CN110527786A - 转炉锰矿直接合金化炼钢的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及转炉锰矿直接合金化炼钢的方法，属于炼钢技术领域。本发明采用转炉双渣冶炼的方法,加入造渣材料进行第一次造渣吹炼，前期脱磷后拉碳放渣，然后进行二次造渣吹炼，二次造渣吹炼过程加入造渣材料、提温剂和锰矿进行合金化，吹炼直至终点钢水温度1640‑1670℃，出钢。本发明在保证转炉脱磷效果的同时，提高终点钢水锰含量，且具有较高的锰收率。

Description

转炉锰矿直接合金化炼钢的方法
技术领域
本发明属于炼钢技术领域，具体涉及转炉锰矿直接合金化炼钢的方法。
背景技术
在炼钢生产中，锰是必须的合金化元素，对提高钢材质量和改善钢材性能具有重要作用。目前多数钢铁企业均通过在出钢过程或者精炼时加入锰铁合金对钢水进行锰的合金化操作。而锰系合金的制造过程主要使用富锰矿，且是个高耗能、高污染的过程，不仅制造成本高，对环境污染也大。因此，锰系合金价格往往较高，炼钢锰合金化成本较高。锰矿直接合金化是指直接用锰合金元素氧化物(锰矿)作为合金化添加剂，加入炼钢转炉内，在一定的工艺条件下，通过钢中元素或配加还原剂还原，使锰矿中的锰在吹炼终点时尽可能进入钢液，从而达到合金化的目的。与传统的使用铁合金方法相比，锰矿直接合金化可省去专门炼制铁合金的设备和能源消耗，降低钢的合金化成本。
在现有的专利技术中已有采用锰矿直接合金化技术报道，如专利文献CN105838843A公开了一种锰矿直接合金化应用于转炉炼钢工艺，转炉炼钢工艺采用一次拉碳法，终渣FeO含量13％～15％，平均冶炼周期12.3min，在转炉炼钢冶炼开始后的4min～10min内分批次将锰合金矿加入炉内，每炉锰合金矿的加入量：10～14公斤/吨钢，终点碳含量：C≥0.08％；终点温度1650℃～1680℃，终点余锰含量增加0.16％～0.20％，其中所述的锰合金矿中锰元素含量重量百分比至少为44.2％。该发明对锰矿中TMn要求较高，且未说明转炉渣量、钢水磷含量控制情况，锰矿中锰的收得率较低。专利文献CN104878158A公开了一种提高锰矿直接合金化钢水锰收得率的方法，该方法把锰矿、石灰或轻烧白云石、无烟煤或焦炭经过烘干、破碎、磨细后，按照重量百分比：锰矿50～90％，石灰或轻烧白云石0～20％，无烟煤或焦炭10～30％制成的混合料作为外层粉剂，把按照上述混合料1/3～1/4的铝粉或硅粉作为内部粉剂制成包芯线，并将包芯线在精炼工序钢包进站时进行喂线。该发明虽然能获得较高的锰收得率，但是生产成本较高，且存在温降大、可能喷溅等问题。专利文献CN108411065A公开了一种应用锰矿进行锰合金化的方法及装置，具体为一种熔融电解方法还原锰矿中锰的方法，通过此项技术向熔渣加入锰矿3～10Kg/吨钢，利用电解熔融还原，可以向钢液增加0.1％～0.2％(重量百分比)的锰含量。该方法对锰矿要求较高，且工业生产成本较高。
炼钢转炉承担脱磷任务，为保证脱磷效果要求有较大渣量和较高氧化性，而锰矿转炉直接合金化工艺要求较小渣量和较低的炉渣氧化性，两者存在一定的矛盾关系。国内某钢铁企业采用半钢冶炼，含钒铁水经提钒后得到的半钢中硅、锰等发热成渣元素含量为痕迹，且半钢的碳、温度偏低脱磷效果较差，因此采用半钢冶炼转炉锰矿直接合金化工艺更有难度。
发明内容
本发明为解决上述存在的技术问题，提供转炉锰矿直接合金化炼钢的方法，步骤包括：采用转炉双渣冶炼的方法,加入造渣材料进行第一次造渣吹炼，前期脱磷后拉碳放渣，然后进行二次造渣吹炼，二次造渣吹炼过程加入造渣材料、提温剂和锰矿进行合金化，吹炼直至终点钢水温度1640-1670℃，出钢。
其中，第一次造渣吹炼加入的造渣材料为高镁石灰和活性石灰；造渣材料的加入量为高镁石灰8-12kg/t钢，活性石灰10-15kg/t钢。
第一次造渣吹炼过程分两批次加入造渣材料进行前期脱磷，加入第一批控制炉渣碱度在1.2-1.5，吹炼一段时间后加入第二批控制炉渣碱度在2.5-3.0。
其中，拉碳放渣控制当炉内铁水碳含量在1.0-1.5％时倒炉放渣。
其中，拉碳放渣时钢水磷含量控制在0.03％以内。
其中，第一次造渣吹炼后放渣量为炉内渣量的60％以上。
其中，本发明锰矿的成分含量按照重量百分比计为TMn：26％-40％、TFe：6％-9％、SiO2：12％-19％、CaO：11％-15％、P≤0.050％、S≤0.30％，其余为杂质。
其中，二次造渣吹炼过程加入高镁石灰5-8kg/t钢，活性石灰7-9kg/t钢，加入锰矿5-10kg/t钢，加入提温剂2-5kg/t钢。
其中，所述提温剂为碳质提温还原材料，优选无烟煤增碳剂。
其中，二次造渣开吹时加入高镁石灰5-8kg/t钢，活性石灰7-9kg/t钢，吹炼1-2min后，加入锰矿5-10kg/t钢，继续吹炼1-2min后加入提温剂2-5kg/t钢。
其中，所述锰矿的成分含量按照重量百分比计为TMn：26％-40％、TFe：6％-9％、SiO2：12％-19％、CaO：11％-15％、P≤0.050％、S≤0.30％，其余为杂质。
其中，吹炼过程顶吹氧枪供气强度为3-4m3/t·min。
其中，开始吹炼至3min时，底吹供气强度为0.1-0.2m3/t·min，3min后到倒炉放渣底吹供气强度为0.05-0.1m3/t·min，倒炉放渣及出钢过程底吹供气强度降低为0.03-0.05m3/t·min，二次造渣后底吹供气强度为0.10-0.20m3/t·min。
本发明的有益效果：
本发明通过双渣法冶炼，通过拉碳放渣去除钢中磷含量后，二次造渣时加入造渣材料、提温剂和锰矿进行还原，达到提高终点钢水锰含量，减少后续采用锰系合金进行锰合金化，进而降低转炉冶炼成本的目的；本发明通过采用双渣拉碳放渣解决了脱磷问题，二次造渣采用少渣+热补偿的方式减少后期氧化性高和锰矿直接合金化锰收得率偏低的问题，共同实现了转炉脱磷和增锰；拉碳放渣时钢水磷含量能稳定控制在0.03％以内，终点磷稳定控制在0.010％以内，锰矿中锰收得率平均达到80％以上，既能保证脱磷效果也能保证锰矿中锰具有较高的收得率。
具体实施方式
本发明提供转炉锰矿直接合金化炼钢的方法，具体步骤包括：
采用转炉双渣冶炼的方法,加入造渣材料进行第一次造渣吹炼，前期脱磷后拉碳放渣，然后进行二次造渣吹炼，二次造渣吹炼过程加入造渣材料、提温剂和锰矿进行合金化，吹炼直至终点钢水温度1640-1670℃，出钢。
其中，第一次造渣吹炼过程分两批次加入造渣材料进行前期脱磷，加入第一批控制炉渣碱度在1.2-1.5，吹炼一段时间后加入第二批控制炉渣碱度在2.5-3.0。
本发明分批次加入造渣材料主要是为了快速化渣脱磷，提高脱磷效率，同时控制脱碳速率，减少碳损失，为锰矿直接还原提供足够热源。
本发明第一次造渣吹炼加入的造渣材料可采用常规造渣材料，优选高镁石灰和活性石灰；造渣材料的加入量为高镁石灰8-12kg/t钢，活性石灰10-15kg/t钢。
作为优选的，开始吹炼时加入第一批造渣材料，吹炼3min后加入第二批造渣材料。
其中，本发明二次造渣吹炼过程加入造渣材料、提温剂和锰矿进行合金化。本发明在二次造渣吹炼过程加入造渣材料是为了保证炉渣碱度及脱磷，提温剂是为了提高炉内温度和作为还原剂提高锰收得率。造渣材料可采用常规造渣材料，优选高镁石灰和活性石灰，加入量为高镁石灰5-8kg/t钢，活性石灰7-9kg/t钢。锰矿加入量5-10kg/t钢，提温剂加入量2-5kg/t钢。其中，提温剂为碳质提温还原材料，优选无烟煤增碳剂。
作为优选的，二次造渣开吹时加入高镁石灰5-8kg/t钢，活性石灰7-9kg/t钢，吹炼1-2min后，加入锰矿5-10kg/t钢，继续吹炼1-2min后加入提温剂2-5kg/t钢。
本发明吹炼过程采用顶底复吹工艺，顶吹氧枪供气强度为3-4m3/t·min，开始吹炼至3min时，底吹供气强度为0.1-0.2m3/t·min，3min后到倒炉放渣底吹供气强度为0.05-0.1m3/t·min，倒炉放渣及出钢过程底吹供气强度降低为0.03-0.05m3/t·min，二次造渣后底吹供气强度为0.10-0.20m3/t·min。
上述吹氧工艺控制原因在于，0-3min是为了促进快速化渣脱磷、3min-倒渣是为了减少过程返干，同时控制脱碳速率；二次造渣后是为了促进渣-钢界面反应提高锰收得率和脱磷率。
以下通过实施例对本发明作进一步的说明。其中，实施例中用到的活性石灰、高镁石灰均为炼钢常用辅料，可通过常规渠道购买。
实施例1
某厂120t转炉入炉铁水磷含量为0.080％。
采用本发明进行冶炼，转炉兑铁后加入第一批造渣材料控制炉渣碱度为1.2，下枪吹炼，顶吹氧枪供氧强度为3m3/t·min，底吹供气强度为0.1m3/t·min，吹炼至3min时加入第二批造渣材料控制炉渣碱度2.5，底吹供气强度降低为0.05-0.1m3/t·min，当炉内铁水碳含量为1.0％时倒炉放渣，放渣时底吹供气强度降低为0.03m3/t·min；
放渣后进行二次造渣，二次造渣开吹时加入高镁石灰5kg/t钢，活性石灰9kg/t钢，底吹供气强度为0.1m3/t·min，下枪吹炼1min后，加入锰矿5kg/t钢(TMn：40％、TFe：6％、SiO2：12％、CaO：11％、P：0.030％、S：0.10％，其余为杂质)，继续吹炼1min后加入无烟煤增碳剂2kg/t钢，继续吹炼直至终点钢水温度在1670℃时停止吹炼，出钢，此时底吹供气强度降低为0.03m3/t·min。
按照该方法倒炉放渣时钢水中磷含量仅为0.020％，终点钢水磷含量仅为0.007％；终点钢水锰含量为0.22％，锰矿中锰收得率达到89％。
实施例2
某厂120t转炉入炉铁水磷含量为0.095％。
采用本发明进行冶炼，转炉兑铁后加入第一批造渣材料控制炉渣碱度为1.5，下枪吹炼，顶吹氧枪供氧强度为为4m3/t·min，底吹供气强度为0.2m3/t·min，吹炼至3min时；加入第二批造渣材料控制炉渣碱度3.0，底吹供气强度降低为0.1m3/t·min。当炉内铁水碳含量在1.5％时倒炉放渣，放渣时底吹供气强度降低为0.05m3/t·min；
放渣后进行二次造渣，二次造渣开吹时加入高镁石灰8kg/t钢，活性石灰7kg/t钢，底吹供气强度为0.2m3/t·min，下枪吹炼2min后，加入锰矿10kg/t钢(TMn：26％、TFe：9％、SiO2：19％、CaO：15％、P：0.030％、S：0.10％，其余为杂质)，继续吹炼2min后加入无烟煤增碳剂5kg/t钢，继续吹炼直至终点钢水温度为1640℃时停止吹炼，出钢，此时底吹供气强度降低为0.03m3/t·min。
按照该方法倒炉放渣时钢水中磷含量仅为0.022％，终点钢水磷含量仅为0.008％；终点钢水锰含量为0.26％，锰矿中锰收得率达到85％。
实施例3
某厂120t转炉入炉铁水磷含量为0.090％。
采用本发明进行冶炼，转炉兑铁后加入第一批造渣材料控制炉渣碱度为1.4，下枪吹炼，顶吹氧枪供氧强度为为3.5m3/t·min，底吹供气强度为0.15m3/t·min，吹炼至3min时；加入第二批造渣材料控制炉渣碱度2.8，底吹供气强度降低为0.08m3/t·min。当炉内铁水碳含量在1.3％时倒炉放渣，放渣时底吹供气强度降低为0.04m3/t·min；
放渣后进行二次造渣，二次造渣开吹时加入高镁石灰6kg/t钢，活性石灰8kg/t钢，底吹供气强度为0.15m3/t·min，下枪吹炼1.5min后，加入锰矿8kg/t钢(TMn：30％、TFe：7％、SiO2：14％、CaO：14％、P：0.020％、S：0.15％，其余为杂质)，继续吹炼1.5min后加入无烟煤增碳剂4kg/t钢，继续吹炼直至终点钢水温度在1660℃时停止吹炼，出钢，此时底吹供气强度降低为0.04m3/t·min。
按照该方法倒炉放渣时钢水中磷含量仅为0.025％，终点钢水磷含量仅为0.008％；终点钢水锰含量为0.25％，锰矿中锰收得率达到86％。

Claims (9)

1.转炉锰矿直接合金化炼钢的方法，其特征在于：采用转炉双渣冶炼的方法,加入造渣材料进行第一次造渣吹炼，前期脱磷后拉碳放渣，然后进行二次造渣吹炼，二次造渣吹炼过程加入造渣材料、提温剂和锰矿进行合金化，吹炼直至终点钢水温度1640-1670℃，出钢。
2.根据权利要求1所述的转炉锰矿直接合金化炼钢的方法，其特征在于：第一次造渣吹炼加入的造渣材料为高镁石灰和活性石灰；造渣材料的加入量为高镁石灰8-12kg/t钢，活性石灰10-15kg/t钢。
3.根据权利要求1或2所述的转炉锰矿直接合金化炼钢的方法，其特征在于：所述第一次造渣吹炼过程分两批次加入造渣材料进行前期脱磷，加入第一批控制炉渣碱度在1.2-1.5，吹炼一段时间后加入第二批控制炉渣碱度在2.5-3.0。
4.根据权利要求1～3任一项所述的转炉锰矿直接合金化炼钢的方法，其特征在于：所述拉碳放渣控制当炉内铁水碳含量在1.0-1.5％时倒炉放渣；拉碳放渣时钢水磷含量控制在0.03％以内。
5.根据权利要求1所述的转炉锰矿直接合金化炼钢的方法，其特征在于：第一次造渣吹炼后放渣量为炉内渣量的60％以上。
6.根据权利要求1所述的转炉锰矿直接合金化炼钢的方法，其特征在于：所述锰矿的成分含量按照重量百分比计为TMn：26％-40％、TFe：6％-9％、SiO2：12％-19％、CaO：11％-15％、P≤0.050％、S≤0.30％，其余为杂质。
7.根据权利要求1～3任一项所述的转炉锰矿直接合金化炼钢的方法，其特征在于：二次造渣吹炼过程加入高镁石灰5-8kg/t钢，活性石灰7-9kg/t钢，加入锰矿5-10kg/t钢，加入提温剂2-5kg/t钢。
8.根据权利要求1所述的转炉锰矿直接合金化炼钢的方法，其特征在于：所述提温剂为碳质提温还原材料，优选无烟煤增碳剂。
9.根据权利要求1所述的转炉锰矿直接合金化炼钢的方法，其特征在于：吹炼过程采用顶底复吹工艺，顶吹氧枪供气强度为3-4m3/t·min；开始吹炼至3min时，底吹供气强度为0.1-0.2m3/t·min，3min后到倒炉放渣底吹供气强度为0.05-0.1m3/t·min，倒炉放渣及出钢过程底吹供气强度降低为0.03-0.05m3/t·min；二次造渣后底吹供气强度为0.10-0.20m3/t·min。
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