CN109182640A - 一种降低转炉冶炼终点碳氧积的方法 - Google Patents

一种降低转炉冶炼终点碳氧积的方法 Download PDF

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Abstract

一种降低转炉冶炼终点碳氧积的方法，在转炉冶炼中后期钢水温度≥1500℃时，向炉内加入破碎后的镁碳砖及催化剂，所述镁碳砖源自炉役到期或钢包下线后更换新砖所废弃的镁碳砖，所述催化剂源自萤石。采用本发明方法，转炉冶炼终点碳氧积从0.27*10‑6～0.32*10‑6降低到0.18*10‑6～0.22*10‑6，钢中〔O〕从0.07～0.08％降低到0.03～0.05％。对于铝镇静钢，因钢中〔O〕含量平均降低0.03％，可节约铝合金1.15kg/t，铝合金价格按1.2万元/t计算，降低生产成本13.8元/t。另外，未被完全还原的MgO和Mg、O化合生产的MgO进入炉渣中进行溅渣护炉维护炉况。

Description

一种降低转炉冶炼终点碳氧积的方法
技术领域
本发明涉及一种钢铁冶炼方法，尤其是降低转炉冶炼终点碳氧积的方法。
背景技术
在转炉工况条件下，钢液中溶解的C和O存在某一固定乘积，其前提是在碳含量的分压及温度都已固定的条件下，可利用C-O反应关系，即m＝ω[C]×ω[O]，在平衡状态下(一定的温度T和平衡分压PCO)是一个常数。根据反应平衡的原理,随着钢中碳的降低其氧质量分数势必会增高,因此，钢水终点碳氧积高低是衡量钢中氧的重要依据。在出钢过程中,如何能在保证一定碳质量分数的同时,尽量降低钢水中的氧质量分数,为此，降低转炉终点碳氧积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，对于降低炼钢成本和生产高品质的产品具有着重要意义。
传统的转炉吹炼进入末期后，由于熔池中的碳含量已大大降低，脱碳反应减弱，此时吹入熔池中的氧大部分与钢液中的铁反应或直接溶解于钢水中，造成炉渣氧化性大幅提高以及钢水中溶解氧迅速增加。对于冶炼低碳钢，复吹转炉终点碳氧积多在0.26*10-6～0.28×10-6，顶吹转炉在0.28×10-6～0.30×10-6，有时甚至大于0.35×10-6，远高于理论平衡值0.25×10-6。这种过氧化的直接后果一方面增加了脱氧合金的用量，即增加了生产成本,另一方面也大大增加了控制钢质纯净化的难度。
发明内容
本发明提供一种降低转炉冶炼终点碳氧积的方法，所述方法在转炉吹炼中后期，向炉内加入废弃镁碳砖及催化剂，达到了降低转炉冶炼终点碳氧积的目的。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是这样的：
一种降低转炉冶炼终点碳氧积的方法，在转炉冶炼中后期钢水温度≥1500℃时，通过高位料仓向炉内加入破碎后的镁碳砖及催化剂，所述镁碳砖源自炉役到期或钢包下线后更换新砖所废弃的镁碳砖，所述催化剂源自萤石。
上述降低转炉冶炼终点碳氧积的方法，镁碳砖的加入量为吨钢1.1-1.2kg，萤石的加入了为镁碳砖加入量的20％。
上述降低转炉冶炼终点碳氧积的方法，所述镁碳砖的成分如下：MgO含量78％-82％，C含量9％-11％，余量为CaO、SiO2、Al2O3氧化物的组合渣。
上述降低转炉冶炼终点碳氧积的方法，入炉的镁碳砖破碎粒径为20-50mm。
上述降低转炉冶炼终点碳氧积的方法，镁碳砖及催化剂的加入时机为全供氧时长的0.68-0.72。
本发明所述方法在转炉吹炼中后期，从高位料仓加入废弃的镁碳砖和萤石，在1500℃高温下，钢中C和镁碳砖中C作为还原剂，萤石作为催化剂，将镁砖中MgO还原成Mg和CO，还原反应产生的Mg和钢中〔O〕反应降低了钢中〔O〕，还原生成的CO降低了气相中PCO,达到了降低转炉冶炼终点碳氧积的目的。采用本发明方法，转炉冶炼终点碳氧积从0.27*10-6～0.32*10-6降低到0.18*10-6～0.22*10-6，钢中〔O〕从0.07～0.08％降低到0.03～0.05％。对于铝镇静钢，因钢中〔O〕含量平均降低0.03％，可节约铝合金1.15kg/t，铝合金价格按1.2万元/t计算，降低生产成本13.8元/t。另外，未被完全还原的MgO和Mg、O化合生产的MgO进入炉渣中进行溅渣护炉维护炉况。
具体实施方式
以下对本发明的作用机理和实施方法予以详述：
1、转炉溶池中脱碳反应化学式1:[C]+[O]＝CO
式1：Kc＝Pco/(a[C]*a[O])＝Pco/(fc[％C]·fo[％O])
式1中:KC为只与温度有关的平衡常数；PCO为CO的分压；a[C]和a[O]分别为钢水中碳和氧的活度；fC和fO分别为钢水中碳和氧的活度系数，当[％C]≤2.00％时,fC×fO≈1,所以得:
式2：Kc＝Pco/(a[C]*a[O])＝Pco/[％C]·[％O]
碳氧积＝[％C]·[％O]＝Pco/Kc
当反应达到平衡时影响终点碳氧积的因素有:Kc、PCO、[％C]、[％O]，Kc为只与温度有关系的常数，所以反应达到平衡时影响终点碳氧积的因素有：温度(T)、PCO、[％C]、[％O]，即反应平衡时PCO、[％C]、[％O]越低，碳氧积越小，温度(T)越大，碳氧积越小。所以，在温度(T)保持恒定的前提下，降低钢中PCO、[％C]、[％O]，可达到降低转炉终点碳氧积的目的。
2、转炉炉壁、钢包是由镁碳砖耐火材料砌筑而成，炉役到期或钢包下线后，镁碳砖侵蚀变薄，需更换新砖，废弃的镁碳砖主要组成为MgO和C，MgO含量约80％，C含量约10％,其他成分为CaO、SiO2、Al2O3等氧化物残渣。使用镁碳砖前需使用颚式破碎机将镁碳砖破碎成20-50mm粒度待用，＜20mm粒度的镁碳砖进入转炉内还未被还原就被底吹搅拌上浮到渣层，＞50mm粒度的镁碳砖在转炉内3-5min内被还原不彻底。
转炉冶炼中后期钢水温度达到1500℃以上，此时通过高位料仓加入破碎后的镁碳砖，还原剂为钢中C、镁碳砖中C，催化剂为萤石(萤石主要成分为CaF2)。焦炭和萤石也随镁碳砖从高位料仓加入。萤石CaF2属于非表面活性物质，可以增大氧化物表面的反应能，提高氧化物的反应活性。当碳还原氧化镁时，处于不饱和键和不饱和能的部分F-离子具有较高的活性，这部分较高活性的F-离子能渗入MgO晶体内部，影响晶格结构，增大氧化镁的晶格畸变，促进MgO晶体结构的破坏，使Mg-O键断裂，这样氧化镁表面产生不饱和键，反应能变大，反应活性提高，加速了还原反应的进行。
在转炉中发生的还原反应如下：
Mg+O→MgO…………………………….化学式3
3、MgO在萤石催化剂的作用下被碳还原成Mg，Mg为氧化性极强的元素，反应产生的Mg遇到钢中〔O〕即化和成MgO，随着还原反应进行，钢中〔O〕不断降低，同时Mg与O化和成MgO又促进了还原反应。从转炉冶炼中后期到冶炼终点约4min，4min内发生的化学反应不断降低了钢中〔C〕、〔O〕，所以到转炉终点即平衡状态时碳氧剂降低。同时转炉冶炼后期底吹氩气流量为80-100m3/h，在此大流量底吹作用下，还原反应生成的CO很快随炉气进行回收。底吹氩气流量＜80m3/h时，气体对钢液的搅拌力不足不能使CO快速随炉气回收；底吹氩气流量＞100m3/h时，钢液翻腾严重，钢水裸露易被氧化。
4、根据化学式2、化学式3进行化学方程式计算，需要添加的MgO量与降低的钢中〔C〕、〔O〕之间关系是〔％C〕＝0.3*〔％MgO〕；〔％O〕＝0.4*〔％MgO〕，〔％C〕*〔％O〕＝0.12*〔％MgO〕2。为使碳氧积降低0.09*10-6，〔％MgO〕2＝0.75*10-6，计算得〔％MgO〕约0.875*10-3，镁碳砖中含MgO约80％，吨钢加入镁碳砖为：0.875*10-3/0.8＝1.1kg。实际生产过程中，粒度为20-50mm，从高位料仓下料时因碰撞存在粒度＜20mm被底吹氩气搅拌到渣层的情况，经过现场大量数据统计分析，这种情况占10％,为此吨钢加入镁碳砖的量为1.1-1.2kg。萤石加入量为镁碳砖加入量的20％，即吨钢加入量为0.22kg，此数据是经过多次试验、对比得到，萤石吨钢加入量＞0.22kg时，使转炉渣变稀，溅渣护炉时渣在炉壁上挂不住，起不到护炉的作用，萤石吨钢加入量＜0.22kg时，起不到催化作用，达不到降低碳氧积的目的。
通过采取上述技术，转炉冶炼终点碳氧积从0.27*10-6～0.32*10-6降低到0.18*10-6～0.22*10-6，钢中〔O〕从0.07～0.08％降低到0.03～0.05％。对于铝镇静钢，因钢中〔O〕含量平均降低0.03％，可节约铝合金1.15kg/t，铝合金价格按1.2万元/t计算，降低生产成本13.8元/t。另外，未被完全还原的MgO和Mg、O化合生产的MgO进入炉渣中进行溅渣护炉维护炉况。
以下提供本发明的几个具体的实施例：
实施例1：100T转炉炼钢，入炉铁水C含量为4.5％，铁水入炉温度为1400℃，将铁水兑入转炉内冶炼，全供氧时间为14min，供氧10min时从高位料仓加入110kg镁碳砖和22kg萤石，底吹氩气流量为100m3/h，转炉终点温度为1630℃，钢水碳含量为0.05％，氧含量为0.036％，碳氧积为0.18*10-6。
实施例2：100T转炉炼钢，入炉铁水C含量为4.5％，铁水入炉温度为1400℃，将铁水兑入转炉内冶炼，全供氧时间为15min，供氧10.5min时从高位料仓加入120kg镁碳砖和24kg萤石，底吹氩气流量为80m3/h，转炉终点温度为1630℃，钢水碳含量为0.055％，氧含量为0.04％，碳氧积为0.22*10-6。
实施例3：100T转炉炼钢，入炉铁水C含量为4.5％，铁水入炉温度为1400℃，将铁水兑入转炉内冶炼，全供氧时间为14min，供氧10.5min时从高位料仓加入115kg镁碳砖和23kg萤石，底吹氩气流量为90m3/h，转炉终点温度为1630℃，钢水碳含量为0.05％，氧含量为0.04％，碳氧积为0.2*10-6。
对比例：100T转炉炼钢，入炉铁水C含量为4.5％，铁水入炉温度为1400℃，将铁水兑入转炉内冶炼，全供氧时间为14min，底吹氩气流量为70m3/h，转炉终点温度为1630℃，钢水碳含量为0.04％，氧含量为0.07％，碳氧积为0.28*10-6。
由以上实施例和对比例可看出，本发明方法可以明显降低碳氧积。

Claims (5)

1.一种降低转炉冶炼终点碳氧积的方法，其特征在于：在转炉冶炼中后期钢水温度≥1500℃时，通过高位料仓向炉内加入破碎后的镁碳砖及催化剂，所述镁碳砖源自炉役到期或钢包下线后更换新砖所废弃的镁碳砖，所述催化剂源自萤石。
2.根据权利要求1所述的降低转炉冶炼终点碳氧积的方法，其特征在于：镁碳砖的加入量为吨钢1.1-1.2kg，萤石的加入了为镁碳砖加入量的20％。
3.根据权利要求2所述的降低转炉冶炼终点碳氧积的方法，其特征在于：所述镁碳砖的成分如下：MgO含量78％-82％，C含量9％-11％，余量为CaO、SiO2、Al2O3氧化物的组合渣。
4.根据权利要求3所述的降低转炉冶炼终点碳氧积的方法，其特征在于：入炉的镁碳砖破碎粒径为20-50mm。
5.根据权利要求4所述的降低转炉冶炼终点碳氧积的方法，其特征在于：镁碳砖及催化剂的加入时机为全供氧时长的0.68-0.72。
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