CN109371200A - 一种通过转炉底喷氧化铁红使铁水快速脱磷的冶炼方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种通过转炉底喷氧化铁红使铁水快速脱磷的冶炼方法，为了解决转炉脱磷过程前期脱磷速率慢、物料利用率低等技术问题，通过喷枪将轧钢产生的氧化铁红或氧化铁红与钝化石灰粉混合粉剂、和钝化石灰粉通过转炉底喷入熔池中，快速增加熔池中的氧化铁含量，降低氧化钙的黏度，改变了转炉脱磷前期效果差的现状，在氧化钙用量降低25%以上的前提下，提高了脱磷率，脱磷周期缩短了15‑40%，对改变现有的脱磷工艺、提高脱磷转炉生产效率具有明显的意义。

Description

一种通过转炉底喷氧化铁红使铁水快速脱磷的冶炼方法

技术领域

本发明属于冶金技术领域，涉及一种喷粉冶金方法，具体涉及一种通过转炉底喷氧化铁红使铁水快速脱磷的冶炼方法。

背景技术

目前，国内大多数转炉主要承担脱碳和脱磷的任务，转炉要想实现理想的脱磷率，得到0.01%以下的终点磷含量，关键在于把握好渣中的氧化铁和氧化钙的含量，同时具有良好的炉内动力学条件和合适的温度，就能够实现高效脱磷，缩短脱磷周期。

在炼钢过程中，磷不可能被氧直接氧化而除去，只有在它的氧化物P₂O₅ 与CaO 相结合，生成稳定的复杂化合物， 才能有效地去除掉。脱磷反应是钢渣间的反应，脱磷反应方程式为：4CaO + 2P + 5FeO = 4CaO·P₂O₅ +5Fe 从反应式可得出脱磷的热力学条件是：增大脱磷渣的氧化性；增加渣中氧化钙含量以提高炉渣碱度； 脱磷反应为放热反应，故采用低温操作，添加助溶剂( Fe₂O₃、CaF₂ ) 以降低炉渣的粘度，改善渣的物理性质和强化脱磷过程。

在实际生产过程中，由于前期温度过低，加入的石灰无法快速变成高碱度炉渣，渣中的氧化铁含量极低，影响脱磷效果最关键的两个因素即高氧化铁、高碱度渣都不具备条件，不利于冶炼前期的快速脱磷。因此，若能够快速提升熔池中的氧化铁含量，将是转炉前期脱磷效率得到明显改善，国内外技术工作者通过不同途径，探索快速脱磷的各种方法。

黄云等的发明专利201410689982.X发明了一种转炉喷吹除尘灰铁水脱磷方法，采用脱磷氧枪喷吹石灰粉剂及除尘灰脱磷的转炉脱磷工艺，所述方法利用供氧系统和粉剂喷吹系统，通过顶吹脱磷氧枪将石灰粉及除尘灰喷入熔池,鉴于除尘灰中含有较高的铁氧化物,可快速增加炉渣中氧化铁含量，促进石灰的溶解，快速形成具有较高脱磷能力的炉渣，加快脱隣反应，同时实现了除生灰的高效利用,避免因废弃物对环境的二次污染，具有较高的经济效益和社会效益。赵定国等的发明专利201710646990.X发明了一种转炉底吹喷粉提高气化脱磷效果的方法，具体方法是:转炉出钢结束后,观察判断转炉渣基本状态，开始溅渣护炉操作，同时通过转炉底部的载气喷嘴向转炉内喷入气化脱磷粉剂；控制转炉底吹载气压力和粉气比,使得气化脱磷粉剂在载气穿越炉渣的浮涌搅拌作用下，与转炉内热态熔渣高效反应；熔渣中的磷以气化的方式脱除，反应后的熔渣成为高品质气化磷渣，用于下一炉的转炉冶炼；转炉气化脱磷率为50-60%，脱磷粉剂的穿透比为80-90%,石灰消耗降低2.5-3.5kg/t。本发明发挥气化脱磷剂、裁气强烈浮涌搅拌等作用，提高气化脱磷率，缩短渣护炉周期，增加留渣的炉渣利用率。底吹脱磷剂不易被氧气带走，改善了操作条件和粉剂在热熔渣中的分布，提高了粉剂利用率。

上述通过不同的方法提高脱磷率或者减少脱磷使用物料，但物料都是从转炉上部料仓加入，物料加入后在钢渣界面聚积，反应界面基本确定，对于生产实际中提升脱磷效果和加快脱磷速率，没有实际的意义。其次，气化脱磷虽然从转炉底部喷入物料，但气脱磷方式会造成转炉烟气中磷含量上升，并不符合绿色发展的理念。

发明内容

为了解决现有转炉脱磷物料有效利用率低，反应界面小，动力学条件差等问题，本发明提供了一种通过转炉底喷氧化铁红使铁水快速脱磷的冶炼方法。

本发明采用的技术方案是：一种通过转炉底喷氧化铁红使铁水快速脱磷的冶炼方法，通过在转炉炉底安装喷枪，通过喷枪将氧化铁红或氧化铁红与钝化石灰粉的混合粉剂、和钝化石灰粉从转炉底喷入转炉熔池内部，喷吹过程均使用氮气为载气，二氧化碳气体为保护气。

一种通过转炉底喷氧化铁红使铁水快速脱磷的冶炼方法，具体包括以下步骤：

步骤（1）.根据转炉炉容选取喷枪，喷枪垂直穿装固定在转炉炉底，且转炉熔池内的喷枪嘴竖直朝上设置；

步骤（2）.转炉冶炼时，喷枪先吹氮气30-45s；当铁水磷含量在0.09%以上，通过喷枪从转炉底向转炉熔池内部向上喷吹氧化铁红粉剂，喷吹流量40～45kg·min^-1/t ，1-2min；当铁水磷含量在0.06%～0.09%，再喷吹氧化铁红和钝化石灰粉混合粉剂，喷吹流量30～40kg·min^-1/t，4-5min；当铁水磷含量在0.06%以下改吹钝化石灰粉粉剂，喷吹流量20～30kg·min^-1/t；

上述粉剂喷吹过程均使用氮气作为载气，二氧化碳作为保护气，氮气流量为220～240Nm³/h、二氧化碳流量为100～180Nm³/h；

步骤（3）.钝化石灰粉喷吹至8-15min停止喷粉，载气和保护气流量保持不变，至冶炼结束出钢时载气和保护气流量均降低40%，出钢结束后气流量恢复正常。

本发明还包括分配器，安装于转炉炉底的下方，分配器连接有两路，每一路与一喷枪相接，喷枪垂直穿装固定在转炉炉底，喷枪嘴竖直朝上设置。

本发明步骤（2）中，按照吨钢的喷吹量，先选择与所需氧化铁红、钝化石灰粉适配的两喷粉罐，粉剂装在对应的喷粉罐内，每一喷粉罐通过自带的放散阀将粉罐内气体排空，罐压大于输送压力，喷粉罐下部采用流化器进行流态化，喷粉罐底部通过下料阀配合给料转盘精确控制出料速率。

步骤（2）中，当喷吹氧化铁红或钝化石灰粉时，打开相应粉剂喷粉罐下料阀，经流化、喷射进入分配器，然后进入喷枪向转炉熔池内部向上喷吹。

步骤（2）中，当喷吹混合粉剂时，同时打开两喷粉罐的下料阀，经流化、喷射两粉剂进入分配器，在分配器中混合，并分配至喷枪向转炉熔池内部向上喷吹。

本发明所述喷枪为内镀陶瓷的双层管式喷枪，内径10mm，外管为15mm，两管之间间隙控制在0.8mm以内，内腔走载气和粉剂，环缝走保护气。

本发明喷枪均布在炉底。

本发明氧化铁红为轧线的副产品，粒径150-200目，水分小于0.8%，粉气管道内气体的流速大于粉料的临界流化速度。所述的钝化石灰粉粒径120-150目，水分小于0.5%。

还包括助吹系统，其由输气管道、压力检测表、控制阀、PLC控制器组成；输气管道终端与喷枪尾部相连通，压力检测表安装在此处，控制阀安装在输气管道始端，当粉剂正常喷吹时该控制阀关闭，当粉剂喷吹系统的管道出现堵塞情况下，喷吹系统的压力将快速上升，压力检测表将该信号传输至PLC控制器，PLC控制器输出信号给助吹系统控制阀，控制控制阀自动打开，使喷枪出口位置处的气体压力不下降。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1.本发明通过在转炉开吹之后，先通过载气将氧化铁粉剂从炉底喷枪内腔快速喷入熔池中，使转炉熔池中的氧化铁浓度快速上升，转炉熔池内熔渣的流动性将得到明显改善，为脱磷创造良好条件，达到脱磷所需的热力学条件，使脱磷反应时间前移，缩短了脱磷周期，另外氧化铁红喷入后，部分氧化铁红进入渣中，有利于抑制金属铁的氧化，可提高铁水收得率，具有较好的经济效益。然后通过将氧化铁红和钝化石灰粉的混合粉剂从转炉底部通过喷枪喷入熔池内，在持续增加熔池中氧化铁含量的同时，增加炉内氧化钙含量，由于熔池中氧化铁较高，氧化钙从底部喷入后可快速与磷和氧化铁反应形成铁酸钙，该颗粒因液相比率高而成球形。铁酸钙在上浮过程中，将磷氧化，变成近似3CaO·P₂O₅组成的渣粒。铁酸钙中的P₂O₅%高达15%～32%，通过其上浮分离促进了脱磷。总脱磷率控制在88%～96%时，瞬息间反应脱磷够占总脱磷率的48%～72%。使钝化石灰粉能够以更快速度进行反应，提升转炉冶炼的脱磷效率，缩短脱磷转炉的时间，解决了转炉脱磷过程前期脱磷速率慢、物料利用率低的问题。最后通过喷入钝化石灰粉，使熔池内熔渣碱度持续稳定在2.5以上，避免碱度低于2.5时，脱磷逆向反应。

2.采用本发明的方法快速增加熔池中的氧化铁含量，降低氧化钙的黏度，快速提高渣中氧化铁含量及炉渣碱度，有效改变了转炉脱磷前期效果差的现状，氧化钙用量降低25%以上，提升了物料的有效利用率,提高转炉的脱磷效果，缩短了脱磷周期15-40%， 改善转炉脱磷的动力学条件和热力学条件，减少现有脱磷物料，大幅减少转炉的炉渣产生量，符合绿色环保的发展理念，脱磷率达到91.3%左右，降低了转炉脱磷成本，提高了转炉脱磷的效率，适用于50～200吨转炉冶炼工艺，有显著的经济效益。

本发明使用的氧化铁红为轧钢系统的副产品，作为颜料或油漆原料其硅含量偏高，需要再次进行处理，处理成本较高；由于粒度过细储存困难，易造成环境污染，造成环保事件。本发明通过喷吹将氧化铁红在转炉冶炼前期喷入熔池中，消除了原有处置方法存在的弊端，为处理氧化铁红开拓了新的方向。

4.本发明物料的喷吹量通过下料阀开度进行控制，粉剂通过炉底的分配器分成两路后，通过炉底喷枪喷入熔池中，物料喷入后在熔池内部，物料的利用效率将大幅度升高；另外物料的微粒在熔池内部反应时，反应界面大幅增加，反应的速率大幅提升，提高物料的利用率，加之物料从底部喷入具有的动能，有利于转炉快速脱磷，达到快速高效脱磷的目的。

5. 本发明当喷吹混合粉剂时，无需搅拌装置，通过同时打开两喷粉罐的下料阀，经流化、喷射两粉剂在分配器中进行混合，在短时间内即可以达到高效、均匀的混合。

附图说明

图1.本发明的结构示意图；

图中：1.喷吹系统 、2.分配器 、3.喷枪 、4. 助吹系统、5. 转炉。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，通过实施例对本发明作进一步说明；

本发明的喷吹系统包括装有钝化石灰粉喷粉罐、装有氧化铁红喷粉罐和装有氮气的载气罐、装有二氧化碳的保护气罐，钝化石灰粉喷粉罐、氧化铁红喷粉罐、和载气罐均通过喷吹管道与喷枪内腔相接通，保护气罐与喷枪环缝相通。

实施例1

下面以80吨转炉使用底喷氧化铁红快速脱磷为例来说明，与具体包括以下步骤：

步骤（1）.根据80吨转炉，选取两喷枪，喷枪垂直穿装固定在转炉炉底，且转炉熔池内的喷枪嘴竖直朝上设置；两喷枪呈对称设置，均距离炉底中心为点800mm；所述喷枪为内镀陶瓷的双层管式喷枪，内径10mm，外管为15mm，两管之间间隙控制在0.8mm以内，内腔走载气氮气和粉剂，环缝走保护气二氧化碳气体；

步骤（2）. a.取吨钢1kg铁水，铁水的成分以质量百分比计含：C：3.5%，Si：0.6%，Mn：0.7%，P：0.1%，S：0.04%，其它为Fe和不可避免的杂质，按照吨钢1kg铁水的喷吹量，选择与所需氧化铁红粉剂匹配的喷粉罐，选择与所需钝化石灰粉粉剂匹配的喷粉罐，通过喷粉罐车将氧化铁红加压输送至一喷粉罐中，将钝化石灰粉加压输送至另一喷粉罐中，每一喷粉罐通过自带的放散阀将粉罐内气体排空，罐压大于输送压力（喷粉罐中粉料重量可根据喷粉罐容积大小、及转炉喷吹的需要而设置上下限），喷粉罐下部采用流化器进行流态化，喷粉罐底部出料口，出料口接喷吹管道，喷粉罐底部出料口通过下料阀配合给料转盘精确控制出料速率，通过调节给料转盘电机的转速精确控制喷粉速率；

b. 转炉炉底的下方安装分配器，分配器的出口连接有两路输粉管，两路输粉管与两喷枪对应相接，分配器的进口分别与氧化铁红喷粉罐、钝化石灰粉喷粉罐喷吹管相接通；

c.转炉冶炼时，先打开加压载气，喷枪先吹氮气30-45s；

d.当铁水磷质量含量在0.09%以上，打开氧化铁红喷粉罐下料阀，按照设定量调整该喷粉罐给料转盘的转速，氧化铁红通过流化器流态化后，从下料阀进入喷吹管到达炉底分配器通过输粉管进入喷枪，通过喷枪从转炉底向转炉熔池内部向上喷吹氧化铁红，喷吹流量40～45kg·min^-1/t ，喷吹1-2min；

e.当铁水磷质量含量在0.06%～0.09%，开始喷吹氧化铁红和钝化石灰粉的混合粉剂，同时打开两喷粉罐的下料阀，调整两喷粉罐给料转盘的转速，经流化、喷射两粉剂进入分配器，在分配器中混合，并分配至两喷枪向转炉熔池内部向上喷吹，喷吹流量30～40 kg·min^-1/t，4-5min；

f.当铁水磷含磷含量在0.06%以下, 改吹钝化石灰粉，打开钝化石灰粉喷粉罐下料阀，按照设定量调整该喷粉罐给料转盘的转速，钝化石灰粉通过流化器流态化后，从下料阀进入喷吹管到达炉底分配器通过输粉管进入喷枪，通过喷枪从转炉底向转炉熔池内部向上喷吹，喷吹流量20～30 kg·min^-1/t；

上述步骤d、e、f喷吹过程均使用氮气作为载气在高压载气的作用下将粉料喷入熔池中，二氧化碳作为保护气，氮气流量为220～240Nm³/h、二氧化碳流量为100～180Nm³/h；

步骤（3）.钝化石灰粉喷吹至8-15min停止喷粉，喷枪载气和保护气流量保持不变，至冶炼结束出钢时载气和保护气流量均降低40%，出钢结束后气流量恢复正常,即：氮气流量为220～240Nm³/h、二氧化碳流量为100～180Nm³/h。

上述的氧化铁红为轧线的副产品，粒径150-200目，水分小于0.8%，粉气管道内气体的流速大于粉料的临界流化速度；成分以质量百分比计含：Fe₂O₃ ：94.12% ，FeO：1.32%，MnO：0.17%，P小于0.0015%，余量为不可避免的其余杂质。

所述的钝化石灰粉粒径120-150目，水分小于0.5%，钝化石灰粉的成分以质量百分比计含：CaO：94.5%，MgO：2.3%，SiO₂：0.0054%，P、S小于0.0035%，余量是不可避免的其余杂质。

本发明涉及到的下料阀、转盘电机等均通过PLC自动控制。

实施例2

为了避免粉剂喷吹系统的喷吹管道、或输粉管出现堵塞情况下，喷枪出口位置气体压力下降，防止喷枪内腔钢水倒灌，本发明还包括助吹系统，其由输气管道、压力检测表、控制阀、PLC控制器组成；输气管道终端与喷枪尾部相连通，压力检测表安装在此处，所述的控制阀安装在输气管道的始端。当粉剂正常喷吹时步骤如实施例1，该控制阀关闭，当粉剂喷吹系统的管道出现堵塞的情况下，喷吹系统的压力将快速上升，压力检测表将信号传输至PLC控制器，PLC控制器输出信号给助吹系统控制阀，控制该控制阀自动打开，保证喷枪出口位置气体压力不下降，避免喷枪内腔钢水倒灌。

Claims (10)

1.一种通过转炉底喷氧化铁红使铁水快速脱磷的冶炼方法，其特征在于：通过在转炉炉底安装喷枪，通过喷枪将氧化铁红或氧化铁红与钝化石灰粉的混合粉剂、和钝化石灰粉从转炉底喷入转炉熔池内部，喷吹过程均使用氮气为载气，二氧化碳气体为保护气。

2.根据权利要求1所述的一种通过转炉底喷氧化铁红使铁水快速脱磷的冶炼方法，其特征在于：具体包括以下步骤：

步骤（1）.根据转炉炉容选取喷枪，喷枪垂直穿装固定在转炉炉底，且转炉熔池内的喷枪嘴竖直朝上设置；

步骤（2）.转炉冶炼时，喷枪先吹氮气30-45s，当铁水磷含量在0.09%以上，通过喷枪从转炉底向转炉熔池内部向上喷吹氧化铁红粉剂，喷吹流量40～45kg·min^-1/t ，1-2min；当铁水磷含量在0.06%～0.09%，再喷吹氧化铁红和钝化石灰粉混合粉剂，喷吹流量30～40kg·min^-1/t，4-5min；当铁水磷含量在0.06%以下改吹钝化石灰粉粉剂，喷吹流量20～30kg·min^-1/t；

上述粉剂喷吹过程均使用氮气作为载气，二氧化碳作为保护气，氮气流量为220～240Nm³/h、二氧化碳流量为100～180Nm³/h；

步骤（3）.钝化石灰粉喷吹至8-15min停止喷粉，载气和保护气流量保持不变，至冶炼结束出钢时载气和保护气流量均降低40%，出钢结束后气流量恢复正常。

3.根据权利要求2所述的一种通过转炉底喷氧化铁红使铁水快速脱磷的冶炼方法，其特征在于：还包括分配器，安装于转炉炉底的下方，分配器连接有两路，每一路与一喷枪相接，喷枪垂直穿装固定在转炉炉底，喷枪嘴竖直朝上设置。

4.根据权利要求3所述的一种通过转炉底喷氧化铁红使铁水快速脱磷的冶炼方法，其特征在于：步骤（2）中，按照吨钢的喷吹量，先选择与所需氧化铁红、钝化石灰粉适配的两喷粉罐，粉剂装在对应的喷粉罐内，每一喷粉罐通过自带的放散阀将粉罐内气体排空，罐压大于输送压力，喷粉罐下部采用流化器进行流态化，喷粉罐底部通过下料阀配合给料转盘精确控制出料速率。

5.根据权利要求4所述的一种通过转炉底喷氧化铁红使铁水快速脱磷的冶炼方法，其特征在于：步骤（2）中，当喷吹氧化铁红或钝化石灰粉时，打开相应粉剂喷粉罐下料阀，经流化、喷射进入分配器，然后进入喷枪向转炉熔池内部向上喷吹。

6.根据权利要求4或5所述的一种通过转炉底喷氧化铁红使铁水快速脱磷的冶炼方法，其特征在于：步骤（2）中，当喷吹混合粉剂时，同时打开两喷粉罐的下料阀，经流化、喷射两粉剂进入分配器，在分配器中混合，并分配至喷枪向转炉熔池内部向上喷吹。

7.根据权利要求6所述的一种通过转炉底喷氧化铁红使铁水快速脱磷的冶炼方法，其特征在于：所述喷枪为内镀陶瓷的双层管式喷枪，内径10mm，外管为15mm，两管之间间隙控制在0.8mm以内，内腔走载气和粉剂，环缝走保护气。

8.根据权利要求1、2、 3、4、 5或7所述的一种通过转炉底喷氧化铁红使铁水快速脱磷的冶炼方法，其特征在于：喷枪均布在炉底。

9.根据权利要求8所述的一种通过转炉底喷氧化铁红使铁水快速脱磷的冶炼方法，其特征在于：氧化铁红为轧线的副产品，粒径150-200目，水分小于0.8%，粉气管道内气体的流速大于粉料的临界流化速度，所述的钝化石灰粉粒径120-150目，水分小于0.5%。

10.根据权利要求1或9所述的一种通过转炉底喷氧化铁红使铁水快速脱磷的冶炼方法，其特征在于：还包括助吹系统，其由输气管道、压力检测表、控制阀、PLC控制器组成；输气管道终端与喷枪尾部相连通，压力检测表安装在此处，控制阀安装在输气管道始端，当粉剂正常喷吹时该控制阀关闭，当粉剂喷吹系统的管道出现堵塞情况下，喷吹系统的压力将快速上升，压力检测表将该信号传输至PLC控制器，PLC控制器输出信号给助吹系统控制阀，控制控制阀自动打开，使喷枪出口位置处的气体压力不下降。