CN112609034A - 一种转炉后期低温出钢高效脱磷的方法 - Google Patents

一种转炉后期低温出钢高效脱磷的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种转炉后期低温出钢高效脱磷的方法，包括，吹炼前期采用高枪位‑大氧气流量使渣中Si、Mn和部分铁氧化；随着吹氧继续，碳氧发生化学反应生成的CO气体使得前期渣容易冒出，提高枪位且降低氧气流量；在吹炼中期降低枪位；在冶炼中后期提高枪位进行调渣，并分多批次加入一部分烧结矿，炉渣的脱磷效果较好的同时，具有较好的热力学与动力学条件；然后下副枪进行TSC，在冶炼后期，终点TSO温度控制在1590℃～1620℃。本发明提出转炉终点低温出钢条件下炉内高效脱磷生产工艺，通过降低出钢终点温度，提高转炉冶炼后期磷在渣‑钢间的分配比，从而提高冶炼后期脱磷效率。

Description

一种转炉后期低温出钢高效脱磷的方法
技术领域
本发明属于钢铁生产制造技术领域，具体涉及到一种转炉后期低温出钢高效脱磷的方法。
背景技术
炼钢脱磷反应主要是发生在钢-渣界面处，通过增大碱度、提高温度和加大熔池搅拌能力(顶底复吹效果)均可以增大脱磷反应物和生成物在钢渣界面处的扩散系数，加大转炉脱磷速度。
目前，国内现有转炉脱磷工艺主要是在冶炼前期脱磷，其操作要点主要是通过采用低入炉废钢比，冶炼前期采用高枪位-大供氧强度来使熔池快速升温，促进石灰溶解，获得流动性良好的高碱度高氧化性脱磷渣；冶炼后期通过提枪调渣，减少后期炉渣返干对钢水回磷影响。传统脱磷工艺要求前期化渣好、后期调渣理想，需要加入大量的原辅料(如萤石和生白云石)来调整炉渣的流动性和维护炉况。
以热力学与动力学为基础建立起的传统转炉炼钢脱磷工艺吨钢生产消耗石灰40～60kg、轻烧白云石12～20kg，并产生炉渣90～120kg，且炉渣中含FeOx量14～25％，不仅造成大量生产资源和能源消耗，还产生大量含铁固体废弃物排放。
发明内容
本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
鉴于上述和/或现有技术中存在的问题，提出了本发明。
因此，本发明的目的是，克服现有技术中的不足，提供一种转炉后期低温出钢高效脱磷的方法。
为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：一种转炉后期低温出钢高效脱磷的方法，包括，吹炼前期采用高枪位-大氧气流量使渣中Si、Mn和部分铁氧化，随着温度的逐步上升，分批次加入的石灰逐渐溶解，渣中w(CaO)不断上升，炉渣达到较好的脱磷热力学条件；随着吹氧继续，碳氧发生化学反应生成的CO气体使得前期渣容易冒出，提高枪位且降低氧气流量；在吹炼中期降低枪位，使得碳氧反应剧烈发生，烟气中CO浓度上升，渣中w(FeO)逐步下降；在冶炼中后期提高枪位进行调渣，并分多批次加入一部分烧结矿：烧结矿加入总量根据转炉热平衡计算，单次烧结矿加入量150～350kg，提高渣中的w(FeO)，炉渣的脱磷效果较好的同时，具有较好的热力学与动力学条件：高碱度2.4～2.8、渣中TFe在12～15％范围内；然后下副枪进行TSC，在冶炼后期，采用大氧气流量和低枪位进行吹炼，回收熔渣中的部分FeOx，减少冶炼吹损，并根据转炉动态模型计算和现场火焰情况适时提升氧枪，终点TSO温度控制在1590℃～1620℃；其中，控制目标渣中n(CaO)/n(SiO2)在2.5。
作为本发明所述转炉后期低温出钢高效脱磷的方法的一种优选方案，其中：所述吹炼前期采用高枪位-大氧气流量使渣中Si、Mn和部分铁氧化，其中，吹炼前期高枪位为170～190cm，大氧气流量为500～600Nm3/h。
作为本发明所述转炉后期低温出钢高效脱磷的方法的一种优选方案，其中：所述吹炼前期高枪位为180cm，大氧气流量为540Nm3/h。
作为本发明所述转炉后期低温出钢高效脱磷的方法的一种优选方案，其中：所述碳氧发生化学反应生成的CO气体使得前期渣容易冒出，提高枪位且降低氧气流量，其中，枪位为170～180cm，氧气流量为450～500Nm3/h。
作为本发明所述转炉后期低温出钢高效脱磷的方法的一种优选方案，其中：所述枪位为175cm，氧气流量为490Nm3/h。
作为本发明所述转炉后期低温出钢高效脱磷的方法的一种优选方案，其中：所述在吹炼中期降低枪位，其中，枪位为160～175cm。
作为本发明所述转炉后期低温出钢高效脱磷的方法的一种优选方案，其中：所述在冶炼后期，采用大氧气流量和低枪位进行吹炼，其中，氧气流量为540～580Nm3/h，低枪位为140～155cm。
作为本发明所述转炉后期低温出钢高效脱磷的方法的一种优选方案，其中：所述氧气流量为560Nm3/h，低枪位为150cm。
作为本发明所述转炉后期低温出钢高效脱磷的方法的一种优选方案，其中：所述转炉终点脱磷钢中磷含量低于0.020％。
本发明有益效果：
(1)本发明围绕国内某钢厂现场转炉炼钢生产工艺，以降低钢铁料消耗、原辅料消耗为目的，通过增加入炉含铁冷料比，降低转炉冶炼终点出钢温度，通过冶炼后期调渣，提出了留渣单渣法转炉炉内高效脱磷冶炼生产工艺。
(2)本发明提供转炉终点低温出钢条件下炉内高效脱磷生产工艺，通过降低出钢终点温度，提高转炉冶炼后期磷在渣-钢间的分配比，从而提高冶炼后期脱磷效率。
(3)本发明转炉后期低温高效脱磷工艺，通过大幅度提高转炉入炉冷料比(废钢比20％以上)，后期调渣分批次加入适量烧结矿，使转炉整体冶炼温度保持在较低水平，后期调渣后压低枪位回收渣中TFe，降低转炉含铁料吹损。炉渣碱度控制在2.4～2.8，炉渣中TFe控制在12～15％，出钢温度控制在1590℃～1620℃。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
图1为本发明实施中低温出钢转炉炉内高效脱磷工艺图。
图2为本发明实施中转炉冶炼后期渣-钢磷分配比图。
图3为本发明实施中磷分配比随出钢温度的变化图。
图4为本发明实施中渣样的X射线衍射谱图。
图5为本发明实施中转炉终点脱磷渣样电镜图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
实施例1
转炉公称容量为150t，装入量按135t铁水+35t废钢加入，吨钢铁水耗为890kg/t，其中铁水磷含量为0.120％。
吹炼前期采用180cm高枪位-540Nm3/h大氧气流量使渣中Si、Mn和部分铁氧化，随着温度的逐步上升，分批次加入的石灰(4800kg，吨钢34kg/t)逐渐溶解，渣中w(CaO)不断上升，此时炉渣具有较好的脱磷热力学条件，但前期加入冷料较多(废钢、石灰、轻烧白云石等)，炉渣温度低，熔渣流动性差，脱磷效率低。
随着吹氧继续，碳氧发生化学反应生成的CO气体使得前期渣容易冒出，此时应提高枪位至175cm且降低氧气流量至490Nm3/h。
在吹炼中期适当降低枪位至165cm(160～175cm)，使得碳氧反应剧烈发生，烟气中CO浓度上升，渣中w(FeO)逐步下降。在冶炼中后期提高枪位进行调渣，并分多批次加入一部分烧结矿(烧结矿加入总量根据转炉热平衡计算，单次烧结矿加入量150～350kg)，提高渣中的w(FeO)，此时使得炉渣的脱磷同时具有较好的热力学与动力学条件：高碱度2.5、高氧化性(渣中TFe在13.2％范围内)、合适的温度和流动性较好的炉渣。
然后下副枪进行TSC，在冶炼后期，采用大氧气流量(560Nm3/h)和低枪位(150cm)进行吹炼，回收熔渣中的部分FeOx，减少冶炼吹损，并根据转炉动态模型计算和现场火焰情况适时提升氧枪，终点TSO温度控制在1590℃～1620℃左右，终点磷控制在0.018％。
本发明实施例中低温出钢转炉炉内高效脱磷工艺，见图1。
转炉终渣控制范围如下表1所示，碱度控制在2.4～2.8范围内，降低渣中TFe含量至12～15％，提高渣中固磷相比例。由于转炉整体冶炼过程温度降低，维护炉况压力降低，生白云石或轻烧白云石可适量降低至4～8％，通过调整转炉出钢倒渣后溅渣模型即可。
表1转炉终点渣样成分，/％(质量百分比)
Figure BDA0002802600490000041
转炉冶炼后期渣-钢磷分配比图，如图2所示，可以看出，降低出钢温度后，得益于转炉后期良好的热力学与动力学条件，TSC阶段到TSO阶段仍然有大量磷氧化进入渣中，提高渣-钢种的磷分配比。图4为本发明实施中渣样的X射线衍射谱图。
物料消耗低。在转炉造渣基础上，调整终点留渣量、冶炼枪位和供氧强度，降低转炉终点出钢温度，通过降低生白加入量和增加石灰石和烧结矿加入量，充分利用转炉富余热量，实现转炉冶炼过程热量平衡，同时能降低溶剂消耗成本。降低生白云石加入量，白云石消耗仅为6.73kg/t，根据转炉液面高度，适时调整转炉终点留渣量和溅渣护炉模型即可，转炉炉龄大幅度提升。后期炉渣具备合适的脱磷热力学与动力学条件，且固磷相比例多，高炉铁水直入转炉条件下，石灰消耗仅为32kg/t。
钢铁料消耗低((入炉铁水量+废钢量)/合格铸坯量)。采用LF钢包炉精炼替代铁水预处理脱硫，铁水直入转炉工艺降低了铁水预处理扒渣时温度下降和含铁料的流失。出钢温度要求低，钢水终点过氧化的可能性大大降低。转炉后期高枪位调渣脱磷后，控制终点压枪时间(低枪位大流量吹炼时间>25s)，还原渣中FeOx，终点渣中TFe仅为12～15％，降低转炉含铁料吹损，生产一般钢种的钢铁料消耗量仅为1065kg/t，远优于国内平均水平。
钢水可浇性高。传统转炉高温出钢-加铝吹氩-连铸工艺生产的钢水可浇性差，主要因为过氧钢水加铝脱氧后，镇静时间不够，细小Al2O3夹杂未完全上浮，连铸浇铸过程中细小Al2O3易堵塞水口通道。而低温出钢的钢水采用LF钢包炉精炼综合脱氧后，Al2O3夹杂上浮完全，钢水纯净度高，连铸可浇性好，铸坯质量高，且生产组织容易。
实施例2
本转炉后期低温高效脱磷工艺操作工艺应用在不同转炉入炉钢铁料比例下(铁水量/废钢)，过程枪位和氧气流量控制以前期不冒渣、中期碳氧反应稳定(CO煤气值稳定上升)和后期不冒渣不返干为原则。
烧结矿加入量按照入炉热平衡和终点温度控制要求加入，并实时调整枪位和氧气流量来改善化渣，具体脱磷实例关键过程参数如下：
表2转炉低温冶炼高效脱磷过程参数
Figure BDA0002802600490000051
Figure BDA0002802600490000061
表3转炉终点渣样成分(质量百分比)
Figure BDA0002802600490000062
如图4所示，终点渣相主要有Fe0.957O，2CaO·SiO2，3CaO·Al2O3和15CaO·6SiO2·P2O5，其中P2O5主要在C5S2(5CaO·2SiO2)中形成物相15CaO·6SiO2·P2O5，其主要衍射峰分别为38.50°，36.30°，55.13°和69.67°，另外存在比较多的C2S相的主要衍射峰分别为37.98°、39.01°和55.09°，控制目标渣中n(CaO)/n(SiO2)在2.5时，可使得固磷相比例增多，脱磷效率升高。
对照例1
对照例为转炉冶炼高温出钢：入炉废钢量少，废钢比(废钢量/(铁水量+废钢量))维持在12～15％，保证能够快速提升前期炉温，促进石灰溶解及化渣，碱度按照2.8控制，150t公称容量的转炉石灰加入量为5400kg左右，充分利用前期脱磷的热力学条件完成铁水绝大部分脱磷任务，此时熔池温度在1450～1550℃左右，冶炼中期碳氧反应促进熔池温度继续上升，后期调渣后压低枪位回收渣中FeO，减少吹损，终点温度控制在1650～1680℃，终点磷控制小于0.025％，渣中FeO>16％。存在的问题是为保证前期化渣脱磷，入炉铁水比大，热量足，中后期碳氧反应后熔池温度高位运行，严重恶化炉况、辅料消耗(石灰、生白等)、终点控制，生产成本大幅提升。
低温冶炼条件下，如何继续保持转炉热平衡，发明人发现影响因素包括：铁水量、废钢量、铁水硅含量、烧结矿等含铁冷料，并提出应对措施：通过优化转炉热平衡模型，保持入炉含铁料重量、成分稳定，使出钢钢水在低温水平下能够继续保持稳定；同时，发明人进一步研究发现，转炉冶炼中后期调渣脱磷过程中，加入烧结矿过多，也易造成渣稀，容易形成喷溅，提出应对措施：冶炼过程中根据实时火焰情况，调整枪位和氧气流量，避免炉渣稀或返干，影响转炉终点冶炼成分。
随着炼钢厂钢包全程加盖工艺、LF钢包炉精炼工艺的普及，转炉冶炼终点采用低温出钢(1590～1620℃)可以显著减少高温高氧化性炉渣对炉衬侵蚀，利于炉况维护，冶炼后期炉渣具有合适的碱度、氧化性和良好流动性，可以显著提高炉渣的脱磷能力，对于减少入炉原辅料消耗和降低冶炼成本具有重要意义。
本发明通过降低转炉出钢温度，转炉炉内脱磷效率高，降低出钢温度后，得益于转炉后期良好的热力学与动力学条件，TSC阶段到TSO阶段仍然有大量磷氧化进入渣中，提高渣-钢种的磷分配比。本发明物料消耗低，在转炉造渣基础上，调整终点留渣量、冶炼枪位和供氧强度，降低转炉终点出钢温度，通过降低生白加入量和增加石灰石和烧结矿加入量，充分利用转炉富余热量，实现转炉冶炼过程热量平衡，同时能降低溶剂消耗成本。降低生白云石加入量，白云石消耗仅为6.73kg/t，根据转炉液面高度，适时调整转炉终点留渣量和溅渣护炉模型即可，转炉炉龄大幅度提升。后期炉渣具备合适的脱磷热力学与动力学条件，且固磷相比例多，高炉铁水直入转炉条件下，石灰消耗仅为32kg/t。
本发明钢铁料消耗低((入炉铁水量+废钢量)/合格铸坯量)。采用LF钢包炉精炼替代铁水预处理脱硫，铁水直入转炉工艺降低了铁水预处理扒渣时温度下降和含铁料的流失。出钢温度要求低，钢水终点过氧化的可能性大大降低。转炉后期高枪位调渣脱磷后，控制终点压枪时间(低枪位大流量吹炼时间>25s)，还原渣中FeOx，终点渣中TFe仅为12～15％，降低转炉含铁料吹损，生产一般钢种的钢铁料消耗量仅为1065kg/t，远优于国内平均水平。
本发明钢水可浇性高。传统转炉高温出钢-加铝吹氩-连铸工艺生产的钢水可浇性差，主要因为过氧钢水加铝脱氧后，镇静时间不够，细小Al2O3夹杂未完全上浮，连铸浇铸过程中细小Al2O3易堵塞水口通道。而低温出钢的钢水采用LF钢包炉精炼综合脱氧后，Al2O3夹杂上浮完全，钢水纯净度高，连铸可浇性好，铸坯质量高，且生产组织容易。
本发明转炉后期低温高效脱磷工艺，通过大幅度提高转炉入炉冷料比(废钢比20％以上)，后期调渣分批次加入适量烧结矿，使转炉整体冶炼温度保持在较低水平，后期调渣后压低枪位回收渣中TFe，降低转炉含铁料吹损。炉渣碱度控制在2.4～2.8，炉渣中TFe控制在12～15％，出钢温度控制在1590℃～1620℃。
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种转炉后期低温出钢高效脱磷的方法，其特征在于：包括，
吹炼前期采用高枪位-大氧气流量使渣中Si、Mn和部分铁氧化，随着温度的逐步上升，分批次加入的石灰逐渐溶解，渣中w(CaO)不断上升，炉渣达到较好的脱磷热力学条件；
随着吹氧继续，碳氧发生化学反应生成的CO气体使得前期渣容易冒出，提高枪位且降低氧气流量；
在吹炼中期降低枪位，使得碳氧反应剧烈发生，烟气中CO浓度上升，渣中w(FeO)逐步下降；
在冶炼中后期提高枪位进行调渣，并分多批次加入一部分烧结矿：烧结矿加入总量根据转炉热平衡计算，单次烧结矿加入量150～350kg，提高渣中的w(FeO)，炉渣的脱磷效果较好的同时，具有较好的热力学与动力学条件；
然后下副枪进行TSC，在冶炼后期，采用大氧气流量和低枪位进行吹炼，回收熔渣中的部分FeOx，减少冶炼吹损，并根据转炉动态模型计算和现场火焰情况适时提升氧枪，终点TSO温度控制在1590℃～1620℃；其中，控制目标渣中n(CaO)/n(SiO2)在2.5，碱度2.4～2.8、渣中TFe在12～15％范围内。
2.如权利要求1所述转炉后期低温出钢高效脱磷的方法，其特征在于：所述吹炼前期采用高枪位-大氧气流量使渣中Si、Mn和部分铁氧化，其中，吹炼前期高枪位为170～190cm，大氧气流量为500～600Nm3/h。
3.如权利要求2所述转炉后期低温出钢高效脱磷的方法，其特征在于：所述吹炼前期高枪位为180cm，大氧气流量为540Nm3/h。
4.如权利要求1所述转炉后期低温出钢高效脱磷的方法，其特征在于：所述碳氧发生化学反应生成的CO气体使得前期渣容易冒出，提高枪位且降低氧气流量，其中，枪位为170～180cm，氧气流量为450～500Nm3/h。
5.如权利要求4所述转炉后期低温出钢高效脱磷的方法，其特征在于：所述枪位为175cm，氧气流量为490Nm3/h。
6.如权利要求1所述转炉后期低温出钢高效脱磷的方法，其特征在于：所述在吹炼中期降低枪位，其中，枪位为160～175cm。
7.如权利要求1所述转炉后期低温出钢高效脱磷的方法，其特征在于：所述在冶炼后期，采用大氧气流量和低枪位进行吹炼，其中，氧气流量为540～580Nm3/h，低枪位为140～155cm。
8.如权利要求7所述转炉后期低温出钢高效脱磷的方法，其特征在于：所述氧气流量为560Nm3/h，低枪位为150cm。
9.如权利要求1～8中所述转炉后期低温出钢高效脱磷的方法，其特征在于：所述转炉终点脱磷钢中磷含量低于0.020％。
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