CN113186368B

CN113186368B - 一种60吨转炉一次高拉碳法高效冶炼高碳钢的工艺

Info

Publication number: CN113186368B
Application number: CN202110363693.0A
Authority: CN
Inventors: 富志生; 宋宗亮
Original assignee: Gansu Jiu Steel Group Hongxing Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Gansu Jiu Steel Group Hongxing Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2021-04-02
Filing date: 2021-04-02
Publication date: 2022-03-15
Anticipated expiration: 2041-04-02
Also published as: CN113186368A

Abstract

本发明提供了一种60吨转炉一次高拉碳法高效冶炼高碳钢的工艺，在一定供氧强度下，根据入转炉初始碳含量，在供氧11~12min时，钢水碳含量达到0.70~1.10%，基于投弹式转炉出钢检测技术，快速确定最佳投弹定温定碳时机。不需要倒炉测温取样，检测出钢水的温度及钢水碳含量，在检测的碳含量范围内，由简易脱碳模型确定了平均脱碳速度，按照冶炼钢种目标终点碳含量及温度要求，迅速确定一次拉碳提枪时间。本发明实现高碳钢高拉碳一次倒炉出钢，减少倒炉与点吹次数，可缩短冶炼周期5分钟减少温度损失20~30℃；并能从源头上控制氧化物夹杂的生成,减少钢中夹杂物，提高钢的机械性能和疲劳性能。

Description

一种60吨转炉一次高拉碳法高效冶炼高碳钢的工艺

技术领域

本发明涉及转炉炼钢技术领域，特别是提供一种60吨转炉一次高拉碳法高效冶炼高碳钢的工艺。

背景技术

转炉冶炼高碳钢终点控制有两种方法，一种是吹低碳增碳法，一种是高拉碳补吹法，由设备装备水平与工艺条件而定。增碳法是指在吹炼过程中，钢水中碳氧化，去除到与低碳钢冶炼终点碳含量相近时，停止供氧出钢，然后根据所炼钢种成分要求，出钢过程在钢包中大量加入增碳剂。增碳法有脱磷率高，终点碳温命中率高，生产效率高的优点。但由于终点含碳量低，出钢时需要加入大量增碳剂，易出现成分不均、吸收率不稳定，钢水氧化性强，钢中夹杂物含量高，影响钢的质量，增加了后道工序的处理难度。

高拉碳补吹法是在停止吹氧一次倒炉时，钢水中碳含量质量分数高于出钢要求0.20%~0.40％的范围，测温取样后再进行供氧补吹使碳含量达到出钢要求。但由于工艺操作水平的不同及铁水化学成分及温度的波动，高拉碳补吹法经常会出现一次补吹不成功，而进行多次补吹，倒炉2~3次，来达到所炼钢种终点化学成分及温度双命中的要求。由于每补吹一次多倒炉一次就会增加2~3min冶炼时间，且多次倒炉造成钢液中的氧含量升高，温度损失增加，使高拉补吹法的优势减小。如果在转炉停止吹氧时使钢水成分和温度达到出钢要求，倒炉后即可出钢，即一次高拉碳出钢则可有效解决上述问题。

在现有技术中，一次高拉碳在实际操作上困难比较大，而不得不采用高拉碳补吹法保证冶炼的成功，因此转炉临近终点能够精准定碳定温是解决一次高拉碳高效冶炼高碳钢的关键所在。关于转炉终点碳含量及温度的预测可以归结为3种手段，一是副枪接触式检测，设备体积庞大，受空间限制，一些老厂房无法改造安装，无法适用于50~120吨转炉；设备维护费用昂贵，成本较高；采取副枪检测适用于[C]<0.10%范围内的控制有一定的精确度，[C]含量质量分数在0.70%~1.10%范围内，误差很大，不得不采取高拉碳补吹方式。即熔池碳含量在1.0%左右时，提枪停吹检测，再依据检测结果，结合冶炼经验确定补吹氧量及时间，这一过程一般需要3~5min。二是以烟气分析技术为主，但这些方法大多仅限于转炉冶炼低碳钢的工艺。申请号为CN1044197℃99A转炉冶炼在线预测高碳钢碳含量方法，也是基于烟气分析技术的转炉在线预测高碳钢冶炼过程熔池中碳含量方法。三是转炉投弹式出钢自动检测技术，目前也仅限于低碳钢（[C]≤0.10%）的冶炼。

查阅已公开文献材料均未详细报道或公开如何利用转炉投弹式出钢自动检测技术在线预测碳含量质量分数在0.70%~1.10%范围时，高碳钢冶炼过程熔池中碳含量及温度检测技术。在碳含量如此高时即使基于副枪检测或烟气分析技术，在线预测高碳钢冶炼过程熔池中碳含量方法，也存在须建立繁琐的数学模型，在碳高的情况下，预测精度差，导致补吹不成功，多次补吹倒炉的问题。

发明内容

针对上述技术问题，本发明的目的是提供一种60吨转炉一次高拉碳法高效冶炼高碳钢的工艺，该工艺通过建立简易脱碳模型与投弹式转炉出钢检测技术相结合，在转炉停止吹氧时，使钢水成分和温度达到出钢要求，倒炉后即可出钢。

本发明采取以下技术方案：

本发明一种60吨转炉一次高拉碳法高效冶炼高碳钢的工艺，高碳钢碳含量范围0.60~0.90%，磷、硫含量≤0.025%，包括如下步骤：

（1）根据冶炼钢种出钢温度要求，在转炉内装入铁水及废钢；所述废钢为轻型优质废钢，含碳量可忽略不计；所述铁水含碳量ω[C]=3.7~4.2%。

入转炉铁水符合下列要求：0.20%≤Si≤0.60%，P≤0.120%，S≤0.060%，铁水温度1250~1350℃，入转炉废钢质量百分比≤10%。

（2）采用恒压变枪位供氧技术，冶炼过程氧气流量恒定为22500~23500m³/h，转炉基本枪位（0.9m）开吹，向转炉内加入头批料活性石灰、萤石、矿石造渣，吹炼到2min后高枪位（1.2~1.4m）化渣，吹炼3~5min后，倒出部分炉渣提高脱磷效率，炉渣倒出量为炉渣总重量的1/3~1/2；倒渣后低枪位（0.9m）开吹，向转炉内分批加入二批料活性石灰、萤石、矿石，高枪位（1.2~1.4m）化渣，化好渣降到基本枪位（0.9m）。

头批料中活性石灰的加入量330~350Kg/吨钢，萤石的加入量30~50Kg/吨钢、矿石的加入量180~200Kg/吨钢。

二批料中首先加入活性石灰，活性石灰加入量180~200Kg/吨钢；吹炼6~9min后将矿石分2~3批加入，每批矿石加入量50~100Kg/吨钢；吹炼到9~11min后将萤石分2~3批加入，每批萤石加入量8~30Kg/吨钢，利用萤石的重力破坏炉渣过度泡沫化溢渣，同时将炉渣化透。

（3）根据60吨转炉在22500~23500m³/h的供氧强度下的脱碳模型，在供氧时间为11~12min时，转炉内钢水碳含量达到0.70~1.10%，此时平均脱碳速度d[C]=0.0083%/t，再结合初始铁水碳含量快速确定投弹定温定碳时机T₁，T₁=11min+t=11min+ d[C]/0.0083%=（ω[C]-3.7%）/0.0083%s。因此，根据入转炉初始铁水ω[C]，快速确定投弹定温定碳时机，不需要倒炉测温取样。

（4）在上述脱碳模型判断的投弹时机下，由投弹在线监测系统自动投入高碳探头，10秒内检测出钢水的温度及钢水碳含量ω₁[C]，根据简易脱碳模型，平均脱碳速度d[C]=A/t，式中，当钢水碳含量质量分数为0.80~1.10%，A=0.0083%；当钢水碳含量质量分数为0.50~0.80%，A=0.0067%，再结合冶炼钢种目标终点碳含量ω₂[C]，迅速确定一次拉碳提枪时间T₂，T₂= T₁+t= T₁+d[C]/A=T₁+（ω₁[C]- ω₂[C]）/As。其中，目标终点碳含量ω₂[C]为0.45~0.70%；冶炼钢种包括60#、65#、75#、62A、67A、72A、82B高碳钢种。

本发明的有益效果：

本发明基于投弹式转炉出钢检测技术，在保证脱磷效率的前提下，在临近一次高拉碳前投弹定碳定温，不需要倒炉测温取样即可确定补吹及一次拉碳时间，实现高碳钢高拉碳一次倒炉出钢，减少倒炉与点吹次数。通过本发明工艺可缩短冶炼周期5分钟；减少温度损失20~30℃；并能从源头上控制氧化物夹杂的生成,减少钢中夹杂物，提高钢的机械性能和疲劳性能。本发明效率高、成本低、对于60吨不具备机械式副枪或烟气分析等在线检测装备的转炉，采用一次高拉碳高效冶炼高碳钢的工艺具有巨大的现实意义和经济价值。

具体实施方式

下面通过具体实施方式对本发明进一步说明。

（1）铁水脱硫；选择入厂铁水符合下列要求：0.20≤Si≤0.60%, P≤0.100%,S≤0.060%进行脱硫预处理，以氮气为助吹气体，采用脱硫喷枪喷吹钝化石灰粉及镁粒，去除铁水中S杂质元素，铁水预脱硫后，S≤0.010％、温度≥1250℃、带渣量≤1.0％，再通过600T混铁炉混匀铁水成份及均匀温度；

（2）60吨顶吹转炉，以冶炼70#钢为例：向50吨氧气顶吹转炉，加入优质、洁净废钢5.2吨，兑入铁水51.3吨，铁水碳含量为3.98%，禁止加入生铁块、渣钢等其他金属料。

（3）采用恒压变枪位供氧技术，冶炼过程氧气流量恒定为23000m³/h，基本枪位0.9m开吹，加入头批造渣料，活性石灰1800Kg，矿石1000Kg，萤石200Kg，吹炼到2min高枪位（1.3m）化渣，吹炼到3min40s起渣，迅速提枪倒出部分炉渣（倒出总炉渣质量的1/2）；下枪吹氧（枪位0.9m），加入二批料，活性石灰1000Kg，吹炼到6~9min，为防止炉渣返干，矿石分2~3批，每批加入300~500Kg，同时配合高枪位（1.3m）助熔化渣；吹炼到9~11min，将萤石分2~3批，每批50~150Kg，小批量加入，破坏炉渣过度泡沫化，防止喷溅，同时将炉渣化透。

（4）根据铁水初始碳含量，脱碳模型计算确定投弹定碳定温时间T₁=11min+（ω[C]-3.7%）/0.0083%s=11min+（3.98%-3.7%）/0.0083%s=11min+34s=11min34s，启动投弹在线监测系统自动投入高碳探头，10秒内检测出钢水的温度1553℃，钢水碳含量质量分数为0.76%，70#钢冶炼钢种目标终点碳含量为0.60%，代入简易脱碳模型，T₂= T₁+（ω₁[C]- ω₂[C]）/As=11min34s+（0.76%-0.60%）/0.0067%s=11min58s，确定出吹炼到11min58s为一次拉碳时间。

吹炼到11min58s，迅速提枪倒炉，测温1575℃，取样检验，终点成分为：[C]=0.62%，[P]=0.005%，[S]=0.003%，均符合出钢条件。

Claims

1.一种60吨转炉一次高拉碳法高效冶炼高碳钢的工艺，高碳钢碳含量范围0.60~0.90%，磷、硫含量≤0.025%，其特征在于，包括如下步骤：

（1）根据冶炼钢种出钢温度要求，在转炉内装入铁水及废钢；所述废钢为轻型优质废钢，含碳量可忽略不计；所述铁水含碳量ω[C]=3.7~4.2%；

（2）采用恒压变枪位供氧技术，冶炼过程氧气流量恒定为22500~23500m³/h，向转炉内加入头批料活性石灰、萤石、矿石造渣进行第一阶段吹炼，吹炼3~5min后，倒出部分炉渣；然后向转炉内分批加入二批料活性石灰、萤石、矿石进行第二阶段吹炼；

（3）在22500~23500m³/h的供氧强度下建立简易脱碳模型，在供氧时间为11~12min时，转炉内钢水碳含量达到0.70~1.10%，此时平均脱碳速度d[C]=0.0083%/t，再结合初始铁水碳含量快速确定投弹定温定碳时机T₁，T₁=11min+（ω[C]-3.7%）/0.0083%s；

（4）在上述脱碳模型判断的投弹时机下，由投弹在线监测系统自动投入高碳探头，10秒内检测出钢水的温度及钢水碳含量ω₁[C]，根据简易脱碳模型，平均脱碳速度d[C]=A/t，式中，当钢水碳含量质量分数为0.80~1.10%，A=0.0083%；当钢水碳含量质量分数为0.50~0.80%，A=0.0067%，再结合冶炼钢种目标终点碳含量ω₂[C]，迅速确定一次拉碳提枪时间T₂，T₂= T₁+（ω₁[C]- ω₂[C]）/As；目标终点碳含量ω₂[C]为0.45~0.70%。

2.根据权利要求1所述一种60吨转炉一次高拉碳法高效冶炼高碳钢的工艺，其特征在于：步骤（1）中，铁水符合下列要求：0.20%≤Si≤0.60%，P≤0.120%，S≤0.060%，铁水温度1250~1350℃。

3.根据权利要求1所述一种60吨转炉一次高拉碳法高效冶炼高碳钢的工艺，其特征在于：步骤（1）中，废钢质量百分比≤10%。

4.根据权利要求1所述一种60吨转炉一次高拉碳法高效冶炼高碳钢的工艺，其特征在于：步骤（2）中，第一阶段吹炼基本枪位0.9m开吹，吹炼到2min后高枪位1.2m~1.4m化渣；第二阶段吹炼基本枪位0.9m开吹，高枪位1.2~1.4m化渣，化好渣降到基本枪位。

5.根据权利要求1所述一种60吨转炉一次高拉碳法高效冶炼高碳钢的工艺，其特征在于：步骤（2）中，炉渣倒出量为炉渣总重量的1/3~1/2。

6.根据权利要求1所述一种60吨转炉一次高拉碳法高效冶炼高碳钢的工艺，其特征在于：步骤（2）中，头批料中活性石灰的加入量330~350Kg/吨钢，萤石的加入量30~50Kg/吨钢、矿石的加入量180~200Kg/吨钢。

7.根据权利要求1所述一种60吨转炉一次高拉碳法高效冶炼高碳钢的工艺，其特征在于：步骤（2）中，二批料中首先加入活性石灰，活性石灰加入量180~200Kg/吨钢；吹炼6~9min后将矿石分2~3批加入，每批矿石加入量50~100Kg/吨钢；吹炼到9~11min后将萤石分2~3批加入，每批萤石加入量8~30Kg/吨钢。

8.根据权利要求1所述一种60吨转炉一次高拉碳法高效冶炼高碳钢的工艺，其特征在于：步骤（4）中，冶炼钢种包括60#、65#、75#、62A、67A、72A、82B高碳钢种。