CN109321704B - 一种采用溅渣护炉降低冶炼终渣磷含量的冶炼方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种采用溅渣护炉降低冶炼终渣磷含量的冶炼方法，该方法包括：S1，在具有预留炉渣的脱磷转炉中加入铁水和废钢，降枪吹炼并进行造渣；S2，冶炼终点条件合格后进行出钢操作，并将至少部分脱磷转炉终渣留在脱磷转炉内；S3，进行溅渣护炉操作，溅渣护炉操作包括向脱磷转炉中加入还原剂和石灰的步骤和降枪吹氮气的步骤；还原剂的加入量为25‑60kg/吨渣，石灰的加入量为1.67‑7kg/吨钢；S4，溅渣护炉操作结束后得到气化脱磷渣，将至少部分气化脱磷渣留在脱磷转炉内作为下一炉次的预留炉渣。能够促进溅渣护炉过程中提高脱磷率，降低熔渣中的磷含量，脱磷转炉气化脱磷≥25％，从而实现脱磷渣返回脱磷转炉利用。
Description
技术领域
本发明涉及钢铁冶炼转炉冶炼控制方法，具体是针对一种采用溅渣护炉降低冶炼终渣磷含量的冶炼方法。
背景技术
对于绝大数钢种来说，钢中的磷是一种有害的元素，特别是冶炼低磷、超低磷等高级别的钢种，对磷含量的要求比较苛刻，例如汽车板、管线钢要求P≤0.01％，耐腐蚀的9Ni要求P≤0.0030％，超低碳IF钢要求≤0.0015％。同时由于钢种成分要求日益严格，多种钢材要求低磷甚至超低磷含量。
首钢京唐公司在采用双联法进行超低磷、极低磷钢冶炼时，一般单独需要分为脱磷转炉和脱碳转炉，脱磷转炉主要是进行脱磷，脱碳转炉主要用来脱碳。两个转炉在吹炼结束后都会产生大量的炉渣，为了在“全三脱”工艺流程中实现炉渣的高效循环利用，目前脱碳转炉渣可以通过现有技术实现返回利用，其工艺为在转炉双联流程中直接将脱碳炉中的液态渣兑入脱磷炉，实现转炉脱碳渣的热态循环利用。而脱磷转炉渣由于含量较高的P2O5含量成为限制返回脱磷转炉循环利用的一个重要性因素，由于脱磷转炉渣具有较高的FeO含量和热源，具有较高的回收利用价值，但是现有的技术无法对其实现有效利用或利用率不高，造成钢渣资源的浪费。
发明内容
为解决现有技术中存在的其中至少一方面的问题，发明的目的是提供一种采用溅渣护炉降低冶炼终渣磷含量的冶炼方法。
作为本发明的其中一方面，本发明提供一种采用溅渣护炉降低冶炼终渣磷含量的冶炼方法，该方法包括：
S1，在具有预留炉渣的脱磷转炉中加入铁水和废钢，降枪吹炼并进行造渣；
S2，冶炼终点条件合格后进行出钢操作，并将至少部分脱磷转炉终渣留在脱磷转炉内；优选地将全部脱磷转炉终渣留在脱磷转炉内；
S3，进行溅渣护炉操作，溅渣护炉操作包括向脱磷转炉中加入还原剂和石灰的步骤和降枪吹氮气的步骤；还原剂的加入量为25-60kg/吨渣，石灰的加入量为1.67-7kg/吨钢；
S4，溅渣护炉操作结束后得到气化脱磷渣，将至少部分气化脱磷渣留在脱磷转炉内作为下一炉次的预留炉渣。优选地将全部气化脱磷渣留在脱磷转炉内作为下一炉次的预留炉渣。
进一步，上述方法还包括重复步骤S1至S4进行下一炉次的冶炼，下一炉次的冶炼在步骤S1的造渣过程中多加入3.97-8.27kg/吨钢的石灰。通过溅渣护炉后，相对非气化炉次，在下一循环炉次兑入铁水和废钢后，根据上炉终渣条件和溅渣效果，并结合铁水条件，同时在加入常规重量的石灰进行造渣的基础上多加入3.97-8.27kg/吨钢的石灰，用来提高炉渣碱度，并且适当的采用低枪位操作，然后进行上述步骤S1-S4循环冶炼，用来提高炉渣碱度。通过溅渣护炉进行气化脱磷并且结合下一炉次冶炼的造渣过程中多加入石灰，有效控制脱磷渣中的磷含量，从而实现脱磷渣返回脱磷转炉进行有效利用。
进一步，还原剂的加入量优选为30-60kg/吨渣，优选为30-40kg/吨渣。该还原剂的加入量能够保证溅渣过程进行良好的脱磷，有效降低炉渣中的磷含量。所述还原剂可为钢铁冶炼的中的常用还原剂，例如可以使用碳粉、焦粉以及复合还原剂(例如碳化硅球等)中的至少一种等；还原剂作为脱磷剂，用于进行气化脱磷，并且由于考虑到与炉渣碱度的配合、脱磷效果和生产成本，本发明优选使用焦粉为主。
进一步，石灰加入量优选为3-6.5kg/吨钢，进一步优选为4-6kg/吨钢。向转炉终渣中加入石灰可以确保下一炉次具有合适的碱度，从而促进下一炉次脱磷，保证下一循环炉次终点钢液磷含量合格，同时能够促进溅渣护炉过程中提高脱磷率，降低气化脱磷渣中的磷含量。
进一步，所述还原剂在溅渣护炉操作开始前全部加入脱磷转炉内，然后降枪吹氮气进行溅渣护炉操作。或者所述还原剂分批次加入脱磷转炉内，在溅渣护炉操作开始前加入约2/3总重量的还原剂，顶吹氮气设定时间(例如8-10s)后，加入剩余部分还原剂(优选地，此时吹炼枪位采用高枪位操作)。
进一步，溅渣护炉操作吹氮气的枪位采用高枪位-低枪位-高枪位模式。先加入溅渣过程所用添加料后降枪，采用高枪位(1.7-2.0m)为炉渣降温的同时利用调质剂进行炉渣改质，提高炉渣流动性，利于加入的石灰快速熔化，采用低枪位(1.0-1.3m)进行炉渣提温，提高溅渣过程动力学条件，增加焦炭和炉渣中的P2O5反应接触反应面积，促进气化脱磷反应，最后高枪位(1.7-2.0m)促进化渣，保证脱磷效果。
进一步，溅渣护炉操作的氮气总流量为4020-5014m3。吹氮气采用顶底复吹，底吹氮气流量为278-664m3，顶吹氮气流量为≤2124m3。本发明中通过控制氮气流量，特别是通过分别底吹和顶吹流量，为气化脱磷创造有利的动力学条件，促进气化脱磷的反应，具有最佳的脱磷效果。
进一步，溅渣护炉操作的顶吹氮气压力≥1.5Mpa，底吹氮气总压力≥2.0MPa。溅渣时间为1.2-3.5min。氮气压力较小时，终渣获得的能量小，溅渣量少，不利于脱磷，本发明中通过设置合适的额顶吹和底吹压力，保证具有合适的溅渣量，获得了较好的脱磷效果。
进一步，溅渣护炉操作过程还加入调渣剂或提温剂。调渣剂包括轻烧白云石、生白云石、轻烧菱镁球、冶金镁砂或菱镁矿渣。提温剂包括硅铁或碳化硅。在溅渣温度不足，通过加入一定的硅铁、碳化硅等提温剂进行提温。
进一步，经过2-4炉次一个循环后，脱磷转炉终渣的气化脱磷率≥25％。通过溅渣护炉的脱磷操作，降低了熔渣中的磷含量，从而实现脱磷渣返回脱磷转炉利用，不仅有效地降低了成本，并且也降低下一炉次的钢水中的磷含量。磷平衡计算，是指在一个n炉次循环(2-4炉)周期内，保证实验开始的第一炉和实验最后一炉都为空炉状态下(始末态一致)，所有入炉原料代入的磷元素含量与所有出炉钢水、炉渣带出的磷含量之间的差值，既为气化脱磷阶段以气态形式出炉的气化磷含量。根据冶炼过程中磷的总收入等于总支出，为了保证气化脱磷的准确性，利用收支平衡对多炉次一个循环进行磷平衡法进行气化脱磷效果的计算，气化脱磷率的计算方法可以如下式表示：
式中：ηp——气化脱磷率，％；
——气化脱磷前炉渣中的总磷含量，kg；
——气化脱磷后炉渣中的总磷含量，kg。
进一步，铁水温度为1290-1439℃，铁水组成包括：C 4.13-4.58％，Si 0.10-0.57％，Mn 0.12-0.24％，P 0.08-0.13％，S 0.00001-0.00229％。以300t脱磷转炉为例，铁水量为269-289t，废钢量为40.22-45.02t，废钢比为12.88-15.20％，出钢量为294.93-313.24t，钢铁料消耗量为1014.34-1088.56kg/t。
进一步，冶炼终点条件包括冶炼终点温度和冶炼终渣(脱磷转炉终渣)成分，可根据冶炼钢的种类的不同而设定不同的终点条件，例如，冶炼终点温度为1204-1366℃；冶炼终渣成分包括：FeO 12.55-31.08％，CaO 21.44-36.38％，SiO2 16.49-26.90％，炉渣碱度R1.12-2.97，MgO 2.22-8.90％，P2O5 1.95-4.88％，MnO 2.34-11.33％，Al2O3 1.11-3.88％。冶炼终点条件还包括钢液成分，钢液成分包括：C 2.72-3.47％，P 0.021-0.058％，S0.0031-0.0092％；Mn 0.0051％-0.021％，Si 0.0123-0.0195％。本发明通过控制冶炼终点温度以及控制冶炼终渣中的碱度，为脱磷转炉的溅渣护炉操作提供合适的溅渣条件的同时也提供合适的脱磷条件，有利于转炉炉渣脱磷的进行。
进一步，吹炼的主吹时间为6-14min，冶炼周期为17-25min。冶炼过程造渣加入的造渣料包括石灰、轻烧白云石、冷固球团和萤石，其加入量分别为3.24-21.74kg/t，0-8.36kg/t，2.51-47.52kg/t，0-2.5kg/t。
本发明较现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
本发明充分利用脱磷转炉溅渣护炉有利的热力学和动力学条件，通过控制冶炼终点条件，并且通过在溅渣护炉操作时加入焦炭、石灰，并控制其加入量，此外还控制吹氮气的流量、压力，枪位的变化以及溅渣时间，将高P2O5含量的脱磷转炉终渣通过气化方式去除，从而将溅渣后留在脱磷转炉绝大部分或者全部比例的气化脱磷渣直接供下一炉次使用，最终能够促进溅渣护炉过程中提高脱磷率，降低熔渣中的磷含量，脱磷转炉气化脱磷≥25％，从而实现脱磷渣返回脱磷转炉利用，降低下一循环炉次终点钢液磷含量，保证下一炉次冶炼过程终点温度、C和P含量符合要求。
具体实施方式
下面将更详细地描述本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。在本发明中未有特别说明的情况下，含量、加入量等均指代的是质量含量。
实施例1
以300t脱磷转炉为例，说明本发明采用溅渣护炉降低冶炼终渣磷含量的冶炼方法，包括以下步骤。
在脱磷转炉中兑入铁水和废钢，铁水和废钢量分别为273.5t和40.86t，出钢量为302.25t，废钢比为13.51％。铁水温度：1391℃，铁水组成包括，C：4.42％，Si：0.46％，Mn：0.18％，P：0.094％，S：0.0006％。钢铁料消耗量：1040.07kg/t。
降枪进行吹炼，造渣进行冶炼。主吹时间为9min，冶炼周期：24min。冶炼过程加入的造渣料分别为石灰，轻烧白云石、冷固球团。其加入的石灰量分为16.50kg/t，轻烧白云石为3.32kg/t，冷固球团为34.56kg/t。
在冶炼终点进行测温取样，确定合适的终点条件。终点温度：1204℃，钢液成分包括C：3.32％，P：0.0224％，Mn：0.014％，Si：0.018％，S：0.0059％；终渣成分包括CaO：31.52％，SiO2：23.44％，FeO：19.77％，R：1.34，MgO：3.67％，P2O5：2.72％。MnO：6.93％，Al2O3：2.26％。
冶炼完毕后进行出钢，出钢时间：6.72min。出钢完毕后将全部炉渣留在脱磷转炉内。
向脱磷转炉中加入焦粉和石灰，并降枪吹氮气进行溅渣护炉操作；焦粉加入量为35kg/吨渣，石灰加入量为4.15kg/t吨钢。焦粉在溅渣护炉操作开始全部加入脱磷转炉内，然后降枪吹氮气进行溅渣护炉操作。溅渣护炉操作中吹氮气采用顶底复吹，底吹氮气流量为559m3，顶吹氮气流量为1689m3。溅渣护炉过程顶吹氮气压力≥1.7Mpa，底吹氮气总压2.2MPa，溅渣时间为1.8min。溅渣护炉过程吹氮气的枪位采用高-低-高模式，高枪位为1.7m，低枪位为1.0m。另外，在溅渣过程中炼钢工可以通过观察渣子溅渣效果，确定调整枪位控制、底吹流量和溅渣时间。同时溅渣护炉操作过程还可加入调渣剂或提温剂。调渣剂包括轻烧白云石、生白云石、轻烧菱镁球、冶金镁砂或菱镁矿渣。提温剂包括硅铁或碳化硅。在溅渣温度不足，可通过加入一定的硅铁、碳化硅等提温剂进行提温。
溅渣护炉操作结束后得到气化脱磷渣，将全部气化脱磷渣留在脱磷转炉内作为下一炉次的预留炉渣，进行下一炉次冶炼，下一炉次进行工艺调整：通过溅渣护炉后，相对非气化炉次，在下一循环炉次兑入铁水和废钢后，根据上炉终渣条件和溅渣效果，并结合铁水条件，同时多加入3.97kg/t吨钢石灰，用来提高炉渣碱度，并且适当的采用低枪位操作，依次进行上述步骤循环冶炼。根据冶炼过程中磷的总收入等于总支出，为了保证气化脱磷的准确性，利用收支平衡对多炉次一个循环进行磷平衡法进行气化脱磷效果的计算，通过2-4炉次一个循环后，最终实现在302.25t脱磷转炉气化脱磷达到28％。从而实现脱磷渣返回脱磷转炉利用，并且保证冶炼过程终点钢液磷含量符合冶炼要求。
实施例2
以300t脱磷转炉为例，说明本发明采用溅渣护炉降低冶炼终渣磷含量的冶炼方法，包括以下步骤。
在脱磷转炉中兑入铁水和废钢，铁水和废钢量分别为274.3t和41.7t，出钢量为301.44t，废钢比为15.20％。铁水温度：1439℃，铁水组成包括，C：4.48％，Si：0.47％，Mn：0.15％，P：0.083％，S：0.0018％。钢铁料消耗量：1048.31kg/t。
降枪进行吹炼，造渣进行冶炼。主吹时间为11min，冶炼周期：20.7min。冶炼过程加入的造渣料分别为石灰，轻烧白云石、冷固球团。其加入的石灰量分为9.95kg/t，轻烧白云石为6.11kg/t，冷固球团为33.34kg/t。
在冶炼终点进行测温取样，确定合适的终点条件，终点温度：1366℃，钢液成分为C：3.45％，P：0.0169％，Mn：0.0033％，Si：0.0126％，S：0.0053％；终渣成分包括CaO：20.88，SiO2：17.88，FeO 20.29％，R：1.17，MgO：2.62％，P2O5：1.98％。MnO：6.08％，Al2O3：1.42％。
冶炼完毕后进行出钢，出钢时间：8min。出钢完毕后将全部炉渣留在脱磷转炉内。
向脱磷转炉中加入焦粉和石灰，并降枪吹氮气进行溅渣护炉操作；焦粉加入量为40kg/吨渣，石灰加入量为6.21kg/t吨钢。焦粉分批次加入脱磷转炉内，在溅渣护炉操作开始前加入约2/3总重量的焦粉，顶吹氮气9s左右，加入剩余部分焦粉。溅渣护炉操作中吹氮气采用顶底复吹，底吹氮气流量为452m3，顶吹氮气流量为1689m3。溅渣护炉过程顶吹氮气压力1.9Mpa，底吹氮气总压2.3MPa，溅渣时间为2.0min。溅渣护炉过程吹氮气的枪位采用高-低-高模式。高枪位为2.0m，低枪位为1.3m。另外，在溅渣过程中炼钢工可以通过观察渣子溅渣效果，确定调整枪位控制、底吹流量和溅渣时间。同时溅渣护炉操作过程还可加入调渣剂或提温剂。调渣剂包括轻烧白云石、生白云石、轻烧菱镁球、冶金镁砂或菱镁矿渣。提温剂包括硅铁或碳化硅。在溅渣温度不足，可通过加入一定的硅铁、碳化硅等提温剂进行提温。
溅渣护炉操作结束后得到气化脱磷渣，将全部气化脱磷渣留在脱磷转炉内作为下一炉次的预留炉渣，进行下一炉次冶炼，下一炉次进行工艺调整：通过溅渣护炉后，相对非气化炉次，在下一循环炉次兑入铁水和废钢后，根据上炉终渣条件和溅渣效果，并结合铁水条件，同时多加入5.53kg/t吨钢的石灰，用来提高炉渣碱度，并且适当的采用低枪位操作，依次进行上述步骤循环冶炼。根据冶炼过程中磷的总收入等于总支出，为了保证气化脱磷的准确性，利用收支平衡对多炉次一个循环进行磷平衡法进行气化脱磷效果的计算，通过3炉次一个循环后，最终实现在301.44t脱磷转炉气化脱磷达到30.21％。从而实现脱磷渣返回脱磷转炉利用，并且保证冶炼过程终点钢液磷含量符合冶炼要求。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (4)
1.一种采用溅渣护炉降低冶炼终渣磷含量的冶炼方法，其特征在于，该方法包括：
S1，在具有预留炉渣的脱磷转炉中加入铁水和废钢，降枪吹炼并进行造渣；铁水的温度为1290-1439℃，铁水组成包括：C4.13-4.58％，Si0.10-0.57％，Mn0.12-0.24％，P0.08-0.13％，S0.00001-0.00229％；
S2，冶炼终点条件合格后进行出钢操作，并将至少部分脱磷转炉终渣留在脱磷转炉内；冶炼终点钢液成分包括：C 2.72-3.47％，P 0.021-0.058％，S0.0031-0.0092％；Mn0.0051％-0.021％，Si 0.0123-0.0195％；
S3，进行溅渣护炉操作，溅渣护炉操作包括向脱磷转炉中加入还原剂和石灰的步骤和降枪吹氮气的步骤；所述还原剂的加入量为25-60kg/吨渣，所述石灰的加入量为1.67-7kg/吨钢；溅渣护炉操作吹氮气的枪位采用高枪位-低枪位-高枪位模式；所述高枪位为1.7-2.0m，所述低枪位为1.0-1.3m；其中，所述还原剂在溅渣护炉操作开始前全部加入脱磷转炉内，然后降枪吹氮气进行溅渣护炉操作或者所述还原剂分批次加入脱磷转炉内，在溅渣护炉操作开始前加入约2/3总重量的还原剂，顶吹氮气设定时间后，加入剩余部分还原剂；同时，溅渣护炉操作的氮气总流量为4020-5014m3，吹氮气采用顶底复吹，底吹氮气流量为278-664m3，顶吹氮气流量为≤2124m3；溅渣护炉操作的顶吹氮气压力≥1.5Mpa，底吹氮气总压力≥2.0MPa，溅渣时间为1.2-3.5min；
S4，溅渣护炉操作结束后得到气化脱磷渣，将至少部分气化脱磷渣留在脱磷转炉内作为下一炉次的预留炉渣；
重复步骤S1至S4进行下一炉次的冶炼，下一炉次的冶炼在步骤S1的造渣过程中多加入3.97-8.27kg/吨钢的石灰。
2.根据权利要求1所述的冶炼方法，其特征在于：所述还原剂包括碳粉、焦粉以及复合还原剂中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的冶炼方法，其特征在于：冶炼终点条件包括冶炼终点温度和脱磷转炉终渣成分；所述冶炼终点温度为1204-1366℃；所述脱磷转炉终渣成分中炉渣碱度为1.12-2.97。
4.根据权利要求1所述的冶炼方法，其特征在于：经过2-4炉次一个循环后，脱磷转炉终渣的气化脱磷率≥25％。
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