CN117737340A - 顶底复吹转炉冶炼的方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种顶底复吹转炉冶炼的方法及其应用，涉及钢铁冶炼技术领域。通过配合不同的升温速率和温度范围的设置，将顶底复吹转炉冶炼的过程分为四个时期，实现对四个时期的精准控温，以急升温、先成渣、后压温、均成分的冶炼原则，实现对转炉内钢水的高效冶炼，杜绝异常现象出现。以低温脱磷、高温脱碳的分区处理方式，在预热成渣期采用急升温的方式预热，为脱磷提供了充足的时间；控温除磷期升温速率缓慢，一方面脱磷时间延长，另一方面低温有利于脱磷反应的进行，实现了脱磷效率和质量的双重提升；变渣防回磷期再次提高升温速率，快速变渣，防止回磷现象发生；最后高温快速脱碳护炉，保证出钢质量，避免炉内烧损。
Description
技术领域
本发明涉及钢铁冶炼技术领域，具体而言，涉及一种顶底复吹转炉冶炼的方法及其应用。
背景技术
钢的洁净度是用于衡量钢成分中有害成分的多少的一个重要指标。洁净钢是指钢中的非金属夹杂的数量、大小、分布对钢铁的性能有重大影响。随着对洁净钢的需求逐年增加，降低终渣中FeO的含量已成为现代初炼炉的重要成本管控指标。
由于氧化渣是一个非常复杂的多元素体系，任何一个参数的改变或者物料的加入都会导致氧化渣的参数变化，且其在整个冶炼过程中的变化是随时发生的。炉渣成分对去除钢水中的P和S，以及治炼过程控制、溅渣护炉等方面有着至关重要的作用。在终点控制方面，除了把钢水中的P、S和H等有害元素的含量、钢水温度以及钢水中的C含量控制到合理范围内的同时，也要把终渣做黏，大幅度降低终渣中的FeO，才能从源头有效提升钢水洁净度。
但是目前的冶炼过程中，冶炼初期容易出现钢水中的Fe、C、Si、Mn快速氧化，炉渣内产生大量的SiO2和FeO，但是此时总渣量尚未达到要求，渣中的CaO含量低，就会造成冶炼过程成渣速率缓慢，炉渣流动性、泡沫性较差，导致冶炼周期长，钢水过氧化。冶炼中期脱磷困难以及冶炼末期翻炉的过程中钢水二次氧化等问题，同时冶炼全程的保碳能力欠佳，造成钢水中H含量的上升，终点钢水质量差。
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顶底复吹转炉冶炼的方法及其应用。
本发明是这样实现的：
第一方面，本发明提供一种顶底复吹转炉冶炼的方法，包括将待处理铁料加入顶底复吹转炉中冶炼，冶炼的过程包括预热成渣期、控温除磷期、变渣防回磷期以及脱碳护炉期。
当钢水温度超过1550℃时，冶炼的过程由预热成渣期变为控温除磷期；当钢水温度超过1585℃时，冶炼的过程由控温除磷期变为变渣防回磷期；当钢水温度超过1590℃时，冶炼的过程由变渣防回磷期变为脱碳护炉期。
预热成渣期的钢水升温速率为12～15℃/min，控温除磷期的钢水升温速率为2～4℃/min，变渣防回磷期和脱碳护炉期的钢水升温速率均为10～12℃/min。
第二方面，本发明提供一种如前述实施方式任一项的方法在钢铁冶炼中的应用。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供一种顶底复吹转炉冶炼的方法及其应用，通过配合不同的升温速率和温度范围的设置，将顶底复吹转炉冶炼的过程分为四个时期，实现对四个时期的精准控温，以急升温、先成渣、后压温、均成分的冶炼原则，实现对转炉内钢水的高效冶炼，杜绝异常现象出现。具体地，预热成渣期采用急升温的方式，预热，并在极短的时间内瞬间迅速成渣，同时为脱磷提供了充足的时间；控温除磷期升温速率缓慢，一方面脱磷时间延长，另一方面低温有利于脱磷反应的进行，实现了脱磷效率和质量的双重提升；变渣防回磷期再次提高升温速率，快速变渣，实现炉渣固磷的作用，防止炉渣中的磷返回钢水中影响钢水质量；由于变渣防回磷期实现了炉渣固磷，因此可以在冶炼的最后阶段进行脱碳护炉，保证出钢质量，避免炉内烧损。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明提供的炉温与脱碳速率和脱磷分配比之间的曲线图；
图2为本发明提供的冶炼周期与炉温之间的曲线图；
图3为本发明实施例提供的炉渣碱度与脱磷分配比之间的曲线图。
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。
首先需要说明的是，转炉炼钢过程是以铁水、废钢、铁合金等为主要原料，不借助外加能源，靠铁液本身的物理热和铁液组分间化学反应产生热量而在转炉中完成炼钢过程。因此在转炉炼钢的过程中，加入转炉的原料是待处理铁料，但是当转炉开始进行炼钢操作，例如升温、吹气等操作后，炉内的液体则为钢水。由于转炉冶炼过程中需要造渣净化钢水，由于炉渣的质量轻密度小，因此转炉内的炉渣一般位于钢水的表面。
转炉按气体吹入炉内的部位有顶吹、底吹和侧吹几种类型，不同的吹气方式各有优劣，本发明主要针对的是兼具顶吹功能和底吹功能的顶底复吹转炉的冶炼过程。
因此可以理解的是，顶底复吹转炉中包括用于顶吹气体的顶枪和底吹气体的底枪以及炼钢所需的容器炉体。顶枪设置于炉体上方，顶枪的位置可以根据冶炼过程的需要进行调节，从而改善钢的冶炼质量。
顶枪的位置一般是指顶枪的枪位，是顶枪到炉内炉渣表面之间的距离，当顶枪的枪位越低，则顶枪与炉渣和钢水之间的距离越小，顶枪对钢水和炉渣的搅动能力越大；当顶枪的枪位越高，则顶枪与炉渣和钢水之间的距离越大，顶枪对钢水和炉渣的搅动能力越小。
底枪一般是直接设置于炉体本体的底部，位置不可调节，一般是通过调节底枪的流量控制底枪对钢水的搅拌过程。不同的顶底复吹转炉设计的底枪的数量和每个底枪与炉体之间的角度都完全不同，本发明的一些实施方式中，以较为常见的6个底枪的顶底复吹转炉为例，提供一种钢的转炉冶炼方法。
第一方面，本发明提供一种顶底复吹转炉冶炼的方法，包括将待处理铁料加入顶底复吹转炉中冶炼，冶炼的过程包括预热成渣期、控温除磷期、变渣防回磷期以及脱碳护炉期。
当钢水温度超过1550℃时，冶炼的过程由预热成渣期变为控温除磷期；当钢水温度超过1585℃时，冶炼的过程由控温除磷期变为变渣防回磷期；当钢水温度超过1590℃时，冶炼的过程由变渣防回磷期变为脱碳护炉期。
此外，控温脱磷期通过炉内压温、负压及控流场操作使炉渣混充更均匀更猛烈，提升脱磷速率。预热成渣期的钢水升温速率为12～15℃/min，控温除磷期的钢水升温速率为2～4℃/min，变渣防回磷期和脱碳护炉期的钢水升温速率均为10～12℃/min。
本发明通过将钢水在转炉内升温的过程划分为四个时期，通过控制不同温度下钢水的升温速率，使得钢水在不同温度阶段实现脱磷和脱碳，通过缩短预热成渣期的时间使得控温除磷期延长，保证了钢水的脱磷效果，同时在低温阶段对钢水进行脱磷，有利于脱磷反应的进行。脱磷结束后迅速升温变渣，将炉渣中的磷固定在渣内，避免出现钢水回磷的情况，然后在较高温度下脱碳护炉，提升转炉冶炼终点的钢水质量。
在可选的实施方式中，待处理铁料包括铁水和固体钢料，固体钢料包括废钢、生铁、焦炭和Fe-C球中的至少一种。其中，铁水是来自铁厂处理后的铁水，具有较高的温度，而固体钢料一般为常温材料。
目前转炉炼钢过程由于不借助外加能源，靠铁液本身的物理热和铁液组分间化学反应产生热量而在转炉中完成炼钢过程。因此，一方面需要加入较高比例的铁水，例如现有的技术方案中铁水的含量一般占待处理铁料总质量的85～90％。由于铁水自带热量，且固体钢料的添加量较低，因此，当铁水可以快速将固体钢料升温，但是铁水量增加导致炼钢成本增加，因此想要降低炼钢成本，同时保证炼钢过程顺利，钢水符合要求，是本领域亟需解决的另一技术问题，本发明申请人提出采用如下解决方案。
优选地，待处理铁料中铁水的质量≤75％。
优选地，待处理铁料中废钢的质量≥25％。
优选地，铁水加入顶底复吹转炉时的温度≥1375℃。只要铁水的温度≥1375℃时即可入炉。更优选地，铁水的入炉温度为1375～1400℃。
优选地，铁水加入顶底复吹转炉之前的保温气体包括体积比为30～50：10～20：40～50％的天然气、氢气和空气。
通过降低待处理铁料中铁水的质量，降低炼钢成本，但是铁水质量降低会导致固体钢料无法完全熔融，或是熔融后获得的钢水温度过低，难以保证冶炼进度，因此一方面可以通过提高铁水加入顶底复吹转炉时的入炉温度实现，例如在铁水入炉前的运输过程中，对铁水进行保温。通过在盛放和运输铁水的铁水保温罩中通入保温气体，以上述比例的天然气、氢气和空气对铁水进行保温可以实现铁水入炉温度的升高，在降低铁水添加量，降低冶炼成本的同时保证冶炼质量。
其中，需要说明的是，本发明的方法可以适用于铁水含量较低的小成本冶炼过程，也可以适用于铁水含量略高的冶炼过程，适用性广。上述实施方式只是提供了一种低成本冶炼，但不影响冶炼进程的方案，不应当作为本申请冶炼方法的限制。
在一些实施方式中，经过发明人研究确定了炉温与脱磷分配比之间的关系以及炉温与脱碳速率之间的关系如图1所示。由图1可知，脱磷分配比随着炉温的升高呈现出先增加后降低的趋势，且在1540～1600℃范围内，脱磷效果最佳；而脱碳速率随着炉温的升高而升高，但是当炉温＜1580℃时，脱碳速率较缓慢，当炉温＞1580℃后，脱碳速率迅速提升。
因此，根据图1表示的钢水中C、P的氧化反应速率，以及炉渣在炉温作用下对钢水的影响，采用简易精细化阶段式控温技术，如图2所示，四阶段简易精细化阶段式控温技术依次为：预热成渣期1420～1550℃、控温除磷期1550～1585℃、变渣防回磷期1585～1590℃、脱碳护炉期1590～1630℃。冶炼过程依据钢水中C、P的氧化趋势，使脱磷工作主要集中在1585℃之前，快速脱碳集中在1585℃以上，并在完成脱磷工作后，采取瞬间变渣操作形成新渣系，在成渣期和变渣期采用不同的渣系配比对炉渣的脱磷分配比进行干扰，防止钢水回磷。
在一些实施方式中，本发明提供的一种顶底复吹转炉冶炼的方法，其操作流程如下：
S01、预热期
在可选的实施方式中，预热成渣期之前还包括预热期，预热期采用混合气体燃烧预热固体钢料，混合气体包括氢气、氧气、二氧化碳、一氧化碳、天然气和氮气中的至少一种。由于本发明的一些实施方式中，铁水的加入量少，因此预热期可以采用混合气体对固体钢料进行加热，补充专利冶炼所需的温度，保证后续冶炼过程顺利进行。
优选地，混合气体为体积比48～52：0.5～1.5：2～5：18～22：18～22：5～10％的氢气、氧气、二氧化碳、一氧化碳、天然气和氮气。其中混合气体在对固体钢料预热时，是预先混合好后直接喷出气体加热。
优选地，混合气体的燃烧时间为10～20min。更优选为15min。由于上述混合气体的配比优势，可以迅速将固体钢料升温，20min内就可以实现固体钢料温度超过1100℃，预热迅速。
优选地，预热期的固体钢料升温速率为60～70℃/min，达到入炉标准后和铁水一同入炉准备下一步处理。
S02、预热成渣期
在可选的实施方式中，预热成渣期的钢水升温速率为12～15℃/min。
预热成渣期冶炼结束后的炉渣参数包括FeO：20～25wt％、MgO：6～8wt％、SiO2：10～13wt％、炉渣碱度2.0～3.0。其中，转炉冶炼的炉渣一般为五元渣系，即包括CaO、SiO2、FeO、MgO和Al2O3，其中炉渣碱度＝CaO/(SiO2+Al2O3)的质量比，因此预热成渣期冶炼结束后的炉渣含量中剩余的百分比值和渣的成分也可以根据上述限定参数获得。
将预热成渣期冶炼结束后的炉渣参数控制在上述范围内的目的是提升渣钢界面脱P分配比实现快速脱P。
优选地，预热成渣期的冶炼过程中钢水温度符合：1420℃＜钢水温度≤1550℃。
优选地，预热成渣期的冶炼过程中，顶枪吹氧气，顶枪的枪位为1.0～1.5m，流量为20000～24000Nm3/min；底枪吹氩气，每个底枪的流量均为40～50Nm3/min。
在可选的实施方式中，预热成渣期的冶炼过程中，包括向顶底复吹转炉内加入氧化渣料，氧化渣料与待处理铁料的质量比为20～30kg：1t，优选为25kg：1t。
氧化渣料从预热成渣期开始即可加入，也即是当检测到钢水温度超过1420℃时，就可以开始向钢水中加入氧化渣料进行造渣处理。
优选地，氧化渣料的下料速率为450～550kg/min，下料时间≤5min。以较快的速度将氧化渣料加入到钢水中，配合顶枪的大流量、底枪位快速搅拌，实现2min内快速成渣，为脱磷留出充分的反应时间。
优选地，氧化渣料包括白云石和/或石灰。该步骤的氧化渣料的主要作用是将钢水中的磷氧化成五氧化二磷并与钢水分离，实现钢水的脱磷处理。
更优选地，氧化渣料为质量比为2.5～3.5：6.5～7.5的白云石和石灰。其中，在加入氧化渣料时，白云石和石灰分开加入。
发明人通过长期研究发现，当下钢水转炉冶炼的过程中冶炼周期长的主要原因在于渣料加入缓慢且滞后。由于渣料加入缓慢且滞后，冶炼前期压枪大流量供氧，渣层薄氧气反流炉膛二次燃烧严重，导致炉内温度不均局部高温，氧化反应剧烈。钢水中的Fe、C、Si、Mn等元素快速氧化，炉渣中产生大量SiO2和FeO，此时总渣量尚未达到要求，渣中的CaO含量低，冶炼过程成渣速率缓慢，炉渣流动性、泡沫性、脱P分配比较差，导致冶炼周期长，钢水过氧化。而本申请通过前期快速对钢水升温，并配合快速加入氧化渣料和顶枪的吹扫作用，避免钢水过氧化，且顶枪的吹扫作用也加快了成渣时间，保证后续钢水不会过氧化的同时缩短了冶炼时间，提高冶炼效率。
S03、控温除磷期
在可选的实施方式中，控温除磷期冶炼结束后的钢水成分包括：C≥0.40wt％、P≤0.025wt％。钢水中的其他元素成分根据不同钢种的需求进行调整，本发明提供的方法可以针对不同钢种的转炉冶炼过程，因此仅限定其中的磷和碳的含量。
限定该阶段钢水中的磷含量的原因在于，脱磷是强放热反应，较低的熔炼温度有利于钢水脱磷。因此，本发明通过降低控温除磷期的升温速率，延长脱磷时间，在钢水温度较低的情况下，确保脱磷完全，避免后续高温阶段难以脱磷的情况出现。一般来说，大部分钢种对磷的含量要求都是P≤0.025wt％，因此设置本阶段结束时的磷含量在上述范围内，可以使得后续操作过程中不必再考虑钢水中磷的去除。
而碳含量在该阶段控制在上述范围内，其中碳氧反应释放的气体会溢出渣面增加炉渣泡沫性利于脱磷，此外还可以保证终点碳含量在规定范围内。
优选地，控温除磷期的冶炼过程中钢水温度符合：1550℃＜钢水温度≤1585℃。
优选地，控温除磷期的冶炼过程中，顶枪吹氧气，顶枪的枪位为2.2～2.5m，流量为14000～16000Nm3/min；底枪吹氩气，其中1、3、6号底枪角度为4°，流量为65～75Nm3/min；2、4号底枪角度为2°，流量为25～35Nm3/min；5号底枪角度为8°，流量为175～185Nm3/min。
在控温除磷期提升顶枪枪位，同时降低顶枪流量，以增加顶枪气体对渣面的吹扫面积，减少气流击穿渣面进入钢水进行氧化反应，降低此阶段升温速率；然后控制底枪的流量增大，增加底部对钢水的搅动，使钢水沸腾，炉渣充分混合，并且可使炉渣顺时针旋转，保证脱磷反应充分，提升脱磷效率。
在可选的实施方式中，控温除磷期的冶炼过程中，包括向顶底复吹转炉内加入降温剂，降温剂与待处理铁料的质量比为10～15kg：1t，优选为10kg：1t。降温剂在进入控温脱磷期时即可加入，也即是当钢水温度超过1550℃时，即可加入降温剂。
优选地，降温剂包括石灰石、固冷球团、赤矿中的至少一种。
发明人研究发现，现有的冶炼方法中，由于冶炼前期控温不合理导致炉膛出现严重二次燃烧现象，使得炉膛温度过高，耐火材料烧损严重，例如大于2000℃。这就导致炉内钢水无法充分吸收热源，C、Si、Mn、Fe等元素氧化放热后热源利用率低。加之现有的冶炼方法中废钢比重小，炉渣及钢水都处于高温状态，不能满足脱磷动力学及热力学条件，冶炼过程脱磷困难。本发明通过前期控制钢水的升温速率，避免前期升温过快导致的炉膛温度过高，有效保证了脱磷的顺利进行。
其次，通过控制控温除磷期的升温速率较低，钢水的温度低且升温缓慢，为脱磷反应提供充足的时间和空间。加之在控温除磷期时加入降温剂压低钢水温度，进一步保证了脱磷反应的顺利进行。
S04、变渣防回磷期
在可选的实施方式中，变渣防回磷期冶炼结束后的炉渣参数包括FeO＜15wt％、MgO：4～6wt％、SiO2＜10wt％、炉渣碱度3.0～4.0。同样的，由于转炉冶炼的炉渣均为五元渣系，因此，可根据上述参数获得炉渣中剩余组成的百分含量。
优选地，变渣防回磷期的冶炼过程中钢水温度符合：1585℃＜钢水温度≤1590℃。
优选地，变渣防回磷期的冶炼过程中，顶枪吹氧气，顶枪的枪位为1.8～2.0m，流量为18000～20000Nm3/min；底枪吹氩气，每个底枪的流量均为30～40Nm3/min。
变渣防回磷期降低顶枪枪位，且增加顶枪流量，以稳定炉渣界面，加入石灰二次调渣提升炉渣脱磷分配比，进一步降低回磷风险。同时底枪的流量减小，也使得炉内产生负压，进而稳定炉渣界面，避免回磷现象产生。
优选地，变渣防回磷期的冶炼过程中，包括向顶底复吹转炉内加入石灰，石灰与待处理铁料的质量比为5～8kg：1t，优选为6.5kg：1t。
当炉温升高后，超过1585℃时，脱磷分配比(P2O5/P)减小，脱碳速率提高，此时炉内渣面温已达到2000℃左右，利用此热源通过高位料仓加入6.5kg：1t的石灰及根据上述内容降低顶枪枪位，提升顶枪流量，可瞬间加快钢渣界面翻滚沸腾，使新加石灰与炉渣充分接触，迅速熔化。改变炉渣碱度，实现了在不放渣的前提下1min内瞬间变换炉渣成分影响炉渣氧化反应速率，不仅在低温区实现快速脱磷效果，且在高温区实现炉渣固磷作用。还原炉渣氧化铁降低铁耗的同时增加了炉渣中P2O5的饱和度，防止低碳高温条件下回磷现象的产生。
S05、脱碳护炉期
在可选的实施方式中，脱碳护炉期的冶炼过程中钢水温度符合：1590℃＜钢水温度≤1630℃。
优选地，脱碳护炉期的冶炼过程中，顶枪的参数与变渣防回磷期相同，底枪吹氩气，当钢水温度≥1600℃时，每个底枪的流量均为115～125Nm3/min。
通过增加底枪的流量，进行惰性气体强搅工作，均匀钢水中成分的同时，排除残氧，并降低钢水在H元素的含量，可实现中高碳钢实际出钢C＞0.15％，出钢H含量控制在5ppm以内，钢水洁净度较高。
优选地，出钢前1～2min向顶底复吹转炉内加入碳粉还原炉渣中的FeO，碳粉与待处理铁料的质量比为0.2～0.6kg：1t，优选为0.4kg：1t。
发明人研究发现，目前的冶炼过程中，转炉冶炼末期钢水碳含量低，一般C＜0.15％，而炉渣中FeO含量高且处于高温状态。停枪至出钢过程，受工装特性的影响翻炉角度较大，导致翻炉过程中炉内钢水的动力学条件瞬间增加，容易出现钢水中的C二次氧化，增加炉渣回磷概率。
此外，现有的冶炼方法中，整体冶炼过程的保碳能力欠佳，冶炼末期高温钢水的碳氧反应能力减弱，脱H能力减缓。此外底吹系统采用天然气冷却防止炉底局部高温，然而天然气吹入钢水遇高温(＞1580℃)时，会迅速分解为C、H，必然造成钢水中H含量上升影响出钢钢水的洁净度。
而发明人通过调整底吹气体为氩气，且增加底吹流量，实现钢水强搅，保持S04步骤的较大的升温速率，缩短钢水在冶炼过程中的高温时间，使得钢水的保碳能力强，脱氢能力好，同时不会额外造成钢水中氢含量的上升，保证出钢质量。
经过发明人研究确定了炉渣碱度与炉渣中FeO含量之间的关系以及炉渣碱度与脱磷分配比之间的关系如图3所示。其中，脱磷分配比(P2O5/P)是指炉渣中的P2O5与钢水中P之间的比值，其表征了钢水的脱磷速度，脱磷分配比越大，磷越容易从钢水中脱除；脱磷分配比越小，磷越难从钢水中脱除。
由图3可知，脱磷分配比与炉渣碱度之间的关系随着炉渣碱度的增大呈现出先增大后减小的趋势，在炉渣碱度为2～5的范围内，脱磷分配比均较高，钢水的脱磷效果好。而炉渣中的FeO含量随着炉渣碱度的增大而增大，因此，可以通过控制炉渣碱度调整炉渣中FeO含量以及脱磷效果，以获得冶炼结束后终渣的FeO含量低，且脱磷效果好的钢水。
例如，当炉渣内FeO＝20wt％，炉渣碱度＝2～3时，脱磷分配比＝150～200；随着冶炼的进行炉渣FeO含量会持续上升，冶炼末期炉渣的FeO＝25wt％，炉渣碱度＝3～4时，脱磷分配比＞200。
第二方面，本发明提供一种如前述实施方式任一项的方法在钢铁冶炼中的应用。
实施例1
本实施例提供一种顶底复吹转炉冶炼的方法，包括将待处理铁料加入顶底复吹转炉中冶炼，冶炼的过程包括预热期、预热成渣期、控温除磷期、变渣防回磷期以及脱碳护炉期。
在本实施例中，以出钢钢水温度≥1620℃，出钢钢水C≥0.12％，P≤0.012％的配热标准配制待处理铁料。待处理铁料为110t铁水、2.5t焦炭、13t铁碳球、25t废钢，冷料比26.6％，兑铁比73.3％。铁水是来自铁厂处理后的铁水，铁水加入顶底复吹转炉时的温度1383℃，固体钢料一般为常温材料，温度20～30℃。
为了保证铁水加入顶底复吹转炉时的温度≥1375℃，铁水加入顶底复吹转炉之前的保温气体为体积比为50：10：40％的天然气、氢气和空气。
具体地，本实施例提供的冶炼过程如下：
S01、预热期
预热期采用混合气体燃烧预热固体钢料，混合气体为体积比50：1：3：20：19：7％的氢气、氧气、二氧化碳、一氧化碳、天然气和氮气。其中混合气体在对固体钢料预热时，是预先混合好后直接喷出气体加热。混合气体燃烧15min后，固体钢料温度为1117℃，此时混合气体停止加热。钢铁料入炉后采用顶底复吹转炉的顶枪和底枪对钢水进行升温。
预热期的顶枪吹氧气，顶枪的枪位为1.2m，流量为21000Nm3/min；底枪吹氩气，六个底枪的流量均为45Nm3/min，钢水升温速率为13℃/min，将钢水快速升温到1420℃附近，准备下一步处理。
S02、预热成渣期
当钢水温度超过1420℃时，保持顶枪、底枪和钢水升温速率不变，向顶底复吹转炉内加入氧化渣料，氧化渣料与待处理铁料的质量比为25kg：1t。其中，氧化渣料为质量比为3：7的白云石和石灰，在加入氧化渣料时，白云石和石灰分开加入。
氧化渣料的下料速率为500kg/min，下料时间4min，下料结束后2min内快速成渣，为脱磷留出充分的反应时间，当冶炼至钢水快速升温到1550℃附近时，取渣样，炉渣中FeO：22wt％、MgO：6.5wt％、SiO2：12.7wt％、炉渣碱度2.6，可以进行下一步操作。
S03、控温除磷期
当钢水温度超过1550℃时，顶枪吹氧气，顶枪的枪位为2.3m，流量为14000Nm3/min；底枪吹氩气，其中角度为4°的1、3、6号底枪流量为70Nm3/min，角度为2°的2、4号底枪流量为30Nm3/min，角度为8°的5号底枪流量为180Nm3/min，钢水升温速率为3℃/min。
调整顶枪和底枪的同时，向顶底复吹转炉内加入石灰石6kg：1t、固冷球团4kg：1t。当冶炼至钢水缓慢升温到1585℃附近时，取钢样，钢水中C＝0.65wt％、P：＝0.0216wt％，可以进行下一步操作。
其中，控温除磷期前取样的钢水中磷含量为0.096％，控温脱磷期的脱磷率为77.4％。
S04、变渣防回磷期
当钢水温度超过1585℃时，顶枪吹氧气，顶枪的枪位为2.0m，流量为20000Nm3/min；底枪吹氩气，每个底枪的流量均为35Nm3/min，钢水升温速率为11.5℃/min。
调整顶枪和底枪的同时，向顶底复吹转炉内加入石灰，石灰与待处理铁料的质量比为6.5kg：1t。当冶炼至钢水快速升温到1590℃附近时，取渣样，炉渣中FeO＝26wt％、MgO：6wt％、SiO2＝9.3wt％、炉渣碱度3.6，可以进行下一步操作。
S05、脱碳护炉期
保持顶枪参数和钢水升温速率与S04步骤一致进行冶炼，当冶炼至钢水温度≥1600℃时，调整每个底枪的流量均为120Nm3/min，并保持吹氩气，在底枪大氩气流量强搅下继续冶炼。
出钢前1min向顶底复吹转炉内加入碳粉还原炉渣中的FeO，碳粉与待处理铁料的质量比为0.4kg：1t。碳粉与钢水混合均匀后待钢水升温到1630℃附近时，取钢渣样，钢水中C＝0.21％，P＝0.018％，H：4.3ppm；渣中FeO＝13.7％。钢水洁净度较高，可以出钢，完成冶炼。
利用本实施例的方法，按照与本实施例相同的配热标准，可以选择的待处理铁料的配料方式如表1所示。
表1待处理铁料的配料表
由表1可知，本实施例可以适用于更多种选择的配料方式，且通过本实施例的上述工艺都能够实现良好的精炼效果，以实现钢水的脱碳和除鳞。此外，本实施例的方法既可以采用成本较低的冶炼方法，即铁水100t，含量较低的方案，也可以采用铁水含量130t的方案，适用范围广。
对比例1
本对比例提供了一种顶底复吹转炉冶炼的方法，具体步骤如下：
S01、0～5min内向顶底复吹转炉中加入待处理铁料进行冶炼，其中，按照与实施例1相同的配热标准搭配待处理铁料，获得如表2所示的配料表。
表2待处理铁料的配料表
| 铁水量/t | 130 | 125 | 120 |
| 废钢/t | 20 | 25 | 30 |
| 总装量/t | 150 | 150 | 150 |
S02、待处理铁料完全加入顶底复吹转炉后炉身摇平，5min内加入造渣材料石灰27kg/t、白云石6kg/t、石灰石10kg/t，以及降温材料固冷球团16kg/t、赤铁矿8kg/t。
S03、开始加渣料的同时，顶底复吹转炉的顶枪和底枪开始吹扫。冶炼全程底枪吹氧气，底枪流量35N Nm3/min。顶枪吹氧，顶枪开吹枪位2m，造渣材料和降温材料加入完成后顶枪压枪至1.6m，顶枪流量保持18000～20000Nm3/min，成渣时间为顶枪开吹后5～8min。
S04、成渣后顶枪提枪至2.2m，降低顶枪流量16000～18000Nm3/min，继续吹炼脱磷，脱磷期用时5～8min，脱磷期的固冷球团加入量500～1000kg。脱磷期结束时，顶枪降枪至1.5m，深吹出钢。
由表1和表2可知，由于本对比例的方案无法对脱磷和脱碳的时间进行有效调控，导致待处理铁料可以选择的原料组合和配比方式减少，如果在待处理铁料的原料组合中增加焦炭、铁碳球和生铁的选择，则会导致钢水过氧化严重。
试验例1
将按照实施例1和对比例1的方法进行冶炼，冶炼结果如表3所示：
表3冶炼效果
由表3可知，最大废钢比表征了该方法适用的待处理铁料的配料组成中，最大可以添加的固体钢料的质量与总装量之比；其中，实施例1相较于对比例1最大废钢比较高，从原料成本方面降低了冶炼成本；钢铁料表征了炼出一吨钢水所需的钢铁总装量，因此钢铁料数值越低，则表示炼出一吨钢水所需的钢铁总装量越少，从原料添加量方面降低了冶炼成本；同时氧耗和渣耗都降低，又进一步降低了冶炼成本；顶底复吹炉冶炼结束后的终渣中FeO含量降低，提高了加入的待处理铁料的熔炼效果，降低冶炼成本。进一步地，本发明实施例的方法出钢C含量更高，而P含量更低，实现了较佳的脱磷效果的同时保住一定量的碳，不至于碳含量过低，而增加后续工艺处理难度。本实施例方法冶炼获得是出钢钢水的H含量也显著降低，提高了钢水的洁净度。
试验例2
以实施例1的方法为基础，改变S01步骤的混合气体体积比以预热固体钢料。其中，待处理铁料的配方为：115t铁水、生铁10t、2t焦炭、1t铁碳球、22t废钢，兑铁比：77％；S01步骤的混合气体体积比如表4所示，获得的冶炼效果比较如表5所示。
表4混合气体体积比
表5不同混合气体配比的冶炼效果
由表4和表5可知，采用混合气体预热固体钢料的方案有利于提升钢铁料入炉温度，降低热源利用率。且冶炼成本更低，出钢钢水品质更好，而通过控制混合气体中各种气体的配比，实现更好的预热效果的同时，降低冶炼成本，提高出钢品质。
试验例3
以实施例1的方法为基础，改变S03步骤的底枪流量如表6所示，并按实施例1的方法进行冶炼，获得冶炼效果比较如表7所示。
表6控温除磷期的底枪流量
表7控温除磷期的底枪流量改变的冶炼效果
由表6和表7可知，本发明提供的冶炼方法通过控制控温脱磷期的底枪流量，可以在相同的时间内获得更好的脱磷效果，保证钢水中磷元素的脱除，且本发明提供的控温除磷期的底枪流量还可以节约成本，以更低的钢铁料含量获得更好的钢水冶炼效果，出钢钢水磷含量低的同时，碳含量较高，不会出现为了实现除鳞而使碳含量过低的情况出现。
试验例4
以实施例1的方法为基础，改变S04步骤的石灰加入量以及S05步骤的碳粉加入量，按实施例1的方法进行冶炼，获得冶炼效果比较如表8所示。
表8石灰和碳粉加入量改变的冶炼效果
由表8可知，本发明提供的冶炼方法通过控制变渣防回磷期和脱碳护炉期加入的石灰和碳粉的量，在S04步骤开始加入石灰前炉渣的FeO含量高，炉渣碱度低，在加入S04步骤至S05步骤的过程中，加入石灰和碳粉后；炉渣迅速变渣，FeO含量降低，炉渣碱度升高，且表8的4-1即实施例1的方法钢水中的磷含量减少了4.33，有效避免钢水回磷，不必延长冶炼时间。
试验例5
以实施例1的方法为基础，改变S05步骤的底枪流量，按实施例1的方法进行冶炼，获得冶炼效果比较如表9所示。
表9脱碳护炉期底枪流量改变的冶炼效果
由表9可知，本发明提供的冶炼方法通过S05步骤脱碳护炉期底枪流量，可以有效脱除钢水中的H和O，提高钢水洁净度，保证出钢质量。
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)
1.一种顶底复吹转炉冶炼的方法，其特征在于，包括将待处理铁料加入顶底复吹转炉中冶炼，所述冶炼的过程包括预热成渣期、控温除磷期、变渣防回磷期以及脱碳护炉期；
当钢水温度超过1550℃时，所述冶炼的过程由所述预热成渣期变为所述控温除磷期；当钢水温度超过1585℃时，所述冶炼的过程由所述控温除磷期变为所述变渣防回磷期；当钢水温度超过1590℃时，所述冶炼的过程由所述变渣防回磷期变为所述脱碳护炉期；
所述预热成渣期的钢水升温速率为12～15℃/min，所述控温除磷期的钢水升温速率为2～4℃/min，所述变渣防回磷期和脱碳护炉期的钢水升温速率均为10～12℃/min。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预热成渣期冶炼结束后的炉渣参数包括FeO：20～25wt％、MgO：6～8wt％、SiO2：10～13wt％、炉渣碱度2.0～3.0；
优选地，所述预热成渣期的冶炼过程中钢水温度符合：1420℃＜钢水温度≤1550℃；
优选地，所述预热成渣期的冶炼过程中，顶枪吹氧气，顶枪的枪位为1.0～1.5m，流量为20000～24000Nm3/min；底枪吹氩气，每个底枪的流量均为40～50Nm3/min。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述预热成渣期的冶炼过程中，包括向所述顶底复吹转炉内加入氧化渣料，所述氧化渣料与所述待处理铁料的质量比为20～30kg：1t；
优选地，所述氧化渣料的下料速率为450～550kg/min，下料时间≤5min；
优选地，所述氧化渣料包括白云石和/或石灰；
更优选地，所述氧化渣料为质量比为2.5～3.5：6.5～7.5的白云石和石灰。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控温除磷期冶炼结束后的钢水成分包括：C≥0.40wt％、P≤0.025wt％；
优选地，所述控温除磷期的冶炼过程中钢水温度符合：1550℃＜钢水温度≤1585℃；
优选地，所述控温除磷期的冶炼过程中，顶枪吹氧气，顶枪的枪位为2.2～2.5m，流量为14000～16000Nm3/min；底枪吹氩气，其中1、3、6号底枪角度为4°，流量为65～75Nm3/min；2、4号底枪角度为2°，流量为25～35Nm3/min；5号底枪角度为8°，流量为175～185Nm3/min。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述控温除磷期的冶炼过程中，包括向所述顶底复吹转炉内加入降温剂，所述降温剂与所述待处理铁料的质量比为10～15kg：1t；
优选地，所述降温剂包括石灰石、固冷球团、赤矿中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述变渣防回磷期冶炼结束后的炉渣参数包括FeO＜15wt％、MgO：4～6wt％、SiO2＜10wt％、炉渣碱度3.0～4.0；
优选地，所述变渣防回磷期的冶炼过程中钢水温度符合：1585℃＜钢水温度≤1590℃；
优选地，所述变渣防回磷期的冶炼过程中，顶枪吹氧气，顶枪的枪位为1.8～2.0m，流量为18000～20000Nm3/min；底枪吹氩气，每个底枪的流量均为30～40Nm3/min；
优选地，所述变渣防回磷期的冶炼过程中，包括向所述顶底复吹转炉内加入石灰或石灰石，所述石灰或石灰石与所述待处理铁料的质量比为5～8kg：1t。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述脱碳护炉期的冶炼过程中钢水温度符合：1590℃＜钢水温度≤1630℃；
优选地，所述脱碳护炉期的冶炼过程中，顶枪的参数与所述变渣防回磷期相同，底枪吹氩气，当钢水温度≥1600℃时，每个底枪的流量均为115～125Nm3/min；
优选地，出钢前1～2min向所述顶底复吹转炉内加入碳粉或Fe-C球，所述碳粉或Fe-C球与所述待处理铁料的质量比为0.2～0.6kg：1t。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述待处理铁料包括铁水和固体钢料，所述固体钢料包括废钢、生铁、焦炭和Fe-C球中的至少一种；
优选地，所述待处理铁料中铁水的质量≤75％；
优选地，所述待处理铁料中废钢的质量≥25％；
优选地，所述铁水加入所述顶底复吹转炉时的温度≥1375℃；
优选地，所述铁水加入所述顶底复吹转炉之前的保温气体包括体积比为30～50：10～20：40～50％的天然气、氢气和空气。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预热成渣期之前还包括预热期，所述预热期采用混合气体燃烧预热固体钢料，所述混合气体包括氢气、氧气、二氧化碳、一氧化碳、天然气和氮气中的至少一种；
优选地，混合气体为体积比48～52：0.5～1.5：2～5：18～22：18～22：5～10％的氢气、氧气、二氧化碳、一氧化碳、天然气和氮气；
优选地，混合气体的燃烧时间为10～20min。
10.一种如权利要求1～9任一项所述的方法在钢铁冶炼中的应用。
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| CN202311760775.4A Pending CN117737340A (zh) | 2023-12-19 | 2023-12-19 | 顶底复吹转炉冶炼的方法及其应用 |
Country Status (1)
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| CN (1) | CN117737340A (zh) |
-
2023
- 2023-12-19 CN CN202311760775.4A patent/CN117737340A/zh active Pending
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