CN102094108A

CN102094108A - 单吹颗粒镁铁水预处理在转炉炼钢中实现深脱硫的方法

Info

Publication number: CN102094108A
Application number: CN2011100664704A
Authority: CN
Inventors: 关云彪
Original assignee: TONGHUA TONGGUANDA ENVIRONMENTAL PROTECTION TECHNOLOGY EQUIPMENT CO LTD
Current assignee: TONGHUA TONGGUANDA ENVIRONMENTAL PROTECTION TECHNOLOGY EQUIPMENT CO LTD
Priority date: 2011-03-18
Filing date: 2011-03-18
Publication date: 2011-06-15

Abstract

本发明涉及冶金炼钢领域，即单吹颗粒镁铁水预处理在转炉炼钢中实现深脱硫的方法。它包括铁水预处理、铁渣扒渣、转炉冶炼。在铁水预处理中，铁水温度为1280～1350℃，在铁水兑入铁水包之前在铁水包内加入铁渣改质剂；单吹颗粒镁纯度≥97％；在喷吹颗粒镁脱硫结束后加入聚渣剂，再进行铁渣扒渣；转炉吹炼过程炉渣碱度为4.0～5.0。本发明使铁水预处理深脱硫合格率达到98％以上，处理后的铁水硫含量保持稳定，转炉过程钢水回硫可以≤0.003％，转炉出钢硫含量平均＜0.005％，取得了稳定、理想的深脱硫效果。

Description

单吹颗粒镁铁水预处理在转炉炼钢中实现深脱硫的方法

技术领域

本发明涉及冶金炼钢领域，即单吹颗粒镁铁水预处理在转炉炼钢中实现深脱硫的方法。

背景技术

在现有技术中，转炉炼钢包括铁水预处理、铁渣扒渣、转炉冶炼等步骤。铁水预处理工艺流程：铁包座落到倾翻车上→倾翻车开到喷吹位→确定喷粉量→下枪、喷吹→喷枪提升及清理→取样(S_终点分析)→铁包倾翻、扒渣操作→铁包复位→测温→S_终点符合规程要求，倾翻车开出。目前，钢铁企业都在努力开发具有高质量、高附加值的产品，其核心是提高钢的纯净度和均匀性，特别是降低钢中的硫含量，铁水预脱硫即成为降低钢中硫含量的最有效手段。但是目前国内大多钢铁企业，在开发生产低硫钢种时，铁水脱硫不彻底，深脱硫(脱硫终点硫含量≤0.002％)合格率不足30％；转炉去硫能力差，表现在铁水脱硫后含硫越低，转炉过程越容易回硫，特别是铁水硫≤0.020％时，转炉基本无脱硫能力；脱硫铁水在转炉冶炼过程中回硫严重(回硫＞0.006％)，使得转炉冶炼终点含硫量偏高，最后成品钢的硫超出范围，限制了低硫钢种的开发。

发明内容

本发明的目的是针对上述不足而提供一种脱硫效果更好的单吹颗粒镁铁水预处理在转炉炼钢中实现深脱硫的方法。

本发明的技术解决方案是：一种单吹颗粒镁铁水预处理在转炉炼钢中实现深脱硫的方法，它包括铁水预处理、铁渣扒渣、转炉冶炼，其特征在于铁水预处理中，铁水温度为1280～1350℃，在铁水兑入铁水包之前在铁水包内加入铁渣改质剂；单吹颗粒镁纯度≥97％；在喷吹颗粒镁脱硫结束后加入聚渣剂，再进行铁渣扒渣；转炉吹炼过程炉渣碱度为4.0～5.0；所述的铁渣改质剂成份为：石灰75-85％(CaO含量80-90％)，萤石15-25％(CaF₂含量70-80％)，加入量：5～7公斤/吨铁水；所述的聚渣剂市面有售，鞍山东科炉窑工程有限公司生产销售(成份：SiO₂ 65％～72％，Al₂O₃ 5％～20％，CaO≤4％，余量杂质)，加入量：0.5～1公斤/吨铁水。

影响深脱硫的几点因素分析：

尽管影响深脱硫效果的因素有很多，但是在优化“单吹颗粒镁铁水预处理在转炉炼钢中实现深脱硫的方法”过程深脱硫工艺的工作中，我们分析以下几个因素是影响深脱硫的限制性环节：

1、颗粒镁纯度对深脱硫效果的影响

铁水脱硫具有以下有利条件：一是铁水中C、Si、P等元素含量高，有利于提高硫在铁水中的活度系数；二是铁水中有碳存在而且含氧很少，有利于脱硫反应的进行；三是高炉渣(FeO)含量很低，且没有强氧化性气氛，有利于直接使用一些强的脱硫剂。

金属镁具有较强的脱硫能力。其脱硫反应式为：

Mg(金属)→Mg(g)→Mg(l)

Mg(g)+[S]＝MgS(s)

ΔG＝-435138+184.27J/mol (l)

Mg(l)+[S]＝MgS(s)

ΔG＝-398700+91.75J/mol (2)

镁的脱硫分两步进行：金属镁由氮气传输并通过喷枪进入高温铁水，镁首先气化并溶入铁水中，铁水中的溶解[Mg]_l和气态(Mg)_g都能与硫迅速反应生成固态硫化镁MgS(s)，上浮进入渣中，并且可经扒渣手段分离去除。

由于金属镁的熔点为651℃，沸点为1100℃，在高温下镁和硫具有很强的亲和力，镁和硫的反应热力学和动力学条件很好，只要喷入足够量的镁粉，就完全能将铁水中硫脱至0.002％以下。实际生产中，为了满足生产节奏的要求，必须在15分钟以内有限的喷镁时间内达到深脱硫的目标，金属镁的纯度应尽量提高，满足深脱硫的工艺需要的颗粒镁纯度应大于97％。

2、铁水温度对深脱硫效果的影响

金属镁的利用率随铁水温度升高呈下降趋势。因为用镁来脱硫的反应(见上面式(1)和式(2))是放热反应，因此温度升高，从式(1)知不利于脱硫反应的进行，而且由于形成的气泡加大，铁水黏度降低，使气泡上浮速度增大，从而减少了镁气泡在铁液中的停留时间，减少了镁从液面的蒸发。从式(2)知，低温下镁在铁水中的溶解度增大，有利于镁参与反应，故低温对提高镁利用率有利。但是，如果铁水温度低于1250℃，铁水和铁渣粘度增加，流动性变差，喷镁结束后卷入铁水中的铁渣不易上浮，很难实现彻底扒渣，导致大量铁渣被带入转炉，转炉铁水中的回硫量则明显增加。因此，适宜深脱硫的铁水温度范围应控制在1280～1350℃。

3、铁水渣对深脱硫效果的影响

高炉铁渣中硫含量很高，同时还含有二氧化硅、三氧化二铝和氧化钛等不利于脱硫的组分，特别是钛的氧化物会降低炉渣碱度，从而减少炉渣硫容量使脱硫效率降低。铁水在脱硫站经过喷吹颗粒镁后，脱硫产物上浮进入渣中，如果这些脱硫产物未完全固化，即使全力扒渣，液态脱硫渣仍然存在，渣中不稳定的脱硫产物既可以在脱硫站从铁渣直接进入铁水，又可以随铁渣进入转炉后重新进入铁水。在转炉中，由于散装料和废钢含有一定量的硫、入炉铁水带入的含硫渣及转炉冶炼控制等问题，是造成钢水回硫的重要原因。因此，铁水在经过超深脱硫后，如何将脱硫产物固化到铁渣中，是否扒净残余渣是控制钢水回硫，实现深脱硫的关键。

要解决铁水脱硫产物固化的问题，只能通过调整铁渣碱度、改变脱硫后的铁渣黏度达到目的。从理论上分析，随着CaO的加入将降低渣熔点及黏度，但是，当W(CaO)/W(SiO₂)的比值大于1.1时，则熔点升高，在铁水温度下，渣的过热度减小而使黏度增高，同时脱硫后铁渣中CaO在CaO-SiO₂-Al₂O₃三元系中质量分数增加到52％以上时，随着铁渣的熔点升高，将增加铁渣的黏度，从1500℃的CaO-SiO₂-Al₂O₃三元系的黏度图看，在W(CaO)为48％～52％时，渣的黏度最低，但当W(CaO)增加时，等黏度曲线分布的密度最大，黏度上升最快，说明W(CaO)对黏度改善很显著，这是因为熔体的熔点高，结晶过程易于发展，熔体内出现固体分散物。

铁水单吹颗粒镁脱硫过程引入石灰可以经济、有效地实现上述工艺目的。石灰的主要作用是：(1)石灰是一种较好的造渣材料，它能将铁水中质量密度较大的钝化镁脱硫产物聚合，提高铁水表面渣的硫容量；(2)石灰有一定的脱硫能力，对于钝化镁铁水脱硫以后的回硫有抑制作用；(3)加入石灰后，由于铁水渣的黏度增加，脱硫渣容易扒除，缩短了扒渣时间，降低了扒渣铁损，达到降低转炉回硫的作用。

铁水经脱硫后，脱硫顶渣中硫含量很高，当铁水初始硫达到0.040％时，渣中硫可达5％。扒渣效果越不好，脱硫渣带进转炉的硫越多，回硫量也高。因此，提高扒渣效果，尽量将脱硫顶渣扒除，可有效减少回硫量。

4、转炉操作对深脱硫效果的影响

转炉脱硫主要是通过加入石灰、铁矿石、轻烧镁球等造渣材料，造高碱度炉渣，并控制好炉渣的流动性和氧化性来实现。根据碱性渣脱硫反应理论，提高炉渣的碱度，降低钢液中的氧含量，降低脱硫渣中的硫含量，提高脱硫温度，均有利于促进脱硫反应。

1)碱度的控制：碱度控制在4.5～5.0，脱硫效率接近峰值，但碱度继续提高却不利于脱硫，主要原因是碱度太高时，炉渣黏度增加，脱硫动力学条件变差。

2)钢中氧含量的控制：适当提高转炉终点碳含量，可降低钢中氧含量，同时可将渣中(FeO)含量控制在20％以下。

3)渣中硫的控制：可通过使用低硫材料(石灰、铁矿石、轻烧镁球)造渣来实现。

4)温度控制：转炉冶炼温度可满足脱硫反应的需要。

基于以上分析，结合在生产实践中的不断摸索，我们总结出一套的“单吹颗粒镁铁水预处理在转炉炼钢中实现深脱硫的方法”过程深脱硫新工艺，克服了国内这种生产线上普遍存在的铁水预处理脱硫不彻底、扒渣困难、转炉回硫多等问题，取得了显著而稳定的深脱硫效果，为无取向硅钢的顺利生产和产品优良电磁性能实现发挥了重要的保障作用。工艺改进前后的参数和脱硫效果对比如下：

1、工艺参数对比：

2、深脱硫效果对比

	改进前	改进后
			铁水预处理前，铁水初始硫含量％	0.020～0.030	0.020～0.030
铁水预处理终点，铁水硫含量％	0.002～0.004	≤0.001
			铁水预处理脱硫效率％	80～90	≥95
转炉出钢后，钢水硫含量％	0.006～0.010	0.001～0.004

本发明实现的铁水预处理工艺条件：

(1)脱硫前铁水温度：1250～1350℃；

(2)脱硫前包内铁水重量：140～150t；

(3)脱硫前铁水化学成分组成，C：3.80～4.50％，Si：0.30～0.80％，Mn：0.20～0.40％，P：0.04～0.09％，S：0.02～0.07％；

(4)脱硫前包内渣层厚度：150～220mm；

(5)包底到上沿高度：4.04m；

(6)铁包净空高度：600mm，新包，铁水量142t；

(7)熔池深度：3.15m，新包，铁水量142t；

(8)喷枪***深度：喷枪端部***铁水液面以下≥2.8米；

(9)转炉工作参数：平均兑铁水量142t/炉，冶炼周期38min/炉；

(10)铁水预处理周期：15～35min；

(11)扒渣时间：5min～8min(扒渣后铁水液面露出3/4以上)；

(12)处理期间铁水温降：5℃～15℃；

(13)喷镁时间：3.5～15min；

(14)喷镁强度：4～20kg/min；

(15)氮气工作压力：0.8～1.2MPa；

(16)氮气工作流量：30～160m³/h；

(17)颗粒镁含量：≥97％；

(18)镁粉消耗：0.19～0.97kg/t_铁(视初始、目标硫含量及载气气源种类不同而异)。

本发明的优点是：提供了一套独特的工艺技术，优化了深脱硫工艺，使铁水预处理深脱硫合格率达到98％以上，处理后的铁水硫含量保持稳定，转炉过程钢水回硫可以≤0.003％，转炉出钢硫含量平均＜0.005％，取得了稳定、理想的深脱硫效果，低硫钢种的成份控制和产品性能得到保障，为高质量、高附加值的低硫优质品种钢的顺利开发生产奠定坚实的基础。

下面将结合实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。

具体实施方式

一种单吹颗粒镁铁水预处理在转炉炼钢中实现深脱硫的方法，它包括铁水预处理、铁渣扒渣、转炉冶炼。铁水预处理中，铁水温度为1280～1350℃，铁水从高炉运输进厂，兑入铁水包之前，在铁包内提前按CaO 80％，CaF2 20％，6公斤/吨铁水加入铁渣改质剂，然后兑入铁水，利用铁水的冲击搅拌，将铁渣改质剂熔化，并与原有铁渣融合达到工艺要求的适合深脱硫的铁渣成份。单吹颗粒镁纯度≥97％；在喷吹颗粒镁脱硫结束后加入聚渣剂，再进行铁渣扒渣，即喷吹颗粒镁脱硫前严格要求不准扒渣，喷吹结束后按1公斤/吨铁水加入聚渣剂后扒渣，扒除铁渣量＞80％。转炉吹炼过程炉渣碱度为4.0～5.0。

Claims

1.一种单吹颗粒镁铁水预处理在转炉炼钢中实现深脱硫的方法，它包括铁水预处理、铁渣扒渣、转炉冶炼，其特征在于铁水预处理中，铁水温度为1280～1350℃，在铁水兑入铁水包之前在铁水包内加入铁渣改质剂；单吹颗粒镁纯度≥97％；在喷吹颗粒镁脱硫结束后加入聚渣剂，再进行铁渣扒渣；转炉吹炼过程炉渣碱度为4.0～5.0；所述的铁渣改质剂为石灰75-85％，萤石15-25％，加入量：5～7公斤/吨铁水。

2.按照权利要求1所述的单吹颗粒镁铁水预处理在转炉炼钢中实现深脱硫的方法，其特征在于铁渣改质剂石灰80％，萤石20％，加入量：6公斤/吨铁水。