CN108660277A - 一种冷态钢渣返回半钢炼钢转炉再资源化低成本炼钢工艺 - Google Patents

一种冷态钢渣返回半钢炼钢转炉再资源化低成本炼钢工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种冷态钢渣返回半钢炼钢转炉再资源化低成本炼钢工艺，属于转炉炼钢技术领域。本发明为了充分利用冷态钢渣，从而降低石灰、高镁、钢铁料等原辅料消耗，降低炼钢成本，提供了一种冷态钢渣返回半钢炼钢转炉再资源化低成本炼钢工艺，包括配料和吹氧炼钢步骤，配料时，在转炉出完钢并进行溅渣护炉之后或在吹炼过程中，加入冷态钢渣作为炼钢辅料。本发明方法转炉炼钢中使用冷态钢渣完全代替了石灰、高镁石灰和化渣剂等炼钢辅料，实现了炼钢炉渣资源的循环利用，极大地降低了生产成本，并且生产的钢材磷和硫含量均≤0.015％，质量满足优质钢种要求。

Description

一种冷态钢渣返回半钢炼钢转炉再资源化低成本炼钢工艺
技术领域
本发明属于转炉炼钢技术领域，具体涉及一种冷态钢渣返回半钢炼钢转炉再资源化低成本炼钢工艺。
背景技术
转炉炼钢是目前所有炼钢工艺中最具有竞争力的方式之一，虽然在成本控制方面转炉工艺一直具有比较大的优势，但随着钢铁行业产能过剩等外部因素的影响，对于转炉炼钢提出了进一步降低冶炼成本的新要求，转炉低成本炼钢的新方法、新技术亟待开发和创新。因此，必须有新思路开展针对攀钢半钢转炉炼钢的工艺研究，提高半钢转炉脱磷效率，降低冶炼成本，减少转炉渣量。
攀钢采用钒钛磁铁矿冶炼，铁水中含0.3％左右的V，因此在转炉炼钢之前，需先提钒，提钒过程铁水中V氧化，同时铁水中C、Si、Mn等元素也被氧化。在提钒过程中温度虽然有一定上升，但由于加入了大量冷却剂，提钒过程铁水热源损失较大，造成半钢热源不足。
攀钢采用钒钛磁铁矿冶炼，经过转炉提钒，提钒过程铁水中V氧化，同时铁水中C、Si、Mn等元素也被氧化。攀钢转炉炼钢采用的造渣材料有活性石灰、高镁石灰、化渣剂等多种材料。与普通铁水炼钢相比，转炉半钢炼钢不需要根据铁水中的Si元素来加入石灰等材料以使得钢渣调整至合适的碱度，以满足脱磷的要求，只需要加入含CaO、SiO2等的材料来保证形成具有一定脱磷能力的炉渣，通过加入的总量来使得半钢中的磷含量降至钢种磷含量要求；但是需要加入炼钢辅料，冶炼成本难以降低。
CN103215408B公开了一种加入钢渣块进行转炉炼钢的方法，包括装料，供氧冶炼和钢包内脱氧合金化步骤，该方法每炉加入的原料中铁水与钢渣块的重量份配比如下：铁水55～58份、钢渣块2～4份，生石灰1.5～2.0份、轻烧白云石0.65～0.8份；冶炼时控制炉渣碱度为2.6～3.3。该方法虽然实现了对钢渣的废物利用，但其使用的钢渣为炼钢炉渣磁选得到，主要是为了回收渣钢中的铁，且仍然需要使用生石灰、轻烧白云石等炼钢辅料，冶炼成本仍较高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种能够充分利用冷态钢渣，大大降低石灰、高镁、钢铁料等原辅料消耗，成本更低的炼钢工艺。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是提供了一种冷态钢渣返回半钢炼钢转炉再资源化低成本炼钢工艺，包括配料和吹氧炼钢步骤，所述配料包括：在转炉出完钢并进行溅渣护炉之后或在吹炼过程中，加入冷态钢渣作为炼钢辅料。
其中，上述所述的冷态钢渣返回半钢炼钢转炉再资源化低成本炼钢工艺中，所述冷态钢渣的化学成分以质量百分数计为CaO：35～55％，SiO2：8～20％，MgO：5～15％，FeO：15～25％，Fe2O3：5～10％，MnO：5～10％，P：≤0.1％，S：≤0.5％，水分：＜1％，及不可避免的杂质。
其中，上述所述的冷态钢渣返回半钢炼钢转炉再资源化低成本炼钢工艺中，所述冷态钢渣的加入量为35～45kg/t钢。
其中，上述所述的冷态钢渣返回半钢炼钢转炉再资源化低成本炼钢工艺中，所述冷态钢渣的熔点为1280～1350℃。
其中，上述所述的冷态钢渣返回半钢炼钢转炉再资源化低成本炼钢工艺中，所述冷态钢渣的粒度为30～50mm。
其中，上述所述的冷态钢渣返回半钢炼钢转炉再资源化低成本炼钢工艺中，所述配料还包括：加入半钢铁水；所述半钢铁水的成分以质量百分数计为C：3.2～4.1％，Si：0.015～0.030％，Mn：0.02～0.04％，P：0.06～0.08％，S：≤0.015％，余量为Fe和不可避免的杂质。
其中，上述所述的冷态钢渣返回半钢炼钢转炉再资源化低成本炼钢工艺中，所述半钢铁水的入炉温度为1250～1360℃。
其中，上述所述的冷态钢渣返回半钢炼钢转炉再资源化低成本炼钢工艺中，所述配料还包括：加入废钢；所述废钢的加入量为0～80kg/t钢。
其中，上述所述的冷态钢渣返回半钢炼钢转炉再资源化低成本炼钢工艺中，吹氧炼钢时，氧耗为40～60Nm3/t钢。
其中，上述所述的冷态钢渣返回半钢炼钢转炉再资源化低成本炼钢工艺中，吹氧炼钢时，氧枪喷头距熔池金属液面基本枪位为1.4～1.6m，吹炼枪位为1.4m～1.6m，开吹枪位为1.6～2.0m，拉碳枪位为1.2～1.6m。
其中，上述所述的冷态钢渣返回半钢炼钢转炉再资源化低成本炼钢工艺中，吹氧炼钢时，终渣碱度为3.3～3.8。
其中，上述所述的冷态钢渣返回半钢炼钢转炉再资源化低成本炼钢工艺中，吹炼结束，得到的钢水中磷含量≤0.045％、硫含量≤0.015％。
本发明的有益效果是：
本发明方法转炉炼钢中使用冷态钢渣完全代替了石灰、高镁石灰和化渣剂等炼钢辅料，实现了炼钢炉渣资源的循环利用，极大地降低了生产成本，减少了堆放冷态钢渣的场地面积，减少了企业的环保压力，有助于钢铁企业的可持续发展；并且本发明方法生产的钢材磷和硫含量均≤0.015％，质量满足优质钢种要求。
附图说明
图1为攀钢200t转炉渣理论与实际磷分配比图。
具体实施方式
具体的，一种冷态钢渣返回半钢炼钢转炉再资源化低成本炼钢工艺，包括配料和吹氧炼钢步骤，所述配料包括：在转炉出完钢并进行溅渣护炉之后或在吹炼过程中，加入冷态钢渣作为炼钢辅料。
由于目前冷态钢渣大量堆积，转炉炼钢成本又较高，发明人思考是否能够利用冷态钢渣完全替代石灰、高镁石灰、钢铁料等炼钢辅料，如此不仅实现了冷态钢渣的回收利用，更极大的降低转炉炼钢成本。
发明人首先采用脱磷渣系的Healy公式(式1)对冷态钢渣的脱磷能力进行考察，结果如图1所示。可见，攀钢半钢转炉终渣理论磷分配比低于实际磷分配比，显然攀钢转炉终点磷含量未能达到理论平衡值，冷态钢渣中磷含量远未达到脱磷极限，其仍然具备较好的脱磷能力。本发明方法将冷态钢渣重新再资源化用于转炉炼钢，既充分利用冷态钢渣中大量的CaO、SiO2、MgO、FeO等有益于炼钢的成分，又有助于降低转炉炼钢过程的钢铁料消耗，最终在实际使用过程中显著的降低生产成本。
本发明能够采用冷态钢渣完全替代一般半钢转炉炼钢时需要加入的石灰等炼钢辅料，将冷态钢渣机械破碎成粒度为30～50mm后，可在转炉出完钢并进行溅渣护炉之后或在吹炼过程中加入炼钢；冷态钢渣的化学成分以质量百分数计为CaO：35～55％，SiO2：8～20％，MgO：5～15％，FeO：15～25％，Fe2O3：5～10％，MnO：5～10％，P：≤0.1％，S：≤0.5％，水分：＜1％，及不可避免的杂质；其熔点为1280～1350℃。
本发明方法中冷态钢渣的加入量为35～45kg/t钢，充分利用冷态钢渣来生产低成本的HRB等建筑螺纹用钢，避免使用石灰、高镁、钢铁料等原辅料的消耗；当在吹炼过程中加入冷态钢渣时，是指在整个吹炼过程都可以加入冷态钢渣，一般是冶炼前期5分钟内加完。
本发明方法配料时还包括加入半钢铁水；半钢铁水的成分以质量百分数计为C：3.2～4.1％，Si：0.015～0.030％，Mn：0.02～0.04％，P：0.06～0.08％，S：≤0.015％，余量为Fe和不可避免的杂质；半钢铁水的入炉温度为1250～1360℃；此外，为了进一步降低冶炼成本，配料还包括：加入废钢；所述废钢的加入量为0～80kg/t钢。
由于本发明方法采用冷态钢渣完全替代一般半钢转炉炼钢时需要加入的石灰等炼钢辅料，为了保证熔渣具有很好的流动性，以达到快速脱磷的目的；总的吹炼控制原则是：快速化渣，早化渣，炉渣活跃，过程不返干、不喷溅供；因此本发明方法控制吹氧炼钢时，氧耗为40～60Nm3/t钢；吹氧炼钢时，氧枪喷头距熔池金属液面基本枪位为1.4～1.6m，吹炼枪位为1.4m～1.6m，开吹枪位为1.6～2.0m，拉碳枪位为1.2～1.6m；终渣碱度为3.3～3.8。
本发明方法吹炼得到的钢水成分完全满足钢种要求：吹炼结束，得到的钢水中磷含量≤0.045％、硫含量≤0.015％。
采用本方法方法完全能够生产HRB400等系列螺纹钢，并且极大地降低了成本。2017年炼钢石灰、高镁、化渣剂等主要辅料价格分别为513、363、390元/t；以每炉钢重量为130t，年产钢540万吨计，按照理论冷态钢渣的用量为33.83kg/t钢，则转炉炼钢冷态钢渣用量平均约为4500kg/炉；相对于正常冶炼炉次，主要辅料石灰+高镁+化渣剂用量平均减少约为4500kg/炉。由此计算，加入冷态钢渣的成本：Y1＝4500/1000*100/132＝3.4元/t钢；加入石灰、高镁和化渣剂的成本：Y2＝(2380.2/1000*513+2558.1/1000*363+1583.1/1000*390)/132＝20.96元/t钢，则吨钢效益Y＝20.96-3.4＝17.56元/t钢，即本发明方法可降低炼钢成本约17.56元/t钢。
本发明中t钢中的钢均指是冶炼后得到的钢水。
下面通过实施例对本发明作进一步详细说明，但并不因此将本发明保护范围限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
在120吨转炉上冶炼HRE400钢种的钢。实际入炉半钢铁水重量是131t，废钢重量是9t，出钢重量是128.8t。半钢铁水成分及温度情况如下表1所示。实际加入的辅料量和吹氧量如表2所示。出钢成分及出钢温度如下表3所示。
表1 半钢铁水成分(％)和入炉温度(℃)
C Si Mn P S 入炉温度
半钢铁水 3.84 0.02 0.03 0.075 0.012 1300
表2 半钢炼钢辅料实际加入量(kg)及实际吹氧量(m3)
冷态钢渣 吹氧量
5000 6800
表3 出钢钢水成分(％)和出钢温度(℃)
C Si Mn P S 出钢温度
出钢钢水 0.06 0.023 0.03 0.025 0.010 1675
将半钢铁水和废钢装入转炉内，吹炼开始后逐渐将冷态钢渣加入至转炉内，吹氧冶炼时，氧枪喷头距熔池金属液面基本枪位为1.4～1.6m，开吹枪位为1.8m，拉碳枪位为1.4m；过程渣活跃，有较强的脱磷能力，出钢结束采用常规溅渣护炉工艺，炉壁挂渣良好。
此炉冶炼终渣碱度3.5，终渣中全铁为19％，氧活度是400ppm，取得较好的结果。
实施例2
在120吨转炉上冶炼HRE300钢种的钢。实际入炉半钢铁水重量是143t，废钢重量是0t，出钢重量是131.56t。半钢铁水成分及温度情况如下表4所示。实际加入的辅料量和吹氧量如表5所示。出钢成分及出钢温度如下表6所示。
表4 半钢铁水成分(％)和入炉温度(℃)
C Si Mn P S 入炉温度
半钢铁水 3.95 0.025 0.035 0.068 0.020 1280
表5半钢炼钢辅料实际加入量(kg)及实际吹氧量(m3)
冷态钢渣 吹氧量
4500 5800
表6 出钢钢水成分(％)和出钢温度(℃)
C Si Mn P S 出钢温度
出钢钢水 0.06 0.023 0.03 0.011 0.010 1675
将半钢铁水装入转炉内，吹炼开始后逐渐将冷态钢渣加入至转炉内，吹氧冶炼时，氧枪喷头距熔池金属液面基本枪位为1.4～1.6m，开吹枪位为1.8m，拉碳枪位为1.4m；过程渣活跃，有较强的脱磷能力，出钢结束采用常规溅渣护炉工艺，炉壁挂渣良好。
此炉冶炼终渣碱度3.3，终渣中全铁为19％，氧活度是420ppm，取得较好的结果。
实施例3
在120吨转炉上冶炼HRE335钢种的钢。实际入炉半钢铁水重量是130t，废钢重量是6t，出钢重量是125.12t。半钢铁水成分及温度情况如下表7所示。实际加入的辅料量和吹氧量如表8所示。出钢成分及出钢温度如下表9所示。
表7 半钢铁水成分(％)和入炉温度(℃)
C Si Mn P S 入炉温度
半钢铁水 3.81 0.03 0.04 0.065 0.011 1330
表8 半钢炼钢辅料实际加入量(kg)及实际吹氧量(m3)
冷态钢渣 吹氧量
5200 6000
表9 出钢钢水成分(％)和出钢温度(℃)
将半钢铁水和废钢装入转炉内，吹炼开始后逐渐将冷态钢渣加入至转炉内，吹氧冶炼时，氧枪喷头距熔池金属液面基本枪位为1.4～1.6m，开吹枪位为1.8m，拉碳枪位为1.4m；过程渣活跃，有较强的脱磷能力，出钢结束采用常规溅渣护炉工艺，炉壁挂渣良好。
此炉冶炼终渣碱度3.8，终渣中全铁为20％，氧活度是480ppm，取得较好的结果。
对比例1
在120吨转炉上冶炼Q235钢种的钢。实际入炉半钢铁水重量是130t，废钢重量是6t，出钢重量是125.12t。半钢铁水成分及温度情况如上表7所示。实际加入的辅料量和吹氧量如表10所示。出钢成分及出钢温度如上表11所示。
表10 半钢炼钢辅料实际加入量(kg)及实际吹氧量(m3)
石灰 高镁石灰 化渣剂 吹氧量
1900 2500 1500 6300
表11 出钢钢水成分(％)和出钢温度(℃)
C Si Mn P S 出钢温度
出钢钢水 0.08 0.02 0.03 0.010 0.011 1670
冶炼结束，炉内钢水温度1675℃，钢水成分满足钢种要求，但生产成本相对本发明要高。

Claims (9)

1.冷态钢渣返回半钢炼钢转炉再资源化低成本炼钢工艺，包括配料和吹氧炼钢步骤，其特征在于：所述配料包括：在转炉出完钢并进行溅渣护炉之后或在吹炼过程中，加入冷态钢渣作为炼钢辅料。
2.根据权利要求1所述的冷态钢渣返回半钢炼钢转炉再资源化低成本炼钢工艺，其特征在于：所述冷态钢渣的化学成分以质量百分数计为CaO：35～55％，SiO2：8～20％，MgO：5～15％，FeO：15～25％，Fe2O3：5～10％，MnO：5～10％，P：≤0.1％，S：≤0.5％，水分：＜1％，及不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述的冷态钢渣返回半钢炼钢转炉再资源化低成本炼钢工艺，其特征在于：所述冷态钢渣的加入量为35～45kg/t钢。
4.根据权利要求1～3任一项所述的冷态钢渣返回半钢炼钢转炉再资源化低成本炼钢工艺，其特征在于：所述冷态钢渣的熔点为1280～1350℃；所述冷态钢渣的粒度为30～50mm。
5.根据权利要求1所述的冷态钢渣返回半钢炼钢转炉再资源化低成本炼钢工艺，其特征在于：所述配料还包括：加入半钢铁水；所述半钢铁水的成分以质量百分数计为C：3.2～4.1％，Si：0.015～0.030％，Mn：0.02～0.04％，P：0.06～0.08％，S：≤0.015％，余量为Fe和不可避免的杂质。
6.根据权利要求5所述的冷态钢渣返回半钢炼钢转炉再资源化低成本炼钢工艺，其特征在于：所述半钢铁水的入炉温度为1250～1360℃。
7.根据权利要求5或6所述的冷态钢渣返回半钢炼钢转炉再资源化低成本炼钢工艺，其特征在于：所述配料还包括：加入废钢；所述废钢的加入量为0～80kg/t钢。
8.根据权利要求1所述的冷态钢渣返回半钢炼钢转炉再资源化低成本炼钢工艺，其特征在于：吹氧炼钢时，至少满足下列中的一项：
氧耗为40～60Nm3/t钢；
氧枪喷头距熔池金属液面基本枪位为1.4～1.6m，吹炼枪位为1.4m～1.6m，开吹枪位为1.6～2.0m，拉碳枪位为1.2～1.6m；
终渣碱度为3.3～3.8。
9.根据权利要求1～8任一项所述的冷态钢渣返回半钢炼钢转炉再资源化低成本炼钢工艺，其特征在于：吹炼结束，得到的钢水中磷含量≤0.045％、硫含量≤0.015％。
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