CN113388712A - 一种低碳lf炉工艺钢转炉冶炼方法 - Google Patents

一种低碳lf炉工艺钢转炉冶炼方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种低碳LF炉工艺钢转炉冶炼方法，涉及转炉炼钢技术领域，为解决低碳LF炉工艺钢转炉冶炼过程中需要测温取样对转炉炉况损害大的问题；本发明通过实验，分别以氧枪枪位、氧枪供氧流量、底吹气流量其中之一单独作为变量，监控转炉煤气CO含量的变化规律，根据寻得的变化规律，在冶炼时控制这些因素，消除其对转炉冶炼脱碳的干扰；转炉冶炼时，实时测定转炉煤气CO含量并绘制曲线图，并以该曲线图作为冶炼终点提枪时机的判定依据，将转炉煤气CO含量从50％降到28％所经过的时间记为t秒，当转炉煤气CO含量由28％继续下降t秒时，提枪停止供氧；本发明转炉冶炼时无需测温和采样，可减少能源消耗，缓解转炉炉衬侵蚀，延长其使用寿命。

Description

一种低碳LF炉工艺钢转炉冶炼方法
技术领域
本发明涉及转炉炼钢技术领域，具体为一种低碳LF炉工艺钢转炉冶炼方法。
背景技术
节能降耗是建设资源节约型、环境友好型社会的必然选择，是推进经济结构调整、转变发展方式的必由之路。传热的基本方式有热传导、热对流和热辐射三种，其对应傅里叶定律、牛顿冷却公式、斯忒藩--玻耳兹曼定律，如式(1)、(2)、(3)，结合式(1)-(3)可知，缩短冶炼工序周期减少过程散热是降低能源消耗的重要途径之一。
(a)热传导傅里叶定律：
Figure BDA0003114266490000011
λ--比例常数，导热率(导热系数)。
(b)对流传热牛顿冷却公式：
q＝hΔt w/m2 (2)
h--比例系数(表面传热系数)单位w/(m2·k)。
h的物理意义：单位温差作用下通过单位面积的热流量。
(c)辐射传热斯忒藩--玻耳兹曼定律：
E＝εσT4 w/m2 (3)
T--黑体的热力学温度K；
σ--斯忒潘—玻耳兹曼常数(黑体辐射常数)，5.67×10-8w/(m2·k)；
ε--辐射表面积m2。
转炉炼钢过程实际的脱碳速度是“两头慢,中间快”。吹炼初期脱碳速度随吹炼时间几乎成直线增加，吹炼中期脱碳速度几乎只取决于供氧强度。当碳的含量降到一定程度后，碳的扩散速度下降了，碳的氧化速度急剧下降，这时的氧化速度与吹炼初期相似，但取决于碳的浓度和扩散速度，并与含碳量成正比。冶炼初期和冶炼低碳钢的末期由于脱碳反应缓慢，生成的一氧化碳很少，因此熔池的搅拌很弱，结果冶金反应随之减慢，很难趋近于平衡状态，这是氧气顶吹转炉炼钢法工艺本身的弱点。采用复合吹炼法后，由于有底吹气体强化了金属熔池的搅拌，使冶炼反应比较容易趋近于平衡状态，从而克服了单纯顶吹的弱点。其结果是降低钢铁料消耗，并节约铁合金的用量，有利于低碳钢的冶炼和减少造渣材料的用量。顶底复吹转炉在炉底安装底吹供气元件，由底吹供气元件向转炉炉内喷吹氮气/氩气等气体搅拌金属熔池。底吹气体搅拌促进了熔池内渣-钢反应趋于平衡，改善了冶炼动力学条件，冶炼终点碳氧积低，且复吹转炉底吹搅拌强度越大，终点碳氧积越低。
铁水预处理-转炉-LF炉-连铸工艺流程生产时，由于LF炉具有电极升温功能，对于转炉出钢温度的适应性强。转炉生产遇到副枪故障或者副枪粘钢时，均不能进行测温、取样，就要进行出钢作业，在保证钢水磷合格的前提下，都未对LF炉生产造成过多影响。
然而，随着转炉炼钢工艺日渐成熟，对于转炉冶炼控制水平要求不断提高。一般转炉在冶炼中后期进行测温取样、化验等样，钢样合格后才进行出钢作业，已不能适应转炉高效生产缩短冶炼周期的发展趋势。冶炼中后期测温取样、化验等样过程，钢水温度及其氧化性都处于炼钢过程峰值，对于炉况损害极大。同时冶炼中后期测温取样等待过程温度降低，热量流失，增加了炼钢工序能源消耗。因此，亟需一种低碳LF炉工艺钢转炉冶炼方法来解决这个问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低碳LF炉工艺钢转炉冶炼方法，以解决低碳LF炉工艺钢转炉冶炼过程中需要测温取样对炉况损害大的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种低碳LF炉工艺钢转炉冶炼方法：通过实验，分别以氧枪枪位、氧枪供氧流量、底吹气流量其中之一单独作为变量，监控转炉煤气CO含量的变化规律，根据寻得的变化规律，在冶炼时控制这些因素，消除其对脱碳的干扰；转炉冶炼时，实时测定转炉煤气CO含量并绘制曲线图，并以该曲线图作为冶炼终点提枪时机的判定依据，将转炉煤气CO含量从50％降到28％所经过的时间记为t秒，当转炉煤气CO含量由28％继续下降t秒时，即达到冶炼终点，提枪停止供氧。
在本发明的一种较优方案中，转炉冶炼时，在氧枪供氧200m3-500m3时加入第一批料，包括80％石灰和80％生白云石；在氧枪供氧2500m3-2800m3时加入第二批料，包括20％石灰和20％生白云石。
在本发明的一种较优方案中，在氧枪供氧0m3-3000m3时，控制氧枪枪位为1.95±0.05m；在氧枪供氧3000m3-12000m3时，控制氧枪枪位为2.15±0.15m；在氧枪供氧12000m3-冶炼终点时，控制氧枪枪位为1.8m。
在本发明的一种较优方案中，在氧枪供氧0m3-3000m3时，控制底吹气流量为594m3/h，底吹气体为氮气；在氧枪供氧3000m3-12000m3时，控制底吹气流量为594m3/h，底吹气体为氩气；在氧枪供氧12000m3-冶炼终点时，控制底吹气流量为1980m3/h，底吹气体为氩气。
在本发明的一种较优方案中，转炉冶炼时，控制氧枪全程供氧流量63000m3/h。
在本发明的一种较优方案中，转炉冶炼前，前一炉出完钢后，正常翻渣留渣，溅渣护炉，加废钢，兑铁水，其入炉条件为，铁水中以重量百分比计：C4.40％-4.80％、Si0.20％-0.50％、Mn0.12％-0.18％、P0.095％-0.155％、S0.013％-0.400％、V0.035％-0.065％、Ti0.034％-0.118％，铁水预处理后温度1285℃-1385℃，铁水重量265-325吨，普通废钢重量25-75吨，污泥0-5.5吨，渣钢0-9吨。
在上述任一方案中较优的，钢水转炉冶炼后，氩前钢水碳含量≤0.060％，钢水磷含量≤0.0250％。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、该低碳LF炉工艺钢转炉冶炼方法，冶炼过程不测温、不取样，温度和热量流失更少，且可以缩短转炉冶炼后期时间，利于降低低碳LF炉工艺钢转炉冶炼工序能源消耗；此外，由于在转炉冶炼后期，钢水温度及其氧化性都处于炼钢过程峰值，不进行测温取样和化验等样过程，对于炉况损害可极大地降低，有利于缓解转炉炉衬侵蚀，延长转炉使用寿命，对其质量百利而无一害。
2、该低碳LF炉工艺钢转炉冶炼方法，根据转炉煤气回收CO规律，在冶金热力学基础上，利用底吹强搅拌，强化冶炼后期底吹搅拌动力学条件，进一步确保冶炼终点钢水磷含量和钢水碳含量合格。
3、该低碳LF炉工艺钢转炉冶炼方法，由于无需测温和取样，可以减少测温取样装置的使用，节约开支，并且可以减少测温取样的工作，减少劳动强度，节约检测成本。
附图说明
图1为本发明的实施例1中转炉煤气CO含量-时间曲线图，图中横坐标为时间，纵坐标为转炉煤气CO含量。
具体实施方式
为解决冶炼中后期钢水温度及其氧化性都处于炼钢过程峰值，测温取样、化验等样过程对于炉况损害极大，同时冶炼中后期测温取样等待过程温度降低，热量流失，增加了炼钢工序能源消耗的问题，本发明提供一种低碳LF炉工艺钢转炉冶炼方法，首先通过实验，分别以氧枪枪位、氧枪供氧流量、底吹气流量其中之一单独作为变量，对其进行标准化操作固化，监控转炉煤气CO含量的变化规律，根据寻得的规律，在冶炼时控制这些因素，消除其对脱碳的干扰；
转炉冶炼时，在湿法净化煤气蒸汽回收OG系统中实时测定转炉煤气CO含量并绘制曲线图，并以该曲线图作为冶炼终点提枪时机的判定依据，将转炉煤气CO含量从50％降到28％所经过的时间记为t秒，当转炉煤气CO含量由28％继续下降t秒时，即达到冶炼终点，提枪停止供氧。
实施例1：
300吨转炉，前一炉出完钢，正常翻渣留渣，溅渣护炉，加废钢，兑铁水，开始冶炼，入炉时铁水中以重量百分比计：C4.48％，Si0.33％，Mn0.13％，P0.118％，S0.036％，V0.050％，Ti0.067％，铁水预处理后温度1324℃，铁水重量265.7吨，普通废钢重量58.7吨，污泥3.9吨，渣钢4.4吨。
在供氧200m3-500m3加入第一批料：80％石灰6493kg、80％生白云石1306kg，供氧2500m3-2800m3加入第二批料：20％石灰1623kg、20％生白云石326kg。0m3-3000m3氧枪枪位为1.95m，3000m3-12000m3氧枪枪位为2.15m，12000m3-冶炼终点的氧枪枪位为1.8m。全程供氧流量63000m3/h。0m3-3000m3底吹氮气流量为594m3/h，3000m3-12000m3底吹氩气流量为594m3/h，12000m3-冶炼终点的底吹氩气流量为1980m3/h。在转炉煤气CO含量从50％降到28％的时间为16秒，当转炉煤气CO含量从28％继续下降回收16秒时，达到冶炼终点提枪停止供氧。氩前温度1607℃，氩前钢水碳含量0.038％，钢水磷含量0.0159％。
实施例2
300吨转炉，前一炉出完钢，正常翻渣留渣，溅渣护炉，加废钢，兑铁水，开始冶炼，入炉时铁水中以重量百分比计：C4.72％，Si0.42％，Mn0.17％，P0.149％，S0.018％，V0.050％，Ti0.100％，铁水预处理后温度1351℃，铁水重量272.2吨，普通废钢重量48.2吨，污泥3.0吨，渣钢0吨。
在供氧200m3-500m3加入第一批料：80％石灰10474kg、80％生白云石3606kg，供氧2500m3-2800m3加入第二批料：20％石灰2619kg、20％生白云石902kg。0m3-3000m3氧枪枪位为1.9m，3000m3-12000m3氧枪枪位为2.1m，12000m3-冶炼终点的氧枪枪位为1.8m。全程供氧流量63000m3/h。0m3-3000m3底吹氮气流量为594m3/h，3000m3-12000m3底吹氩气流量为594m3/h，12000m3-冶炼终点的底吹氩气流量为1980m3/h。在转炉煤气CO含量从50％降到28％的时间为15秒，当转炉煤气CO含量从28％继续下降回收15秒时，达到冶炼终点提枪停止供氧。氩前温度1603℃，氩前钢水碳含量0.050％，钢水磷含量0.0160％。
实施例3
300吨转炉，前一炉出完钢，正常翻渣留渣，溅渣护炉，加废钢，兑铁水，开始冶炼，入炉时铁水中以重量百分比计：C4.56％，Si0.38％，Mn0.13％，P0.120％，S0.022％，V0.045％，Ti0.072％，铁水预处理后温度1297℃，铁水重量281.1吨，普通废钢重量42.9吨，污泥0吨，渣钢8.7吨。
在供氧200m3-500m3加入第一批料：80％石灰7042kg、80％生白云石1345kg，供氧2500m3-2800m3加入第二批料：20％石灰1760kg、20％生白云石336kg。0m3-3000m3氧枪枪位为1.95m，3000m3-12000m3氧枪枪位为2.15m，12000m3-冶炼终点的氧枪枪位为1.8m。全程供氧流量63000m3/h。0m3-3000m3底吹氮气流量为594m3/h，3000m3-12000m3底吹氩气流量为594m3/h，12000m3-冶炼终点的底吹氩气流量为1980m3/h。在转炉煤气CO含量从50％降到28％的时间为18秒，当转炉煤气CO含量从28％继续下降回收18秒时，达到冶炼终点提枪停止供氧。氩前温度1610℃，氩前钢水碳含量0.029％，钢水磷含量0.0109％。
实施例4
300吨转炉，前一炉出完钢，正常翻渣留渣，溅渣护炉，加废钢，兑铁水，开始冶炼，入炉时铁水中以重量百分比计：C4.44％，Si0.45％，Mn0.15％，P0.121％，S0.026％，V0.062％，Ti0.053％，铁水预处理后温度1351℃，铁水重量272.8吨，普通废钢重量52.5吨，污泥0吨，渣钢6.3吨。
在供氧200m3-500m3加入第一批料：80％石灰11762kg、80％生白云石2771kg，供氧2500m3-2800m3加入第二批料：20％石灰2940kg、20％生白云石693kg。0m3-3000m3氧枪枪位为1.9m，3000m3-12000m3氧枪枪位为2.1m，12000m3-冶炼终点的氧枪枪位为1.8m。全程供氧流量63000m3/h。0m3-3000m3底吹氮气流量为594m3/h，3000m3-12000m3底吹氩气流量为594m3/h，12000m3-冶炼终点的底吹氩气流量为1980m3/h。在转炉煤气CO含量从50％降到28％的时间为17秒，当转炉煤气CO含量从28％继续下降回收17秒时，达到冶炼终点提枪停止供氧。氩前温度1587℃，氩前钢水碳含量0.030％，钢水磷含量0.0079％。
图1为上述实施例1的转炉煤气CO含量-时间曲线图，(实施例2-4的曲线图与之相近，不再重复展示)，从图中可以看出，转炉煤气CO含量从60％开始下降时速率较快，按照本发明的方法在转炉煤气CO含量从50％降至28％时记下时间为16秒，再经过16秒后提枪停止供氧，可缩短转炉冶炼后期时间3.5分钟，降低低碳LF炉工艺钢转炉冶炼工序能源消耗；
在本发明的较优实施方式中，对比现有需测温、采样的方法，在相同的入炉铁水、废钢条件下，氩前温度提高超过10.5℃；在相同的氩前温度下，入炉废钢增加3-5吨；除了节约以外，由于在转炉冶炼后期，钢水温度及其氧化性都处于炼钢过程峰值，不进行测温取样和化验等样过程，对于转炉炉况损害可极大地降低，对其质量百利而无一害。
以上仅为本发明的较佳实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。
本发明未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。

Claims (7)

1.一种低碳LF炉工艺钢转炉冶炼方法，其特征在于，包括以下具体步骤：
通过实验，分别以氧枪枪位、氧枪供氧流量、底吹气流量其中之一单独作为变量，监控转炉煤气CO含量的变化规律，根据寻得的变化规律，在冶炼时控制这些因素，消除其对转炉冶炼脱碳的干扰；
转炉冶炼时，实时测定转炉煤气CO含量并绘制曲线图，并以该曲线图作为冶炼终点提枪时机的判定依据，将转炉煤气CO含量从50％降到28％所经过的时间记为t秒，当转炉煤气CO含量由28％继续下降t秒时，即达到冶炼终点，提枪停止供氧。
2.根据权利要求1所述的一种低碳LF炉工艺钢转炉冶炼方法，其特征在于，还包括以下步骤：转炉冶炼时，在氧枪供氧200m3-500m3时加入第一批料，包括80％石灰和80％生白云石；在氧枪供氧2500m3-2800m3时加入第二批料，包括20％石灰和20％生白云石。
3.根据权利要求1所述的一种低碳LF炉工艺钢转炉冶炼方法，其特征在于，还包括以下步骤：在氧枪供氧0m3-3000m3时，控制氧枪枪位为1.95±0.05m；在氧枪供氧3000m3-12000m3时，控制氧枪枪位为2.15±0.15m；在氧枪供氧12000m3-冶炼终点时，控制氧枪枪位为1.8m。
4.根据权利要求1所述的一种低碳LF炉工艺钢转炉冶炼方法，其特征在于，还包括以下步骤：在氧枪供氧0m3-3000m3时，控制底吹气流量为594m3/h，底吹气体为氮气；在氧枪供氧3000m3-12000m3时，控制底吹气流量为594m3/h，底吹气体为氩气；在氧枪供氧12000m3-冶炼终点时，控制底吹气流量为1980m3/h，底吹气体为氩气。
5.根据权利要求1所述的一种低碳LF炉工艺钢转炉冶炼方法，其特征在于：转炉冶炼时，控制氧枪全程供氧流量63000m3/h。
6.根据权利要求1所述的一种低碳LF炉工艺钢转炉冶炼方法，其特征在于：转炉冶炼前，前一炉出完钢后，正常翻渣留渣，溅渣护炉，加废钢，兑铁水，其入炉条件为，铁水中以重量百分比计：C4.40％-4.80％、Si0.20％-0.50％、Mn0.12％-0.18％、P0.095％-0.155％、S0.013％-0.400％、V0.035％-0.065％、Ti0.034％-0.118％，铁水预处理后温度1285℃-1385℃，铁水重量265-325吨，普通废钢重量25-75吨，污泥0-5.5吨，渣钢0-9吨。
7.根据权利要求1至6任意一项所述的一种低碳LF炉工艺钢转炉冶炼方法，其特征在于：所述钢水转炉冶炼后，氩前钢水碳含量≤0.060％，钢水磷含量≤0.0250％。
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