一種轉(zhuǎn)爐冶煉中、高磷鐵水的方法
【專利摘要】一種轉(zhuǎn)爐冶煉中、高磷鐵水的方法，屬于煉鋼【技術(shù)領(lǐng)域】。把轉(zhuǎn)爐冶煉分為鐵水脫硅、脫磷、少渣冶煉脫碳期。鐵水脫硅、脫磷的預(yù)處理期目標是[C]=2.9～3.8%，T=1330～1400℃，脫磷率為70～95%；少渣冶煉脫碳期目標是[C]=0.03～0.5%，T=1550～1720℃。集中在鐵水脫硅、脫磷預(yù)處理期，處理后的鐵水脫磷率達到70～95%。采用向熔池噴入石灰粉，使石灰與鋼水充分接觸，促進渣鋼間的脫磷反應(yīng)；用不同比例的氧氣/氮氣混合氣體，對熔池進行混合噴吹，避免用純氧頂吹可能造成的熔池溫度提升過快；采用大氣量轉(zhuǎn)爐熔池攪拌工藝，進一步提高轉(zhuǎn)爐吹煉前期熔池的攪拌效果；選擇合適倒渣時機中間倒渣。吹煉結(jié)束后適時采用留渣操作，通過上述的措施，可保證冶煉中高磷鐵水的總脫磷率在90%以上。
【專利說明】一種轉(zhuǎn)爐冶煉中、高磷鐵水的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于煉鋼【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種轉(zhuǎn)爐冶煉中、高磷鐵水的方法，能夠滿足成品鋼水磷含量的要求。
【背景技術(shù)】
[0002]為滿足轉(zhuǎn)爐低成本生產(chǎn)潔凈鋼的要求，人們對鋼鐵生產(chǎn)流程進行系統(tǒng)解析。有將復(fù)雜的煉鋼過程劃分為鐵水脫硫預(yù)處理、轉(zhuǎn)爐前期脫硅、脫磷、中間倒渣、少渣脫碳升溫、控制吹煉終點命中率及出鋼操作、濺渣護爐、留渣操作等若干工藝步驟的發(fā)展趨勢，旨在保證鋼水潔凈度提高的前提下，進一步降低冶煉過程各種原料的消耗量，減少渣量，降低生產(chǎn)成本。
[0003]目前常規(guī)轉(zhuǎn)爐煉鋼在正常冶煉周期內(nèi)的脫磷率可以接近90%，對于一般冶煉鋼種，只要轉(zhuǎn)爐出鋼時鋼水磷含量能控制在0.015%以下即可，這意味著煉鋼轉(zhuǎn)爐能接受的鐵水(或含鐵原料)的磷含量須低于0.15%。如果進入轉(zhuǎn)爐的鐵水(或含鐵原料)的磷含量超過
0.15%，則要求轉(zhuǎn)爐冶煉過程必須具備進一步提高脫磷率的能力，否則，不能滿足生產(chǎn)合格質(zhì)量鋼水的要求。如果通過相關(guān)技術(shù)集成，在滿足現(xiàn)有轉(zhuǎn)爐正常生產(chǎn)節(jié)奏穩(wěn)定運行的前提下，能將轉(zhuǎn)爐冶煉過程的脫磷率進一步大幅度提高(如脫磷率大于97%)，意味著煉鋼轉(zhuǎn)爐可以接受中、高磷含量的鐵水(或含鐵原料)煉鋼，高爐可以接受磷含量較高的低品質(zhì)原料，從而降低全流程的生產(chǎn)成本。但目前絕大多數(shù)轉(zhuǎn)爐暫不具備進一步大幅度提高脫磷率的能力。
[0004]根據(jù)上述思路，將現(xiàn)有轉(zhuǎn)爐煉鋼過程解析為前期脫硅、脫磷、中間倒渣、脫碳升溫和控制吹煉終點命中率及出鋼操作等若干工藝步驟，把各種有利于轉(zhuǎn)爐前期脫硅、脫磷的技術(shù)集成應(yīng)用在轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中，使轉(zhuǎn)爐煉鋼過程具備進一步大幅度提高脫磷率的能力，能接受磷含量較高的鐵水(或含鐵原料)。對于轉(zhuǎn)爐脫磷來說，要進一步大幅度提高轉(zhuǎn)爐煉鋼的脫磷率，轉(zhuǎn)爐吹煉前期熔池溫度和造渣過程的合理控制至關(guān)重要，也要具備特殊的動力學(xué)條件，保證爐渣與金屬液之間最佳的脫磷化學(xué)勢得到充分發(fā)揮。如果吹煉前期熔池溫度或成渣過程的控制不合理或不穩(wěn)定，轉(zhuǎn)爐冶煉也不具備特殊的動力學(xué)條件，整個吹煉過程的脫磷率很難進一步大幅度提升。
[0005]轉(zhuǎn)爐正常吹煉過程中，在廢鋼比和冷料(鐵礦石、返礦等)基本不變的前提下，轉(zhuǎn)爐控制熔池溫度的方法多采用低氧壓、小供氧流量并配合槍位調(diào)節(jié)的“軟吹”操作，此操作原理是適當弱化氧氣流股對熔池的沖擊作用，抑制氧氣直接氧化熔池中各種發(fā)熱元素(鐵、碳、硅、錳、磷等)的氧化放熱過程。由于一般轉(zhuǎn)爐采用的氧槍兼用煉鋼和濺渣用，設(shè)計的流量較大，采用低壓、小流 量操作會造成氧槍實際操作參數(shù)偏離氧槍噴頭正常設(shè)計值較多，可能對氧槍壽命有影響，同時，這種“軟吹”操作會顯著降低高速氣體流股對液體熔池攪拌效果，弱化前期所需要的反應(yīng)動力學(xué)條件。而前期脫硅、脫磷吹煉期，這個動力學(xué)條件又是脫磷反應(yīng)充分發(fā)生的重要條件之一，這是目前轉(zhuǎn)爐煉鋼前期吹煉控制所面臨的主要矛盾之一，即溫度控制與熔池攪拌不協(xié)調(diào)，由此造成轉(zhuǎn)爐吹煉前期最有利的脫磷時機內(nèi)所能獲得的脫磷率較低，也不穩(wěn)定，因此，不能接受中、高磷鐵水(或含鐵原料含磷量0.2-1.6%)煉鋼。本發(fā)明要針對這一矛盾提出解決思路。從已有的研究成果看，遼寧天和科技股份有限公司(專利:一種高磷鐵水脫磷工藝)提出的高磷鐵水的處理方法采用的手段較少，僅靠加入脫磷劑的方法很難達到預(yù)期的脫磷效果；對于轉(zhuǎn)爐熔池控制的方法過于單一、脫磷效果不太理想，北京科技大學(xué)(專利:一種噴吹CO2氣體控制轉(zhuǎn)爐煉鋼熔池溫度的方法，申請?zhí)?CN200910088822.9);首鋼總公司(專利:轉(zhuǎn)爐頂吹氧槍混吹氧氣與氮氣的低磷鋼冶煉方法，申請?zhí)?CN201310059482.3)，而武漢鋼鐵集團(專利:用石灰石對轉(zhuǎn)爐渣進行冷卻的轉(zhuǎn)爐吹煉脫磷，申請?zhí)?CN201110080049.9)提出轉(zhuǎn)爐吹煉末期加入石灰石進行熔池溫度控制的措施。以上措施過于單一，不能滿足轉(zhuǎn)爐在吹煉過程中大幅度提高脫磷率的要求，因此，轉(zhuǎn)爐仍不能接受用中、高磷鐵水進行煉鋼。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種轉(zhuǎn)爐冶煉中、高磷鐵水的方法，復(fù)吹轉(zhuǎn)爐具有氧氣和氮氣在轉(zhuǎn)爐頂部混合吹(氧、氮噴吹比例可調(diào))、頂吹噴吹石灰粉(或石灰石等)、大氣量底吹攪拌熔池、成渣路線的優(yōu)化、留渣操作等功能。本發(fā)明將上述多種有利于煉鋼脫磷的功能集成應(yīng)用在復(fù)吹轉(zhuǎn)爐上，來實現(xiàn)復(fù)吹轉(zhuǎn)爐高效、經(jīng)濟的用中、高磷鐵水煉鋼。
[0007]本發(fā)明把轉(zhuǎn)爐冶煉分為鐵水脫硅、脫磷的預(yù)處理期和少渣冶煉脫碳期。鐵水脫硅、脫磷的預(yù)處理期的目標是[C]=2.9~3.8%，T=1330~1400°C，脫磷率為70~95% ;少渣冶煉脫碳期的目標是[C]=0.03~0.5%，T=1550~1720°C。
[0008]開吹時按比例加入造渣材料(包括石灰、石灰石、燒結(jié)礦(或球團礦)等)，通過頂吹氧槍吹入氧氣，轉(zhuǎn)爐底部由底吹透氣元件吹入氮氣，采用氣量為0.05~0.4Nm3/t.min的底吹攪拌模式，吹煉前期通過頂槍向熔池噴入石灰粉或石灰石粉，以噴粉流量為50~400kg/min形成脫磷渣；根據(jù)熔池的溫度的情況，通過頂吹氧槍向氧槍中混入氮氣以控制熔池溫度，控制鐵水脫硅、脫磷預(yù)處理期的熔池溫度為1330~1390°C ；
[0009]鐵水脫硅、脫磷預(yù)處理后倒掉爐渣占總脫磷渣量的比例為65~80% ;之后進入少渣脫碳升溫期，重新加入渣料，向熔池再噴入石灰粉或石灰石粉，采用供氧強度為3.5~
5.0NmVt.min供氧脫碳，根據(jù)鋼種的要求確定鋼水成分、溫度后出鋼；出鋼后進行濺渣，留下渣量為總渣料的30~50%做為下一爐的造渣材料；保證冶煉中高磷鐵水的總脫磷率在90%以上。
[0010]對中、高磷鐵水的脫磷任務(wù)主要集中在鐵水脫硅、脫磷的預(yù)處理期，該處理階段的脫磷率要達到70~95%。在該處理階段，入爐鐵水的磷含量為0.2~1.6%，根據(jù)入爐鐵水磷含量的不同確定鐵水脫硅、脫磷期的時間，處理后倒掉65~80%的前期高磷負荷的爐渣，之后，向轉(zhuǎn)爐內(nèi)加入造渣劑(或繼續(xù)噴吹石灰粉或石灰石粉)重新造新渣，完成脫碳、升溫、出鋼終點命中的操作。脫硅、脫磷期熔池溫度控制在1330~1400°C，爐渣堿度不小于2。為了達到上述脫磷率的控制指標，將頂吹氧槍混噴氧氣和氮氣的技術(shù)集成應(yīng)用在本技術(shù)中，利用不同比例的氧氣/氮氣混合氣體，在不降低氧槍對熔池氣體攪拌強度的前提下，對熔池進行混合噴吹。由于用一定比例的氮氣參與熔池攪拌，既保證了熔池具備較好的攪拌動力學(xué)條件，又可以避免用純氧頂吹可能造成的熔池溫度提升過快；將氧槍頂吹石灰粉(或石灰石粉)技術(shù)集成應(yīng)用于轉(zhuǎn)爐上，利用石灰粉(或石灰石粉)進入爐渣后能快速熔化并與爐渣融合的現(xiàn)象，大幅度提高爐渣對五氧化二磷的吸附能力，有效提高轉(zhuǎn)爐吹煉過程的脫磷率；將轉(zhuǎn)爐強底吹攪拌技術(shù)集成應(yīng)用在轉(zhuǎn)爐上，轉(zhuǎn)爐底吹氣體強度由傳統(tǒng)煉鋼的
0.03-0.08Nm3/t.min提高到0.05-0.4Nm3/t.min,進一步提高轉(zhuǎn)爐吹煉前期熔池的攪拌效果，為提高轉(zhuǎn)爐脫磷率奠定基礎(chǔ)；將轉(zhuǎn)爐吹煉過程中選擇合適倒渣時機進行中間倒渣、再進行脫碳、升溫的煉鋼技術(shù)集成應(yīng)用在轉(zhuǎn)爐上；將轉(zhuǎn)爐煉鋼留渣操作技術(shù)集成應(yīng)用在本發(fā)明的煉鋼方法中，利用脫碳煉鋼爐渣中存在的有效氧化鈣、氧化鐵和氧化鎂等物質(zhì)和熱態(tài)爐洛的熱量，作為下一冶煉爐次吹煉前期的化洛劑，滿足下一冶煉爐次吹煉前期提前化洛、成渣和減少造渣原料消耗的要求(其中鐵水磷含量大于1.0%的爐次不采用留渣操作);如此將復(fù)吹轉(zhuǎn)爐前期吹煉脫磷率進一步大幅度提高的同時，再與脫碳、升溫的煉鋼技術(shù)以及留渣操作和脫碳爐渣熱循環(huán)等技術(shù)有效結(jié)合，從而滿足轉(zhuǎn)爐冶煉過程綜合脫磷率大幅度提高的要求。
[0011]本發(fā)明的原理是根據(jù)熔池的脫磷反應(yīng)主要發(fā)生在吹煉前期脫硅后鐵水中磷與熔池中氧大量結(jié)合后生成五氧化二磷，之后與爐渣中的氧化鈣結(jié)合成磷酸鈣進入爐渣中。從熱力學(xué)上看，此時熔池的溫度較低(1400°c左右)，爐渣的堿度適中(R=2.0)，爐渣(TFe)含量也在10%左右，此時的熱力學(xué)條件非常適合鐵水脫磷，這時需要維持這種熱力學(xué)條件，再借助良好的動力學(xué)條件(氧氮頂部混噴與強底吹攪拌相結(jié)合)，使轉(zhuǎn)爐熔池的脫磷反應(yīng)更加充分。
[0012]本發(fā)明采用頂吹氧氣混氮氣、頂吹噴粉及底吹大流量攪拌的方法相結(jié)合，主要理由是:
[0013](I)采用氮氣與氧氣混合吹煉進行脫磷預(yù)處理，可有效維持頂吹氣體流股對熔池攪拌強度的貢獻率，并抑制傳統(tǒng)利用頂吹氧氣流股活躍熔池攪拌時可能帶來的熔池溫度的快速提升，破壞熔池高效脫磷的熱力學(xué)環(huán)境，同時氧氣與氮氣的比例可調(diào)，因此，熔池溫度與化渣過程可合理控制；
[0014](2)造渣材料以噴粉的形式隨著高速氣流狀態(tài)進入轉(zhuǎn)爐熔池，粉狀造渣材料會與熔池鐵水充分接觸，從而實現(xiàn)煉鋼過程`快速化渣，為熔池煉鋼界面的脫磷反應(yīng)創(chuàng)造了良好的熱力學(xué)和動力學(xué)條件，使鐵水與脫磷期的脫磷反應(yīng)更加充分；
[0015](3)采用大氣量的底吹攪拌強度會使熔池攪拌充分，使鋼渣間的脫磷反應(yīng)更易接近反應(yīng)平衡。
[0016]在本發(fā)明中充分利用以上方法的優(yōu)勢，并使他們相互配合，能夠得到更好的效果。發(fā)明的優(yōu)點
[0017]與其他方法相比本發(fā)明具有如下優(yōu)點:
[0018](I)采用本發(fā)明的方法可處理鐵水含量為0.2~1.6%的中高磷鐵水，滿足正常生產(chǎn)的要求；
[0019](2)采用本發(fā)明的方法可使復(fù)吹轉(zhuǎn)爐用中、高磷鐵水煉鋼的脫磷率超過97% ；
[0020](3)可充分利用轉(zhuǎn)爐熔池的熱力學(xué)和動力學(xué)條件，促進渣-鋼反應(yīng)的充分進行，在保證鐵水脫磷的條件下，降低了鋼水中和爐渣的氧化性，提高了鋼水的收得率和降低造渣材料的用量。
【具體實施方式】[0021]以500kg級轉(zhuǎn)爐熱模擬爐3爐試驗為例來說明通過采用頂吹氧氮混合、噴吹石灰粉、底吹大氣量攪拌及使用上一爐留渣等方法來冶煉鐵水磷含量大于0.2%的中高磷鐵水。
[0022]實施例1
[0023]在500kg級轉(zhuǎn)爐熱模擬試驗爐，裝入生鐵200kg，磷鐵1.6kg，感應(yīng)加熱升溫到1350°C，取初始鐵樣，[C]=4.3%，[Si]=。.5，[P]=0.25%。吹煉開始，降氧槍，頂吹氧氣強度為
1.6Nm3/t.min,加入造洛材料石灰8kg,螢石Ikg,底吹氮氣強度為0.3Nm3/t.min。吹煉3min后通過噴槍向熔池噴入石灰粉和鐵精粉混合粉劑，用氧氣作為載氣，總吹入粉劑量為5kg，載氣氧的流量為10Nm3/h，噴吹3min后。吹煉7~8min時，向頂槍中混入20%的氮氣，以控制熔池的溫度。取鋼樣和測溫，[C]=3.5%，[P]=0.025%，T=1360°C，脫磷率為90%。前期預(yù)處理脫磷后撈出爐渣。之后進行少渣煉鋼脫碳，降氧槍，頂吹氧氣強度為3.0NmVt.min，加入石灰2kg，螢石0.5kg，通過噴槍向熔池噴入石灰粉2kg，底吹氮氣強度為0.2Nm3/t.min。吹煉IOmin后取鋼樣、測溫，[C]=0.08%, [P]=0.012%, T=1660°C，總脫磷率為95%，達到了預(yù)期的脫磷效果。煉鋼后的少渣脫碳期的爐渣備用作為下一爐的造渣材料使用。
[0024]實施例2
[0025]在500kg級轉(zhuǎn)爐熱模擬試驗爐，裝入生鐵200kg，磷鐵3.0kg,感應(yīng)加熱升溫到1400°C，取初始鐵樣，[C]=4.8%，[Si]=0.4, [P]=0.52%。吹煉開始，降氧槍，頂吹氧氣強度為2.0NmVt.min，加入造渣材料石灰10kg，螢石2kg及上一爐的終點爐渣5kg，底吹氮氣強度為0.4Nm3/t.min。吹煉4min后通過噴槍向熔池噴入石灰粉和鐵精粉混合粉劑，用氧氣作為載氣，總吹入粉劑量為7kg，載氣氧的流量為10Nm3/h，噴吹4min后。吹煉9~IOmin時，向頂槍中混入10%的氮氣，以控制熔池的溫度。取鋼樣和測溫，[C]=3.4%，[P]=0.046%,T=1380°C，脫磷率為91%。前期預(yù)處理脫磷后撈出爐渣。之后進行少渣煉鋼脫碳，降氧槍，頂吹氧氣強度為3.4Nm3/t.min,加入石灰2kg，螢石0.5kg，通過噴槍向熔池噴入石灰粉4kg，底吹氮氣強度為0.25Nm3/t.min。吹煉Ilmin后取鋼樣、測溫，[C]=0.06%, [P]=0.020%,T=1680°C，總脫磷率為96%，達到了預(yù)期的脫磷效果。煉鋼后的少渣脫碳期的爐渣備用作為下一爐的造渣材料使用。
[0026]實施例3
[0027]在500kg級轉(zhuǎn)爐熱模擬試驗爐，裝入生鐵200kg,磷鐵6.0kg,感應(yīng)加熱升溫到1400°C，取初始鐵樣，[C]=4.9%, [Si]=0.8, [P]=1.02%。吹煉開始，降氧槍，頂吹氧氣強度為
2.5Nm3/t.min，加入造渣材料石灰12kg，上一爐的終點爐渣6kg，螢石2kg，底吹氮氣強度為
0.35Nm3/t.min。吹煉5min后通過噴槍向熔池噴入石灰粉和鐵精粉混合粉劑，用氧氣作為載氣，總吹入粉劑量為10kg，載氣氧的流量為10Nm3/h，噴吹5min后。吹煉13~15min時，向頂槍中混入10%的氮氣，以控制熔池的溫度。取鋼樣和測溫，[C]=3.7%，[P]=0.08%，T=1360°C，脫磷率為92%。前期預(yù)處理脫磷后撈出爐渣。之后進行少渣煉鋼脫碳，降氧槍，頂吹氧氣強度為3.5Nm3/t.min,加入石灰4kg，螢石0.8kg，通過噴槍向熔池噴入石灰粉5kg，底吹氮氣強度為 0.3Nm3/t.min。吹煉 15min 后取鋼樣、測溫，[C]=0.06%, [P]=0.022%, T=1650°C，總脫磷率為98%，達到了預(yù)期的脫磷效果。
【權(quán)利要求】
1.一種轉(zhuǎn)爐處理中高磷鐵水的方法，其特征在于:把轉(zhuǎn)爐冶煉分為鐵水脫硅、脫磷的預(yù)處理期和少渣冶煉脫碳期；鐵水脫硅、脫磷的預(yù)處理期的目標是[C]=2.9~3.8%，T=1330~1400 °C，脫磷率為70~95% ;少渣冶煉脫碳期的目標是[C] =0.03~0.5%，T=1550 ~1720°C。 開吹時按比例加入造渣材料，通過頂吹氧槍吹入氧氣，轉(zhuǎn)爐底部由底吹透氣元件吹入氮氣，采用氣量為0.05~0.4Nm3/t.min的底吹攪拌模式，吹煉前期通過頂槍向熔池噴入石灰粉或石灰石粉，以噴粉流量為50~400kg/min形成脫磷渣；通過頂吹氧槍向氧槍中混入氮氣以控制熔池溫度，控制鐵水脫硅、脫磷預(yù)處理期的熔池溫度為1330~1390°C ； 鐵水脫硅、脫磷預(yù)處理后倒掉爐渣占總脫磷渣量的比例為65~80% ;之后進入少渣脫碳升溫期，重新加入渣料，向熔池再噴入石灰粉或石灰石粉，采用供氧強度為3.5~5.0Nm3/t.min供氧脫碳，根據(jù)鋼種的要求確定鋼水成分、溫度后出鋼；出鋼后進行濺渣，留下渣量為總渣料的30~50%做為下一爐的造渣材料；保證冶煉中高磷鐵水的總脫磷率在90%以上。
2.根據(jù)權(quán)利I所述的方法，其特征在于，所述的中高磷鐵水中重量百分含量，S1:0.1~2.0%, Mn:0.1 ~2.0%, P:0.2 ~1.6%，溫度為:1250 ~1400。。。
3.根據(jù)權(quán)利I所述的方法，其特征在于，所述的造渣材料包括石灰、石灰石、燒結(jié)礦、或球團礦；加入量是根據(jù)鐵水脫硅、脫磷預(yù)處理渣堿度為2.0，爐渣MgO含量為8~10%，爐渣TFe為5~10%計算得到的。
4.根據(jù)權(quán)利I所述的方法，其特征在于，在保證頂吹供氣強度不降低的條件下，在頂吹氧氣中混入氮氣，其體積比例為:氧氣50~90%，氮氣10~50%。
5.根據(jù)權(quán)利I所述的方法，其特征在于，所述的頂吹氧槍噴吹氧氣和顆粒狀粉劑，粉劑包括石灰粉、石灰石粉、鐵精礦粉，噴粉流量為50~400kg/min，粉劑粒度為0.02~0.12mm0
6.根據(jù)權(quán)利I所述的方法，其特征在于，當鐵水磷含量大于1.0%的爐次不做留渣操作。
【文檔編號】C21C7/068GK103773919SQ201410054907
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年2月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月18日
【發(fā)明者】曾加慶, 吳偉, 楊利彬, 佟溥翹, 陳峨 申請人:鋼鐵研究總院