CN107354268A - 利用石灰石对转炉出钢钢包进行脱磷的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用石灰石对转炉出钢钢包进行脱磷的方法，属于钢铁冶炼技术领域。该方法反生在转炉冶炼之后，转炉冶炼终点温度＞1665℃，转炉冶炼终点钢水中的磷元素含量为100～150ppm，它包括如下步骤：1)钢包底部加入石灰石、2)充分反应、3)钢包吹氩后再测量钢包中钢水的磷元素含量＜100ppm。本发明的二次脱磷方法，操作简单，采用成本低的石灰石，降低磷含量20～50ppm。

Description

利用石灰石对转炉出钢钢包进行脱磷的方法
技术领域
本发明涉及脱磷方法，属于钢铁冶炼技术领域，具体地涉及一种利用石灰石对转炉出钢钢包进行脱磷的方法。
背景技术
脱磷是炼钢过程的重要任务之一。磷的存在使钢产生冷脆现象，因此在绝大多数钢种中，磷属于有害元素。炼钢过程中磷既可以被氧化，又可以被还原，因此控制炼钢过程中的脱磷反应是一项重要工作。
钢铁生产过程中磷的去除主要是铁水预处理，转炉或电炉氧化期，应用传统造渣材料，例如石灰、轻烧、铁皮等进行造渣脱磷；但通常脱磷效果不完全，对于低磷钢或超低磷钢的生产通常需要二次精炼脱磷。
对于超低磷钢的生产目前有两种途径：一种是在欧洲和北美兴起的，不使用预处理铁水，转炉冶炼后低温出钢，在钢包中利用高碱度、高氧化性渣搅拌脱磷，然后换包，LF炉中加热，再利用RH处理。利用这种方法，钢水磷含量在60～70×10-4％左右。另一种途径是在日本兴起的，完全采用预处理铁水，将铁水中的磷含量降低到约0.02％，这样使得钢水以小于20×10-4％的磷含量出钢，然后进行二次精炼处理以生产极低S、P、O、H、N水平的钢。上述第一种途径的优点为工艺操作相对简单，缺点是加入石灰、萤石、氧化铁等脱磷剂等，生产成本较高，第二种途径的缺点是操作起来相对复杂。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明公开了一种利用石灰石对转炉出钢钢包进行脱磷的方法。
为实现上述目的，本发明公开了一种利用石灰石对转炉出钢钢包进行脱磷的方法，该方法发生在转炉冶炼按常规工艺操作至终点之后，所述转炉冶炼终点温度＞1665℃，转炉冶炼终点钢水中的磷元素含量为100～150ppm，其特征在于：它包括如下步骤：
1)原料添加：在将要接收钢水的钢包底部加入石灰石，石灰石加入量为1.0～2.0kg/每吨钢水；
2)脱磷反应：将转炉冶炼结束后的钢水倒入所述步骤1)的钢包中，使石灰石在钢水的冲刷下受热分解生成CaO和CO2气体，CaO与钢水中的磷反应，CO2气体搅拌钢水，从而使钢水与石灰石充分反应；
3)钢包吹氩：将所述步骤2)充分反应后的钢包送至氩站吹氩，取样再测量钢包中钢水的磷元素含量＜100ppm，1660℃≤钢水温度≤小于1665℃即可。
进一步地，所述步骤1)中，石灰石的颗粒粒度为5～20mm，石灰石中碳酸钙的质量百分比含量大于90％。
再进一步地，所述步骤1)中，石灰石的颗粒粒度为5～15mm，石灰石中碳酸钙的质量百分比含量为95～98％。
更进一步地，所述步骤1)中，石灰石加入量与脱磷量满足如下数学关系式：
脱磷量(ppm)＝0.127×[石灰石加入量(kg)]-3.997；
上述数学关系式满足200t及200t以内的钢水，所述石灰石加入量控制在200～400kg之间，所述脱磷量为20～50ppm。
更进一步地，所述步骤1)中，石灰石加入量为1.5～1.8kg/每吨钢水。
更进一步地，所述步骤2)中，钢水与石灰石的反应时间为4～10min。
更进一步地，所述步骤2)中，将转炉冶炼结束后的钢水缓慢倒入所述步骤1)的钢包中，当钢水距离钢包顶端边沿＞70cm时，停止倒入钢水，反应5～6min。
更进一步地，所述步骤3)中，钢包吹氩为钢包顶端吹氩，软吹氩的气体流量为50～60L/min，软吹氩的时间为2～4min。
更进一步地，所述转炉冶炼终点钢水中的氧含量为550～800ppm，钢包吹氩后钢水中的氧含量控制在530～750ppm。
本发明的脱磷原理：
在钢包底部加入石灰石(主要成分是CaCO3)，当钢水进入钢包时，石灰石受热分解，如下化学反应式(1)：
生成的CaO与钢水中的[P]发生脱磷反应，得到如下化学反应式(2)：
2[P]+5[O]+4CaO＝4CaO·P2O5 (2)
此外，石灰石中CaCO3含有质量百分比为44％的CO2，生成的CO2可以与[Fe]、[Si]、[Mn]、[C]等金属[M]发生氧化反应，化学反应式(3)如下：
CO2+[M]＝MO+CO (3)
进一步地提高了碱度和氧化性，产生了对脱磷更有利的环境。
同时，产生的CO2气体还会在钢水内部产生小范围的爆破反应，可以充分搅拌钢水，一方面使分解出的CaO随CO2气泡的上浮与钢水充分接触，使脱磷反应更彻底，另一方面使脱磷产物(4CaO·P2O5)伴随气泡一起上浮，有利于炉渣向上运动浮在钢水表面，在动力学角度更有利于脱磷反应。
本发明脱磷相关工艺选择的原理：
1、转炉终点温度＞1665℃，方便执行后续的脱磷工艺，若温度太低，不利于碳酸钙的分解反应，且影响后工序温度要求；
2、石灰石加入量为1.0～2.0kg/每吨钢水，优选的为1.5～1.8kg/每吨钢水，若石灰石加入量过少，脱磷结果不明显，若石灰石加入量过多，容易产生钢水喷溅，碳酸钙的分解反应是吸热反应，温降太大，达不到后工序温度要求；
3、石灰石的颗粒粒度为5～20mm，优选的为5～15mm，因为适宜粒度的石灰石在动力学上有利于加快反应速度，过大颗粒的石灰石通常会造成反应不完全，最终会成为钢水表面钢渣的一部分，既浪费了原料，也为后期的脱渣带来麻烦；
4、为避免碳酸钙的剧烈分解反应，在将钢水转移到钢包中时，需缓慢进行，同时，为防止钢水喷溅，保证钢水距离钢包顶端边沿＞70㎝。
有益效果：
1、本发明的脱磷方法与常规二次脱磷方法相比，脱磷反应更充分，能降低磷含量20～50ppm，常规的在出钢后的钢水表面加部分石灰，主要为了防止回磷，磷含量降低10～20ppm，因此，采用本发明的脱磷方法脱磷效果更加的明显；
2、本发明的脱磷方法通过有限次试验总结得到石灰石加入量与脱磷量之间满足线性关系，在实际生产中，可应用该线性关系来控制石灰石加入量，对实际的脱磷生产实践具备指导意义；
3、本发明的脱磷方法不仅操作起来相对简便快捷，而且采用价格便宜的石灰石，较之石灰处理方式，大大的节省了生产成本。
附图说明
图1为本发明脱磷装置的结构示意图；
图2为本发明脱磷方法的工艺流程图；
图3为脱磷量和石灰石加入量的线性关系图。
具体实施方式
为了更好地解释本发明，以下结合具体实施例及附图进一步阐明本发明的主要内容，但本发明的内容不仅仅局限于以下实施例。
实施例1
对于200t的转炉，在转炉冶炼之后，所述转炉冶炼终点温度为1670℃，转炉冶炼终点钢水中的氧含量为671ppm，磷元素含量为130ppm，碳元素含量为410ppm，脱磷方法包括如下步骤：
1)钢包底部加入石灰石：石灰石加入量为360kg，所述石灰石的平均颗粒粒度为10mm，所述石灰石中碳酸钙的质量百分比含量为95％；
2)充分反应：将转炉冶炼结束后的钢水缓慢倒入所述步骤1)的底部加入石灰石的钢包中，当钢水距离钢包顶端边沿75cm，停止倒入钢水，反应6min；
3)钢包吹氩：将经所述步骤2)充分反应后的钢包送至氩站顶端吹氩，进一步地去除其它颗粒性的杂质，其中，软吹氩的气体流量为50L/min，软吹氩的时间为3min，然后取样测量钢水中的氧含量为605ppm，磷元素含量为87ppm，碳元素含量为403ppm，钢水的温度为1662℃；其中磷元素含量较脱磷之前降低了43ppm，降低率为33.08％，脱磷后的钢水继续进行之后的RH真空精炼、铸轧等后续工艺。
实施例2
对于200t的转炉，在转炉冶炼之后，所述转炉冶炼终点温度为1682℃，转炉冶炼终点钢水中的氧含量为730ppm，磷元素含量为120ppm，碳元素含量为350ppm，脱磷方法包括如下步骤：
1)钢包底部加入石灰石：石灰石加入量为220kg，所述石灰石的平均颗粒粒度为12.5mm，所述石灰石中碳酸钙的质量百分比含量为98％；
2)充分反应：将转炉冶炼结束后的钢水缓慢倒入所述步骤1)的底部加入石灰石的钢包中，当钢水距离钢包顶端边沿75cm，停止倒入钢水，反应6min；
3)钢包吹氩：将经所述步骤2)充分反应后的钢包送至氩站顶端吹氩，进一步地去除其它颗粒性的杂质，其中，软吹氩的气体流量为60L/min，软吹氩的时间为3min，然后取样测量钢水中的氧含量为700ppm，磷元素含量为89ppm，碳元素含量为342ppm，钢水的温度为1670℃；其中磷元素含量较脱磷之前降低了31ppm，降低率为25.83％，脱磷后的钢水继续进行之后的RH真空精炼、铸轧等后续工艺。
实施例3
对于200t的转炉，在转炉冶炼之后，所述转炉冶炼终点温度为1685℃，转炉冶炼终点钢水中的氧含量为590ppm，磷元素含量为148ppm，碳元素含量为460ppm，脱磷方法包括如下步骤：
1)钢包底部加入石灰石：石灰石加入量为400kg，所述石灰石的平均颗粒粒度为12.5mm，所述石灰石中碳酸钙的质量百分比含量为96％；
2)充分反应：将转炉冶炼结束后的钢水缓慢倒入所述步骤1)的底部加入石灰石的钢包中，当钢水距离钢包顶端边沿75cm，停止倒入钢水，反应5min；
3)钢包吹氩：将经所述步骤2)充分反应后的钢包送至氩站顶端吹氩，进一步地去除其它颗粒性的杂质，其中，软吹氩的气体流量为50L/min，软吹氩的时间为3min，然后取样测量钢水中的氧含量为585ppm，磷元素含量为99ppm，碳元素含量为453ppm，钢水的温度为1672℃；其中磷元素含量较脱磷之前降低了49ppm，降低率为33.11％，脱磷后的钢水继续进行之后的RH真空精炼、铸轧等后续工艺。
实施例4
对于200t的转炉，在转炉冶炼之后，所述转炉冶炼终点温度为1665℃，转炉冶炼终点钢水中的氧含量为785ppm，磷元素含量为112ppm，碳元素含量为360ppm，脱磷方法包括如下步骤：
1)钢包底部加入石灰石：石灰石加入量为200kg，所述石灰石的平均颗粒粒度为15mm，所述石灰石中碳酸钙的质量百分比含量为98％；
2)充分反应：将转炉冶炼结束后的钢水缓慢倒入所述步骤1)的底部加入石灰石的钢包中，当钢水距离钢包顶端边沿75cm，停止倒入钢水，反应6min；
3)钢包吹氩：将经所述步骤2)充分反应后的钢包送至氩站顶端吹氩，进一步地去除其它颗粒性的杂质，其中，软吹氩的气体流量为50L/min，软吹氩的时间为3min，然后取样测量钢水中的氧含量为760ppm，磷元素含量为87ppm，碳元素含量为353ppm，钢水的温度为1660℃；其中磷元素含量较脱磷之前降低了25ppm，降低率为22.32％，脱磷后的钢水继续进行之后的RH真空精炼、铸轧等后续工艺。
此外，本发明通过统计脱磷量和石灰石加入量的数据，得到了图3，对图3中的各点作线性分析，得到了如下所示的数学关系式：
脱磷量(ppm)＝0.127×[石灰石加入量(kg)]-3.997；
上述数学关系式中，石灰石加入量控制在200～400kg之间，所述脱磷量为20～50ppm。
且上述数学关系式满足200t及200t以内的钢水。
如图1所示，本发明的脱磷装置包括钢包、钢包上端为转炉，所述钢包底部装入的是石灰石，所述转炉中装入钢水，钢水直接倾倒入钢包中，完成脱磷反应，如图2所示，钢包中钢水与石灰石反应的时间控制在5～6min，时间较短。
以上实施例仅为最佳举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。除上述实施例外，本发明还有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种利用石灰石对转炉出钢钢包进行脱磷的方法，该方法发生在转炉冶炼按常规工艺操作至终点之后，所述转炉冶炼终点温度＞1665℃，转炉冶炼终点钢水中的磷元素含量为100～150ppm，其特征在于：它包括如下步骤：
1)原料添加：在将要接收钢水的钢包底部加入石灰石，石灰石加入量为1.0～2.0kg/每吨钢水；
2)脱磷反应：将转炉冶炼结束后的钢水倒入所述步骤1)的钢包中，使石灰石在钢水的冲刷下受热分解生成CaO和CO2气体，CaO与钢水中的磷反应，CO2气体搅拌钢水，从而使钢水与石灰石充分反应；
3)钢包吹氩：将所述步骤2)充分反应后的钢包送至氩站吹氩，取样再测量钢包中钢水的磷元素含量＜100ppm，1660℃≤钢水温度≤小于1665℃即可。
2.根据权利要求1所述利用石灰石对转炉出钢钢包进行脱磷的方法，其特征在于：所述步骤1)中，石灰石的颗粒粒度为5～20mm，石灰石中碳酸钙的质量百分比含量大于90％。
3.根据权利要求2所述利用石灰石对转炉出钢钢包进行脱磷的方法，其特征在于：所述步骤1)中，石灰石的颗粒粒度为5～15mm，石灰石中碳酸钙的质量百分比含量为95～98％。
4.根据权利要求1～3中任意一项所述利用石灰石对转炉出钢钢包进行脱磷的方法，其特征在于：所述步骤1)中，石灰石加入量与脱磷量满足如下数学关系式：
脱磷量(ppm)＝0.127×[石灰石加入量(kg)]-3.997；
上述数学关系式满足200t及200t以内的钢水，所述石灰石加入量控制在200～400kg之间，所述脱磷量为20～50ppm。
5.根据权利要求1～3中任意一项所述利用石灰石对转炉出钢钢包进行脱磷的方法，其特征在于：所述步骤1)中，石灰石加入量为1.5～1.8kg/每吨钢水。
6.根据权利要求1～3中任意一项所述利用石灰石对转炉出钢钢包进行脱磷的方法，其特征在于：所述步骤2)中，钢水与石灰石的反应时间为4～10min。
7.根据权利要求1～3中任意一项所述利用石灰石对转炉出钢钢包进行脱磷的方法，其特征在于：所述步骤2)中，将转炉冶炼结束后的钢水缓慢倒入所述步骤1)的钢包中，当钢水距离钢包顶端边沿＞70cm时，停止倒入钢水，反应5～6min。
8.根据权利要求1～3中任意一项所述利用石灰石对转炉出钢钢包进行脱磷的方法，其特征在于：所述步骤3)中，钢包吹氩为钢包底部吹氩，软吹氩的气体流量为50～60L/min，软吹氩的时间为2～4min。
9.根据权利要求1～3中任意一项所述利用石灰石对转炉出钢钢包进行脱磷的方法，其特征在于：所述转炉冶炼终点钢水中的氧含量为550～800ppm，钢包吹氩后钢水中的氧含量控制在530～750ppm。
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