CN111411191B - 半钢炼钢转炉炉内锰矿直接合金化的方法 - Google Patents

半钢炼钢转炉炉内锰矿直接合金化的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种半钢炼钢转炉炉内锰矿直接合金化的方法，属于钢铁冶炼技术领域，包括以下步骤：加入造渣材料和锰矿进行一次造渣吹炼，吹炼至碳含量为0.2‑0.4％时倒渣；加入造渣材料和锰矿自还原球进行二次造渣吹炼，吹炼至终点碳含量≤0.06％，钢水温度≥1680℃时出钢；所述锰矿自还原球中MnO的含量≥20wt％，MnO与还原剂的重量比为6：1～2。本发明方法采用双渣冶炼，一次造渣脱磷，二次造渣时加入锰矿自还原球进行锰矿自还原，在低碳、高温下具有较高的脱磷率和锰还原率，锰还原率达到了92％以上。

Description

半钢炼钢转炉炉内锰矿直接合金化的方法
技术领域
本发明属于钢铁冶炼技术领域，具体涉及一种半钢炼钢转炉炉内锰矿直接合金化的方法。
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，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。为此，不少钢铁企业探索采用锰矿直接合金化工艺，以降低转炉合金化成本。
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％。该申请与通用的锰矿合金化工艺一样，对锰矿中TMn要求较高，且通常要求终点钢水碳含量C≥0.08％，终点温度尽可能低，这是因为终点碳过低或者温度过高均会显著降低锰矿中锰的回收率，当终点钢水碳含量降低后，受制于钢水中碳[C]活度以及其传质速率的影响，锰矿炉内还原反应[C]+(MnO)＝[Mn]+CO反应速率显著降低，导致锰回收率偏低。
CN110527786A公开了一种转炉锰矿直接合金化炼钢的方法，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。该申请通过添加提温剂以提高终点钢水锰含量，但是其直接将提温剂加入转炉内会损耗部分提温剂；同时该申请为了保证终点钢水锰含量，也需要要求终点钢水碳含量C≥0.08％，如若其终点钢水碳含量太低，同样会导致锰回收率偏低。
发明内容
本发明要解决的技术问题为：现有锰矿直接合金化工艺中终点碳含量低，终点钢水温度高，锰回收率偏低。
本发明解决上述技术问题的技术方案为：提供了一种半钢炼钢转炉炉内锰矿直接合金化的方法，包括以下步骤：加入造渣材料和锰矿进行一次造渣吹炼，吹炼至碳含量为0.2-0.4％时倒渣；加入造渣材料和锰矿自还原球进行二次造渣吹炼，吹炼至终点碳含量≤0.06％，钢水温度≥1680℃时出钢；所述锰矿自还原球中MnO的含量≥20wt％，MnO与还原剂的重量比为6：1～2。
其中，上述半钢炼钢转炉炉内锰矿直接合金化的方法，所述锰矿自还原球由下述重量配比的原料组成：锰矿粉：还原剂：助熔剂：粘接剂＝8-9.5：0.4-1.5：0.15-0.2：0.1-0.15。
其中，上述半钢炼钢转炉炉内锰矿直接合金化的方法，锰矿自还原球的粒径为15-25mm。
其中，上述半钢炼钢转炉炉内锰矿直接合金化的方法，锰矿自还原球的加入量为8-15kg/t钢。
其中，上述半钢炼钢转炉炉内锰矿直接合金化的方法，一次造渣吹炼时锰矿的加入量为1-3kg/t钢。
其中，上述半钢炼钢转炉炉内锰矿直接合金化的方法，一次造渣吹炼使用的造渣材料为活性石灰、高镁石灰和酸性复合造渣剂；活性石灰的加入量为10-15kg/t钢，高镁石灰的加入量为8-13kg/t钢，酸性复合造渣剂的加入量以控制炉渣碱度在3-4为准。
其中，上述半钢炼钢转炉炉内锰矿直接合金化的方法，一次造渣吹炼时顶吹氧枪的供氧强度为3.0-4.0m3/min·t，底吹氮气的供氮强度为0.04-0.08m3/min·t。
其中，上述半钢炼钢转炉炉内锰矿直接合金化的方法，二次造渣吹炼使用的造渣材料为活性石灰，加入量为1-5kg/t钢。
其中，上述半钢炼钢转炉炉内锰矿直接合金化的方法，二次造渣吹炼时顶吹氧枪的供氧强度为2.0-3.0m3/min·t，底吹氮气的供氮强度为0.1-0.2m3/min·t。
其中，上述半钢炼钢转炉炉内锰矿直接合金化的方法，锰矿自还原球中的还原剂选自无烟煤、焦炭或铝中的一种以上，助熔剂选自萤石粉和/或氧化铝，粘接剂为水玻璃；优选的，还原剂选自无烟煤，助熔剂选自萤石粉。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明方法采用双渣冶炼，一次造渣脱磷，二次造渣时加入锰矿自还原球进行锰矿自还原，在低碳、高温下具有较高的脱磷率和锰还原率，锰还原率达到了92％以上。
具体实施方式
具体的，一种半钢炼钢转炉炉内锰矿直接合金化的方法，包括以下步骤：加入造渣材料和锰矿进行一次造渣吹炼，吹炼至碳含量为0.2-0.4％时倒渣；加入造渣材料和锰矿自还原球进行二次造渣吹炼，吹炼至终点碳含量≤0.06％，钢水温度≥1680℃时出钢；所述锰矿自还原球中MnO的含量≥20wt％，MnO与还原剂的重量比为6：1～2。
本发明采用锰矿自还原球的主要目的是为了打破传统锰矿炉内还原反应式[C]+(MnO)＝[Mn]+CO↑，当终点钢水碳低时钢水碳活度及传质速率降低使得锰回收率偏低的问题，采用本发明提供的锰矿自还原球，在终点钢水碳含量偏低时靠消耗自带的还原剂(碳)进行还原，显著减小了钢水碳对还原率的影响，进而提高锰的还原率。
要求锰矿自还原球中MnO的含量≥20％的主要目的是为了在达到提高终点钢水锰的前提下，尽可能减少自还原球的加入量，如果自还原球中MnO的含量太低，则加入量很大，即影响转炉冶炼，也不经济。
锰矿自还原球中MnO与还原剂的重量比为6：1～2的时候，具有较高的锰还原率且经济；这是因为在该比例范围下能够保证锰矿自还原球中的MnO完全被还原剂还原，且还原剂用量不过量。
锰矿自还原球的加入量过少起不到提高终点钢水锰的作用，加入量过多又会导致炉内温降过大，影响转炉正常冶炼，因此，本发明锰矿自还原球的加入量为8-15kg/t钢。
本发明所用锰矿自还原球的粒径为15-25mm，该粒径能保证还原球加入转炉后处于钢水与钢渣之间，有利于促进锰还原反应的进行。粒径小于15mm会使锰矿自还原球浮在钢渣表面，达不到很好的熔化及反应效果，进而降低锰还原率；粒径大于25mm时，从料仓加入锰矿自还原球会使其穿破钢渣进入钢水中，使锰矿自还原球中的碳进入钢水，达不到还原锰的作用，从而降低锰还原率。
锰矿自还原球的制备：将粒度小于200目的锰矿粉和还原剂、助熔剂与粘接剂按照8-9.5：0.4-1.5：0.15-0.2：0.1-0.15的比例混合、压球并烘干即可。
一次造渣时加入锰矿主要是为了促进前期化渣脱磷，其次增加炉渣中MnO含量，提高锰还原率；如果锰矿的加入量过少，起不到促进化渣脱磷的作用；如果锰矿的加入量过多会导致炉渣过于活跃，易发生喷溅事故。因此，一次造渣时锰矿的加入量为1-3kg/t钢。
二次造渣后降低氧枪供气强度是为了保证出钢温度和碳的同时，尽量降低氧气射流的冲击深度，减少自还原球中还原剂的烧损，提高还原率。
二次造渣后提高底吹供气强度的目的是为了增强还原反应的动力学条件，促进钢-渣间的传质，提高还原率。
本发明所用锰矿按照重量百分比含量各成分含量如下：TMn：26％-40％、TFe：6％-9％、SiO2：12％-19％、CaO：11％-15％、P≤0.050％、S≤0.30％，其余为杂质。
在本发明中，所述活性石灰、高镁石灰和酸性复合造渣剂为本领域在炼钢中所常用的辅料。所述活性石灰主要含有CaO，且以所述活性石灰的总重量为基准，CaO的含量为85-90wt％。所述高镁石灰主要含有MgO和CaO，以所述高镁石灰的总重量为基准，MgO的含量为30-40wt％，CaO的含量为48-55wt％。所述酸性复合造渣剂中SiO2含量为40-70wt％，优选情况下，所述酸性复合造渣剂中SiO2的含量为40-60wt％，铁的氧化物(Fe2O3及FeO)的含量为15-20wt％，CaO的含量为10-15wt％，MgO的含量为3-9wt％，其余为少量杂质。
常用的还原剂、助熔剂、粘接剂均适用于锰矿自还原球，但是从经济和还原效果考虑，采用无烟煤作为还原剂最合适。以下实施例中使用的还原剂均为无烟煤，无烟煤中C含量≥90wt％；助熔剂均为萤石粉；粘接剂均为水玻璃。
下面结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的描述，并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
锰矿自还原球由锰矿粉、无烟煤、助熔剂和粘接剂按照9.33：0.42：0.15：0.1的重量比制成，其中，MnO含量为25％，MnO与无烟煤的重量比为6：1。
某厂120t转炉采用半钢冶炼锰矿炉内直接合金化工艺，半钢磷含量为0.080％，将半钢兑入转炉后，不加废钢，下枪吹氧的同时向炉内加入活性石灰10kg/t钢，高镁石灰13kg/t钢，同时加入锰矿1kg/t钢，并加入酸性复合造渣剂控制炉渣碱度为3，顶吹氧枪供氧强度为3.0m3/min·t；底吹氮气，供氮强度为0.04m3/min·t，吹炼过程通过副枪测量，在终点钢水碳含量为0.20％时倒炉放渣；放渣结束后再次加入活性石灰1kg/t钢，锰矿自还原球8kg/t钢，并降低顶枪供氧强度至2.0m3/min·t，提高底吹供氮强度至0.1m3/min·t，继续吹氧，在终点碳含量达到要求的0.05％，温度为1685℃时停止吹氧，出钢。
通过上述方法在一次倒渣时钢水磷含量仅为0.012％，终点钢水磷含量仅为0.009％，锰矿中锰还原率达到92％。
实施例2
锰矿自还原球由锰矿粉、无烟煤、助熔剂和粘接剂按照8.9：0.75：0.2：0.15的重量比制成，其中，MnO含量为30％，MnO与无烟煤的重量比为6：1.5。
某厂120t转炉采用半钢冶炼锰矿炉内直接合金化工艺，半钢磷含量为0.085％，将半钢兑入转炉后，不加废钢，下枪吹氧的同时向炉内加入活性石灰15kg/t钢，高镁石灰8kg/t钢，同时加入锰矿3kg/t钢，并加入酸性复合造渣剂控制炉渣碱度为4，顶吹氧枪供氧强度为4.0m3/min·t；底吹氮气，供氮强度为0.08m3/min·t，吹炼过程通过副枪测量，在终点钢水碳含量为0.40％时倒炉放渣；放渣结束后再次加入活性石灰5kg/t钢，锰矿自还原球15kg/t钢，并降低顶枪供氧强度至3.0m3/min·t，提高底吹供氮强度至0.2m3/min·t，继续吹氧，在终点碳含量达到要求的0.06％，温度为1686℃时停止吹氧，出钢。
通过上述方法在一次倒渣时钢水磷含量仅为0.013％，终点钢水磷含量仅为0.010％，锰矿中锰还原率达到93％。
实施例3
锰矿自还原球由锰矿粉、无烟煤、助熔剂和粘接剂按照8.38：1.33：0.16：0.13的重量比制成，其中，MnO含量为40％，MnO与无烟煤的重量比为6：2。
某厂120t转炉采用半钢冶炼锰矿炉内直接合金化工艺，半钢磷含量为0.090％，将半钢兑入转炉后，不加废钢，下枪吹氧的同时向炉内加入活性石灰12kg/t钢，高镁石灰10kg/t钢，同时加入锰矿2kg/t钢，并加入酸性复合造渣剂控制炉渣碱度为3.5，顶吹氧枪供氧强度为3.5m3/min·t；底吹氮气，供氮强度为0.06m3/min·t，吹炼过程通过副枪测量，在终点钢水碳含量为0.30％时倒炉放渣；放渣结束后再次加入活性石灰3kg/t钢，锰矿自还原球10kg/t钢，并降低顶枪供氧强度至2.5m3/min·t，提高底吹供氮强度至0.15m3/min·t，继续吹氧，在终点碳含量达到要求的0.04％，温度为1688℃时停止吹氧，出钢。
通过上述方法在一次倒渣时钢水磷含量仅为0.011％，终点钢水磷含量仅为0.008％，锰矿中锰还原率达到93％。
对比例1
某厂120t转炉采用传统的半钢冶炼锰矿炉内直接合金化工艺，半钢磷含量为0.090％，将半钢兑入转炉后，不加废钢，下枪吹氧的同时向炉内加入活性石灰12kg/t钢，高镁石灰10kg/t钢，并加入酸性复合造渣剂控制炉渣碱度为3，吹氧3min后倒炉放渣；放渣结束后再次进行二次造渣，二次造渣的同时加入锰矿10kg/t钢，利用钢水碳进行还原，吹氧至终点碳含量达到要求的0.04％，温度为1688℃时出钢。
通过上述方法在一次倒渣时钢水磷含量仅为0.068％，终点钢水磷含量仅为0.018％，锰矿中锰还原率仅为30％。
对比例2
某厂120t转炉入炉铁水磷含量为0.090％。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/min·t，底吹供气强度为0.15m3/min·t，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/min·t。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/min·t；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/min·t，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为1685℃，终点碳含量为0.05％时停止吹炼，出钢，此时底吹供气强度降低为0.04m3/min·t。
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％；锰矿中锰收得率仅为70％。
对比例3
锰矿自还原球由锰矿粉、无烟煤、助熔剂和粘接剂按照9.45：0.3：0.15：0.1的重量比制成，其中，MnO含量为25％，MnO与无烟煤的重量比为6：0.72。
某厂120t转炉采用半钢冶炼锰矿炉内直接合金化工艺，半钢磷含量为0.080％，将半钢兑入转炉后，不加废钢，下枪吹氧的同时向炉内加入活性石灰10kg/t钢，高镁石灰13kg/t钢，同时加入锰矿1kg/t钢，并加入酸性复合造渣剂控制炉渣碱度为3，顶吹氧枪供氧强度为3.0m3/min·t；底吹氮气，供氮强度为0.04m3/min·t，吹炼过程通过副枪测量，在终点钢水碳含量为0.20％时倒炉放渣；放渣结束后再次加入活性石灰1kg/t钢，锰矿自还原球8kg/t钢，并降低顶枪供氧强度至2.0m3/min·t，提高底吹供氮强度至0.1m3/min·t，继续吹氧，在终点碳含量达到要求的0.05％，温度为1685℃时停止吹氧，出钢。
通过上述方法在一次倒渣时钢水磷含量仅为0.012％，终点钢水磷含量仅为0.009％，锰矿中锰还原率仅为65％。

Claims (7)

1.半钢炼钢转炉炉内锰矿直接合金化的方法，其特征在于，包括以下步骤：加入造渣材料和锰矿进行一次造渣吹炼，吹炼至碳含量为0.2-0.4%时倒渣；一次造渣吹炼时顶吹氧枪的供氧强度为3.0-4.0m3/min•t，底吹氮气的供氮强度为0.04-0.08m3/min•t；
加入造渣材料和锰矿自还原球进行二次造渣吹炼，吹炼至终点碳含量≤0.06%，钢水温度≥1680℃时出钢；二次造渣吹炼时顶吹氧枪的供氧强度为2.0-3.0m3/min•t，底吹氮气的供氮强度为0.1-0.2m3/min•t；
所述锰矿自还原球中MnO的含量≥20wt%，MnO与还原剂的重量比为6：1~2；所述锰矿自还原球由下述重量配比的原料组成：锰矿粉：还原剂：助熔剂：粘接剂 = 8-9.5：0.4-1.5：0.15-0.2：0.1-0.15；锰矿自还原球中的还原剂选自无烟煤、焦炭或铝中的一种以上，助熔剂选自萤石粉和/或氧化铝，粘接剂为水玻璃。
2.根据权利要求1所述半钢炼钢转炉炉内锰矿直接合金化的方法，其特征在于，锰矿自还原球的粒径为15-25mm。
3.根据权利要求1或2所述半钢炼钢转炉炉内锰矿直接合金化的方法，其特征在于，锰矿自还原球的加入量为8-15kg/t钢。
4.根据权利要求1或2所述半钢炼钢转炉炉内锰矿直接合金化的方法，其特征在于，一次造渣吹炼时锰矿的加入量为1-3kg/t钢。
5.根据权利要求1所述半钢炼钢转炉炉内锰矿直接合金化的方法，其特征在于，一次造渣吹炼使用的造渣材料为活性石灰、高镁石灰和酸性复合造渣剂；活性石灰的加入量为10-15kg/t钢，高镁石灰的加入量为8-13kg/t钢，酸性复合造渣剂的加入量以控制炉渣碱度在3-4为准。
6.根据权利要求1所述半钢炼钢转炉炉内锰矿直接合金化的方法，其特征在于，二次造渣吹炼使用的造渣材料为活性石灰，加入量为1-5kg/t钢。
7.根据权利要求1所述半钢炼钢转炉炉内锰矿直接合金化的方法，其特征在于，还原剂选自无烟煤，助熔剂选自萤石粉。
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