CN104004877B

CN104004877B - 一种降低转炉终点碳氧积的方法

Info

Publication number: CN104004877B
Application number: CN201410250070.2A
Authority: CN
Inventors: 陈路; 常军; 曾建华; 梁新腾; 杨森祥; 黄德胜; 杜丽华; 张彦恒
Original assignee: Pangang Group Panzhihua Iron and Steel Research Institute Co Ltd
Current assignee: Pangang Group Panzhihua Iron and Steel Research Institute Co Ltd
Priority date: 2014-06-06
Filing date: 2014-06-06
Publication date: 2016-06-01
Anticipated expiration: 2034-06-06
Also published as: CN104004877A

Abstract

本发明公开了一种降低转炉终点碳氧积的方法，该方法包括在转炉中兑入半钢后顶吹氧气和底吹气体进行转炉冶炼并出钢，其中，所述底吹气体包括冶炼前期底吹氮气或氩气、冶炼中期和后期底吹氩气；出钢过程底吹氩气；所述冶炼前期底吹氮气或氩气的流量为40-60m³/h，所述冶炼中期底吹氩气的流量为40-60m³/h，所述冶炼后期底吹氩气的流量为70-90m³/h，所述出钢过程底吹氩气的流量为40-60m³/h。该方法能够有效降低转炉终点碳氧积。

Description

一种降低转炉终点碳氧积的方法

技术领域

本发明属于冶金技术领域，具体地，涉及一种降低转炉终点碳氧积的方法。

背景技术

转炉炼钢钢水终点碳氧积高低是衡量钢中氧的重要依据，终点碳氧积低有利于降低合金消耗，减少脱氧过程中形成的夹杂物，提高钢水质量。

转炉冶炼过程中，在碳含量不是很低时，反应速度取决于供氧强度，此时供氧强度越大，脱碳速度也越快，一般1min约脱除0.2重量％左右的碳。但是，当钢中碳含量低于某个临界值(一般认为此临界值在0.07重量％-0.12重量％)，供氧强度对脱碳速度已不起明显作用。随着碳含量进一步降低(例如降到0.03％时)，脱碳速度变得极慢，同时铁的氧化程度急剧上升，进一步脱碳就十分困难，因此，用普通方法冶炼超低碳钢(w(C)<0.02％)是很不容易的，并且转炉终点碳氧平衡难以控制，难以达到降低转炉终点碳氧积的方法。

转炉熔池中脱碳反应主要是：[C]+[O]＝CO↑

K＝Pco/(a[C]×a[O])＝Pco/(fc×[％C]×fo[％O])(1)

式(1)中：K为只与温度有关的平衡常数；Pco为CO的分压力；fc为钢水中碳的活度系数；fo为钢水中氧的活度系数。fc和fo与浓度有关，随着碳浓度的增加，fc下降而fo上升，但在[C]＝0.02％～2.00％时，fc和fo的积变化不大，接近于1。因而在实际生产中fc×fo＝1。则式(1)变为：

K＝Pco/([％C]×[％O])(2)

因此，[％C]×[％O]＝Pco/K，当反应达到平衡时，

lgK＝1168/T+2.07(3)

当T＝1660+273，P为1.0-1.1大气压时，K＝401，则[％C]×[％O]＝0.00249

Pco＝P_大气压+98066×H_金×ρ_金+98066×H_渣×ρ_渣+98066×2σ/r_co(4)

在式(4)中：P_大气压为大气压力，Pa；H_金为CO气泡上钢水液的高度，mm；H_渣为CO气泡上炉渣的高度，mm；ρ_金为钢水的密度，g/cm³；ρ_渣为炉渣的密度，g/cm³；σ为金属液表面张力，N/m；r_co为气泡半径，mm。当气泡半径小于1mm时，毛细管压力才会明显。同时实际生产中H_渣与ρ_渣对比而言均很小。因此，[％C]×[％O]＝(1+H_金ρ_金)/K。由此可知，当反应达到平衡时，[％C]×[％O]除与钢水温度有关外，也与钢液的平均深度有关，钢液平均深度越大碳氧积也就越高。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有的转炉冶炼终点碳氧积高的缺陷，提供一种能够降低转炉终点碳氧积的方法。

本发明的发明人发现在实际在生产中，钢液的平均深度变化很小，可以忽略不计，而在特定温度下，终点钢水的碳氧积与CO气体分压P_CO有密切的关系，改变CO气体分压P_CO时，终点钢水的碳氧积随P_CO降低而降低。发明人还发现，在冶炼的不同阶段通过改变底吹气体的流量利用底吹气体所产生的搅拌效果使CO分压下降，使得碳氧反应趋向平衡，碳、氧浓度下降，从而有效降低碳氧积。

为了实现上述目的，本发明提供一种降低转炉终点碳氧积的方法，该方法包括在转炉中兑入半钢后顶吹氧气和底吹气体进行转炉冶炼并出钢，其中，所述底吹气体包括冶炼前期底吹氮气或氩气、冶炼中期和后期底吹氩气；出钢过程底吹氩气；所述冶炼前期底吹氮气的流量为40-60m³/h，所述冶炼中期底吹氩气的流量为40-60m³/h，所述冶炼后期底吹氩气的流量为70-90m³/h，所述出钢过程底吹氩气的流量为40-60m³/h。

采用本发明提供的方法，能够有效降低终点钢水的碳氧积，从而降低终点氧含量，由此可以增加合金收得率，降低合金消耗，减少脱氧过程中形成的夹杂物，提高钢水质量。

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。

本发明提供了一种降低转炉终点碳氧积的方法，该方法包括在转炉中兑入半钢后顶吹氧气和底吹气体进行转炉冶炼并出钢，其中，所述底吹气体包括冶炼前期底吹氮气或氩气、冶炼中期和后期底吹氩气；出钢过程底吹氩气；所述冶炼前期底吹氮气的流量为40-60m³/h，所述冶炼中期底吹氩气的流量为40-60m³/h，所述冶炼后期底吹氩气的流量为70-90m³/h，所述出钢过程底吹氩气的流量为40-60m³/h。

本发明特别针对转炉炼钢终点碳氧积高和转炉终点碳氧平衡难以控制，通过控制转炉底吹气体和流量来控制底吹气体所产生的搅拌效果使CO分压下降，使得钢液中溶解的氧浓度随着底吹气体流量增加而下降；并且随着底吹搅拌，碳氧反应趋向平衡，碳、氧浓度下降，从而降低转炉终点碳氧积。从而根据钢铁成分要求进行增配成分元素(例如Mn、Si等)时，使得合金收得率提高，降低合金消耗，减少脱氧过程中形成的夹杂物，提高钢水质量。

根据本发明的方法，冶炼前期和中期底吹气体的流量设置为40-60m³/h的原因是：冶炼前期和中期含碳量较高，当底吹气体流量大于60m³/h时，吹炼过程易发生喷溅；而当流量小于40m³/h时，则炉内动力条件不足，碳氧反应不完全。另外，由于冶炼中期、后期和出钢过程中炉中氧化性强底吹氮气会造成钢水成分变化，因此，所述冶炼中期、后期和出钢过程中强底吹氩气。冶炼后期底吹氩气的流量设置为70-90m³/h的原因是：冶炼后期随着碳含量的降低，脱碳反应变得困难，底吹气体流量要比冶炼前期和中期大，才能提高脱碳效果，当底吹气体流量大于90m³/h时，则钢液翻滚剧烈，钢水裸露易与空气接触发生氧化反应；而当流量小于70m³/h时，则炉内动力条件不足，碳氧反应不完全；出钢过程中底吹氩气的流量设置为40-60m³/h的原因是：当底吹氩气流量大于60m³/h时，则钢液翻滚剧烈，钢水裸露易与空气接触发生氧化反应；而当流量小于40m³/h时，则炉内动力条件不足，碳氧反应不完全。

在本发明中，所述冶炼前期、中期和后期并没有特别的限定，例如，所述冶炼前期为吹氧进度0-30％的冶炼阶段；所述冶炼中期为吹氧进度大于30％到70％的冶炼阶段；所述冶炼后期为吹氧进度大于70％到100％的冶炼阶段。

根据本发明的方法，基于转炉炼钢的成本的考虑，优选情况下，所述冶炼前期底吹氮气。

在本发明中，对于顶吹氧气并没有特殊的要求，保证熔渣具有良好的流动性即可。优选情况下，所述顶吹氧气的条件包括：氧枪枪位为1.4-1.8m，氧气流量为25000-35000m³/h。所述氧枪枪位是指氧枪喷头的喷头末端至熔池液面的距离。

在本发明中，根据脱磷等需要，炼钢过程中还可以加入辅料。对于辅料和辅料的加入方法并没有特别的限定，可以为本领域常规使用的辅料和辅料的加入方法。

根据本发明提供的方法，对于转炉冶炼的半钢并没有特别的限定，例如可以为本领域常规使用的半钢铁水，以所述半钢的总重量为基准，所述半钢铁水可以含有：大于等于3.2重量％的C，0-0.03重量％的Si，0-0.04重量％的Mn，0.05-0.09重量％的P，小于等于0.015重量％的S和余量的Fe；优选情况下，以所述半钢的总重量为基准，所述半钢含有：3.2-4.1重量％的C、0.015-0.03重量％的Si、0.02-0.04重量％的Mn、0.06-0.08重量％的P、0-0.015重量％的S和95.9-96.7重量％的Fe。所述半钢铁水的入炉温度可以大于等于1300℃，优选为1300-1360℃。

以下将通过实施例对本发明进行详细描述。

实施例1

采用200t转炉采用半钢炼钢，入炉半钢碳含量为3.5重量％，入炉温度为1274℃，将半钢兑入转炉后顶吹氧气底吹气体进行冶炼并出钢，吹氧进度0-30％的冶炼阶段内底吹N₂，流量为50m³/h；吹氧进度大于30％到70％的冶炼阶段内，底吹Ar，流量为50m³/h；吹氧进度大于70％到100％冶炼阶段内，底吹Ar，流量为80m³/h；出钢过程底吹Ar，流量为50m³/h；所述顶吹氧气的条件包括：氧枪枪位为1.8m，氧气流量为35000m³/h。得终点钢水碳含量为0.05重量％，氧含量为560ppm，终点碳氧积为0.0028。

实施例2

采用200t转炉采用半钢炼钢，入炉半钢碳含量为3.7重量％，入炉温度为1274℃，将半钢兑入转炉后顶吹氧气和底吹气体进行冶炼并出钢，吹氧进度0-30％的冶炼阶段内，底吹N₂，流量为40m³/h；吹氧进度大于30％-70％的冶炼阶段内，底吹Ar，流量为60m³/h；吹氧进度大于70％到100％的冶炼阶段内，底吹Ar，流量为90m³/h；出钢过程底吹Ar，流量为60m³/h；所述顶吹氧气的条件包括：氧枪枪位为1.4m，氧气流量为25000m³/h。得终点钢水碳含量为0.055重量％，氧含量为500ppm，终点碳氧积为0.00275。

实施例3

采用200t转炉采用半钢炼钢，入炉半钢碳含量为3.5重量％，入炉温度为1294℃，将半钢兑入转炉后顶吹氧气和底吹气体进行冶炼并出钢，吹氧进度0-30％的冶炼阶段内，底吹N₂，流量为60m³/h；吹氧进度大于30％到70％的冶炼阶段内，底吹Ar，流量为40m³/h；吹氧进度大于70％到100％的冶炼阶段内，底吹Ar，流量为70m³/h；出钢过程底吹Ar，流量为40m³/h；所述顶吹氧气的条件包括：氧枪枪位为1.6m，氧气流量为30000m³/h。得终点钢水碳含量为0.06重量％，氧含量为460ppm，终点碳氧积为0.00276。

对比例1

根据实施例1的半钢炼钢的方法，不同的是，半钢炼钢的冶炼全程底吹Ar流量为30m³/h。得终点钢水碳含量为0.06重量％，氧含量为600ppm，终点碳氧积为0.00360。

通过实施例1-3与对比例1的对比，可以看出，采用本发明提供的方法进行转炉炼钢生产时，能有效降低转炉终点碳氧积。

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。

Claims

1.一种降低转炉终点碳氧积的方法，该方法包括在转炉中兑入半钢后顶吹氧气和底吹气体进行转炉冶炼并出钢，其特征在于，所述底吹气体包括冶炼前期底吹氮气或氩气、冶炼中期和后期底吹氩气；出钢过程底吹氩气；所述冶炼前期底吹氮气或氩气的流量为40-60m³/h，所述冶炼中期底吹氩气的流量为40-60m³/h，所述冶炼后期底吹氩气的流量为70-90m³/h，所述出钢过程底吹氩气的流量为40-60m³/h；

其中，所述顶吹氧气的条件包括：氧枪枪位为1.4-1.8m，氧气流量为30000-35000m³/h。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述冶炼前期为吹氧进度0-30％的冶炼阶段；所述冶炼中期为吹氧进度大于30％到70％的冶炼阶段；所述冶炼后期为吹氧进度大于70％到100％的冶炼阶段。

3.根据权利要求1或2任意一项所述的方法，其中，所述冶炼前期底吹氮气。