CN109182640B - 一种降低转炉冶炼终点碳氧积的方法 - Google Patents
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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
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 (4)
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;镁碳砖的加入量为吨钢1.1-1.2kg,萤石的加入量 为镁碳砖加入量的20%。
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: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。
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:入炉的镁碳砖破碎粒径为20-50mm。
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: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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