CN110551871A - 一种能缩短Consteel电炉冶炼周期的冶炼方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种能缩短Consteel电炉冶炼周期的冶炼方法，该方法是将冶炼过程分为化渣期、脱磷期、吹碳升温期，并且在化渣期和吹碳升温期利用不同的渣系成分对冶炼过程脱磷率进行影响，其中：化渣期温度从1300℃开始，匀速升至1520℃，当炉内温度达到1450℃时添加渣料I，使脱磷期目标渣系成分为FeO含量≤25wt％、MgO含量4～5wt％、炉渣碱度R＝2.5～3.0；脱磷期温度从1520℃开始，匀速升至1580℃，当钢样的成分满足碳＞0.35wt％、磷＜0.030wt％时进入吹碳升温期；吹碳升温期温度从1580℃开始，匀速升至1650℃，一开始即添加渣料II，使吹碳升温期目标渣系的成分为FeO含量15～20wt％、MgO含量4～5wt％、炉渣碱度R＝3.0～3.5。本发明的有益之处在于：利用不同的渣系成分对电炉冶炼过程脱磷率进行影响，从而缩短了冶炼周期。

Description

一种能缩短Consteel电炉冶炼周期的冶炼方法
技术领域
本发明涉及一种冶炼方法，具体涉及一种能缩短Consteel电炉冶炼周期的冶炼方法，属于冶金技术领域。
背景技术
目前，我公司用Consteel电炉冶炼特殊钢所采用的冶炼方法是传统Consteel电炉冶炼法，该方法的具体步骤如下：
1、冶炼开始，兑入铁水，兑入量为总装量的60％～90％；
2、铁水兑入2/3后，氧枪开始吹氧升温，流量2500Nm3/min～3000Nm3/min，吹氧10min后进行加入渣料操作；
3、渣料视炉内渣况随机加入，每批次加入石灰500kg、石灰石500kg，总灰量控制在石灰2500kg、石灰石2000kg；
4、冶炼15min后加入废钢，直至加完；
5、冶炼到达50min左右时进行取样，按钢液成分决定是否进行出钢操作。
经统计，采用该冶炼方法冶炼特殊钢钢时，冶炼周期是58min，冶炼周期比较长，主要原因是：
(1)废钢加入滞后，冶炼前期大量供氧，造成炉内局部温度高，渣中FeO含量高，碳氧反应剧烈，炉内渣大量从炉门溢出，而且渣料加入分散，前期加入的CaO等渣料还没有完全成渣，就从炉门随渣流出，后期渣料又跟不上，炉渣中FeO和SiO2的含量偏低，冶炼过程成渣缓慢，炉渣的流动性、泡沫性差，进而导致冶炼时间延长；
(2)冶炼中期，炉内产生高温，不能满足脱磷的热力学条件，导致冶炼过程脱磷困难；
(3)当冶炼终点，钢中碳含量较低时，钢水过氧化，炉渣中FeO的含量偏高，出钢前高温下钢水易产生回磷，需再次进行脱磷操作，冶炼周期变长。
由于Consteel电炉的冶炼周期比较长，所以导致了Consteel电炉的运行成本升高。
另外，在冶炼终点，当钢中碳含量偏低时，钢水过氧化就会比较严重，那么这就会增加后序精炼炉的冶炼成本与操作难度。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种能缩短冶炼周期同时还能避免冶炼终点钢水过氧化的利用Consteel电炉冶炼特殊钢的冶炼方法。
为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：
一种能缩短Consteel电炉冶炼周期的冶炼方法，其特征在于，将整个冶炼过程依次分为化渣期、脱磷期、吹碳升温期三个阶段，采用阶段式控温，并且在化渣期和吹碳升温期利用不同的渣系成分对电炉冶炼过程脱磷率进行影响，其中：
化渣期温度从1300℃开始，以7℃/min～10℃/min的速度升至1520℃，当炉内温度达到1450℃时，向Consteel电炉中添加渣料I，渣料I由白云石和石灰组成，利用渣料I对电炉冶炼过程脱磷率进行影响，使脱磷期目标渣系成分为：FeO含量≤25wt％，MgO含量4～5wt％，炉渣碱度R＝2.5～3.0；
脱磷期温度从1520℃开始，以3℃/min～4℃/min的速度升至1580℃，当钢样的成分满足碳＞0.35wt％、磷＜0.030wt％时，进入吹碳升温期，否则，延长脱磷操作，进行二次脱磷；
吹碳升温期温度从1580℃开始，以7℃/min～10℃/min的速度升至1650℃，吹碳升温期一开始即向Consteel电炉中添加渣料II，渣料II也由白云石和石灰组成，利用渣料II对电炉冶炼过程脱磷率进行影响，使吹碳升温期目标渣系的成分为：FeO含量15～20wt％，MgO含量4～5wt％，炉渣碱度R＝3.0～3.5。
前述的能缩短Consteel电炉冶炼周期的冶炼方法，其特征在于，在化渣期，根据上炉出钢温度，事先将Consteel电炉的炉内温度调整到1600℃。
前述的能缩短Consteel电炉冶炼周期的冶炼方法，其特征在于，在化渣期，提前设置好Consteel电炉的1#氧枪和2#氧枪的供氧模式，使二者以1500Nm3/min～2500Nm3/min的氧气流量向Consteel电炉中供氧。
前述的能缩短Consteel电炉冶炼周期的冶炼方法，其特征在于，渣料I中的白云石和石灰的质量比为8:15，每72t～74t炉料添加800kg白云石和1500kg石灰，白云石分两批次加入，石灰分三批加入。
前述的能缩短Consteel电炉冶炼周期的冶炼方法，其特征在于，在脱磷期，调整Consteel电炉的1#氧枪和2#氧枪的供氧模式，使二者以500Nm3/min～800Nm3/min的氧气流量向Consteel电炉中供氧。
前述的能缩短Consteel电炉冶炼周期的冶炼方法，其特征在于，在吹碳升温期，调整Consteel电炉的1#氧枪和2#氧枪的供氧模式，使二者以800Nm3/mi～2000Nm3/min的氧气流量向Consteel电炉中供氧。
前述的能缩短Consteel电炉冶炼周期的冶炼方法，其特征在于，渣料II中的白云石和石灰的质量比为2～3:5～10，每72t～74t炉料添加200kg～300kg白云石和500kg～1000kg石灰。
前述的能缩短Consteel电炉冶炼周期的冶炼方法，其特征在于，两次所使用的渣料I和渣料II白云石和石灰的总量控制在以下范围内：白云石的总量为1000kg～1100kg，石灰的总量为2000kg～2500kg。
本发明的有益之处在于：
(1)根据Consteel电炉炉料结构、上料特点、炉壁氧枪控制及炉内温度、渣况对钢水成分影响特点，依据早成渣、先脱磷、后脱碳的原则，将整个冶炼过程分为化渣期、脱磷期、吹碳升温期三个阶段，做到了精细化控制，确保了整个冶炼过程不容易出现质量问题；
(2)在冶炼前期(即化渣期)和冶炼后期(即吹碳升温期)，利用不同的渣系成分对电炉冶炼过程脱磷率进行影响，不仅在低温时提高了脱磷能力，而且在高温时又防止了回磷，所以有效提高了Consteel电炉冶炼速率，从而缩短了冶炼周期，进而降低了运行成本；
(3)冶炼过程采用阶段式控温，通过氧枪流量来控制炉内的氧化还原反应，把整个冶炼过程的温度按三期冶炼控制，化渣期温度1300℃～1520℃、脱磷期温度1520℃～1580℃、吹碳升温期温度1580℃～1650℃，冶炼开始，利用低温脱磷与氧化脱碳的特性，使吹碳升温期前(即脱磷期结束时)炉内温度控制在1580℃及以下，脱磷完毕后直接进入吹碳升温期进行拉碳出钢，有效的降低了冶炼过程中的各种消耗(包括：灰耗、氧耗、钢铁料单耗)；
(4)在吹碳升温期，氧枪按脱磷保碳的原则进行控制，使得中高碳钢出钢碳提升到了0.10％以上，有效的避免了冶炼终点钢水过氧化，进而降低了后序精炼炉冶炼成本与操作难度。
附图说明
图1是整个冶炼过程炉内温度的控制示意图；
图2是渣碱度R和FeO的含量对Lp的影响图；
图3是炉内温度与磷分配比之间的关系图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。
电炉：110t Consteel电炉。
炉料结构：炉料由铁水和钢铁料(生铁+废钢)组成，铁水和钢铁料的配比见表1。
表1炉料结构
为了解决冶炼终点钢水过氧化的问题，我们根据Consteel电炉炉料结构、上料特点、炉壁氧枪控制及炉内温度、渣况对钢水成分影响特点，依据早成渣、先脱磷、后脱碳的原则，将整个冶炼过程分为三个阶段：化渣期、脱磷期、吹碳升温期。
一、化渣期
根据上炉出钢温度，将Consteel电炉的炉内温度调整到1600℃。
提前设置好Consteel电炉的1#氧枪和2#氧枪的供氧模式，使二者以1500Nm3/min～2500Nm3/min的氧气流量向Consteel电炉中供氧。当炉料中焦炭的配比比较多时，1#氧枪和2#氧枪的氧气流量可以低一些，反之则高一些。以表1中的第一行为例，焦炭的用量分别是1t、0.8t、0.5t、0.3t、0.03t、0t，1#氧枪和2#氧枪的氧气流量对应的可以设定为1500Nm3/min、1500Nm3/min、2000Nm3/min、2000Nm3/min、2500Nm3/min、2500Nm3/min。
兑铁结束后，向Consteel电炉中进料，在脱P期前使料进完。起枪即进入化渣期，在化渣期，以7℃/min～10℃/min的速度将Consteel电炉的炉内温度升至1520℃，当炉内温度达到1450℃时，向Consteel电炉中添加渣料I，利用渣料I对电炉冶炼过程脱磷率进行影响，使脱磷期目标渣系成分为：FeO含量≤25wt％，MgO含量4～5wt％，炉渣碱度R＝2.5～3.0。
渣料I的组成及用量见表2。
表2渣料I的组成及用量
组成 白云石 石灰
加入量/kg 800 1500
其中，白云石分两批次加入，每批次400kg，总用时为5min；石灰分三批加入，每批加入量为300kg～800kg，总用时也为5min。
二、脱磷期
当Consteel电炉的炉内温度升至1520℃时，化渣期结束，脱磷期开始。
调整Consteel电炉的1#氧枪和2#氧枪的供氧模式，降低氧气流量，使二者以500Nm3/min～800Nm3/min的氧气流量向Consteel电炉中供氧。
以3℃/min～4℃/min的速度将Consteel电炉的炉内温度从1520℃升至1580℃。
脱磷期结束时，钢样(即电炉第一个样子)的成分需满足碳＞0.35wt％、磷＜0.030wt％，当钢样的成分满足上述要求时，则进入吹碳升温期，准备升温出钢，当钢样的成分不满足上述要求时，则需延长脱磷操作，进行二次脱磷。
三、吹碳升温期
当Consteel电炉的炉内温度升至1580℃时，脱磷期结束，吹碳升温期开始。
按脱磷保碳的原则，调整Consteel电炉的1#氧枪和2#氧枪的供氧模式，提高氧气流量，使二者以800Nm3/mi～2000Nm3/min的氧气流量向Consteel电炉中供氧。与化渣期一样，当炉料中焦炭的配比比较多时，1#氧枪和2#氧枪的氧气流量可以低一些，反之则高一些。经试验，在吹碳升温期使1#氧枪和2#氧枪以800～2000Nm3/min的氧气流量向Consteel电炉中供氧时，可以有效防止钢水过氧化，将中高碳钢出钢碳提升到了0.10％以上。
向Consteel电炉中添加渣料II，利用渣料II对电炉冶炼过程脱磷率进行影响，使吹碳升温期目标渣系的成分为：FeO含量15～20wt％，MgO含量4～5wt％，炉渣碱度R＝3.0～3.5。
渣料II的组成及用量见表3。
表3渣料II的组成及用量
组成 白云石 石灰
加入量/kg 200～300 500～1000
在化渣期使用渣料I，在吹碳升温期使用渣料II，两次所使用的渣料白云石和石灰的总量应控制在以下范围内：
白云石的总量为1000kg～1100kg，石灰的总量为2000kg～2500kg。
以7℃/min～10℃/min的速度将Consteel电炉的炉内温度从1580℃升至1650℃。
当Consteel电炉的炉内温度达到1650℃，并且目标渣系的成分满足FeO含量15～20wt％、MgO含量4～5wt％、炉渣碱度R＝3.0～3.5时，吹碳升温期结束，即Consteel电炉的冶炼过程结束，之后即可进行后序的精炼炉冶炼。
自2019年2月开始截止目前，我们采用本发明提供的冶炼方法(记为实施后)，用110t Consteel电炉冶炼了约3000炉特殊钢，经统计，冶炼周期、各项消耗、出钢情况以及炉壳寿命等，与背景技术中提及的传统Consteel电炉冶炼法(记为实施前)相比，都有了显著的改善，具体如下：
表4冶炼结果比较
由上表可知，采用本发明提供的冶炼方法来冶炼特殊钢时：
(1)冶炼周期由原来的一炉58min缩短到了一炉52min，每炉缩短了6min，一天至少可以多出两炉，大大降低了Consteel电炉的运行成本；
(2)灰耗、氧耗、钢铁料单耗都降低，从而大大降低了钢铁的冶炼成本；
(3)到精炼炉的成分合格率和渣况合格率都提高了，出钢温度合格率与实施前持平，Consteel电炉的冶炼质量得到了提升；
(4)炉壳寿命是原来的近3倍，极大的提高了经济效益。
在确定本发明提供的上述冶炼方法之前，我们做了大量的关于脱磷、脱碳和冶炼温度的研究和试验。
想要提高炉渣的脱磷能力，就必须提升炉渣中的CaO和FeO的活度。炉渣中的CaO的活度增大，不仅有利于脱磷，而且由于Ca2+是真正能与PO4 3-稳定缔合的离子，使PO4 3-能稳定的存在于炉渣中，所以可以防止回磷。炉渣中的FeO的活度增大，不仅可以将钢液中的磷氧化成P2O5，而且还能加快石灰的溶解，同时还能促进炉渣流动性的改善。
在本发明中，我们采用双渣法进行脱磷，即在冶炼前期(即化渣期)和冶炼后期(即吹碳升温期)，利用不同的渣系成分对电炉冶炼过程脱磷率进行影响。为有效的控制炉内脱磷反应，需对不同渣碱度R(R＝CaO/SiO2)、FeO含量进行系统的研究，为此，我们在现场实际跟踪取样300多炉次，分析了电炉冶炼过程渣碱度R、FeO含量对脱磷分配比Lp(Lp可以显示炉渣脱磷能力的高低)的影响，其中，渣碱度R和FeO的含量对Lp的影响见图2，根据分析的结果，我们才最终确定了如下的双渣法：
(1)冶炼前期(化渣期)：当炉内温度达到1450℃时，加入1500kg石灰、800kg白云石，进行提前化渣操作，进入脱磷期时做到早成渣快脱磷P，将渣碱度R控制在2.5～3.0，FeO含量控制在25wt％之内。
(2)冶炼后期(吹碳升温期)：当温度达到1580℃时，放出炉内部分高磷渣，加入500～1000kg石灰和200～300kg白云石，将碱度R控制在3.0～3.5，FeO含量为15wt％～20wt％(冶炼后期，低FeO含量、高碱度能有效防止渣中P2O5分解进入钢中)。
我们提出的双渣法，在高效脱磷的同时又防止了回磷，所以可以有效提高Consteel电炉冶炼速率，从而缩短冶炼周期，进而降低运行成本。
为系统的控制冶炼过程不同温度下脱碳、脱磷反应，需对不同温度炉内氧化脱碳和还原脱碳及温度与渣中磷的关系进行分析。
(1)氧化脱碳
为得出电炉冶炼过程氧化脱碳的反应机理，我们研究了冶炼过程中供氧强度对脱碳速率的影响，研究结果见表5。
表5供氧强度与脱碳率的关系
由上表内容可知：
(a)炉内温度越低，吹碳速率越低；
(b)当1#氧枪、2#氧枪以2500Nm3/min的氧气流量供氧、炉内温度原始温度T1为1574℃时，脱碳速率为0.05％/min，当1#氧枪、2#氧枪以2500Nm3/min的氧气流量供氧、炉内温度T1为1523℃时，脱碳速率为0.011％/min，表明温度对脱碳速率有极大的影响。
综上，在化渣期，只有避免炉内出现高温现象(炉内温度＜1575℃)，才能进行有效的防止氧化脱碳反应的发生。
(2)还原脱碳
当炉内钢水过氧化严重时，冶炼前期就会发生碳还原FeO的反应，造成脱碳的同时还伴有溢渣现象，使得炉渣不能达到脱磷渣系要求。
为防止冶炼过程发生碳还原反应，我们研究了冶炼过程渣中FeO含量与脱碳速率的关系，研究结果见表6。
表6渣中FeO含量与脱碳率的关系
冶炼过程中，熔渣碱度R与渣中FeO含量的控制：
当温度在1520℃～1580℃时，炉渣碱度R控制在2.5～3.0，渣中FeO含量控制在20％～25％；
当温度在1580℃～1650℃时，炉渣碱度R控制在3.0～3.5，渣中FeO含量控制在15％～20％。
由上表可知：电炉冶炼过程中，碳与FeO的还原反应在低温下就可以进行，当FeO含量＞20％时，反应速率加快，即降低电炉终渣FeO含量能有效的减少冶炼前期碳还原反应的发生。
(3)温度与渣中磷的关系
脱磷是强放热反应，较低的熔炼温度有利于钢液脱磷，温度过高会抑制脱磷反应的进行；但是温度过低，不利于炉内石灰的熔化，影响熔渣的流动性。一般认为，脱磷反应要考虑“三高一低”，即大渣量、高FeO、高碱度和低温，同时考虑炉内渣的熔化及流动性。
为了研究温度与渣中磷的关系，我们探查了炉内温度与磷分配比之间的关系，探查结果见图3。
基于图3，我们把整个冶炼过程的温度按三期冶炼控制，参照图1：
(a)化渣期：温度控制在1300℃～1520℃；
(b)脱磷期：温度控制在1520℃～1580℃(1520℃～1550℃为低温脱磷期，也是脱磷效果最佳期)；
(c)吹碳升温期：温度控制在1580℃～1650℃。
需要说明的是，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种能缩短Consteel电炉冶炼周期的冶炼方法，其特征在于，将整个冶炼过程依次分为化渣期、脱磷期、吹碳升温期三个阶段，采用阶段式控温，并且在化渣期和吹碳升温期利用不同的渣系成分对电炉冶炼过程脱磷率进行影响，其中：
化渣期温度从1300℃开始，以7℃/min～10℃/min的速度升至1520℃，当炉内温度达到1450℃时，向Consteel电炉中添加渣料I，渣料I由白云石和石灰组成，利用渣料I对电炉冶炼过程脱磷率进行影响，使脱磷期目标渣系成分为：FeO含量≤25wt％，MgO含量4～5wt％，炉渣碱度R＝2.5～3.0；
脱磷期温度从1520℃开始，以3℃/min～4℃/min的速度升至1580℃，当钢样的成分满足碳＞0.35wt％、磷＜0.030wt％时，进入吹碳升温期，否则，延长脱磷操作，进行二次脱磷；
吹碳升温期温度从1580℃开始，以7℃/min～10℃/min的速度升至1650℃，吹碳升温期一开始即向Consteel电炉中添加渣料II，渣料II也由白云石和石灰组成，利用渣料II对电炉冶炼过程脱磷率进行影响，使吹碳升温期目标渣系的成分为：FeO含量15～20wt％，MgO含量4～5wt％，炉渣碱度R＝3.0～3.5。
2.根据权利要求1所述的能缩短Consteel电炉冶炼周期的冶炼方法，其特征在于，在化渣期，根据上炉出钢温度，事先将Consteel电炉的炉内温度调整到1600℃。
3.根据权利要求1所述的能缩短Consteel电炉冶炼周期的冶炼方法，其特征在于，在化渣期，提前设置好Consteel电炉的1#氧枪和2#氧枪的供氧模式，使二者以1500Nm3/min～2500Nm3/min的氧气流量向Consteel电炉中供氧。
4.根据权利要求1所述的能缩短Consteel电炉冶炼周期的冶炼方法，其特征在于，渣料I中的白云石和石灰的质量比为8:15，每72t～74t炉料添加800kg白云石和1500kg石灰,白云石分两批次加入，石灰分三批加入。
5.根据权利要求1所述的能缩短Consteel电炉冶炼周期的冶炼方法，其特征在于，在脱磷期，调整Consteel电炉的1#氧枪和2#氧枪的供氧模式，使二者以500Nm3/min～800Nm3/min的氧气流量向Consteel电炉中供氧。
6.根据权利要求1所述的能缩短Consteel电炉冶炼周期的冶炼方法，其特征在于，在吹碳升温期，调整Consteel电炉的1#氧枪和2#氧枪的供氧模式，使二者以800Nm3/mi～2000Nm3/min的氧气流量向Consteel电炉中供氧。
7.根据权利要求1所述的能缩短Consteel电炉冶炼周期的冶炼方法，其特征在于，渣料II中的白云石和石灰的质量比为2～3:5～10，每72t～74t炉料添加200kg～300kg白云石和500kg～1000kg石灰。
8.根据权利要求1所述的能缩短Consteel电炉冶炼周期的冶炼方法，其特征在于，两次所使用的渣料I和渣料II白云石和石灰的总量控制在以下范围内：白云石的总量为1000kg～1100kg，石灰的总量为2000kg～2500kg。
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