CN113817888A - 转炉留渣操作的优化冶炼方法 - Google Patents

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周景一
朱立光
刘文慧
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Abstract

本发明提供了一种转炉留渣操作的优化冶炼方法，该方法包括以下步骤：冶炼完毕出钢后，向留炉渣的转炉内加入还原剂；进行溅渣护炉操作，期间向转炉内加入造渣材料；其中，造渣材料包括生石灰和含MgO质材料；向转炉内加入废钢进行压渣操作；进行吹炼操作；冶炼完毕出钢，倒出多余炉渣；之后继续循环上述步骤。该方法首先在溅渣护炉阶段进行脱磷处理，同时稠化炉渣，脱磷、稠化后的炉渣循环量得到提高，预留炉渣中P元素得到控制，同时对留渣后的转炉点火及冶炼工艺进行了优化，稳定了留渣操作，从而实现炉渣的循环利用，节约成本。

Description

转炉留渣操作的优化冶炼方法
技术领域
本发明涉及转炉炼钢技术领域，具体涉及一种转炉留渣操作的优化冶炼方法。
背景技术
中国钢铁工业近二十年来发展迅速，对国民经济快速增长发挥了重要作用，但由于钢渣的品位较低，含磷硫等杂质较多，导致钢渣利用率只有20％左右，大部分钢渣堆弃而未被利用，因此在节省资源、减少炉渣等固废排放方面，面临着巨大的压力和挑战。以占中国产钢量90％以上的氧气转炉炼钢为例，每年生产约8.2亿吨钢，产生8000万吨以上炉渣，消耗4000万吨以上石灰和900万吨以上轻烧白云石。
转炉留渣操作工艺是在溅渣护炉后，将溅渣后的终渣部分留在炉内循环利用于下一炉次。留渣操作贯穿于整个冶炼周期，主要是靠所留炉渣的物理热和炉渣化学性能，使其具有迅速参与反应、并促进前期炉渣的快速形成、提高去除P、S的效率，利于提高转炉生产率，且转炉留渣操作可以大大降低钢铁料消耗、节约石灰，具有显著的经济效益。目前溅渣护炉技术已经在国内普及应用，且转炉留渣操作对冶炼工艺、冶炼周期、原料条件等无特殊要求，因此该技术在国内具有较强的推广性。
但是转炉留渣操作同时面临诸多弊端，主要表现为：转炉冶炼过程铁水中的磷元素基本都被氧化成P2O5进入炉渣中，转炉渣中含有大量的磷，若炉渣不经脱磷处理直接循环利用势必会增加下炉次冶炼负担；留渣操作中若熔渣过稀，兑铁时容易喷溅，需要对熔渣进行改质处理；初期渣化的早，尤其是前期低温时易发生喷溅；留渣兑铁后，熔渣上浮进入钢液表层，通过和废钢的混合作用导致转炉冶炼开吹时打火困难；渣层后，冶炼时氧枪射流在熔池内的穿击深度小，熔池搅拌力不足等问题。
而为了避免造成钢铁生产中磷的恶性循环，除去转炉渣中的P2O5，许多研究者进行了多种尝试。例如，有些研究是在保障留渣安全的前提下，快速便捷的进行留渣，同时获得稳定的冶金效果；还有些研究是在溅渣护炉过程中加入改质剂以降低炉渣温度，起到固化炉渣的效果。上述研究虽然优化了溅渣护炉的效果，稳定了留渣操作，但是并未从源头实现熔渣的净化处理，且并未涉及熔渣循环以及其后的冶炼问题。
发明内容
针对上述的技术问题，本发明的主要目的在于提供一种转炉留渣操作的优化冶炼方法，该转炉留渣操作的优化冶炼方法首先通过在溅渣护炉阶段进行脱磷处理，同时稠化炉渣，脱磷、稠化后的炉渣循环量得到提高，预留炉渣中P元素得到控制，进而缓解留渣操作对下炉次钢液质量的不利影响，同时对留渣后的转炉点火及冶炼工艺进行了优化，稳定了留渣操作，从而实现炉渣的循环利用，节约成本。
为了实现上述目的，本发明提供了一种转炉留渣操作的优化冶炼方法。
该转炉留渣操作的优化冶炼方法包括以下步骤：
该转炉留渣操作的优化冶炼方法包括以下步骤：
S1，冶炼完毕出钢后，向留炉渣的转炉内加入还原剂；
S2，进行溅渣护炉操作，期间向所述转炉内加入造渣材料；其中，所述造渣材料包括生石灰和含MgO质材料；
S3，向所述转炉内加入废钢进行压渣操作；
S4，进行吹炼操作；
S5，冶炼完毕出钢，倒出多余炉渣；
之后继续循环步骤S1～步骤S5。
进一步的，步骤S1中，所述还原剂为含C物质，所述含C物质为碳粉、焦粉、增碳剂和焦丁中的至少一种。
进一步的，步骤S1中，所述还原剂的加入量为20～40kg/t炉渣；所述转炉内的留渣量优选为40～60kg/t转炉。
进一步的，步骤S2中，所述造渣材料在所述溅渣护炉操作的中后期加入；优选的，所述造渣材料在所述溅渣护炉操作开始1～2min后加入。
进一步的，步骤S2中，所述生石灰的加入量为5～10kg/t钢，所述含MgO质材优选为白云石；所述白云石的加入量优选为5～15kg/t钢。
进一步的，步骤S3中，在向所述转炉内加入废钢前，采用摇炉平铺法保持所述转炉内炉渣均匀平铺在所述转炉大面上。
进一步的，步骤S4中，所述吹炼操作包括：
转炉点火前利用氮气吹扫钢液面；
利用氮氧混吹点火；其中，氮氧混吹中氮气与氧气的流量比为1：1；
点火成功后采用氧枪全氧吹炼。
进一步的，利用氮气吹扫钢液面时氮气的流量为18000～19000Nm3/h；
所述全氧吹炼中氧气的流量为18000～19000Nm3/h，氧枪吹炼压力为0.8～0.9Mpa。
进一步的，步骤S4中，所述吹炼操作中分多次加入石灰，所述石灰的加入总量优选为20～30kg/t钢。
进一步的，步骤S4中，所述石灰的加入时机延迟，所述石灰的第一次加入时间优选为点火成功后30s～1min。
本发明通过在溅渣护炉过程中稠化炉渣，并脱除部分磷，进而缓解留渣操作对下炉次钢液质量的不利影响，同时对留渣后的转炉点火以及冶炼工艺进行了优化，稳定了留渣操作。
本发明通过在溅渣护炉之前加入还原剂、在溅渣护炉的中后期加入造渣材料，以及对留渣后的点火、冶炼方法的优化，实现炉渣的循环利用，达到节约成本的目的。
本发明通过提高氧枪压力、减少生石灰的加入量以及延迟加入时机等冶炼参数的优化，使得留渣操作后的大渣量冶炼及前期脱磷顺利进行。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为本发明实施例中转炉留渣操作的优化冶炼方法的流程示意图；
图2为本发明实施例中冶炼枪位控制示意图；其中，
第一批料、第二批料和第三批料均表示石灰。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
留渣操作是一个常规操作，但是由于所留炉渣含有大量P元素，直接将炉渣循环利用会将炉渣中的P带入下一炉次，因此本发明的创新点之一是在溅渣护炉阶段对炉渣进行脱磷处理，实现脱磷后的炉渣净化，再生炉渣具备较高的循环利用价值，而且溅渣护炉后炉渣已经形成可以利于P赋存的渣系，冶炼一开始就可以脱P，相比较常规的工艺(加入CaO脱磷)，脱磷提前，实现了冶炼前期高效脱磷，因此利于钢液质量的提升。此外，由于冶炼前期炉渣的脱磷作用，石灰加入量减少，加入时机延迟。
根据本发明的实施方式，提供了一种转炉留渣操作的优化冶炼方法。
如图1所示，该转炉留渣操作的优化冶炼方法包括以下步骤：
S1，参见步骤d，冶炼完毕出钢后，且在溅渣护炉操作之前，向留炉渣的转炉内加入还原剂；其中，还原剂为含C物质，含C物质可以为碳粉、焦粉、增碳剂和焦丁中的至少一种，以节约冶炼成本；还原剂的加入量可以为20～40kg/t炉渣。
在本发明的实施例中，转炉内的留渣量可以为40～60kg/t转炉。若持续留渣，渣量会太大，因此在冶炼完毕，拉碳的时候会倒出一部分渣，以100t转炉为例，留渣量在4～6t。
在本发明的实施例中，含C物质在溅渣护炉操作之前加入，因此在溅渣护炉期间可以利用含C物质的还原作用稠化炉渣，增加转炉内壁粘渣量，均匀溅渣层。
S2，参见步骤e，进行溅渣护炉操作，期间向转炉内加入造渣材料；其中，造渣材料包括生石灰和含MgO质材料；生石灰的加入量可以为5～10kg/t钢，白云石的加入量可以为5～15kg/t钢。
由于在溅渣护炉操作之前加入了含C物质，因此在溅渣护炉的前期，炉渣中P氧化物与C粉发生还原反应，借助氮气提供的动力学搅拌实现脱磷后的炉渣净化，再生炉渣具备较高的循环利用价值。
而且，溅渣护炉的前期炉渣和C粉发生反应，炉渣逐步稠化；炉渣稠化过程中，渣中磷氧化物部分还原后进入炉气排出，所预留炉渣中有害P元素降低，留渣量进一步提高。
溅渣护炉的期间，尤其在溅渣护炉的中后期由高位料仓加入生石灰和含MgO质材料，含MgO质材料如白云石，稠质渣具备较好的护炉能力，溅渣护炉效果进一步优化，炉底液态渣量减少。
在本发明的实施例中，造渣材料优选为在溅渣护炉操作开始后的1～2min内加入。溅渣护炉的前期，由于炉渣温度高，此时气化脱磷反应容易进行，因此生石灰等造渣材料较传统操作的加入时机延迟，优选为在溅渣开始后的1～2min内加入。
由于生石灰和含MgO质材料的加入，溅渣效果进一步提高，溅渣护炉后溅渣层增厚，减少了液态渣预留量。
S3，参见步骤a，溅渣护炉操作后，立刻摇炉至操作侧，保持转炉内炉渣均匀平铺在转炉大面上，然后向转炉内兑入废钢进行压渣操作。
在本发明的实施例中，溅渣护炉操作后，立刻摇炉至操作侧，以增加炉底液态渣在转炉大面的停留时间，并利用废钢静压和冷却作用，限制液态渣后期上浮，减缓液态渣上浮对下炉次点火影响。
由于留渣操作循环后，炉渣量变大，且炉渣在兑铁过程中会上浮，因此点火困难，氧枪吹到炉渣子，点不着火；因此采用压渣操作，减少炉渣的上浮量，同时利用N、O混吹，氮气把炉渣吹开，氧气点火，提高点火成功率。
但是需要说明的是，溅渣护炉操作完毕后，炉渣中的P元素已经脱除了很多，因此采用全部留渣。而对于无法溅干的炉次，为了防止下炉次兑铁喷溅，可以将未溅干的炉渣倒出。
S4，继续参见步骤b，向转炉内兑入铁水，进行吹炼操作；其中，吹炼操作包括：
转炉点火前利用氮气吹扫钢液面；其中，氮气的流量为18000～19000Nm3/h；
利用氮氧混吹点火；其中，氮氧混吹中氮气与氧气的流量比为1：1；
点火成功后采用氧枪全氧吹炼，参见步骤c；其中，氧气的流量为18000～19000Nm3/h，氧枪吹炼压力为0.8～0.9Mpa。
需要说明的是，氧气流量与转炉吨位大小相关，以100t转炉为例，氧气流量一般在18000Nm3/小时左右，但本发明的实施例中由于溅渣护炉留渣操作后渣量变大，因此流量适度增加1000Nm3/小时左右。
另外，压力的升高和流量的增加是相关联的。留渣后，熔池深，熔池搅拌相对困难，需要增加氧压吹炼，为熔池提供较好的动能。以100t转炉为例，常规氧气流量下，氧枪氧压在0.8Mpa左右，因此留渣后，采用0.9Mpa进行吹炼，氧枪压力提高约0.1Mpa。
在本发明的实施例中，吹炼操作中分多次加入石灰，石灰可以根据实际情况分2～3次加入，石灰的加入总量可以为5～10kg/t钢。
在本发明的实施例中，由于冶炼前期加入的石灰为生石灰，加入之后不利于脱磷(炉渣稠)，因此，在溅渣护炉留渣操作之后，冶炼期间石灰的加入时机延迟，可以利用已经融化的预留渣脱磷，也即炉渣在下炉次冶炼的前期可以发挥很好的脱磷效果，且使得下炉次冶练时，石灰的加入量减少。
例如，常规操作在氧枪点火成功之后就开始加入石灰，而本发明中由于采用留渣操作，可以较常规操作延迟30s～1min加入第一批石灰。而且，相对于常规操作中一次加入一定量石灰，本发明中采用留渣操作，石灰可以分多次加入，石灰的加入量减少约5～7公斤/t钢。
S5，冶炼完毕，出钢，倒出多余炉渣。
之后继续循环步骤S1～步骤S5。
以下将通过具体实施例对本发明中的转炉留渣操作的优化冶炼方法进行具体说明。
实施例1：
某企业100t转炉，生产钢种为HRB400，采用图1所示的具体冶炼方法如下：
冶炼完毕出钢后，倒出多余炉渣，同时根据摇炉角度预判炉渣量，留渣量约为50kg/t转炉；
向留有炉渣的转炉中加入30kg/t炉渣的焦丁，溅渣护炉操作开始后，较传统操作延迟1min后，通过高位料仓向转炉内加入5.4kg/t钢的生石灰(CaO)和5.2kg/t钢白云石(MgO)；
摇炉至操作侧，保持转炉内炉渣均匀平铺在转炉大面上；
采用压渣法向留有炉渣的转炉中加废钢，然后兑入铁水，采用氮氧混吹点火，氧枪吹炼，氮氧的流量比为1：1，氧枪氧压为0.85Mpa，操作如图2所示；
进入下炉次冶炼。
之后循环上述步骤。
实施例2～6采用与实施例1相同的冶炼工艺，区别仅在于工艺参数的不同。
本发明中实施例1～6中具体的工艺参数以及实验结果详见下表1。
表1留渣操作优化冶炼相关参数
Figure BDA0003218065730000101
通过以上实验可证实，采用上述留渣操作的优化冶炼方法，留渣操作后石灰消耗在26～34kg/t钢，而常规炉次冶炼的石灰消耗为45～55kg/t钢，相比较而言，节约石灰量约20kg/t钢；且留渣操作后的点火成功率100％，冶炼较为平稳，未对冶炼过程造成影响；冶炼终点钢液P含量在0.02％水平，终点钢液成分合格。
该工艺技术无需新设备投入和生产组织变更，技术门槛低，推广应用性强，对于企业节约生产成本及实现社会效益意义重大。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，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以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种转炉留渣操作的优化冶炼方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，冶炼完毕出钢后，向留炉渣的转炉内加入还原剂；
S2，进行溅渣护炉操作，期间向所述转炉内加入造渣材料；其中，所述造渣材料包括生石灰和含MgO质材料；
S3，向所述转炉内加入废钢进行压渣操作；
S4，进行吹炼操作；
S5，冶炼完毕出钢，倒出多余炉渣；
之后继续循环步骤S1～步骤S5。
2.根据权利要求1所述的转炉留渣操作的优化冶炼方法，其特征在于，步骤S1中，所述还原剂为含C物质，所述含C物质为碳粉、焦粉、增碳剂和焦丁中的至少一种。
3.根据权利要求1或2所述的转炉留渣操作的优化冶炼方法，其特征在于，步骤S1中，所述还原剂的加入量为20～40kg/t炉渣；所述转炉内的留渣量优选为40～60kg/t转炉。
4.根据权利要求1所述的转炉留渣操作的优化冶炼方法，其特征在于，步骤S2中，所述造渣材料在所述溅渣护炉操作的中后期加入；优选的，所述造渣材料在所述溅渣护炉操作开始1～2min后加入。
5.根据权利要求1或4所述的转炉留渣操作的优化冶炼方法，其特征在于，步骤S2中，所述生石灰的加入量为5～10kg/t钢，所述含MgO质材优选为白云石；所述白云石的加入量优选为5～15kg/t钢。
6.根据权利要求1所述的转炉留渣操作的优化冶炼方法，其特征在于，步骤S3中，在向所述转炉内加入废钢前，采用摇炉平铺法保持所述转炉内炉渣均匀平铺在所述转炉大面上。
7.根据权利要求1或6所述的转炉留渣操作的优化冶炼方法，其特征在于，步骤S4中，所述吹炼操作包括：
转炉点火前利用氮气吹扫钢液面；
利用氮氧混吹点火；其中，氮氧混吹中氮气与氧气的流量比为1：1；
点火成功后采用氧枪全氧吹炼。
8.根据权利要求7所述的转炉留渣操作的优化冶炼方法，其特征在于，利用氮气吹扫钢液面时氮气的流量为18000～19000Nm3/h；
所述全氧吹炼中氧气的流量为18000～19000Nm3/h，氧枪吹炼压力为0.8～0.9Mpa。
9.根据权利要求1所述的转炉留渣操作的优化冶炼方法，其特征在于，步骤S4中，所述吹炼操作中分多次加入石灰，所述石灰的加入总量优选为20～30kg/t钢。
10.根据权利要求9所述的转炉留渣操作的优化冶炼方法，其特征在于，步骤S4中，所述石灰的加入时机延迟，所述石灰的第一次加入时间优选为点火成功后30s～1min。
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