CN114854927A - 一种大型转炉的开炉方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大型转炉的开炉方法，涉及转炉炉衬及冶炼技术领域。本发明的一种大型转炉的开炉方法，炉衬烘烤后采用“铁水+废钢”模式开炉，转炉装料时先兑铁水，后加废钢，废钢量由装入量及废钢比确定，废钢比根据铁水硅含量、铁水温度联动调整，有利于促使新砌筑的各部位炉衬砖在高温环境下紧密结合；同时开炉过程控制更平稳、开炉成功率高，且有利于提高炉衬寿命。所述造渣配料过程采用低MgO、恒流量变枪位模式以及强底吹方式冶炼，使得渣料消耗低且能显著提升P在渣钢间的分配比，有助于提高钢水质量。过程枪位、流量、渣料加入量及时机控制全程量化，易于实现自动化化操作，过程及结果重复性强，适应范围广。

Description

一种大型转炉的开炉方法

技术领域

本发明涉及转炉炉衬及冶炼技术领域，更具体地说是一种大型转炉的开炉方法。

背景技术

转炉炉龄即转炉炉衬的使用寿命，是炼钢生产的一项综合经济技术指标，在很大程度上决定了炼钢厂的正常生产和物流通畅。提高炉龄对于提高劳动生产率、增加钢产量、降低镁碳砖消耗等均有十分重要的意义。目前各大钢厂转炉开炉主要有两种模式：(1)炉衬烘烤后开炉法。采用焦炭烘烤炉衬后,加入纯铁水冶炼开炉，过程加入硅铁、焦炭等发热剂补充热量冶炼开炉；(2)冷炉开炉法。转炉砌筑完成后，直接兑入铁水冶炼，过程加入硅铁、焦炭等发热剂升温。

转炉炉衬由工作层、永久层及填充材料组成。工作层直接与炉内熔融金属、炉渣接触，一般由机压成型不烧镁碳砖砌成；永久层紧贴炉壳钢板，通常由机压成型烧成镁砖铺成；填充材料则为散状含镁耐材，主要用于不规则区域或缝隙填充。由于镁碳砖、填充材料残留有自由水、结晶水及挥发分，镁砖则存在抗热震性较差，不宜急冷急热等缺陷，故转炉新建或炉役检修新砌新炉衬投入使用的前几炉，尤其是第一炉冶炼，即转炉开炉对炉役具有重要作用。生产实践证明，新炉炉衬的侵蚀速度要比炉役中期和后期快得多。开新炉如果操作不当，不但会影响炉衬的烧结，导致炉衬的大面积剥落，严重时甚至会造成全部坍塌，给炼钢生产及安全还来恶劣影响，另外，开新炉对第一炉的钢水质量也有较大的影响；因此，开新炉操作是决定该炉役生产尽快进入良性循环的关键因素之一。

经检索，关于解决上述的不足，目前已有相关专利公开。如，中国专利申请号为：2011102771950、申请日为：2011年9月19日、授权公告日为：2014年1月8日，公开了一种炼钢转炉的开炉方法，所述开炉方法包括先将硅铁合金加入到转炉中，然后向转炉中兑入含钒铁水并采用转炉顶底复合吹炼将铁水进行吹炼，并向铁水中加入提温剂和辅料，吹炼条件以及各物质的加入量使得满足吹炼终点的钢水要求，并将吹炼得到的钢水出钢到钢包中。该专利主要采用“不烘炉+全铁水+硅铁热补偿”法开新炉法，但未涉及具体参数控制。

又如中国专利申请号为：201610678719X、申请日为：2016年8月17日、授权公告日为：2018年3月6日，公开了一种80吨转炉的开新炉冶炼方法，下枪至基本枪位，并以0.7Mpa氧压点火，点火后立即加入第一批造渣材料，吹2～3min后提枪到化渣枪位在1.4～1.8m处，正常氧压0.8Mpa，焦碳加入总量为1.5～2.0t，点火后立即加入第一批0.5t,此后每隔2～3min加入0.3～0.4t，在开吹10min内加完，焦碳加完后，采用正常氧压0.8Mpa吹炼；炉渣碱度按3.0～3.5控制，开吹加入活性石灰2.5t，轻烧白云石1.5t或镁球，吹炼4～7min内，视炉内化渣情况分两批或多批加入余量石灰，后期可用轻烧白云石或镁球调温，萤石每批量不大于100kg/批，总量不大于300kg/炉。该专利采用加入焦炭进行热补偿开新炉法，主要是针对新炉进行使用，使得转炉的效率高，满足使用。

通常而言，供给中小型转炉铁水温度相对较低，冶炼过程热损大，以上两种方法对中小型转炉虽有一定的合理性，但对大型转炉而言，因其通常承接大型高炉铁水，铁水温度、碳含量相对较高，且炉衬厚、同时采用副枪测温取样，故冶炼过程热损小，若采用上述加发热剂补充热量方法开炉不仅炼过程喷溅大，辅料消耗高，而且冶炼终点P含量高、钢水纯净度低，弊端明显。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

针对目前转炉开炉模式用于大型转炉时，易造成炼过程喷溅大，辅料消耗高等问题，本发明提出一种大型转炉的开炉方法，炉衬烘烤后采用“铁水+废钢”模式开炉，转炉装料时先兑铁水，后加废钢，废钢量由装入量及废钢比确定，废钢比根据铁水硅含量、铁水温度联动调整，使得冶炼过程熔池升温均匀，对耐火材料的热冲击小，有利于促使新砌筑的各部位炉衬砖在高温环境下紧密结合，防止炉衬砖断裂、抽砖。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

一种大型转炉的开炉方法，在炉衬烘烤后采用“铁水+废钢”模式开炉，转炉装料时先兑铁水，后加废钢，其中，按照以下公式依次进行废钢量和铁水量的确定：废钢量S＝Sp×C，铁水量M＝C-S，式中，C为转炉装入量，M为铁水量，S为废钢量，单位均为t；Sp为废钢比，废钢比根据铁水硅含量、铁水温度联动调整，具体地，以铁水为物料平衡基础进行热量收、支计算，热量收入包括铁水中硅的氧化热和铁水物理热。整个开炉过程控制更平稳、开炉成功率高，并有利于提高炉衬寿命；另外，采用铁水温度、硅含量与废钢量联动方式调整废钢比，使得冶炼过程熔池升温均匀，对耐火材料的热冲击小，有利于促使新砌筑的各部位炉衬砖在高温环境下紧密结合，防止炉衬砖断裂、抽砖。

进一步的技术方案，根据转炉公称容量不同，装入量C＝(1.06～1.12)×T，式中C为转炉装入量，T为转炉公称容量，单位为t。

进一步的技术方案，所述铁水中碳含量为4.0～4.6wt％，Si含量为0.20～0.60wt％，Mn含量≤0.40wt％，P含量≤0.15wt％，S含量≤0.035wt％；所述入转炉铁水的温度为1250～1410℃。

进一步的技术方案，在兑铁水前或冶炼过程中加入造渣料，造渣料加入量由碱度R、渣中目标氧化镁含量及造渣料原料成分确定，其中碱度R＝CaOwt％÷SiO₂wt％，其设定范围为3.0～4.5，渣中氧化镁含量范围为1.0％～5.0％，具体地，造渣料加入量＝R×(硅被氧化成SiO₂后增加的倍数)×铁水硅含量÷(渣中CaO含量-渣中SiO₂含量×R)×[(铁水量+废钢量)÷2]。

进一步的技术方案，所述造渣料原料成分为含CaO与含MgO的散状料，所述造渣料分批或一次性加入，最后一批须在供氧总量的40％前加完。

进一步的技术方案，所述造渣料为含CaO与含MgO的散状料，以利用其中的成分CaO与铁水中的S、P元素进行反应，达到脱P去S的目的；所述造渣料分批或一次性加入，最后一批须在供氧总量的40％前加完。

进一步的技术方案，依据供氧总量确定过程枪位高度，供氧制度采用恒流量变枪位模式冶炼，所述枪位高度H＝1.15×(30～55)×D_喉，式中H为氧枪喷头与铁水液面间的距离，cm；D_喉为氧枪喷头喉口直径，cm。

进一步的技术方案，变枪位模式采用“高-低-低”枪位模式，供氧过程中枪位控制要求具体如下：

供氧总量的前30％段：H＝1.15×(45～55)×D_喉；

供氧总量的前30％～83％段：H＝1.15×(35～50)×D_喉；

供氧总量的前83％～100％段：H＝1.15×(30～35)×D_喉。

进一步的技术方案，所述造渣料加入转炉后，采用底吹控制，通过转炉强底吹可强化熔池搅拌、降低碳氧浓度积，并促进钢-渣界面反应，使得多相界面更接近于平衡状态，从而显著地降低钢水和熔渣中的过饱和的氧含量、提高P、S在钢渣间的分配比；开炉底吹为氮、氩气组合，吹炼至供氧总量的70％时，底吹气体由氮气切换为氩气，也就是说同一炉次中，吹炼到供氧总量的70％至出钢结束期间为氩气，其它均为氮气。

进一步的技术方案，为节约成本或其它原因，同炉次底吹气体为二种或二种以上的不活泼气体。

进一步的技术方案，还包括过程及终点温度控制，通过副枪TSC测量点目标控制：碳含量为0.20wt％～0.55wt％，温度为1620℃～1640℃；终点温度为1660℃～1685℃，碳含量根据钢种情况确定。

进一步的技术方案，出完钢后倒渣、留渣、溅干，倒渣时其倾动时角度不超过150°(以转炉炉口向上竖直时为零度计)；留渣量Sl＝T÷20～T÷15，式中T为公称容量，Sl为留渣量，单位为t。

3.有益效果

采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：

(1)本发明的一种大型转炉的开炉方法，炉衬烘烤后采用“铁水+废钢”模式开炉，转炉装料时先兑铁水，后加废钢，废钢量由装入量及废钢比确定，废钢比根据铁水硅含量、铁水温度联动调整，使得冶炼过程熔池升温均匀，对耐火材料的热冲击小，有利于促使新砌筑的各部位炉衬砖在高温环境下紧密结合，防止炉衬砖断裂、抽砖；同时开炉过程控制更平稳、开炉成功率高，且有利于提高炉衬寿命；

(2)本发明的一种大型转炉的开炉方法，采用低MgO、强底吹为特征的配料造渣方法，渣料消耗低且能显著提升P在渣钢间的分配比，冶炼钢水P含量可稳定小于0.015％，氧含量不大于450ppm，进而提高钢水质量；

(3)本发明的一种大型转炉的开炉方法，过程枪位、流量、渣料加入量及时机控制全程量化，易于实现自动化化操作，过程及结果重复性强。

具体实施方式

本实施例的一种大型转炉的开炉方法，在炉衬烘烤后采用“铁水+废钢”模式开炉，转炉装料时先兑铁水，后加废钢，其中，按照以下公式依次进行废钢量和铁水量的确定：废钢量S＝Sp×C，铁水量M＝C-S，式中，C为转炉装入量，M为铁水量，S为废钢量，单位均为t；Sp为废钢比，废钢比根据铁水硅含量、铁水温度联动调整，具体地，以铁水为物料平衡基础进行热量收、支计算，热量收入包括铁水中硅的氧化热和铁水物理热。整个开炉过程控制更平稳、开炉成功率高，并有利于提高炉衬寿命；另外，采用铁水温度、硅含量与废钢量联动方式调整废钢比，使得冶炼过程熔池升温均匀，对耐火材料的热冲击小，有利于促使新砌筑的各部位炉衬砖在高温环境下紧密结合，防止炉衬砖断裂、抽砖。根据转炉公称容量不同，装入量C＝(1.06～1.12)×T，式中C为转炉装入量，T为转炉公称容量，单位为t。上述装入量C、废钢量S的控制偏差分别为±0.006×C吨、±0.0025×C吨。所述铁水中碳含量为4.0～4.6wt％，Si含量为0.20～0.60wt％，Mn含量≤0.40wt％，P含量≤0.15wt％，S含量≤0.035wt％；所述入转炉铁水的温度为1250～1410℃。

本实施例中，转炉提高废钢比可以减少铁水用量，从而有助于降低转炉的生产成本；同时可以减少造渣料的用量，有利于减少轻吹炼中的喷溅，提高冶金收得率另外，还可以减少吹炼时间，减少氧气消耗，增加产量。以100kg铁水为基础，按下式计算：

式中热量收入与支出以100kg铁水为物料平衡基础进行热量收、支计算；单位废钢冷却效应为1kg废钢冷却效应。

废钢比＝废钢加入重量÷(100+废钢加入重量)*100％。

在兑铁水前或冶炼过程中加入造渣料，所述造渣料加入量由碱度R、渣中目标氧化镁含量及原料成分确定，其中碱度R＝CaOwt％÷SiO₂wt％，其设定范围为3.0～4.5，渣中氧化镁含量范围为1.0％～5.0％。

所述造渣料为含CaO与含MgO的散状料，以利用其中的成分CaO与铁水中的S、P元素进行反应，达到脱P去S的目的；所述造渣料分批或一次性加入，最后一批须在供氧总量的40％前加完。所述造渣料加入转炉后，采用强底吹控制；顶部供氧制度采用恒流量变枪位模式冶炼，变枪位模式采用“高-低-低”枪位模式，依据供氧总量确定过程枪位高度。通过采用低MgO、强底吹为特征的配料造渣方法，渣料消耗低且能显著提升P在渣钢间的分配比，冶炼钢水P含量可稳定小于0.015％，氧含量不大于450ppm，进而提高钢水质量。通过全程量化过程枪位、流量、渣料加入量，易于实现自动化化操作，过程及结果重复性强。

为进一步了解本发明的内容，结合具体实施例对发明作详细描述。

实施例1

本实施例的一种大型转炉的开炉方法，一种300吨转炉开炉方法，包括在转炉开炉前，炉衬采用焦炭烘烤，烘烤结束温度1050℃左右，烘烤时间4.0小时；烘烤结束后，采用“铁水+废钢”模式开炉，连续冶炼炉数5炉，冶炼钢种SPHC。转炉装料时先兑铁水，后加废钢，所述开炉用废钢为轻薄料废钢(GB T 4223-2017)；所述入转炉铁水的温度为1250～1410℃。

根据转炉公称容量不同，对300吨转炉而言装入量C＝1.083×300＝325吨，废钢量由装入量及废钢比确定，即入炉废钢量S＝Sp×C＝Sp×325；式中S为废钢量，C为转炉装入量，单位均为t，Sp为废钢比；废钢比根据铁水硅含量、铁水温度联动调整，具体见表1；300吨转炉动态废钢加入量计算结果见表2。铁水Si含量为0.35wt％，铁水温度为1305℃时，查表1得废钢比为6.40％，加入量＝Sp×325＝20.8吨。铁水量M＝C-S＝325-S＝325-20.8＝304.2t；式中C为转炉装入量，M为铁水量，S为废钢量，单位均为t。上述装入量C、废钢量S的控制偏差分别为±0.006×C吨、±0.0025×C吨，即±1.95吨、±0.81吨。

表1入炉废钢比

表2入炉废钢量对照表

造渣料为冶金石灰和白云石组合，也可以为冶金石灰和轻烧白云石组合，或仅用石灰造渣，主要是利用其中的成分CaO与铁水中的S、P元素进行反应，达到脱P去S的目的。

本实施例中，造渣料选冶金石灰和白云石组合，所述石灰中的CaO含量为80～95wt％；所述白云石中的MgO含量通常为15～25wt％，CaO含量通常为20～40wt％；

具体地，在本炉次中，铁水P含量0.141wt％，铁水Si含量为0.35wt％，铁水量304.2t；废钢中平均硅含量0.22wt％，废钢量20.8t；石灰中的CaO含量为88.0wt％，MgO含量0.50wt％，SiO₂含量1.50％；白云石中CaO含量为29.5wt％，MgO含量19.50wt％，SiO₂含量1.10％；

渣料加入量由关键参数及原料成分确定，其中关键参数有二，其一碱度R(R＝CaO÷SiO₂)，设定范围为3.0-4.5；其二渣中氧化镁含量，设定范围1.0％～5.0％；在上述基础上根据铁水量、废钢量及铁水、渣料、废钢成分计算确定。在本炉次中，渣料加入量关键参数计算中，按照下述公式计算造渣料加入量，造渣料加入量＝R×(硅被氧化成SiO₂后增加的倍数)×铁水硅含量÷(渣中CaO含量-渣中SiO₂含量×R)×[(铁水量+废钢量)÷2]。选取R＝3.5，渣中MgO＝2.1％，石灰加入量＝R×2.14×3.5÷(0.88-0.015×R)×315，则炉冶金石灰加入量为9600kg，则炉白云石加入量为1300kg；折算吨钢冶金石灰、白云石消耗分别为32.0kg、4.3kg；炉次总供氧量约15200m³；所述造渣料在总供氧量1.0％，即约152m³时一次性加入。26.215，0.8275

供氧制度，采用恒流量变枪位模式冶炼：

所述供氧流量Q＝I×T，式中Q为供氧流量，m³/min；I为供氧强度，m³/(t·min)，顶吹供氧强度为2.8～3.5m³/(t·min)；

本炉顶吹氧供气强度到3.33m³/(t·min)；

所述枪位H＝1.15×(30～55)×D_喉，式中H为氧枪喷头与铁水液面间的距离，cm，D_喉为氧枪喷头喉口直径，300吨转炉取5.02cm，过程中枪位控制要求如下：

供氧总量的前30％段(开吹到4560m³)：H＝1.15×(45～55)×D_喉＝1.15×52×5.02＝300.2cm；

供氧总量的前30％～83％段(4560m³到12616m³)：H＝1.15×(35～50)×D_喉＝1.15×42×5.02＝242.5cm；

供氧总量的前83％～100％段(12616m³到15200m³)：H＝1.15×(30～35)×D_喉＝1.15×31×5.02＝178.9cm；。

通过转炉底吹可强化熔池搅拌、降低碳氧浓度积、促进钢-渣界面反应，多相界面更接近于平衡状态，所以显著地降低钢水和熔渣中的过饱和的氧含量、提高P、S在钢渣间的分配比，底吹参数设定如表3所示。

表3底吹参数设定

开炉底吹为氮、氩气组合，吹炼至供氧总量的70％时，即供氧10640m³时，底吹气体由氮气切换为氩气，也就是说同一炉次中，吹炼到供氧总量的70％至出钢结束期间为氩气，其它均为氮气。

过程及终点温度控制：

副枪TSC测量点目标控制：碳含量0.20wt％～0.55wt％，温度1620℃～1640℃；终点温度1660℃-1685℃，碳含量不大于0.05％；

本炉冶炼结果：副枪TSC测量时碳含量0.35wt％，温度1627℃；终点温度1678℃，碳含量0.035％，氧含量395ppm；

出完钢后倒渣、留渣、溅干：

所述倒渣时其倾动时角度不超过150°(以转炉炉口向上竖直时为零度计)；

所述留渣量Sl＝T÷20～T÷15，即留渣量15吨，式中T为公称容量，Sl为留渣量，单位为t。

Claims (10)

1.一种大型转炉的开炉方法，其特征在于：在炉衬烘烤后采用“铁水+废钢”模式开炉，转炉装料时先兑铁水，后加废钢，其中，按照以下公式依次进行废钢量和铁水量的确定：废钢量S＝Sp×C，铁水量M＝C-S，式中，C为转炉装入量，M为铁水量，S为废钢量，单位均为t；Sp为废钢比，废钢比根据铁水硅含量、铁水温度联动调整，具体地，以铁水为物料平衡基础进行热量收、支计算，热量收入包括铁水中硅的氧化热和铁水物理热。

2.根据权利要求1所述的一种大型转炉的开炉方法，其特征在于：根据转炉公称容量不同，装入量C＝(1.06～1.12)×T，式中C为转炉装入量，T为转炉公称容量，单位为t。

3.根据权利要求3所述的一种大型转炉的开炉方法，其特征在于：所述铁水中碳含量为4.0～4.6wt％，Si含量为0.20～0.60wt％，Mn含量≤0.40wt％，P含量≤0.15wt％，S含量≤0.035wt％；所述入转炉铁水的温度为1250～1410℃。

4.根据权利要求3所述的一种大型转炉的开炉方法，其特征在于：在兑铁水前或冶炼过程中加入造渣料，造渣料加入量由碱度R、渣中目标氧化镁含量及造渣料原料成分确定，其中碱度R＝CaOwt％÷SiO₂wt％，其设定范围为3.0～4.5，渣中氧化镁含量范围为1.0％～5.0％，具体地，造渣料加入量＝R×(硅被氧化成SiO₂后增加的倍数)×铁水硅含量÷(渣中CaO含量-渣中SiO₂含量×R)×[(铁水量+废钢量)÷2]。

5.根据权利要求4所述的一种大型转炉的开炉方法，其特征在于：所述造渣料原料成分为含CaO与含MgO的散状料，所述造渣料分批或一次性加入，最后一批须在供氧总量的40％前加完。

6.根据权利要求5所述的一种大型转炉的开炉方法，其特征在于：依据供氧总量确定过程枪位高度，供氧制度采用恒流量变枪位模式冶炼，所述枪位高度H＝1.15×(30～55)×D_喉，式中H为氧枪喷头与铁水液面间的距离，cm；D_喉为氧枪喷头喉口直径，cm。

7.根据权利要求6所述的一种大型转炉的开炉方法，其特征在于：变枪位模式采用“高-低-低”枪位模式，供氧过程中枪位控制要求具体如下：

供氧总量的前30％段：H＝1.15×(45～55)×D_喉；

供氧总量的前30％～83％段：H＝1.15×(35～50)×D_喉；

供氧总量的前83％～100％段：H＝1.15×(30～35)×D_喉。

8.根据权利要求5所述的一种大型转炉的开炉方法，其特征在于：所述造渣料加入转炉后，采用底吹控制，开炉底吹为氮气和氩气组合，吹炼至供氧总量的70％时，底吹气体由氮气切换为氩气。

9.根据权利要求7所述的一种大型转炉的开炉方法，其特征在于：还包括过程及终点温度控制，通过副枪TSC测量点目标控制：碳含量为0.20wt％～0.55wt％，温度为1620℃～1640℃；终点温度为1660℃～1685℃。

10.根据权利要求8所述的一种大型转炉的开炉方法，其特征在于：出完钢后倒渣、留渣、溅干，倒渣时其倾动时角度不超过150°；留渣量Sl＝T÷20～T÷15，式中Sl为留渣量，单位为t。