CN113215347A - 超高废钢比条件下转炉冶炼低磷钢的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种超高废钢比条件下转炉冶炼低磷钢的方法，是采用130t顶底复吹转炉进行冶炼，一罐到底的铁水周转方式，罐底加入7～8吨废钢，总铁水量112～115t，脱硫后铁水温度为1310～1360℃，硅的质量百分含量为0.3～0.6%，兑入废钢量为38～48t，具体冶炼过程包括：（1）实行留渣操作制度，（2）废钢装入制度，（3）渣料加入与供氧制度，（4）底吹制度，（5）终点控制制度，实现超高废钢比条件下低磷钢的冶炼的；本发明方法是在已有的高废钢比工艺实践基础上，通过转炉冶炼操作、大穿深比氧枪、复吹工艺等的优化，形成完整、有效的控制方法，实现130t转炉高废钢比入炉时，冶炼过程稳定、成本降低、终点可控以及低磷出钢的目的。

Description

超高废钢比条件下转炉冶炼低磷钢的方法
技术领域
本发明涉及钢铁冶金，转炉冶炼技术领域，特别是一种超高废钢比条件下转炉冶炼低磷钢的方法。
背景技术
在当前和可预见未来的数十年间，中国仍将保持世界第一钢材产销大国的地位。同时，由于地质和经济性等原因，在当前及未来一段时间，中国每年都需从国外进口亿t级的铁矿石来满足钢铁行业生存和发展需要。而由于在铁矿石贸易中话语权的缺失，中国钢企每年需为铁矿石涨价付出上千亿美金的代价，且对于铁矿石供应波动的风险抵御能力严重不足。与铁矿石产能总体短缺的现实相反，经过多年高产、高销的积累，中国的废钢供应量呈逐年稳定递增趋势。
根据2019年全国废钢铁学术研讨会中的数据，当前行业内转炉废钢比一般在15～20%的水平，2020年全国废钢资源量约为2.5亿t，按照20%的废钢比，消耗量约为2.0亿t，废钢总体处于供大于求的状态，价格长期明显低于铁水价格。在铁矿石供应仍然受限、高炉铁水成本居高不下、铁矿石供应逐步增加的情况下，在基于转炉炼钢的联合生产中，加大废钢配加比例，开发高废钢比条件下的转炉冶炼控制技术，是减少铁矿石供应影响、降低生产成本、保障行业稳定发展的必然选择。
陈亚团等的文献《低铁耗、高废钢比技术综述和建议》[山东冶金 Vol41（1）]中废钢比的高低主要受限于整个冶炼过程的热量富余程度，研究钢铁行业废钢利用技术发现，就高废钢比实施方式而言，总体分为2个方向和4种类型：2个方向为热量条件创造方向与加入方式拓展方向。而热量条件创造角度又有提高入炉料温度、减少过程温降和其它途径等3种类型。具体来讲，热量创造的方法包括铁水罐加热、废钢预热、合金预热、钢包自动加盖、增热剂技术等，加入方式拓展包括炉料废钢块加入、铁沟废钢块加入、铁水罐废钢块加入、钢包加废钢等。以上单一方法和技术均为可通过技术改造、设备引进等实现的通用技术，但集合实施和实现稳定实施，需要良好的技术集成。目前总体基本将20～25%定义为高废钢比，而25%及以上为超高废钢比。
超高废钢比工艺的核心仍集中于入炉废钢比例（入炉废钢比≥25%）的明显增加，这对转炉冶炼的影响是决定性的，主要体现在几个方面：（1）大量废钢的存在，形成局部相对低温区，炉内温度不均匀，废钢熔化过程受到影响，甚至可能出现出钢时废钢仍未熔化的状况；（2）冶炼初期熔池温度严重偏低，不利于化渣，难以快速、有效脱磷；（3）转炉冶炼过程稳定性严重不足，固态、半固态废钢的存在，使有效熔池深度变小，过程中发生喷溅的概率明显增加；（4）由于温度不均、废钢熔化不完全，基于副枪系统的自动化炼钢受到严重影响，副枪1（TSC）易出现温度偏差、取样成分不准确等问题，对接近冶炼终点的动态调整形成干扰，造成终点副枪2（TSO）碳温目标控制不准确，需人工介入补救、自动炼钢失去意义，转炉冶炼效率将相应明显降低，过程成本反而增加，高废钢比降本目标难以实现。（5）由于总体热平衡的影响，以石灰为主的造渣料加入量受限，熔化速度变慢，终渣二元碱度一般在3.2以内，对脱磷不利。
因此，必须以转炉冶炼过程优化为核心，实现高废钢比条件下的稳定、高效冶炼，以达到总体降本的目标。为了达到转炉内的热平衡，现有文献中提到了一些方法，如专利《一种转炉高废钢比冶炼工艺》（CN20180853321.4）提到，除了一罐到底减少热损失，还在转炉中加入煤块提温，即将煤块作为外来热源，此方法的问题是，煤块的熔化需要时间，对冶炼初期快速成渣有严重不利影响，而初期是脱磷最有利的阶段，这将直接影响终点脱磷率，且煤块中含有较多的S，对钢液S含量控制不利，如果冶炼高品质钢，将增加后续精炼时间和成本。文献《低铁耗、高废钢比技术综述和建议》提及的转炉中用二次燃烧氧枪提高铁水中C二次燃烧率，从而增加热量来源的方法，二次燃烧氧枪在20世纪末期确实得到了深入研究，在提高二次燃烧率、减少氧枪喷头沾枪方面有确定作用，但是，二次燃烧氧枪到目前为止没有全面推广应用，也是由其明显劣势所决定的，一方面，在喷头不同平面较差设置喷孔，在相同供氧强度条件下，总体的射流强度直接下降，对熔池的搅拌能力减弱，不利于冶炼初期超量废钢的快速熔化，且初期渣钢反应速度相应变慢，总体冶炼周期变长，虽然可以增加10%左右的二次燃烧率，但不足以抵消冶炼效率降低带来的不良后果，另一方面，二次燃烧氧枪内部结构复杂，维护频率、成本相对较高，也不符合降本增效的总体目标，加上二次燃烧氧枪对脱磷效果的试验研究较少，在冶炼低磷钢方面推广前景受限。因此，以上两种方法均存在适应性问题，不能在更大范围内推广。
发明内容
本发明的目的就是提供一种超高废钢比条件下转炉冶炼低磷钢的方法，本发明方法是在已有的高废钢比工艺实践基础上，通过转炉冶炼操作、大穿深比氧枪、复吹工艺等的优化，形成完整、有效的控制方法，实现130t转炉高废钢比入炉时，冶炼过程稳定、成本降低、终点可控以及低磷出钢的目的。
本发明的一种超高废钢比条件下转炉冶炼低磷钢的方法，是采用130t顶底复吹转炉进行冶炼，一罐到底的铁水周转方式，罐底加入7～8吨废钢，总铁水量112～115t，脱硫后铁水温度为1310～1360℃（入炉时铁水温度为1300～1350℃），硅的质量百分含量为0.3～0.6%，转炉冶炼过程包括下述步骤：
（1）实行留渣操作制度：上一炉冶炼完成，出钢结束，留总渣量的1/3～1/2，摇正炉体，准备下一炉冶炼；
废钢装入制度：根据冶炼工艺，废钢提前预热至400～500℃，兑入废钢量为38～48t；兑入废钢量具体按下述标准执行：以入炉铁水温度1300℃、铁水硅含量0.3%为基准，兑入废钢基准量为38t，在此基础上，铁水温度每升高10℃，废钢相应增加0.8～1.2t，铁水硅含量每升高0.1%，废钢相应再增加1.5～1.8t；兑入废钢后，炉体摇正一次，即开始炉渣与废钢之间的热交换，有利于废钢快速预热，之后再次倾斜炉口直接兑入铁水；
（3）渣料加入与供氧制度：以自动炼钢模型为基础，渣料采用多批、少量加入的方法，吹炼开始前，根据铁水硅含量和终点脱磷目标，加入石灰1.6～2.5t、轻烧白云石0.6～0.8t，即刻开始1.6～1.7m高枪位冶炼，采用大穿深比氧枪吹炼，供氧强度2.5～3.0Nm3/t·min，之后0.5～2min加入0.5～1.5t轻烧白云石，吹炼至4～5min，脱碳反应开始时，炉内快速起渣，第二次加入1.0～1.5t石灰及0.5～1t的轻烧白云石，枪位调整至1.5m固定值，供氧强度增加至3.2～3.5Nm3/t·min，在冶炼时间6～10min内根据需要分2～3次加入0.2～0.8t的石灰、分2次加入0.2～0.4t的萤石或氧化铁皮，吹炼至780～820s时，供氧强度降至0.8～1.2Nm3/t·min，副枪自动下枪测温取样，温度控制在1530～1560℃之间，副枪提升出炉后，立即恢复供氧强度至3.2～3.5Nm3/t·min的范围，并进入动态控制模式直至吹炼结束，在此时间段内不向炉内加入任何渣料；
（4）底吹制度：按大流量底吹制度进行，保证全程底吹强度≥0.06Nm3/t·min，以强化熔池搅拌和热交换，同时提高钢渣反应效率，利于脱磷；
（5）终点控制制度：在自动炼钢模式下，TSO测量终点温度控制范围为1580～1620℃，C含量范围0.03～0.06%，O含量500～650ppm，CaO/SiO2二元碱度2.8～3.2，在炉渣充分熔化并参与反应的条件下，较低温度有利于脱磷，终点P≤0.01%；避免终点碳温不达标的点吹操作，以稳定钢铁料收得率和生产节奏；
（6）出钢合金化、后续精炼和连铸按高废钢比相应工艺执行。
本发明中，兑入周转铁水罐底的7～8吨废钢，要求废钢颗粒直径不超过40mm。
本发明中所述大穿深比氧枪，具有五孔均匀分布的喷头，13.5°喷孔倾角，马赫数2.05，理论射流对熔池的穿深比＞70%。采用大穿深比氧枪，是由于大量废钢沉于转炉底部，正常60%穿深比的氧枪对废钢存留区的搅拌不够，因此，需要改进氧枪为大穿深比氧枪，促进废钢快速熔化。
本发明通过炉间衔接操作、氧枪喷头结构设计、复吹工艺、终点控制等优化，实现130t转炉超高废钢比（废钢比达到25-30%）入炉，整个炼钢过程的废钢比更是达到28-33%，并且冶炼过程稳定、达到成本下降、终点可控且低磷出钢的目标，并形成标准化的控制方法。
本发明相对现有技术，具有以下有益效果：
（1）有效提高冶炼废钢比，转炉废钢比达到25-30%，整个工艺的废钢比达到28-33%，实现超高废钢比炼钢，大大降低了生产成本；
（2）提高转炉冶炼稳定性，实现超高废钢比条件下低磷钢水的持续生产；
（3）满足低碳发展和资源高效综合利用的国家战略要求，具有极高的经济效益及社会效益。
具体实施方式
为了更好地解释本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明的技术方案进行进一步的说明，下述实施例仅仅是示例性的说明本发明的技术方案，并不以任何形式限制本发明。
实施例1
超高废钢比条件下转炉冶炼低磷钢的方法，是采用130t顶底复吹转炉进行冶炼，一罐到底的铁水周转方式，罐底加入7吨废钢，总铁水量112.5t，脱硫后铁水温度为1310℃（入炉时铁水温度为1300℃)，硅的质量百分含量为0.3%，转炉冶炼过程包括下述步骤：
（1）实行留渣操作制度：上一炉冶炼完成，出钢结束，留总渣量的1/3，摇正炉体，准备下一炉冶炼，
（2）废钢装入制度：根据冶炼工艺，废钢提前预热至400℃，兑入废钢量为38t；兑入废钢后，炉体摇正一次，再次倾斜炉口直接兑入铁水；
（3）渣料加入与供氧制度：以自动炼钢模型为基础，渣料采用多批、少量加入的方法，吹炼开始前，根据铁水硅含量和终点脱磷目标，加入石灰1.6t、轻烧白云石0.6t，即刻开始1.7m高枪位冶炼，采用大穿深比氧枪吹炼，供氧强度2.8Nm3/t·min，之后1min加入0.5t轻烧白云石，吹炼至4min，脱碳反应开始时，炉内快速起渣，第二次加入1.0t石灰及0.5t的轻烧白云石，枪位调整至1.5m固定值，供氧强度增加至3.2Nm3/t·min，在冶炼时间6min、8min时两次各加入0.2t的石灰、加入1次0.2t的萤石，吹炼至780s时，供氧强度降至0.8Nm3/t·min，副枪自动下枪测温取样，温度1530℃，副枪提升出炉后，立即恢复供氧强度至3.5Nm3/t·min的范围，并进入动态控制模式直至吹炼结束，在此时间段内不向炉内加入任何渣料；
（4）底吹制度：按大流量底吹制度进行，保证全程底吹强度≥0.06Nm3/t·min，以强化熔池搅拌和热交换，同时提高钢渣反应效率，利于脱磷；
（5）终点控制制度：在自动炼钢模式下，TSO测量终点温度为1590℃，C含量为0.03%，O含量650ppm，CaO/SiO2二元碱度3.2，终点P含量0.009%；
（6）出钢合金化、后续精炼和连铸按高废钢比相应工艺执行。
本实施例中，兑入周转铁水罐底的7吨废钢，要求废钢颗粒直径不超过40mm。
本实施例中所述大穿深比氧枪，具有五孔均匀分布喷头，13.5°喷孔倾角，马赫数为2.05，理论射流对熔池的穿深比＞70%。
本实施例的转炉冶炼废钢比为25%，整个工艺的废钢比为30%，实现了超高废钢比条件下的低磷钢冶炼。
实施例2
超高废钢比条件下转炉冶炼低磷钢的方法，是采用130t顶底复吹转炉进行冶炼，一罐到底的铁水周转方式，罐底加入8吨废钢，总铁水量112t，脱硫后铁水温度为1360℃（入炉时铁水温度为1350℃），硅的质量百分含量为0.6%，转炉冶炼过程包括下述步骤：
（1）实行留渣操作制度：上一炉冶炼完成，出钢结束，留总渣量的1/2，摇正炉体，准备下一炉冶炼；
（2）废钢装入制度：根据冶炼工艺，废钢提前预热至500℃，兑入废钢量为48t；兑入废钢后，炉体摇正一次，再次倾斜炉口直接兑入铁水；
（3）渣料加入与供氧制度：以自动炼钢模型为基础，渣料采用多批、少量加入的方法，吹炼开始前，根据铁水硅含量和终点脱磷目标，加入石灰2.5t、轻烧白云石0.8t，即刻开始1.65m高枪位冶炼，采用大穿深比氧枪吹炼，供氧强度2.5Nm3/t·min，之后0.5min加入1.5t轻烧白云石，吹炼至5min，脱碳反应开始时，炉内快速起渣，第二次加入1.5t石灰及1t的轻烧白云石，枪位调整至1.5m固定值，供氧强度增加至3.5Nm3/t·min，在冶炼时间7、8min内分2次加入0.8t的石灰、分2次加入0.4t氧化铁皮，吹炼至820s时，供氧强度降至1.2Nm3/t·min，副枪自动下枪测温取样，温度1560℃，副枪提升出炉后，立即恢复供氧强度至3.5Nm3/t·min的范围，并进入动态控制模式直至吹炼结束，在此时间段内不向炉内加入任何渣料；
（4）底吹制度：按大流量底吹制度进行，保证全程底吹强度≥0.06Nm3/t·min，以强化熔池搅拌和热交换，同时提高钢渣反应效率，利于脱磷；
（5）终点控制制度：在自动炼钢模式下，TSO测量终点温度1620℃，C含量0.06%，O含量500ppm，CaO/SiO2二元碱度2.8，终点P含量0.01%.（6）出钢合金化、后续精炼和连铸按高废钢比相应工艺执行。
本实施例中所述大穿深比氧枪，具有五孔均匀分布喷头，13.5°喷孔倾角，马赫数为2.05，理论射流对熔池的穿深比＞70%。
本实施例的转炉冶炼废钢比为30%，整个工艺的废钢比为35%，实现了超高废钢比条件下的低磷钢冶炼。
实施例3
超高废钢比条件下转炉冶炼低磷钢的方法，是采用130t顶底复吹转炉进行冶炼，一罐到底的铁水周转方式，罐底加入7.5吨废钢，总铁水量115t，脱硫后铁水温度为1330℃（入炉时铁水温度为1325℃），硅的质量百分含量为0.55%，转炉冶炼过程包括下述步骤：
（1）实行留渣操作制度：上一炉冶炼完成，出钢结束，留总渣量的1/2，摇正炉体，准备下一炉冶炼，
（2）废钢装入制度：根据冶炼工艺，废钢提前预热至450℃，兑入废钢量为45t；兑入废钢后，炉体摇正一次，再次倾斜炉口直接兑入铁水；
（3）渣料加入与供氧制度：以自动炼钢模型为基础，渣料采用多批、少量加入的方法，吹炼开始前，根据铁水硅含量和终点脱磷目标，加入石灰2.2t、轻烧白云石0.75t，即刻开始1.6m高枪位冶炼，采用大穿深比氧枪吹炼，供氧强度3.0Nm3/t·min，之后2min加入1.2t轻烧白云石，吹炼至4.5min，脱碳反应开始时，炉内快速起渣，第二次加入1.2t石灰及0.8t的轻烧白云石，枪位调整至1.5m固定值，供氧强度增加至3.3Nm3/t·min，在冶炼时间9、10min内根据需要分2次加入共计0.8t的石灰、分2次加入0.3t的萤石或氧化铁皮，吹炼至800s时，供氧强度降至1.1Nm3/t·min，副枪自动下枪测温取样，温度为1554℃，副枪提升出炉后，立即恢复供氧强度至3.3Nm3/t·min的范围，并进入动态控制模式直至吹炼结束，在此时间段内不向炉内加入任何渣料；
（4）底吹制度：按大流量底吹制度进行，保证全程底吹强度≥0.06Nm3/t·min，以强化熔池搅拌和热交换，同时提高钢渣反应效率，利于脱磷；
（5）终点控制制度：在自动炼钢模式下，TSO测量终点温度为1610℃，C含量范围0.05%，O含量540ppm，CaO/SiO2二元碱度3.1，终点P含量0.007%；（6）出钢合金化、后续精炼和连铸按高废钢比相应工艺执行。
本实施例的转炉冶炼废钢比为27%，整个工艺的废钢比为31%，实现了超高废钢比条件下的低磷钢冶炼。
实施例4
超高废钢比条件下转炉冶炼低磷钢的方法，是采用130t顶底复吹转炉进行冶炼，一罐到底的铁水周转方式，罐底加入7.2吨废钢，总铁水量114t，脱硫后铁水温度为1350℃（入炉时铁水温度为1340℃），硅的质量百分含量为0.52%，转炉冶炼过程包括下述步骤：
（1）实行留渣操作制度：上一炉冶炼完成，出钢结束，留总渣量的2/5，摇正炉体，准备下一炉冶炼，
（2）废钢装入制度：根据冶炼工艺，废钢提前预热至470℃，兑入废钢量为46.6t；兑入废钢后，炉体摇正一次，再次倾斜炉口直接兑入铁水；
（3）渣料加入与供氧制度：以自动炼钢模型为基础，渣料采用多批、少量加入的方法，吹炼开始前，根据铁水硅含量和终点脱磷目标，加入石灰1.7t、轻烧白云石0.6t，即刻开始1.65m高枪位冶炼，采用大穿深比氧枪吹炼，供氧强度2.6Nm3/t·min，之后0.5min加入0.6t轻烧白云石，吹炼至4min，脱碳反应开始时，炉内快速起渣，第二次加入1.1t石灰及0.6t的轻烧白云石，枪位调整至1.5m固定值，供氧强度增加至3.3Nm3/t·min，在冶炼时间6、7min2次加入0.5t的石灰、分2次加入0.2t的萤石吹炼至785s时，供氧强度降至0.8Nm3/t·min，副枪自动下枪测温取样，温度1533℃，副枪提升出炉后，立即恢复供氧强度至3.3Nm3/t·min的范围，并进入动态控制模式直至吹炼结束，在此时间段内不向炉内加入任何渣料；
（4）底吹制度：按大流量底吹制度进行，保证全程底吹强度≥0.06Nm3/t·min，以强化熔池搅拌和热交换，同时提高钢渣反应效率，利于脱磷；
（5）终点控制制度：在自动炼钢模式下，TSO测量终点温度1589℃，C含量0.038%，O含量630ppm，CaO/SiO2二元碱度3.1，P含量0.0076%；
（6）出钢合金化、后续精炼和连铸按高废钢比相应工艺执行。
本实施例的转炉冶炼废钢比为29%，整个工艺的废钢比为33.5%，实现了超高废钢比条件下的低磷钢冶炼。

Claims (3)

1.超高废钢比条件下转炉冶炼低磷钢的方法，是采用130t顶底复吹转炉进行冶炼，一罐到底的铁水周转方式，罐底加入7～8吨废钢，总铁水量112～115t，脱硫后铁水温度为1310～1360℃，硅的质量百分含量为0.3～0.6%，其特征在于转炉冶炼过程包括下述步骤：
（1）实行留渣操作制度：上一炉冶炼完成，出钢结束，留总渣量的1/3～1/2，摇正炉体，准备下一炉冶炼；
（2）废钢装入制度：根据冶炼工艺，废钢提前预热至400～500℃，兑入废钢量为38～48t；兑入废钢量具体按下述标准执行：以入炉铁水温度1300℃、铁水硅含量0.3%为基准，兑入废钢基准量为38t，在此基础上，铁水温度每升高10℃，废钢相应增加0.8～1.2t，铁水硅含量每升高0.1%，废钢相应再增加1.5～1.8t；兑入废钢后，炉体摇正一次，即开始炉渣与废钢之间的热交换，有利于废钢快速预热，之后再次倾斜炉口直接兑入铁水；
（3）渣料加入与供氧制度：以自动炼钢模型为基础，渣料采用多批、少量加入的方法，吹炼开始前，根据铁水硅含量和终点脱磷目标，加入石灰1.6～2.5t、轻烧白云石0.6～0.8t，即刻开始1.6～1.7m高枪位冶炼，采用大穿深比氧枪吹炼，供氧强度2.5～3.0Nm3/t·min，之后0.5～2min加入0.5～1.5t轻烧白云石，吹炼至4～5min，脱碳反应开始时，炉内快速起渣，第二次加入1.0～1.5t石灰及0.5～1t的轻烧白云石，枪位调整至1.5m固定值，供氧强度增加至3.2～3.5Nm3/t·min，在冶炼时间6～10min内根据需要分2～3次加入0.2～0.8t的石灰、分2次加入0.2～0.4t的萤石或氧化铁皮，吹炼至780～820s时，供氧强度降至0.8～1.2Nm3/t·min，副枪自动下枪测温取样，温度控制在1530～1560℃之间，副枪提升出炉后，立即恢复供氧强度至3.2～3.5Nm3/t·min的范围，并进入动态控制模式直至吹炼结束，在此时间段内不向炉内加入任何渣料；
（4）底吹制度：按大流量底吹制度进行，保证全程底吹强度≥0.06Nm3/t·min，以强化熔池搅拌和热交换，同时提高钢渣反应效率，利于脱磷；
（5）终点控制制度：在自动炼钢模式下，TSO测量终点温度控制范围为1580～1620℃，C含量范围0.03～0.06%，O含量500～650ppm，CaO/SiO2二元碱度2.8～3.2，在炉渣充分熔化并参与反应的条件下，较低温度有利于脱磷，终点P≤0.01%；避免终点碳温不达标的点吹操作，以稳定钢铁料收得率和生产节奏；
（6）出钢合金化、后续精炼和连铸按高废钢比相应工艺执行。
2.根据权利要求1所述的超高废钢比条件下转炉冶炼低磷钢的方法，其特征在于：兑入周转铁水罐底的7～8吨废钢，要求废钢颗粒直径不超过40mm。
3.根据权利要求1所述的超高废钢比条件下转炉冶炼低磷钢的方法，其特征在于：所述大穿深比氧枪具有五孔均匀分布的喷头，13.5°喷孔倾角，马赫数2.05，理论射流对熔池的穿深比＞70%。
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