CN117230278A - 降低回磷钢水中磷含量的方法、应用、钢水吹炼的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种降低回磷钢水中磷含量的方法、应用、钢水吹炼的方法，涉及钢铁冶炼技术领域。包括采用氩气吹扫回磷钢水，氩气吹扫包括顶吹氩气和底吹氩气。通过采用氩气吹扫回磷钢水，采用顶底复吹的方式，增加熔池搅拌，能够对钢水进行降温，当钢水温度下降，钢渣和回磷钢水界面处的脱磷反应正向进行，从而降低钢水中的磷含量。该方法脱磷方便，且不会发生钢水过氧化和增氮现象，尤其适用于对磷和氮含量要求严格的钢种的冶炼过程。
Description
技术领域
本发明涉及钢铁冶炼技术领域，具体而言，涉及一种降低回磷钢水中磷含量的方法、应用、钢水吹炼的方法。
背景技术
钢铁冶炼成铸件的过程大致可以总结为吹炼、精炼和连铸这几个大步骤，其中吹炼过程的主要目的是为了减少原料钢中对钢性能产生影响的元素含量，例如S、P、C等元素，当这些影响钢性能的元素含量符合钢种要求后，吹炼完成，对钢水进行精炼调整钢水中所有元素的含量，例如根据不同钢种需求加入各种合金，并将各元素含量精炼至符合钢种要求即可进行连铸获得铸坯。为了保证后续精炼和连铸步骤能够顺利进行，吹炼过程中的元素含量控制就至关重要。
转炉炼钢现行脱磷工艺主要通过在吹炼前期加入石灰、铁矿石等造渣剂造脱磷渣，同时采用顶吹氧气来进行钢水脱磷，一般可以将钢水的磷含量降低到符合钢种要求。但是在一些情况中，随着冶炼过程进行，容易出现冶炼后期易发生脱磷反应逆向进行导致钢水中的磷含量超标现象，一般称为钢水的回磷现象。目前针对回磷钢水的解决方法有加入大量石灰等造渣剂继续顶吹氧气的方式实现，通过增大渣量缓解冶炼后期钢水的磷含量偏高的问题，但是加入造渣剂和顶吹氧气在除磷的同时也会发生钢水过氧化，且这种方法相当于重复一次吹炼过程，增加成本和冶炼周期，脱磷效果也不理想。此外，还有采用“双渣法炼钢”的方式解决上述问题，即把前期磷含量高的渣倒掉，重新加入造渣料造渣冶炼。这就防止了渣料中的磷返回钢水导致钢水磷含量升高。但是该方法由于需要经过两次造渣，同样会增加冶炼成本和时间。因此，亟需提供一种更为便捷的吹炼过程中钢水磷含量超标后的处理方法。
鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的在于提供一种降低回磷钢水中磷含量的方法、应用、钢水吹炼的方法。
本发明是这样实现的：
第一方面，本发明提供一种降低回磷钢水中磷含量的方法，包括采用氩气吹扫回磷钢水，氩气吹扫包括顶吹氩气和底吹氩气。
在可选的实施方式中，顶吹氩气的氩气流量为20000～35000Nm3/h，顶吹氧枪与钢水表面的距离为1500～2500mm，顶吹氩气的时间为10～100s。
优选地，钢水的温降为0.5～1.5℃/s。
在可选的实施方式中，底吹氩气的氩气流量为180～720Nm3/h。
优选地，底吹氩气的供气支管数量为4～10个。
在可选的实施方式中，回磷钢水为吹炼终点判定检测中磷含量超过钢种要求，且钢水温度＞钢种所要求出钢温度20℃以上的钢水。
在可选的实施方式中，还包括在氩气吹扫时加入补充造渣剂，补充造渣剂为石灰和铁矿石。
优选地，石灰的加入量为0.1～4kg/吨钢，铁矿石的加入量为0.1～3kg/吨钢。
在可选的实施方式中，加入补充造渣剂的条件包括以下条件中的至少两个：
①回磷钢水的磷含量超过钢种磷含量要求；
②回磷钢水的温度＞钢种所要求出钢温度20℃以上；
③回磷钢水中的钢渣较稠呈浆糊状、较稀呈水状或碱度低于2.5。
第二方面，本发明提供一种钢水吹炼的方法，包括如前述实施方式任一项的降低回磷钢水中磷含量的方法；当钢水吹炼至终点前采样，并根据采集的样品判断钢磷含量超钢种要求时，采用如前述实施方式任一项的降低回磷钢水中磷含量的方法处理回磷钢水后再出钢。
在可选的实施方式中，钢水吹炼的步骤包括将钢铁原料加入吹炼炉内，底吹氩气，顶吹氧气，并加入造渣剂化渣。
在可选的实施方式中，钢水吹炼过程中，顶吹氧气的氧气流量为20000～30000Nm3/h，顶吹氧枪与钢水表面的距离为1600～2000mm。
优选地，造渣剂包括石灰、轻烧白云石、白云石、铁矿石中的至少一种。
第三方面，本发明提供一种如前述实施方式任一项的降低回磷钢水中磷含量的方法在钢铁冶炼领域中的应用。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供一种降低回磷钢水中磷含量的方法、应用、钢水吹炼的方法，通过采用氩气吹扫回磷钢水，采用顶底复吹的方式，增加熔池搅拌，能够对钢水进行降温，当钢水温度下降，钢渣和回磷钢水界面处的脱磷反应正向进行，从而降低钢水中的磷含量。该方法脱磷方便，且不会发生钢水过氧化和增氮现象，尤其适用于对磷和氮含量要求严格的钢种的冶炼过程。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
转炉炼钢现行脱磷工艺主要通过在吹炼前期加入石灰、铁矿石等造渣剂造脱磷渣，同时采用顶吹氧气来进行钢水脱磷，一般可以将钢水的磷含量降低到符合钢种要求。但是在一些情况中，随着冶炼过程进行，钢水温度会不断升高，从而出现冶炼后期易发生脱磷反应逆向进行导致钢水中的磷含量超标的现象，一般称为钢水的回磷现象。由于磷在后续精炼过程中去除难度较大，因此一般需要在转炉吹炼过程中将磷含量控制合格。目前采用造大渣量法和“双渣法炼钢”的脱磷方法解决钢水回磷的冶炼周期长，冶炼成本增加，因此发明人提出如下解决方案，以更快速、便捷地解决上述问题。
第一方面，本发明提供一种降低回磷钢水中磷含量的方法，包括采用氩气吹扫回磷钢水，氩气吹扫包括顶吹氩气和底吹氩气。
本发明通过采用氩气吹扫回磷钢水，采用顶底复吹的方式，增加熔池搅拌，能够对钢水进行降温，当钢水温度下降，钢渣和回磷钢水界面处的脱磷反应正向进行，从而降低钢水中的磷含量。该方法脱磷方便，且不会发生钢水过氧化和增氮现象，尤其适用于对磷和氮含量要求严格的钢种的冶炼过程。
需要说明的是，本发明提供的降低回磷钢水中磷含量的方法是针对吹炼完成待出钢的钢水，经过检测后如果各元素含量，特别是P含量符合钢种要求，即可直接出钢，如果检测后，P含量高于该钢种要求，则需要采用本发明提供的上述降低回磷钢水中磷含量的方法进行脱磷，以使吹炼出钢的钢水中P含量达到要求。因此本发明的上述方法是一种钢水出现回磷现象后的挽救方法，该方法操作简单、脱磷速度块，且不易造成对钢水中其他元素的影响，也不会导致钢水过氧化。
在可选的实施方式中，顶吹氩气的氩气流量为20000～35000Nm3/h，顶吹氧枪与钢水表面的距离为1500～2500mm，顶吹氩气的时间为10～100s。
优选地，顶吹氩气的氩气流量为25000～32000Nm3/h，顶吹氧枪与钢水表面的距离为1600～2200mm，顶吹氩气的时间为20～80s。
优选地，顶吹氩气的氩气流量为27000～30000Nm3/h，顶吹氧枪与钢水表面的距离为1800～2000mm，顶吹氩气的时间为30～50s。
其中，顶吹氧枪的位置即为顶吹氧枪与钢水表面之间的距离。且顶吹氧枪并不仅仅可以吹氧，在本发明中还可以将顶吹氧枪与氩气管路连接，从而实现顶吹氩气，顶吹氧枪只是一种固定说法，不应当作为其内介质选择的限定。
优选地，顶吹氩气的过程中，钢水的温降为0.5～1.5℃/s，脱磷量可达200ppm以上。
在可选的实施方式中，底吹氩气的氩气流量为180～720Nm3/h。底吹氩气保持在吹炼的过程中全程吹扫，目的是对钢水进行搅拌，在吹炼前期，底吹氩气的搅拌能够使钢水和钢渣充分接触，脱磷造渣，当采用本发明的降低回磷钢水中磷含量的方法时，底吹氩气辅助顶吹氩气对钢水进行搅拌，降低钢水温度，有利于钢渣与钢水表面的脱磷反应正向进行，从而达到降低钢水磷含量的目的。
优选地，底吹氩气的供气支管数量为4～10个。更优选为6个。在其他实施方式中，底吹氩气的供气支管数量可以根据需要常规设置，不限于上述要求数量。
在可选的实施方式中，回磷钢水为吹炼终点判定检测中磷含量超过钢种要求，且钢水温度＞钢种所要求出钢温度20℃以上的钢水。
发明人研究表明，钢水回磷的原因是因为钢水温度升高，钢水与钢渣表面的脱磷反应过程逆向进行，使得钢渣中的磷返回钢水的现象，因此一般钢水温度较高时，钢水中的磷含量也会升高，通过吹炼终点判断时的取样检测发现，如果钢水温度＞钢种所要求出钢温度20℃以上，且磷含量超出钢种标准时，即认为钢水出现了回磷现象，则需要采用本发明提供的上述方法进行处理，快速降低钢水中的磷，且不会影响钢水的其他性质。
在可选的实施方式中，还包括在氩气吹扫时加入补充造渣剂，补充造渣剂为石灰和铁矿石。
当吹炼终点判定检测中钢水磷含量与钢种标准差值较小，且钢渣呈现粘稠度碱度合适状态时，可以直接采用顶底复吹氩气的方式脱磷，但是如果回磷钢水中磷含量与钢种标准差值较大，且钢渣较稠呈浆糊状、较稀呈水状或碱度低于2.5时，如果单独采用顶底复吹氩气的方式脱磷耗时较长，获得符合标准的磷含量时，钢水温度又太低了，增加精炼过程的成本，因此需要加入少量补充造渣剂，配合顶底复吹氩气的技术脱磷，同样可以迅速降低钢水中磷含量，且操作简便，不易影响钢水中其他元素的品质。
优选地，石灰的加入量为0.1～4kg/吨钢，铁矿石的加入量为0.1～3kg/吨钢。
在可选的实施方式中，加入补充造渣剂的条件包括以下条件中的至少两个：
①回磷钢水的磷含量超过钢种磷含量要求；
②回磷钢水的温度＞钢种所要求出钢温度20℃以上；
③回磷钢水中的钢渣较稠呈浆糊状、较稀呈水状或碱度低于2.5。
可以理解的是，回磷钢水中的磷含量与钢种要求差异较大时，通过顶底复吹氩气调整需要更长的时间；回磷钢水的温度较高时，降温也会需要更长的时间。因此，发明人通过设置上述标准作为加入补充造渣剂的条件可以提高回磷钢水的脱磷效率，同时操作简便，脱磷成本低，脱磷效果好。
第二方面，本发明提供一种钢水吹炼的方法，包括如前述实施方式任一项的降低回磷钢水中磷含量的方法；当钢水吹炼至终点前采样，并根据采集的样品判断钢水为回磷钢水时，采用如前述实施方式任一项的降低回磷钢水中磷含量的方法处理回磷钢水后再出钢。若钢水不是回磷钢水则可以直接出钢。
在可选的实施方式中，钢水吹炼的步骤包括将钢铁原料加入吹炼炉内，底吹氩气，顶吹氧气，并加入造渣剂化渣。吹炼过程可以采用常规吹炼方法，本发明提供的降低回磷钢水中磷含量的方法的另一优势在于，其对吹炼的方法没有限制，可以适用于任何一种吹炼方法，只要吹炼终点前检测钢水为回磷钢水即可采用本发明提供的降低回磷钢水中磷含量的方法进行脱磷处理。
在可选的实施方式中，为了便于后续处理，吹炼炉可以采用顶底复吹转炉。
在可选的实施方式中，钢水吹炼过程中，顶吹氧气的氧气流量为20000～30000Nm3/h，顶吹氧枪与钢水表面的距离为1600～2000mm，并随着吹炼的时间增加顶吹氧枪与钢水表面的距离逐渐降低。在其他实施方式中，以上吹炼参数也可根据需要调整。
优选地，造渣剂包括石灰、轻烧白云石、白云石、铁矿石中的至少一种。
在可选的实施方式中，新一炉钢水吹炼前，还包括将前一炉钢水的钢渣排出，溅渣护炉完成后，再加入废钢和铁水冶炼。其中排渣和溅渣护炉的操作可以采用现有的方法处理，本发明对此不作限定。
第三方面，本发明提供一种如前述实施方式任一项的降低回磷钢水中磷含量的方法在钢铁冶炼领域中的应用。
实施例1
本实施例提供了一种钢水吹炼的方法，包括如下步骤：
S01、采用炉容比为2.0的130吨的顶底复吹转炉冶炼钢水，全程底吹氩气，6个底吹的支管供气总流量为190Nm3/h。其中，在吹炼临近终点取样前开启强搅，强搅时间80s，强搅过程中底吹的支管供气总流量为720Nm3/h。
S02、上一炉钢水出钢后，将炉内的钢渣倒出，溅渣护炉完成后，向炉内加入废钢35t，铁水108t，铁水温度1371℃，开始吹炼。
S03、吹炼开始时，顶吹氧枪距离钢水表面2000mm，顶吹氧气流量为20000Nm3/h，吹炼90s后，向钢水中加入石灰、轻烧白云石等造渣剂，同时调整顶吹氧气流量为30000Nm3/h进行造渣。在吹炼中期，为了避免钢渣返干严重，调整顶吹氧枪与钢水表面的距离为1800mm，或再调至1600mm。
S04、吹炼临近终点时取样检测，钢水温度为1651℃，钢水中P含量为0.036％，超过10B21钢种的P含量＜0.020％的标准，N含量为0.0026％。判断此时的钢水为回磷钢水，不能直接出钢，需要对钢水再次脱磷。
S05、降低回磷钢水中磷含量的方法
由于钢渣较稀呈水状且磷含量与目标相差较大，向回磷钢水中加入0.7t石灰和0.4t铁矿石，将顶吹氧枪气源切换成氩气，氩气流量27000Nm3/h，同时调整顶吹氧枪与钢水表面的距离为1900mm，顶吹氩气搅拌50s后提枪再次检测钢水质量，此时钢水温度为1610℃，钢水中P含量为0.018％，N含量为0.0025％，钢水成分和温度满足出钢要求，可以出钢。
实施例2
本实施例提供了一种钢水吹炼的方法，包括如下步骤：
S01、采用炉容比为2.0的130吨的顶底复吹转炉冶炼钢水，全程底吹氩气，6个底吹的支管供气总流量为185Nm3/h。其中，在吹炼临近终点取样前开启强搅，强搅时间80s，强搅过程中底吹的支管供气总流量为720Nm3/h。
S02、上一炉钢水出钢后，将炉内的钢渣倒出，溅渣护炉完成后，向炉内加入废钢35t，铁水109t，铁水温度1380℃，开始吹炼。
S03、吹炼开始时，顶吹氧枪距离钢水表面2000mm，顶吹氧气流量为20000Nm3/h，吹炼90s后，向钢水中加入石灰、轻烧白云石等造渣剂，同时调整顶吹氧气流量为30000Nm3/h进行造渣。在吹炼中期，为了避免钢渣返干严重，调整顶吹氧枪与钢水表面的距离为1800mm，或再调至1600mm。
S04、吹炼临近终点时取样检测，钢水温度为1668℃，钢水中P含量为0.040％，超过10B21钢种的P含量＜0.020％的标准，N含量为0.0026％。判断此时的钢水为回磷钢水，不能直接出钢，需要对钢水再次脱磷。
S05、降低回磷钢水中磷含量的方法
由于钢渣较稀呈水状且磷含量与目标相差较大，向回磷钢水中加入0.8t石灰和0.4t铁矿石，将顶吹氧枪气源切换成氩气，氩气流量30000Nm3/h，同时调整顶吹氧枪与钢水表面的距离为1800mm，顶吹氩气搅拌45s后提枪再次检测钢水质量，此时钢水温度为1619℃，钢水中P含量为0.019％，N含量为0.0027％，钢水成分和温度满足出钢要求，可以出钢。
实施例3
本实施例提供了一种钢水吹炼的方法，包括如下步骤：
S01、采用炉容比为2.0的130吨的顶底复吹转炉冶炼钢水，全程底吹氩气，6个底吹的支管供气总流量为200Nm3/h。其中，在吹炼临近终点取样前开启强搅，强搅时间80s，强搅过程中底吹的支管供气总流量为720Nm3/h。
S02、上一炉钢水出钢后，将炉内的钢渣倒出，溅渣护炉完成后，向炉内加入废钢35t，铁水111t，铁水温度1365℃，开始吹炼。
S03、吹炼开始时，顶吹氧枪距离钢水表面2000mm，顶吹氧气流量为20000Nm3/h，吹炼90s后，向钢水中加入石灰、轻烧白云石等造渣剂，同时调整顶吹氧气流量为30000Nm3/h进行造渣。在吹炼中期，为了避免钢渣返干严重，调整顶吹氧枪与钢水表面的距离为1800mm，或再调至1600mm。
S04、吹炼临近终点时取样检测，钢水温度为1640℃，钢水中P含量为0.028％，超过10B21钢种的P含量＜0.020％的标准，N含量为0.0023％。判断此时的钢水为回磷钢水，不能直接出钢，需要对钢水再次脱磷。
S05、降低回磷钢水中磷含量的方法
由于钢渣呈粘稠度适中，碱度合适，渣况良好，且P含量与标准差值较小，故不再加入石灰和铁矿石，直接将顶吹氧枪气源切换成氩气，氩气流量30000Nm3/h，同时调整顶吹氧枪与钢水表面的距离为2000mm，顶吹氩气搅拌30s后提枪再次检测钢水质量，此时钢水温度为1620℃，钢水中P含量为0.019％，N含量为0.0022％，钢水成分和温度满足出钢要求，可以出钢。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种降低回磷钢水中磷含量的方法，其特征在于，包括采用氩气吹扫回磷钢水，所述氩气吹扫包括顶吹氩气和底吹氩气。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述顶吹氩气的氩气流量为20000～35000Nm3/h，顶吹氧枪与钢水表面的距离为1500～2500mm，顶吹氩气的时间为10～100s；
优选地，所述钢水的温降为0.5～1.5℃/s。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述底吹氩气的氩气流量为180～720Nm3/h；
优选地，所述底吹氩气的供气支管数量为4～10个。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述回磷钢水为吹炼终点判定检测中磷含量超过钢种要求，且钢水温度＞钢种所要求出钢温度20℃以上的钢水。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括在氩气吹扫时加入补充造渣剂，所述补充造渣剂为石灰和铁矿石；
优选地，所述石灰的加入量为0.1～4kg/吨钢，所述铁矿石的加入量为0.1～3kg/吨钢。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，加入所述补充造渣剂的条件包括以下条件中的至少两个：
①所述回磷钢水的磷含量超过钢种磷含量要求；
②所述回磷钢水的温度＞钢种所要求出钢温度20℃以上；
③所述回磷钢水中的钢渣呈浆糊状、呈水状或碱度低于2.5。
7.一种钢水吹炼的方法，其特征在于，包括如权利要求1～6任一项所述的降低回磷钢水中磷含量的方法；当钢水吹炼至终点前采样，并根据采集的样品判断钢水的磷含量超钢种要求时，采用如权利要求1～6任一项所述的降低回磷钢水中磷含量的方法处理所述回磷钢水后再出钢。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，钢水吹炼的步骤包括将钢铁原料加入吹炼炉内，底吹氩气，顶吹氧气，并加入造渣剂化渣。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，钢水吹炼过程中，顶吹氧气的氧气流量为20000～30000Nm3/h，顶吹氧枪与钢水表面的距离为1600～2000mm；
优选地，所述造渣剂包括石灰、轻烧白云石、白云石、铁矿石中的至少一种。
10.一种如权利要求1～6任一项所述的降低回磷钢水中磷含量的方法在钢铁冶炼领域中的应用。
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