CN105803155A - 一种电弧炉炼钢脱磷方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种电弧炉炼钢高效脱磷方法，属于电弧炉炼钢领域。该方法利用同一喷枪直接向电弧炉熔池内部输送氧气、保护性气体及载气‑脱磷粉剂，所述载气‑脱磷粉剂为由载气携带的脱磷粉剂，上述气流剧烈冲击搅拌炼钢熔池，使脱磷粉剂直接与钢液充分接触，为熔池脱磷反应提供良好的热力学和动力学条件，以提高电弧炉炼钢过程脱磷效率，降低脱磷剂等造渣料消耗，提升冶炼过程脱磷率和终点钢水质量，降低生产成本。

Description

一种电弧炉炼钢脱磷方法
技术领域
本发明主要属于钢铁冶金技术领域，具体涉及一种电弧炉炼钢脱磷方法。
背景技术
随电弧炉炼钢铁水热装技术的发展，脱磷操作成为电弧炉冶炼过程的重要工序之一，其关键在于在电弧炉冶炼前期快速造渣脱磷同时提供良好的熔池动力学条件、冶炼后期防止钢液“回磷”。随着电弧炉炼钢过程供氧的不断强化和底吹搅拌技术的应用，电弧炉炼钢节奏不断加快，如何在电弧炉冶炼过程中快速高效脱磷已成为目前电弧炉洁净高效化冶炼的关键和突出问题。
现有电弧炉炼钢脱磷通常采用向炉内加入Cao系脱磷剂造较高碱度氧化性炉渣的方法，要求熔化渣必须有一定含量的FeO，磷的氧化物与FeO和CaO反应形成稳定的磷酸钙进入炉渣而被去除。目前，为提高电弧炉炼钢过程脱磷，通常采用电弧炉炼钢自动流渣操作，辅以炉壁喷吹氧气射流和底吹惰性气体强化熔池搅拌的方法。然而，传统电弧炉炼钢造渣脱磷过程存在化渣速度较慢，熔池搅拌强度不足，渣钢间传质及脱磷反应速度慢等问题，冶炼过程脱磷效果差，难以满足冶炼过程高效脱磷的要求。同时，电弧炉冶炼后期钢水“回磷”严重，终点钢水磷含量偏高。
发明内容
针对上述问题，本发明提出一种电弧炉炼钢高效脱磷方法，冶炼过程利用喷枪直接向电弧炉熔池内部输送载气-脱磷粉剂高速粉气流，可根据冶炼工艺要求在线动态切换4种喷吹工作模式，根据所用炉料含磷量的高低来改变4种喷吹工作模式的切换方式，以提高电弧炉炼钢过程脱磷效率，降低脱磷剂等造渣料消耗，提升冶炼过程脱磷率和终点钢水质量，降低生产成本。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种电弧炉炼钢脱磷方法，所述方法用于电弧炉炼钢脱磷步骤中，其特征在于，在所述步骤中，利用同一喷枪直接向电弧炉熔池内部输送氧气、保护性气体以及载气-脱磷粉剂，所述载气-脱磷粉剂为由载气携带的脱磷粉剂。
进一步地，所述喷枪整体安装在电弧炉炉壁耐火材料内部，喷枪出口在电弧炉中钢液面以下0~1.0m，与水平面夹角为0~80°，所述钢液面指炉料熔融后的钢液液面。以保证高速粉气流直接输入钢液内部同时延长喷枪使用寿命。
进一步地，炼钢脱磷过程中，根据冶炼工艺要求所述喷枪在线动态切换4种喷吹工作模式：空吹防堵模式、冶炼保护模式、高效脱磷模式、快速脱碳模式；并且根据电弧炉炼钢炉料初始磷含量，将所述4种喷吹工作模式的切换分为低磷含量炉料冶炼和高磷含量炉料冶炼两种切换方式；所述低磷含量炉料是指电弧炉炼钢炉料初始磷含量≤0.15%，所述高磷含量炉料是指电弧炉炼钢炉料初始磷含量> 0.15%,磷含量是指磷在炉料中的质量比重。
进一步地，针对电弧炉炼钢低磷含量炉料冶炼，在冶炼前期喷枪采用高效脱磷模式喷吹，降低钢液磷含量。所述低磷含量炉料冶炼切换方式为：
（1）在电弧炉出钢后至加入炉料前，喷枪采用空吹防堵模式进行喷吹；
（2）在炉料加入过程中，喷枪采用冶炼保护模式进行喷吹；
（3）在冶炼前期，喷枪采用高效脱磷模式进行喷吹，以使钢液高效脱磷；
（4）在冶炼中期，喷枪采用快速脱碳模式进行喷吹，以使钢液快速脱碳；
（5）在冶炼后期，喷枪采用高效脱磷模式进行喷吹，以防止钢液“回磷”；
（6）在电弧炉出钢过程中，喷枪采用冶炼保护模式进行喷吹。
进一步地，针对电弧炉炼钢高磷含量炉料冶炼。由于初始炉料磷含量高，冶炼过程脱磷任务重，为降低钢液磷含量，冶炼前期和中期两阶段喷枪采用高效脱磷模式进行冶炼，改善脱磷效果。所述高磷含量炉料冶炼切换方式为：
（1）在电弧炉出钢后至加入炉料前，喷枪采用空吹防堵模式进行喷吹；
（2）在炉料加入过程中，喷枪采用冶炼保护模式进行喷吹；
（3）在冶炼前期，喷枪采用高效脱磷模式进行喷吹，以使钢液高效脱磷；
（4）在冶炼中期Ⅰ阶段，喷枪采用快速脱碳模式进行喷吹，以使钢液快速脱碳；
（5）在冶炼中期Ⅱ阶段，喷枪采用高效脱磷模式进行喷吹，以使钢液高效脱磷；
（6）在冶炼中期Ⅲ阶段，喷枪采用快速脱碳模式进行喷吹，以使钢液快速脱碳；
（7）在冶炼后期，喷枪采用高效脱磷模式进行喷吹，以防止钢液“回磷”；
（8）在电弧炉出钢过程中，喷枪采用冶炼保护模式进行喷吹。
进一步地，所述喷枪为一环缝套管，所述环缝套管包括一中心管以及一环缝管；所述中心管采用直管喷嘴，中心管用于喷吹氧气或载气-脱磷粉剂，所述环缝管用于喷吹保护性气体。喷枪选用环缝套管是保证了直管喷嘴一直受环缝管内保护性气体保护，延长了喷枪寿命。
进一步地，4种喷吹工作模式具体条件为：
所述空吹防堵模式：喷枪的中心管喷吹氧气，流量为10~200 Nm3/h，喷枪的环缝管喷吹保护性气体，流量为10~100 Nm3/h，以防止喷枪堵塞、烧损；
所述冶炼保护模式：喷枪的中心管喷吹氧气，流量为50~300 Nm3/h，喷枪的环缝管喷吹保护性气体，流量为20~300Nm3/h，以保证炉料加入过程和出钢过程喷枪正常工作，防止喷枪堵塞、烧损；
所述高效脱磷模式：喷枪的中心管喷吹载气-脱磷粉剂，载气流量为50~3000Nm3/h；脱磷粉剂喷吹速率为0~300kg/min；喷枪的环缝管喷吹保护气体，流量为50~1000Nm3/h，以保证冶炼过程喷枪正常工作；
所述快速脱碳模式：喷枪的中心管喷吹氧气，氧气流量为50~3000Nm3/h；喷枪的环缝管喷吹保护性气体，流量为50~1000Nm3/h，以保证冶炼过程喷枪正常工作。
所述4种喷吹工作模式下喷吹流量参数的选择基于电弧炉容量及各喷吹模式下不同的冶炼功能，在保证正常冶炼生产前提下，提高喷枪使用寿命，同时降低喷吹量，降低生产成本。
进一步地，喷枪的中心管内径尺寸为8~30mm，壁厚2~8mm，环缝间隙1~10mm；喷枪整体采用耐高温材料保证喷枪的耐高温性能；中心内部管壁采用耐高温、耐磨材料涂层以保证喷枪输送高速粉气流的耐磨性能。
进一步地，喷枪整体采用不锈钢、高硅铝合金、硬质合金、钨铜合金、铬质或刚玉质管材加工制造，中心内部管壁采用耐磨陶瓷材料涂层。
进一步地，所述方法使用的设备包括电弧炉、控制系统、供气系统、喷粉系统、输送管道及喷枪;所述喷枪直接向电弧炉熔池内部输送氧气、保护性气体以及载气-脱磷粉剂，所述载气-脱磷粉剂为由载气携带的脱磷粉剂；所述供气系统包括气源和气体流量控制系统；所述喷粉系统包括粉剂存储罐和粉剂流量控制系统。
进一步地，所述电弧炉炼钢炉料为铁水、废钢、生铁或直接还原铁中任意一种或任意两种以上的混合物。
进一步地，所述载气为氧气、二氧化碳或氮气中的任意一种或任意两种以上的混合气体；所述脱磷粉剂为电弧炉炼钢脱磷用石灰粉、石灰石粉、萤石粉或铁矿粉中的任意一种或任意两种以上的混合粉剂，脱磷粉剂颗粒直径为15μm~1.0mm；所述环缝保护性气体为天然气、氮气或氩气中的任意一种或任意两种以上的混合气体；所述氧气、载气以及保护性气体的流量和所述脱磷粉剂的喷粉速率都动态可调。
进一步地，所述电弧炉容量为30~300t，根据电弧炉炉型及容量的不同，喷枪数目为1~6。
本发明的有益技术效果：
本发明在电弧炉炼钢过程中利用喷枪将载气-脱磷粉剂高速粉气流直接吹入熔池参与脱磷反应，熔池动力学条件明显增强，大幅度提高了熔池脱磷反应速度，改善了脱磷效果，充分发挥了脱磷剂的作用能力，减少了脱磷造渣原料使用和冶炼生产成本，提高了电弧炉炼钢的产品质量。
针对电弧炉炼钢过程不同时段的冶炼工艺需求，分时段控制喷枪喷吹工作模式，同时分时段控制载气、脱磷粉剂、氧气及环缝保护气体的流量和比例，实现电弧炉炼钢高效脱磷。并针对不同磷含量炉料选用不同工艺模式，高效炼制多元复杂电弧炉炼钢炉料。
附图说明
图1为本发明电弧炉炼钢过程采用的喷枪供氧喷粉脱磷工艺连接图；
图2 为本发明电弧炉喷枪安装剖面图（图1中A-A剖面）；
图3为电弧炉炼钢低磷含量炉料冶炼喷枪喷吹工艺模式图；
图4为电弧炉炼钢高磷含量炉料冶炼喷枪喷吹工艺模式图。
附图标记为1、控制系统，2、供气系统，3、喷粉系统，4、气源，5、气体流量控制系统，6、粉剂存储罐，7、粉剂流量控制系统，8、输送管道，9、喷枪，10、电弧炉，11、炉门口，12、出钢口，13、炉壁耐火材料，14、渣层，15、钢液面，16、钢液，L1、喷枪出口与刚液面距离，A喷枪出口与水平面夹角。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。
实施例1
本发明应用在90t电弧炉炼钢，安装有两支喷枪，分布在电弧炉炉门两侧，喷枪内径16mm，环缝间隙5mm，采用不锈钢材质。喷枪出口在钢液面下500mm，与水平面夹角10°。脱磷粉剂为石灰粉，颗粒直径50μm，单枪喷粉速率为10~100kg/min。载气为氧气，单枪氧气流量50~1500Nm3/h。环缝气体为氮气，单枪流量为10~500Nm3/h。铁水比为40%，炉料初始磷含量为0.1%，为低磷含量炉料冶炼切换方式，喷枪喷吹工艺见图3。
1）加入铁水前，喷枪采用空吹防堵模式喷吹：中心管喷吹氧气，流量60Nm3/h；环缝管喷吹氮气，流量10Nm3/h。
2）0~5min，电弧炉加入炉料（废钢入炉和铁水兑入过程），喷枪开启冶炼保护模式喷吹：中心管喷吹氧气，流量为200 Nm3/h；环缝喷吹N2，流量100Nm3/h。
3）5~15min，炉料加入完毕，电弧炉供电开始冶炼。喷枪开启高效脱磷模式：中心管喷吹氧气，流量为500 Nm3/h，石灰粉喷吹速率为50kg/min；环缝喷吹N2，流量300 Nm3/h。
4）15~30min，冶炼中期，喷枪开启快速脱碳模式喷吹：中心管喷吹氧气，流量为900Nm3/h；环缝喷吹N2，流量300 Nm3/h。
5）30~35min，冶炼后期，喷枪开始高效脱磷模式喷吹，防止钢液回磷：中心管喷吹氧气，流量为300Nm3/h，石灰粉喷吹速率为20kg/min；环缝喷吹N2，流量200 Nm3/h。
6）35~37min，出钢过程，喷枪开启冶炼保护模式喷吹：中心管喷吹氧气，流量为200 Nm3/h；环缝喷吹N2，流量100Nm3/h。
针对不同铁水比炉料，可动态调整氧气、N2和石灰粉的流量配比，采用本发明后，冶炼过程脱磷率达93%。
实例2：本发明应用在150t电弧炉炼钢，安装有四支喷枪，平均分布在电弧炉炉门两侧，喷枪内径20mm，环缝间隙8mm，采用钨铜合金材质。喷枪出口在钢液面下750mm，与水平面夹角15°。脱磷粉剂为石灰石粉，颗粒直径30μm，单枪喷粉速率为10~200kg/min。载气为O2和CO2混合喷吹，单枪氧气流量50~2000Nm3/h。环缝气体为天然气，单枪流量为10~300Nm3/h。铁水比为70%，炉料初始磷含量为0.17%，为高磷含量炉料冶炼模式，喷枪喷吹工艺见图4。
1）兑入铁水前，喷枪采用空吹防堵模式喷吹：中心管喷吹氧气，流量100Nm3/h；环缝管喷吹天然气，流量20Nm3/h。
2）0~5min，电弧炉加入炉料（废钢入炉和铁水兑入过程），喷枪开启冶炼保护模式喷吹：中心管喷吹O2，流量为250 Nm3/h；环缝喷吹天然气，流量50Nm3/h。
3）5~15min，炉料加入完毕，电弧炉供电开始冶炼。喷枪开启高效脱磷模式喷吹：中心管喷吹O2和CO2，比例为3:1，流量为800Nm3/h，石灰石粉喷吹速率为150kg/min；环缝喷吹天然气，流量100Nm3/h。
4）15~20min，冶炼中期Ⅰ阶段，喷枪开启快速脱碳模式喷吹：中心管喷吹O2，流量为1000Nm3/h；环缝喷吹天然气，流量100Nm3/h。
5）20~25min，冶炼中期Ⅱ阶段，喷枪开启高效脱磷模式喷吹：中心管喷吹O2和CO2，比例为3:1，流量为800 Nm3/h，石灰石粉喷吹速率为150kg/min；环缝喷吹天然气，流量100Nm3/h。
6）25~35min，冶炼中期Ⅲ阶段，喷枪开启快速脱碳模式喷吹：中心管喷吹O2，流量为1000Nm3/h；环缝喷吹天然气，流量100Nm3/h。
7）35~40min，冶炼后期，喷枪开始高效脱磷模式喷吹，防止钢液回磷：中心管喷吹O2和CO2，比例为3:1，流量为600Nm3/h，石灰粉喷吹速率为30kg/min；环缝喷吹天然气，流量100Nm3/h。
8）40~43min，出钢过程，喷枪开启冶炼保护模式喷吹：中心管喷吹O2，流量为250 Nm3/h；环缝喷吹天然气，流量50Nm3/h。
针对不同铁水比炉料，可动态调整O2、CO2、天然气和石灰石粉的流量配比，采用本发明后，冶炼过程脱磷率达90%。

Claims (8)

1.一种电弧炉炼钢脱磷方法，所述方法用于电弧炉炼钢脱磷步骤，其特征在于，在所述脱磷步骤中，利用同一喷枪直接向电弧炉熔池内部输送氧气、保护性气体以及载气-脱磷粉剂，所述载气-脱磷粉剂为由载气携带的脱磷粉剂。
2.根据权利要求1所述的电弧炉炼钢脱磷方法，其特征在于，所述喷枪整体安装在电弧炉炉壁耐火材料内部，控制喷枪出口位于电弧炉中钢液面以下0~1.0m，喷枪出口与水平面夹角为0~80°。
3.根据权利要求1所述一种电弧炉炼钢脱磷方法，其特征在于，炼钢脱磷过程中，所述喷枪能够根据冶炼工艺要求在线动态切换4种喷吹工作模式：空吹防堵模式、冶炼保护模式、高效脱磷模式、快速脱碳模式；并且根据电弧炉炼钢炉料初始磷含量，将所述4种喷吹工作模式的切换分为低磷含量炉料冶炼切换方式和高磷含量炉料冶炼切换方式；低磷含量炉料是指电弧炉炼钢炉料初始磷含量≤0.15%，高磷含量炉料是指电弧炉炼钢炉料初始磷含量> 0.15%。
4.根据权利要求3所述的电弧炉炼钢脱磷方法，其特征在于,所述低磷含量炉料冶炼切换方式为：
（1）在电弧炉出钢后至加入炉料前，喷枪采用空吹防堵模式进行喷吹；
（2）在炉料加入过程中，喷枪采用冶炼保护模式进行喷吹；
（3）在冶炼前期，喷枪采用高效脱磷模式进行喷吹，以使钢液高效脱磷；
（4）在冶炼中期，喷枪采用快速脱碳模式进行喷吹，以使钢液快速脱碳；
（5）在冶炼后期，喷枪采用高效脱磷模式进行喷吹，以防止钢液回磷；
（6）在电弧炉出钢过程中，喷枪采用冶炼保护模式进行喷吹。
5.根据权利要求3所述的电弧炉炼钢脱磷方法，其特征在于,所述高磷含量炉料冶炼切换方式为：
（1）在电弧炉出钢后至加入炉料前，喷枪采用空吹防堵模式进行喷吹；
（2）在炉料加入过程中，喷枪采用冶炼保护模式进行喷吹；
（3）在冶炼前期，喷枪采用高效脱磷模式进行喷吹，以使钢液高效脱磷；
（4）在冶炼中期Ⅰ阶段，喷枪采用快速脱碳模式进行喷吹，以使钢液快速脱碳；
（5）在冶炼中期Ⅱ阶段，喷枪采用高效脱磷模式进行喷吹，以使钢液高效脱磷；
（6）在冶炼中期Ⅲ阶段，喷枪采用快速脱碳模式进行喷吹，以使钢液快速脱碳；
（7）在冶炼后期，喷枪采用高效脱磷模式进行喷吹，以防止钢液回磷；
（8）在电弧炉出钢过程中，喷枪采用冶炼保护模式进行喷吹。
6.根据权利要求1任一所述的电弧炉炼钢脱磷方法，其特征在于，所述喷枪为一环缝套管，所述环缝套管包括一中心管以及一环缝管；所述中心管采用直管喷嘴，中心管用于喷吹氧气或载气-脱磷粉剂，所述环缝管用于喷吹保护性气体。
7.根据权利要求4-5任一所述一种电弧炉炼钢脱磷方法，其特征在于，4种喷吹工作模式具体条件为：
所述空吹防堵模式：喷枪的中心管喷吹氧气，流量为10~200 Nm3/h，喷枪的环缝管喷吹保护性气体，流量为10~100 Nm3/h；
所述冶炼保护模式：喷枪的中心管喷吹氧气，流量为50~300 Nm3/h，喷枪的环缝管喷吹保护性气体，流量为20~300Nm3/h；
所述高效脱磷模式：喷枪的中心管喷吹载气-脱磷粉剂，载气流量为50~3000Nm3/h；脱磷粉剂喷吹速率为0~300kg/min；喷枪的环缝管喷吹保护气体，流量为50~1000Nm3/h；
所述快速脱碳模式：喷枪的中心管喷吹氧气，氧气流量为50~3000Nm3/h；喷枪的环缝管喷吹保护性气体，流量为50~1000Nm3/h。
8.根据权利要求6所述的电弧炉炼钢脱磷方法，其特征在于：喷枪的中心管内径尺寸为8~30mm，壁厚2~8mm，环缝间隙1~10mm；喷枪整体采用耐高温材料；中心管壁内部具有耐高温、耐磨涂层。
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