CN103173586B

CN103173586B - 降低半钢炼钢转炉冶炼终点钢水氧和氮含量的方法

Info

Publication number: CN103173586B
Application number: CN201310128031.0A
Authority: CN
Inventors: 陈均; 曾建华; 陈永; 梁新腾; 杨森祥; 杜利华; 黄生权; 何为; 谢明科
Original assignee: Pangang Group Panzhihua Iron and Steel Research Institute Co Ltd; Pangang Group Xichang Steel and Vanadium Co Ltd
Current assignee: Pangang Group Panzhihua Iron and Steel Research Institute Co Ltd; Pangang Group Xichang Steel and Vanadium Co Ltd
Priority date: 2013-04-15
Filing date: 2013-04-15
Publication date: 2014-12-03
Anticipated expiration: 2033-04-15
Also published as: CN103173586A

Abstract

本发明提供了一种降低半钢炼钢转炉冶炼终点钢水氧和氮含量的方法。所述方法包括在吹炼开始前，向入炉半钢中加入废钢以将钢水中碳的重量百分含量控制为3.0～3.5%、温度控制为1250～1274℃，并在转炉氧气顶吹过程中中采用不同的底吹模式，具体为在半钢冶炼的吹氧量达到整个半钢冶炼过程中吹入氧气总量的75%之前，底吹二氧化碳；在半钢冶炼的吹氧量达到整个半钢冶炼过程中吹入氧气总量的75～90%之间，底吹氩气；当半钢冶炼的吹氧量达到整个半钢冶炼过程中吹入氧气总量的90%时，停止氧气顶吹，并底吹二氧化碳至出钢。采用本发明的方法来冶炼半钢解决了半钢炼钢补吹严重导致终点钢水及钢渣氧化性高的问题，并降低了转炉终点钢水中的氧含量和氮含量且终点炉渣全铁含量低。

Description

降低半钢炼钢转炉冶炼终点钢水氧和氮含量的方法

技术领域

本发明涉及转炉炼钢技术领域，更具体地讲，涉及一种控制半钢炼钢转炉冶炼终点钢水氧、氮含量的方法。

背景技术

半钢炼钢由于其碳质量百分数较一般铁水低(3.4％～4.0％)，半钢中硅、锰发热成渣元素含量为痕迹，因此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，这使得半钢炼钢比铁水炼钢更加困难补吹、深吹炉次偏高。转炉冶炼后期的补吹将导致终点钢水氧活度偏高、终点炉渣全铁含量偏高，同时，冶炼后期钢水中氮含量已达到最低，此时补吹或深吹将增加钢液与空气接触的几率导致钢液剧烈增氮。另一方面，因为钢中含有V、Ti，且Si和Mn含量少，同时根据钢中氮含量的溶解度公式可知：w_[N]＝0.044-0.01w_[C]-0.025w_[Mn]-0.003w_[Si]-0.0043w_[P]-0.001w_[S]+0.0069w_[Cr]+0.013w_[V]-0.001w_[Ni]-0.01w_[Al]+0.1w_[Ti]+0.0015w_[Mo]+0.0102w_[Nb]-0.0004w_[Cu]，w_[*]指相应的元素在钢中的百分含量，如：钢中的碳含量为0.09％，则w_[C]＝0.09。钢中含有V、Ti且Si、Mn含量少会增加钢水中氮含量的理论溶解度。因此，半钢冶炼时控制钢水中的氮含量比控制铁水中的氮含量要更加困难。

公开号为CN101041865A的中国专利文献中公开了大气量顶底复吹转炉终点低氧控制方法，其通过在转炉非工作时疏通底吹透气砖，从而增加底吹供气流量以达到转炉终点低氧的控制。该专利文献主要是通过单一的底吹控制来达到降低终点钢水氧含量，实现难度较大，应用效果较差。

公开号为CN101638706A的中国专利文献中公开了一种炼钢转炉内钢水预脱氧工艺，通过在转炉冶炼终点时向炉内加入含碳或含硅的脱氧产物，并采用顶吹氮气的方法减少了后期向转炉内吹入氧气的量，从而减少了钢水氧含量，同时加入的还原剂能降低转炉终点炉渣中氧化铁含量。该方法能降低终点钢水氧活度，但是吹炼末期向转炉了内吹入氮气将导致钢液剧烈增氮，影响钢水质量。

而半钢炼钢中即能降低终点钢水氧活度，又能降低终点钢水氮含量的方法尚未有相关报道。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的之一在于解决上述现有技术中存在的一个或多个问题。本发明提供了一种降低半钢炼钢转炉冶炼终点钢水氧和氮含量的方法，使用本发明能够降低了转炉终点钢水中的氧含量和氮含量，且终点炉渣全铁含量更低。

本发明提供了一种降低半钢炼钢转炉冶炼终点钢水氧和氮含量的方法。所述方法包括在吹炼开始前，向入炉半钢中加入废钢以将钢水中碳的重量百分含量控制为3.0～3.5％、温度控制为1250～1274℃，并在转炉氧气顶吹过程中采用三段式底吹模式，其中，所述三段式底吹模式为：第一阶段：在半钢冶炼的吹氧量达到整个半钢冶炼过程中吹入氧气总量的75％之前，底吹二氧化碳；第二阶段：在半钢冶炼的吹氧量达到整个半钢冶炼过程中吹入氧气总量的75～90％之间，底吹氩气；第三阶段：当半钢冶炼的吹氧量达到整个半钢冶炼过程中吹入氧气总量的90％时，停止氧气顶吹，并底吹二氧化碳至出钢。

根据本发明的降低半钢炼钢转炉冶炼终点钢水氧和氮含量的方法的一个实施例，所述向入炉半钢中加入废钢的步骤中，所述废钢的加入量与入炉半钢的碳含量和温度的关系为当入炉半钢中碳含量不大于3.5％、温度不超过1274℃时，不加入废钢；入炉半钢中碳含量在3.5％的基础上每增加0.01％，废钢加入量相应增加0.89±0.01Kg/t钢；并且入炉半钢的温度在1274℃的基础上每增加1℃，废钢加入量相应增加0.68±0.02Kg/t钢。

根据本发明的降低半钢炼钢转炉冶炼终点钢水氧和氮含量的方法的一个实施例，在所述第一阶段中，将氧枪枪位控制为1.8～2.5m，在所述第二阶段中，将氧枪枪位控制为1～1.4m。

根据本发明的降低半钢炼钢转炉冶炼终点钢水氧和氮含量的方法的一个实施例，所述第一阶段中底吹二氧化碳的供气强度为0.03～0.05m³/(t_钢·min)；所述第二阶段中底吹氩气的供气强度为0.02～0.04m³/(t_钢·min)；所述第三阶段中底吹二氧化碳的供气强度为0.06～0.1/(t_钢·min)。

根据本发明的降低半钢炼钢转炉冶炼终点钢水氧和氮含量的方法的一个实施例，在所述第三阶段中，底吹二氧化碳的时间为1～2min。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括：有效解决了半钢炼钢补吹严重导致终点钢水及钢渣氧化性高的问题，并降低了转炉终点钢水中的氧含量和氮含量，且终点炉渣全铁含量更低，具有操作简单、可行性强、有效减少高氧化性炉渣对炉衬的侵蚀，增加出钢合金收得率等优点。

具体实施方式

在下文中，将结合示例性实施例详细地描述根据本发明的降低半钢炼钢转炉冶炼终点钢水氧和氮含量的方法。在本发明中，如果没有例外的表述，则通常提到的物质中各元素或成分的含量均是重量百分含量。

根据本发明示例性实施例的降低半钢炼钢转炉冶炼终点钢水氧和氮含量的方法，所述方法包括在吹炼开始前，向入炉半钢中加入废钢以将钢水中碳的重量百分含量控制为3.0～3.5％、温度控制为1250～1274℃，并在转炉氧气顶吹过程中采用不同的底吹模式，具体包括以下三个阶段：第一阶段：在半钢冶炼的吹氧量达到整个半钢冶炼过程中吹入氧气总量的75％之前，底吹二氧化碳；第二阶段：在半钢冶炼的吹氧量达到整个半钢冶炼过程中吹入氧气总量的75～90％之间，底吹氩气；第三阶段：当半钢冶炼的吹氧量达到整个半钢冶炼过程中吹入氧气总量的90％时，停止氧气顶吹，并底吹二氧化碳至出钢。

在吹炼开始前，向入炉半钢中加入废钢以将钢水中碳的重量百分含量控制在3.0～3.5％的范围内，温度控制在1250～1274℃的范围内，可以起到减少冶炼后期的深吹、补吹，进而减少了由于补吹导致终点钢水氧活度偏高、终点炉渣全铁含量偏高，以及避免补吹或深吹造成的增加钢液与空气接触的几率导致钢液剧烈增氮，可以起到降低冶炼终点钢水中氧、氮的作用，且终点炉渣全铁含量更低。若碳含量和温度低于上述范围的下限值，则冶炼后期需要深吹、补吹，若碳含量和温度高于上述范围的上限值，则会出现转炉终点钢水碳高、温度高的情况，达不到钢种的终点控制要求，且出钢过程温度过高会严重影响转炉耐材寿命，增加冶炼成本。

冶炼前期(即，第一阶段)采用二氧化碳作为底吹气源，主要是为了疏通底吹透气砖，保证底吹供气效果。在转炉冶炼到一定炉次后，透气砖会因为炉渣侵蚀、溅渣等原因导致部分堵塞，二氧化碳气体具有弱氧化性，具有疏通赌赛透气砖的作用，且与钢液中的碳反应时生成CO气体的量更大，有利于脱氮。

在转炉冶炼末期(即，第二阶段)碳氧反应减缓，反应产生的CO量少，氧气射流将炉渣面吹开，使钢水暴露在空气中，容易使钢水吸氮，此时采用氩气作为底吹气源可以减少对氧枪低枪位吹炼的影响和避免冶炼后期钢液增氮。

转炉冶炼后期(即，第三阶段)，碳氧反应缓慢，若氧枪继续吹氧将导致多余的氧溶解在钢水中使钢液中氧含量偏高，出钢后导致合金收得率偏低。因此提枪停止顶吹氧气，氧枪停止吹氧后，底吹气体采用二氧化碳的主要目是因为，高温下二氧化碳能与钢液中的碳和金属铁反应生成一氧化碳，在继续降低终点钢液中碳含量的同时产生双倍的CO气体，促进钢液在冶炼后期脱氮和降低终点炉渣中全铁含量。

在本发明的一个示例性实施例中，所述向入炉半钢中加入废钢的步骤中，所述废钢中碳含量为0.08～0.20％，所述废钢的加入量与入炉半钢的碳含量和温度的关系为当入炉半钢中碳含量不大于3.5％且温度不超过1274℃时，入炉半钢中碳含量在3.5％的基础上每增加0.01％，废钢加入量相应增加0.89±0.01Kg/t钢；并且入炉半钢的温度在1274℃的基础上每增加1℃，废钢加入量相应增加0.68±0.02Kg/t钢。

在本发明的一个示例性实施例中，在第一个阶段中，为防止炉渣返干导致脱磷效率低，应采用高枪位滑枪操作，将氧枪枪位控制在1.8～2.5m的范围内；而在第二阶段中，由于炉内碳氧反应减缓，将氧枪枪位控制为1～1.4m，降低枪位至1～1.4m其目的之一是为了增强熔池氧与碳的接触几率，促进碳氧反应和加强熔池搅拌能力，同时均匀熔池温度的目的；目的之二是低枪位有利于降低炉渣中全铁含量，减缓炉衬侵蚀和减少倒渣时金属损耗。

在本发明的一个示例性实施例中，第一阶段中底吹二氧化碳的供气强度为0.03～0.05m³/(t_钢·min)；底吹氮气的供气强度为0.02～0.04m³/(t_钢·min)；第三阶段中底吹二氧化碳的供气强度为0.06～0.1/(t_钢·min)。其中，上述供气模式的设置主要是为了保证冶炼过程的平稳并加强熔池搅拌，第二阶段采用了较低的供气强度是为了减少对氧枪低枪位吹炼的影响和避免冶炼过程中增氮，而在出钢前的第三阶段提高供气强度的目的是为了增大底吹搅拌强度，为后期脱碳、脱氮提供动力学条件，提高出钢钢水温度。

在本发明的一个示例性实施例中，在第三阶段中，底吹二氧化碳的时间为1～2min。

为了更好地理解本发明的上述示例性实施例，下面结合具体示例对其进行进一步说明。

示例1

某钢厂将提钒后的半钢兑入200t转炉进行冶炼，入炉半钢碳含量为3.5％，温度为1274℃。为避免炉内温度偏低导致深吹或温度富裕，兑入半钢后不加废钢并开始冶炼。在半钢冶炼的吹氧量达到整个半钢冶炼过程中吹入氧气总量的75％之前，底吹二氧化碳，供气强度为0.03m³/(min·t_钢)，氧枪枪位控制为1.8～2.0m；在半钢冶炼的吹氧量达到整个半钢冶炼过程中吹入氧气总量的75～90％之间时，降低氧枪枪位至1.2～1.4m，底吹氩气，供气强度为0.02m³/(min·t_钢)；当半钢冶炼的吹氧量达到整个半钢冶炼过程中吹入氧气总量的90％时，提枪，停止吹炼，氧枪停止吹氧后，底吹二氧化碳，供气强度为0.06m³/(min·t_钢)，持续底吹强搅拌1min后出钢。

测得终点钢水碳含量为0.06％，氧含量为300ppm，终点钢液氮含量为10ppm，终点炉渣全铁含量为18.1％。

示例2

某钢厂将提钒后的半钢兑入120t转炉进行冶炼，入炉半钢碳含量为3.7％，温度为1274℃。为避免炉内温度偏低导致深吹或温度富裕，兑入半钢后加入17.8Kg/t_钢废钢并开始冶炼。在半钢冶炼的吹氧量达到整个半钢冶炼过程中吹入氧气总量的75％之前，底吹二氧化碳，供气强度为0.04m³/(min·t_钢)，氧枪枪位控制为2.2～2.5m；在半钢冶炼的吹氧量达到整个半钢冶炼过程中吹入氧气总量的75～90％之间时，降低氧枪枪位至1～1.2m，底吹氩气，供气强度为0.03m³/(min·t_钢)；当半钢冶炼的吹氧量达到整个半钢冶炼过程中吹入氧气总量的90％时，提枪，停止吹炼，氧枪停止吹氧后，底吹二氧化碳，供气强度为0.08m³/(min·t_钢)，持续底吹强搅拌2min后出钢。

测得终点钢水碳含量为0.07％，氧含量为320ppm，终点钢液氮含量为9ppm，且终点炉渣全铁含量为17.6％。

示例3

某钢厂将提钒后的半钢兑入80t转炉进行冶炼，入炉半钢碳含量为3.5％，温度为1294℃。为避免炉内温度偏低导致深吹或温度富裕，兑入半钢后加入13.6Kg/t_钢废钢并开始冶炼。在半钢冶炼的吹氧量达到整个半钢冶炼过程中吹入氧气总量的75％之前，底吹二氧化碳，供气强度为0.05m³/(min·t_钢)，氧枪枪位控制为2～2.4m；在半钢冶炼的吹氧量达到整个半钢冶炼过程中吹入氧气总量的75～90％之间时，降低氧枪枪位至1.1～1.3m，底吹氩气，供气强度为0.04m³/(min·t_钢)；当半钢冶炼的吹氧量达到整个半钢冶炼过程中吹入氧气总量的90％时，提枪，停止吹炼，氧枪停止吹氧后，底吹二氧化碳，供气强度为0.1m³/(min·t_钢)，持续底吹强搅拌1.5min后出钢。

测得终点钢水碳含量为0.05％，氧含量为350ppm，终点钢液氮含量为10ppm，且终点炉渣全铁含量为18.5％。

而采用现有技术进行转炉半钢冶炼时，转炉终点钢液氧含量在0.05～0.08％时，氧含量波动在400～800ppm之间，终点钢液氮含量波动在15～25ppm之间，终点炉渣全铁含量波动在19.5～25.4％之间。

从以上示例可以看出，采用本发明的方法后，将转炉终点钢水中氧含量控制在350ppm以内，氮含量控制在10ppm以内，且全铁含量较低。

综上所述，本发明通过控制废钢加入量、冶炼枪位并采用合理的供气模式，有效解决了半钢炼钢补吹严重导致终点钢水及钢渣氧化性高的问题，采用本发明的来进行半钢炼钢生产，能有效降低转炉终点钢水中的氧含量和氮含量，且终点炉渣全铁含量更低，具有操作简单、可行性强、有效减少高氧化性炉渣对炉衬的侵蚀，增加出钢合金收得率等优点。

尽管上面已经通过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，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可对本发明的示例性实施例进行各种修改和改变。

Claims

1.一种降低半钢炼钢转炉冶炼终点钢水氧和氮含量的方法，其特征在于，所述方法包括在吹炼开始前，向入炉半钢中加入废钢以将钢水中碳的重量百分含量控制为3.0～3.5％、温度控制为1250～1274℃，并在转炉氧气顶吹过程中采用三段式底吹模式，其中，所述三段式底吹模式为：

第一阶段：在半钢冶炼的吹氧量达到整个半钢冶炼过程中吹入氧气总量的75％之前，底吹二氧化碳；

第二阶段：在半钢冶炼的吹氧量达到整个半钢冶炼过程中吹入氧气总量的75～90％之间，底吹氩气，并将氧枪枪位控制为1～1.4m；

第三阶段：当半钢冶炼的吹氧量达到整个半钢冶炼过程中吹入氧气总量的90％时，停止氧气顶吹，并底吹二氧化碳至出钢；

并且，所述第一阶段中底吹二氧化碳的供气强度为0.03～0.05m³/(t_钢·min)；所述第二阶段中底吹氩气的供气强度为0.02～0.04m³/(t_钢·min)；所述第三阶段中底吹二氧化碳的供气强度为0.06～0.1/(t_钢·min)。

2.如权利要求1所述的降低半钢炼钢转炉冶炼终点钢水氧和氮含量的方法，其特征在于，所述向入炉半钢中加入废钢的步骤中，以重量百分比计，所述废钢中碳含量为0.08～0.20％，所述废钢的加入量与入炉半钢的碳含量和温度的关系为当入炉半钢中碳含量不大于3.5％、温度不超过1274℃时，不加入废钢；入炉半钢中碳含量在3.5％的基础上每增加0.01％，废钢加入量相应增加0.89±0.01Kg/t钢；并且入炉半钢的温度在1274℃的基础上每增加1℃，废钢加入量相应增加0.68±0.02Kg/t钢。

3.如权利要求1所述的降低半钢炼钢转炉冶炼终点钢水氧和氮含量的方法，其特征在于，在所述第一阶段中，将氧枪枪位控制为1.8～2.5m。

4.如权利要求1所述的降低半钢炼钢转炉冶炼终点钢水氧和氮含量的方法，其特征在于，在所述第三阶段中，底吹二氧化碳的时间为1～2min。