CN113621756B - 一种提高转炉炼钢前期脱磷效果的控制方法 - Google Patents

一种提高转炉炼钢前期脱磷效果的控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种提高转炉炼钢前期脱磷效果的控制方法，包括以下步骤：(1)将脱磷剂随废钢一起加入炉内，开始兑铁水作业；(2)开吹1.5～2分钟，分别一次性加入石灰总添加量的48～52％和矿石总添加量的28～32％，同时控制炉内温度上升速率；吹炼5分钟时，分批加入石灰总添加量的20％和矿石总添加量的35％。(3)吹炼进行到8～10分钟，将矿石总添加量的5％分批加入，同时将枪位提高10～20cm。(4)吹炼至14分钟时，根据炉内钢水温度和碳含量，根据热平衡确定是否加提温剂进行提温或加矿石降温；当碳含量等于或小于钢种目标碳含量，提枪停止吹炼，进行拉碳作业。本方法能改善顶底复吹转炉脱磷条件，提高脱磷率。

Description

一种提高转炉炼钢前期脱磷效果的控制方法
技术领域
本发明属于转炉炼钢领域，尤其涉及一种提高转炉炼钢前期脱磷效果的控制方法。
背景技术
目前国内钢厂为提高转炉产量，大多采用提高氧压的方法来缩短供氧时间，通过减少供氧时间来缩短冶炼周期。
由于脱磷是转炉需要完成的重要任务之一，而脱磷条件无法全过程满足，根据研究转炉脱磷主要在转炉前期完成，因此转炉前期的脱磷效果决定了转炉整个过程的脱磷能力。
由于冶炼周期的缩短，转炉脱磷期随之缩短，因为脱磷加入炉内的渣料需在炉内完成升温熔化过程、及渣料与铁水混匀的过程，不经此过程则无法开始脱磷反应，从脱磷反应开始进行，到炉内反应由于渣中的FeO含量减少进入“返干期”，脱磷反应停止甚至开始少量回磷，这一时期称之为脱磷期，若脱磷期缩短，将导致钢水中的磷因反应时间缩短而未能充分去除，将直接导致终点钢水磷高。如果上述过程(升温熔化过程、及渣料与铁水混匀的)能在开吹前提前完成，提前满足脱磷的热力学条件(有利于脱磷的条件是低温，高碱度，高氧化铁)，将延长铁水在炉内的脱磷时间，取得更好的脱磷效果，实现转炉用高磷铁水生产低磷钢的功能。
现有技术采用铁水预处理进行脱磷，主要是在铁水中加入氧化剂将溶解于铁水中的磷氧化，然后采用强有力的固定剂，使被氧化的磷牢固的结合在炉渣中。但是，如果转炉吹炼前进行铁水预脱磷，则铁水脱磷完毕要进行扒渣，这不可避免的要损失部分金属料，而且铁水预脱磷对铁水有一定的降温作用，这不可避免的损失了一部分热量。
发明内容
本发明针对现有技术中由于冶炼周期缩短导致脱磷期缩短，从而导致的转炉脱磷效果差，钢水终点磷高的问题，提供一种提高转炉炼钢前期脱磷效果的控制方法。本发明的控制方法可以延长脱磷期，提高转炉炼钢前期的脱磷效果。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种提高转炉炼钢前期脱磷效果的控制方法，包括以下步骤：
(1)将脱磷剂随废钢一起加入炉内，开始兑铁水作业；
(2)开吹1.5～2分钟，分别一次性加入石灰总添加量的48～52％和矿石总添加量的28～32％，同时控制炉内温度上升速率；吹炼5分钟时，分批加入石灰总添加量的20％和矿石总添加量的35％。
(3)吹炼进行到8～10分钟，将矿石总添加量的5％分2～3批加入，同时将枪位提高10～20cm。
(4)吹炼至14分钟时，根据副枪测量的炉内钢水温度和碳含量，根据热平衡确定是否加提温剂进行提温或加矿石降温；当碳含量等于或小于钢种目标碳含量，则提枪停止吹炼，进行拉碳作业。
本发明方法中，步骤(1)中脱磷剂中细小颗粒石灰的加入量、步骤(2)中的一次性加入的石灰的量与步骤(2)中分批加入的石灰的量的总和为二级系统计算的石灰总添加量。步骤(1)中脱磷剂中氧化铁皮的加入量、步骤(2)中的一次性加入的矿石的量、步骤(2)中分批加入的矿石的量与步骤(3)中加入的矿石的量的总和为二级系统计算的矿石总添加量。
优选的，步骤(1)中所述脱磷剂由细小颗粒石灰与氧化铁皮混合制成。
进一步优选的，步骤(1)中所述细小颗粒石灰加入量为石灰总添加量的28～32％，进一步优选为30％；氧化铁皮加入量为矿石总添加量的28～32％，进一步优选为30％。
所述细小颗粒石灰的粒径为1～5mm。
优选的，步骤(2)中，开吹1.5～2分钟，分别一次性加入石灰总添加量的50％和矿石总添加量的30％。
优选的，步骤(2)中，炉内温度上升速率不大于15℃/分钟。进一步优选为10～15℃/分钟。
进一步优选的，石灰分3～4次加入，矿石分4～7次加入。
优选的，步骤(4)中，炉内钢水温度低于计算值则需要加入提温剂进行提温，若炉内钢水温度高于计算值则需要加入矿石进行提降温。
进一步优选的，所述提温剂包括焦炭、硅铁合金。
钢水温度计算值、提温剂的加入量及矿石的加入量均通过自动化控制系统计算得出。其中，转炉二级控制系统接收来自一级的实时生产数据，由过程模型依据能量平衡进行计算。
优选的，步骤(4)在提温或者降温时，同时降低枪位至1.1m以下。进一步优选枪位降低至1.0～1.1m。进一步优选为1.05m。
步骤(1)～(2)在于控制冶炼前期高效快速脱磷，步骤(3)和步骤(4)在于巩固前期脱磷效果，防止回磷。
转炉炼钢采用自动化控制系统，转炉装料前，确保转炉副枪二级系统及数据采集传输系统正常运作，二级系统根据铁水硅、铁水温度、所冶炼钢种的目标温度与成分等数据计算石灰与矿石总添加量。
开吹后，随着向铁水中吹入氧气，铁水中的杂质元素被大量氧化，铁水温度快速上升，氧化反应速度进一步加快，原先加入的脱磷剂被大量消耗，此时应及时加入头批渣料，即在开吹后的1.5～2分钟，分别加入石灰总添加量的50％与矿石总添加量的30％。在硅锰氧化反应期结束以后，碳氧反应到达相对激烈的时间，此时间段内，渣中的FeO快速消耗，此时要保证补充FeO的量，提高碱度，控制炉内温度均匀上升，尽量延长脱磷期的时间。同时若第二批渣料不及时加入，极易造成喷溅的发生，因此根据二级计算的渣料(石灰和矿石)加入量，吹炼5分钟时，分3～4次加入石灰总添加量的20％，在石灰加入的间隙分4～7次加入矿石总添加量的35％，以保证炉渣的脱磷能力，稳定吹炼前期的控制。渣料加入采用小批量多批次加入，防止发生剧烈碳氧反应引发喷溅，以延长脱磷期。
当吹炼进行到8～10分钟时，随着铁水中碳含量的降低，炉渣中的FeO被大量消耗，炉渣氧化性降低，流动性变差，反应进入返干期，由于石灰已在第2步全部加完，若炉内返干，此时将矿石总添加量的5％分为2批加入，并同时将枪位提高10～20cm，防止炉渣返干回磷。此过程控制主要目的是防止炉渣“返干”，采取加矿石的方法抑制返干，并适当采用高枪位，防止回磷。
当从炉口兑入铁水时，由于高温铁水的冲刷搅拌作用，脱磷剂迅速与铁水混合均匀，由于脱磷剂为细小颗粒，在加入铁水过程中被加热为与铁水相近的温度，达到与铁水中磷反应的条件。其中，开吹前，根据脱磷反应的热力学条件，低温、高碱度、高FeO有利于脱磷，此时，由于满足低温、高FeO条件，且由于脱磷剂里面有一定比例的石灰使得混合液具有一定的碱度，由于铁水具有的物理热，减少了脱磷剂的预热与混匀时间。兑铁完毕即达到脱磷反应的触发条件，磷剂与铁水中的磷可以马上开始反应，吹练前，铁水中的磷开始少量脱除。如果转炉吹炼前进行铁水预脱磷，则铁水脱磷完毕要进行扒渣，这不可避免的要损失部分金属料，而且铁水预脱磷对铁水有一定的降温作用，这不可避免的损失了一部分热量。相对于铁水预脱磷，此方法不损失金属料和热量，成本更低。
吹炼至14分钟时，冶炼接近终点，炉内的钢水中碳含量已基本氧化，炉内反应减缓，冶炼基本结束，停止加料。终点要保证枪位低于1.1m，既要保证终点金属回收率又要防止终点温度过高影响脱磷效果。
本发明具体实施方式提供的一个或者多个实施例，至少具有以下技术效果：
通过本发明提供的一种提高转炉炼钢前期脱磷效果的控制方法，可以改善顶底复吹转炉脱磷条件，解决了用高磷铁水冶炼低磷钢遇到的脱磷困难的问题，极大的稳定转炉操作，提高脱磷率。
如果在转炉吹炼前进行铁水预脱磷，则铁水脱磷完毕要进行扒渣，这不可避免的要损失部分金属料，而且铁水预脱磷对铁水有一定的降温作用，这不可避免的损失了一部分热量。相对于铁水预脱磷，本方法通过改进转炉前期的脱磷条件，提高转炉前期的脱磷率以达到最佳脱磷效果，脱磷后不需要进行扒渣而直接进入拉碳操作，不损失金属料和热量，成本可降低约1元/吨。
具体实施方式
下面以具体实施例来对本发明进行详细描述：
实施例
拉碳法：转炉炼钢终点控制方法之一，即在熔池含碳量达到出钢要求时便停止吹氧。这度种方法在吹炼终点时不但熔池的硫、磷和温度等符合出钢要求，而且熔池中的碳加上铁合金带入的碳也能符合所炼钢种的规格，不需再专门向金属追加增碳剂增碳。由于冶炼过程的脱碳反应速度快，准确判断接近终点时的钢中碳含量，及时停止吹氧，十分重要。这一操作好像将快速奔驰的骏马及时拉住一样，故称“拉碳”。
本发明的一种提高转炉炼钢前期脱磷效果的控制方法主要在于改善转炉冶炼过程脱磷条件。发明人通过对转炉脱磷工艺的热力学与动力学机理进行研究，考虑不同时期脱磷条件对脱磷反应的影响，通过改进转炉前期的脱磷条件，提高转炉前期的脱磷率以达到最佳脱磷效果。该实施例中生产钢种S355J0，以120t转炉为例，加入铁水132t，废钢8t，铁水硅含量0.38％，磷含量0.145％，铁水温度1286℃，S355J0要求磷含量≤0.025％。
控制方法如下：
(1)转炉装料前，确保二级系统及数据采集传输系统正常运作，石灰颗粒1665kg与氧化铁皮1569kg混合成脱磷剂约3.2t加入废钢斗，将废钢与脱磷剂一起加入炉内，开始兑铁水作业；石灰颗粒的加入量占根据二级计算的石灰总添加量(石灰总添加量5550kg)的30％，氧化铁皮的加入量占根据二级计算的矿石总添加量(矿石总添加量5230kg)的30％。(2)当从炉口兑入铁水时，由于高温铁水的冲刷搅拌作用，脱磷剂迅速与铁水混合均匀，由于脱磷剂为细小颗粒，在加入铁水过程中被加热为与铁水相近的温度，达到与铁水中磷反应的条件；
其中，开吹前，根据脱磷反应的热力学条件，低温、高碱度、高FeO有利于脱磷，此时，由于满足低温、高FeO条件，且由于脱磷剂里面有一定比例的石灰使得混合液具有一定的碱度，由于铁水具有的物理热，兑铁完毕即达到脱磷反应的触发条件，铁水中的磷开始少量脱除。
(3)正常开吹后，随着向铁水中吹入氧气，铁水中的杂质元素被大量氧化，铁水温度快速上升，氧化反应速度进一步加快，原先加入的脱磷剂被大量消耗，在开吹后的1.5～2分钟分别加入一批渣料(石灰2775kg与矿石1569kg)，枪位：1.7～1.8m。
在硅锰氧化反应期结束以后，碳氧反应到达相对激烈的时间，此时间段内，O2快速消耗，其含量基本稳定在0.5％以内，CO含量控制在45％～55％之间，此时以稳定过程反应为目标，炉内温度上升，第二批渣料不及时加入，极易造成喷溅的发生。根据二级计算每批加入石灰200～300kg，共加入4批次，1110kg石灰；矿石每批200～300kg，共加入7批次，1831kg，以降低炼钢反应速度，稳定吹炼前期的控制，枪位：1.9～2.1m。
(4)当吹炼进行到8～10分钟时，随着铁水中碳含量的降低，炉渣中的FeO被大量消耗，炉渣氧化性降低，流动性变差，反应进入返干期，此时将剩余的260kg矿石分为2批次，每次100～200kg，陆续加入，并同时将枪位提高10～20cm，防止回磷，枪位：2.0～2.3m。
(5)冶炼接近终点，炉内的钢水中碳含量已基本氧化，炉内反应减缓，冶炼基本结束，停止加料，吹炼结束前2分钟(即冶炼至14分钟)，利用副枪测量的钢水碳含量0.25％与钢水温度1597℃，确定供氧量为600m3，应该加矿石降温，加入矿石260kg(根据二级计算)。终点枪位1.05m，既要保证终点金属回收率又要防止终点温度过高影响脱磷效果。当碳含量等于或小于钢种目标碳含量，则提枪停止吹炼，进行拉碳作业。
按照以上控制方法进行控制，具体炉次H194-08253，冶炼S355J0，目标磷0.018％，控制情况如下：
采用该操作方法，冶炼过程控制稳定，未出现喷溅，吹炼6分钟通过副枪取样检测此时铁水磷含量为0.032％，终点测定磷0.015％，成分控制合格。
现有的铁水预处理脱磷，由于脱磷后要进行扒渣，不可避免的要损失一部分金属料，据统计，铁水预处理脱磷的金属料损失在0.5～1％之间。虽然脱磷反应是放热反应，但是在脱磷过程中随着铁水的搅拌及辐射降温，铁水温降在20～30℃之间。仅金属料损失就达到1～2元/吨钢。而采用本发明的操作方法，铁水可不经过预处理脱磷而达到较好的脱磷效果，所以将不产生铁水预处理脱磷的金属料损失和热量损失，在达到相同的脱磷效果时成本更低。
对比例
炉次H194-08261，冶炼S355J0，加入铁水132t，废钢8t，铁水硅含量0.37％，磷含量0.142％，铁水温度1283℃，S355J0要求磷含量≤0.025％，目标磷0.018％，控制情况如下：
(1)转炉装料前，确保二级系统及数据采集传输系统正常运作，根据二级计算的石灰总添加量为5400kg，矿石总添加量为5110kg，将废钢加入炉内，开始兑铁水作业；
(2)正常开吹后，在开吹后的1.5～2分钟分别加入一批渣料(石灰3110kg与矿石1540kg)，枪位：1.7～1.8m。在硅锰氧化反应期结束以后，根据二级计算每批加入石灰350～450kg，共加入6批次，2300kg石灰；矿石每批300～400kg，共加入8批次，3060kg，枪位：1.9～2.1m。
(3)当吹炼进行到8～10分钟时，此时将剩余的500kg矿石分为2批次，每次200～300kg，并同时将枪位提高10～20cm，防止回磷。枪位：2.0～2.3m。
(5)吹炼结束前2分钟(即冶炼至14分钟)，利用副枪测量的钢水碳含量0.28％与钢水温度1602℃，确定供氧量为570m3，应该加矿石降温，加入矿石300kg(根据二级计算)。终点枪位1.05m，进行拉碳作业。
按照上述控制方法，吹炼6分钟通过副枪取样检测铁水磷含量为0.058％，吹炼终点测定磷0.032％，终点磷高需进行点吹处理，吹炼前期与吹炼终点磷含量均较高。
两种方法均未经过铁水预处理脱磷，与实施例相比，对比例除了脱磷效果差以外，由于终点经过点吹处理，钢水氧化性更强，钢水中氧化物夹杂更多，不利于钢水洁净度的提高。
本说明书中若有未作详细记载的内容，均为本领域的现有技术，此处不再赘述。
当然，本发明还可以有多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明的公开做出各种相应的改变和变型，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种提高转炉炼钢前期脱磷效果的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将脱磷剂随废钢一起加入炉内，开始兑铁水作业；所述脱磷剂由细小颗粒石灰与氧化铁皮混合制成；所述细小颗粒石灰加入量为石灰总添加量的28～32％，氧化铁皮加入量为矿石总添加量的28～32％；
(2)开吹1.5～2分钟，分别一次性加入石灰总添加量的48～52％和矿石总添加量的28～32％，同时控制炉内温度上升速率；吹炼5分钟时，分批加入石灰总添加量的20％和矿石总添加量的35％；
(3)吹炼进行到8～10分钟，将矿石总添加量的5％分2～3批加入，同时将枪位提高10～20cm；
(4)吹炼至14分钟时，根据炉内钢水温度和碳含量，根据热平衡确定是否加提温剂进行提温或加矿石降温；当碳含量等于或小于钢种目标碳含量，则提枪停止吹炼，进行拉碳作业。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述细小颗粒石灰的粒径为1～5mm。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，炉内温度上升速率不大于15℃/分钟。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，炉内温度上升速率为10～15℃/分钟。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，石灰分3～4批加入，矿石分4～7批加入。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(4)中，炉内钢水温度低于计算值则需要加入提温剂进行提温，若炉内钢水温度高于计算值则需要加入矿石进行提降温。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤(4)中，所述提温剂包括焦炭和硅铁合金中一种或两种。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤(4)在加提温剂进行提温或加矿石降温的同时降低枪位至1.1m以下。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤(4)枪位降低至1.0～1.1m。
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