉炉体的倾斜角度为140度。
实施例2
本实施例用于说明本发明提供的转炉开炉方法。
先将700kg硅铁合金加入到容积为140吨的转炉内,然后将温度为1200℃的含钒全铁水冶炼兑入转炉中,铁水装入量为130吨。采用转炉顶底复合吹炼将铁水进行吹炼,并加入普通石灰8吨、高镁石灰2吨和焦炭2.5吨,复合吹炼时顶吹纯氧9000标准立方米(所述顶吹氧气的供气强度为2.86Nm3/吨钢水·min),底吹纯氩气强度0.04Nm3/吨钢水·min,吹炼24.5分钟后,吹炼结束,得到合适的钢水(128吨)终点温度(1700℃)和终点成分(按重量百分比计,C含量为0.04、Si含量为0.015、Mn含量为0.012、P含量为0.008、S含量为0.009、V含量为0.018、Ti含量为0.015、余量为Fe),炉衬温度合适(1210℃),炉型保持较好状态。
在向转炉中兑完铁水后与开始进行吹炼之间的时间间隔不超过3分钟;出钢完成后与继续兑入铁水之间的时间间隔不超过10分钟。在出钢后倒渣,倒渣时转炉炉体的倾斜角度为135度。
实施例3
本实施例用于说明本发明提供的转炉开炉方法。
先将600kg硅铁合金加入到容积为140吨的转炉内,然后将温度为1300℃的含钒全铁水冶炼兑入转炉中,铁水装入量为140吨。采用转炉顶底复合吹炼将铁水进行吹炼,并加入普通石灰9吨、高镁石灰3吨和类石墨2吨,复合吹炼时顶吹纯氧11000标准立方米(所述顶吹氧气的供气强度为2.66Nm3/吨钢水·min),底吹纯氩气强度0.063Nm3/吨钢水·min,吹炼30分钟后,吹炼结束,得到合适的钢水(138吨)终点温度(1730℃)和终点成分(按重量百分比计,C含量为0.06、Si含量为0.023、Mn含量为0.022、P含量为0.007、S含量为0.007、V含量为0.015、Ti含量为0.011、余量为Fe),炉衬温度合适(1220℃),炉型保持较好状态。
在向转炉中兑完铁水后与开始进行吹炼之间的时间间隔不超过3分钟;出钢完成后与继续兑入铁水之间的时间间隔不超过10分钟。在出钢后倒渣,倒渣时转炉炉体的倾斜角度为130度。
实施例4
本实施例用于说明本发明提供的转炉开炉方法。
按照实施例1的方法冶炼铁水,不同的是,向铁水中加入普通石灰、高镁石灰和焦炭的方法为先向铁水中加入4.675吨普通石灰和1.375吨高镁石灰,吹炼4分钟后,再加入焦炭2.3吨,并在15分钟内分批加完剩余的普通石灰和高镁石灰,每批加入的普通石灰和高镁石灰的量分别为剩余的普通石灰和高镁石灰的23重量%。吹炼27分钟后,吹炼结束,得到合适的钢水(132吨)终点温度(1725℃)和终点成分(按重量百分比计,C含量为0.06、Si含量为0.03、Mn含量为0.025、P含量为0.008、S含量为0.008、V含量为0.018、Ti含量为0.018、余量为Fe),分批加入剩余辅料有利于得到更高的温度和质量更高的钢水,炉衬温度合适(1210℃),炉型保持较好状态。
实施例5
本实施例用于说明本发明提供的转炉开炉方法。
按照实施例2的方法冶炼铁水,不同的是,向铁水中加入普通石灰、高镁石灰和焦炭的方法为先向铁水中加入5.2吨普通石灰和1.3吨高镁石灰,吹炼3分钟后,再加入焦炭2.5吨,并在12分钟内分批加完剩余的普通石灰和高镁石灰,每批加入的普通石灰和高镁石灰的量分别为剩余的普通石灰和高镁石灰的18重量%。吹炼24.5分钟后,吹炼结束,得到合适的钢水(128吨)终点温度(1705℃)和终点成分(按重量百分比计,C含量为0.05、Si含量为0.025、Mn含量为0.032、P含量为0.006、S含量为0.006、V含量为0.021、Ti含量为0.021、余量为Fe),分批加入剩余辅料有利于得到更高的温度和质量更高的钢水,炉衬温度合适(1230℃),炉型保持较好状态。
实施例6
本实施例用于说明本发明提供的转炉开炉方法。
按照实施例3的方法冶炼铁水,不同的是,向铁水中加入普通石灰、高镁石灰和焦炭的方法为先向铁水中加入6.3吨普通石灰和2.1吨高镁石灰,吹炼3.5分钟后,再加入类石墨2吨,并在10分钟内分批加完剩余的普通石灰和高镁石灰,每批加入的普通石灰和高镁石灰的量分别为剩余的普通石灰和高镁石灰的25重量%。吹炼30分钟后,吹炼结束,得到合适的钢水(138吨)终点温度(1732℃)和终点成分(按重量百分比计,C含量为0.065、Si含量为0.03、Mn含量为0.03、P含量为0.0065、S含量为0.0065、V含量为0.014、Ti含量为0.017、余量为Fe),分批加入剩余辅料有利于得到更高的温度和质量更高的钢水,炉衬温度合适(1235℃),炉型保持较好状态。
从上述结果可以看出,采用本发明的开炉方法能够在炼钢的同时,使转炉炉衬得到快速的升温和良好烧结,使转炉炉衬能够达到正常冶炼时炉衬的温度,并能够保证使得到的第一炉钢水达到其质量要求。特别是,当改变提温剂和辅料的加入方式并分批加入辅料时,更有利于炼钢炉渣的形成,并更能够体现辅料的冶金效果。

Claims (9)

1.一种炼钢转炉的开炉方法,其特征在于,所述开炉方法包括先将硅铁合金加入到转炉中,然后向转炉中兑入含钒铁水并采用转炉顶底复合吹炼将铁水进行吹炼,并向铁水中加入提温剂和辅料,吹炼条件以及各物质的加入量使得满足吹炼终点的钢水要求,并将吹炼得到的钢水出钢到钢包中;
其中,所述向铁水中加入提温剂和辅料的方法包括先向铁水中加入第一批辅料,吹炼3-5分钟后,加入提温剂并分批加入剩余的辅料;先加入的第一批辅料的量为辅料总重量的55-75重量%。
2.根据权利要求1所述的开炉方法,其中,所述硅铁合金的加入量为4.5-5.5千克/吨钢水。
3.根据权利要求1所述的开炉方法,其中,所述提温剂为焦炭和/或类石墨,所述提温剂的加入量为15-19千克/吨钢水。
4.根据权利要求1所述的开炉方法,其中,所述辅料为普通石灰和高镁石灰,所述普通石灰的加入量为大于或等于60千克/吨钢水,以所述普通石灰的总重量为基准,所述普通石灰中的CaO含量为85-90重量%;所述高镁石灰的加入量为15-23千克/吨钢水,以所述高镁石灰的总重量为基准,所述高镁石灰中的MgO含量为40-50重量%,CaO含量为50-60重量%。
5.根据权利要求1所述的开炉方法,其中,所述分批加入剩余的辅料的时间不超过15分钟,且每批剩余的辅料的加入量至多为剩余的辅料的总重量的25重量%。
6.根据权利要求1所述的开炉方法,其中,所述转炉顶底复合吹炼为顶吹氧气、底吹搅拌气体,顶吹氧气的用量为68-95标准立方米/吨钢水,吹氧时间不小于20分钟;底吹搅拌气体的供气强度为0.03-0.15Nm3/吨钢水·min。
7.根据权利要求1所述的开炉方法,其中,所述出钢温度大于或等于1700℃。
8.根据权利要求1所述的开炉方法,其中,以所述含钒铁水的总重量为基准,所述铁水中C含量为4.2-4.6重量%,Si含量为0.1-0.3重量%,Mn含量为0.1-0.3重量%,P含量为0.05-0.08重量%,S含量为0.005-0.02重量%,V含量为0.2-0.4重量%,Ti含量为0.05-0.15重量%,铁含量在94重量%以上;所述含钒铁水的温度为1200-1300℃。
9.根据权利要求1所述的方法,其中,该方法还包括在出钢后进行倒渣的步骤,倒渣时转炉炉体的倾斜角度不超过150度。
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