CN102559985B - 转炉低磷钢冶炼方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种转炉低磷钢冶炼方法，是利用顶底复吹转炉，以废钢和脱硫后的铁水为原料，同一个冶炼周期中吹炼分两阶段进行，第一阶段吹炼完成脱硅及脱磷，之后进行前期倒渣，然后进行第二阶段吹炼完成脱碳。其中，第一阶段吹炼供氧15～18Nm3/t铁水，第一阶段吹炼结束时的温度控制在1360～1390℃，炉渣成分控制在：碱度1.4～1.6，全铁量18～23wt%，第二阶段吹炼结束时温度控制在1620～1640℃，炉渣成分控制在：碱度4～4.5，全铁量23～26wt%。藉由本发明工艺，转炉吹炼终点钢水磷含量可以稳定控制在0.0055wt%以下，在无需进行设备改造的情况下实现了低磷钢的冶炼，操作简单有效，消除了铁水条件波动给冶炼效果带来的负面影响，促进了生产的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及一种转炉炼钢生产工艺，尤其涉及一种适用于在顶底复吹转炉中进行低磷钢冶炼的工艺，属于钢铁冶金领域。
背景技术
磷元素一般被认为是钢中的有害杂质，容易在晶界偏析，造成钢材“冷脆”，显著降低钢材的低温冲击韧性。随着钢中碳、氮、氧含量的增加，磷的有害作用还将逐渐增强。另外，磷在铸坯中的偏析度很大，更突出了其负面影响。随着用户对钢材质量要求的提高，钢中磷含量的要求也越来越苛刻，降低钢中磷含量成了高附加值钢材产品生产中的重要环节。
炼钢脱磷通常采用氧化方法，在转炉中顶吹氧气，促使金属中的磷发生氧化反应，生成的P2O5与加入的脱磷剂结合形成稳定的复合化合物进入炉渣中。为了进一步提高转炉脱磷能力，从而生产对磷要求更加苛刻的钢种，转炉冶炼方法进行了一系列的改进和优化。
目前国内外钢铁企业广泛采用的炼钢深脱磷方法主要有三种，第一种是炉外铁水预处理方法；第二种是双联转炉操作方法；第三种是同一转炉双渣操作方法。
日本钢铁企业最早开发和使用了炉外铁水预处理方法进行脱磷(参考JP58016007A、JP62109908A)，其工艺大致为：在高炉出铁沟进行脱硅处理后，铁水流入鱼雷车或铁水包内，扒渣后喷入石灰系脱磷剂进行脱磷处理，处理完毕后铁水加入转炉进行脱碳。这种方法的局限性在于：鱼雷车或铁水包内的空间有限，不利于脱磷反应的进行；另外，处理时间长，处理过程铁水温降较大，使兑入转炉的铁水温度偏低，降低了废钢的使用量；吹炼过程还可能发生渣铁粘附氧枪以及产生大量泡沫渣等问题，造成操作不稳定。
日本住友金属和歌山厂开发了双联转炉操作方法解决低磷钢冶炼的问题，(参阅JP63195210A、JP63195210A)，此种方法使用两座转炉，在第一座转炉中进行脱磷脱硅，在第二座转炉中进行脱碳。这种方法具有较强的脱磷能力， 第二座转炉吹炼终点磷含量可低至0.003％以下，但其缺点同样是过程热损失大，将铁水从一座转炉倒入另一座转炉难免造成不必要的热损失；而且需要专门添置一座脱磷转炉，设备投资大的同时也给生产组织带来一定的难度，对于我国一些低磷钢产品比例不高的钢铁企业，该方法难以得到实际推广应用。
同一转炉双渣操作方法对于促进转炉脱磷效率也有较明显的效果(参阅JP54097516A、JP2005206900A、CN101363068B)，这种方法在同一个转炉冶炼周期中进行两阶段吹炼，第一阶段吹炼完成脱硅及脱磷，之后进行前期倒渣，然后进行第二阶段吹炼完成脱碳升温。该方法操作简单，热损失相对较小，对设备要求不高，吹炼终点磷含量可控制在0.007％以内。然而该方法的缺点在于：冶炼效果与铁水条件如硅含量以及温度等有较大关系，如果遇铁水条件波动较大，过程控制将出现不稳定，最终钢水磷含量的控制将出现问题。
为此，业界亟待开发一种更为有效的转炉双渣操作工艺进行低磷钢的冶炼。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中的不足提供一种有效的转炉低磷钢冶炼工艺，以在铁水条件波动较大的情况下亦能实现低磷钢的稳定生产。
为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：
一种转炉低磷钢冶炼方法，该方法是利用顶底复吹转炉，以废钢和脱硫后的铁水为原料，在同一个冶炼周期中进行两阶段吹炼，第一阶段吹炼完成脱硅及脱磷，之后进行前期倒渣，然后进行第二阶段吹炼完成脱碳，最后出钢，其特征在于：
(1)上一冶炼周期出钢后，于转炉中留渣30～45kg/t，且加入废钢和铁水的重量比为15～17％∶83～85％；
(2)第一阶段吹炼的顶吹供氧强度为3.1～3.3Nm3/t·min，底吹供氩强度为0.05～0.08Nm3/(t·min)，第一阶段吹炼的供氧量为15～18Nm3/t铁水；
(3)第一阶段吹炼结束时温度控制在1360～1390℃，炉渣成分控制在：碱度1.4～1.6，全铁量18～23wt％，之后进行倾炉倒渣，倒掉40～60wt％的前期炉渣；
(4)第一阶段吹炼开吹时加入造渣料，该造渣料包括活性石灰与烧结球团矿，其中，活性石灰的加入量为10～13kg/t铁水，烧结球团矿的加入量W矿石利用下式计算得到：
其中，W矿石的单位为kg/t铁水；[Si]铁水为铁水硅含量；T铁水为铁水温度；V氧气为供氧量，其单位是Nm3/t铁水；T1为第一次吹炼结束时的目标温度；
(5)第二阶段吹炼的顶吹供氧强度为3.4～3.7Nm3/t·min，底吹供氩强度为0.04～0.06Nm3/t·min；
(6)第二阶段吹炼结束时的温度控制在1620～1640℃，炉渣成分控制在：碱度4～4.5，全铁量23～26wt％。
(7)第二阶段吹炼的造渣料分三批以上加入，该造渣料包括活性石灰、白云石和烧结球团矿，其中，活性石灰的加入量为24～28kg/t铁水，白云石的加入量为10～15kg/t铁水，烧结球团矿的加入量为12～18kg/t铁水。
进一步的，该方法中，转炉吹炼终点钢水磷含量被稳定控制在0.0055wt％以下。
与现有技术相比，本发明至少具有如下优点：在无需进行设备改造的情况下实现了低磷钢的冶炼，对转炉吹炼初期的温度实行精确控制，操作简单、有效，并且消除了铁水条件波动给冶炼效果带来的负面影响，促进了生产的稳定性，进一步降低了吹炼终点钢水的磷含量。
附图说明
图1是本发明转炉低磷钢冶炼工艺中第一次吹炼结束时半钢磷含量与吹炼终点磷含量的关系曲线图；
图2是本发明转炉低磷钢冶炼工艺中转炉吹炼初期磷含量与供氧量的关系曲线图；
图3是本发明转炉低磷钢冶炼工艺中使用公式(2)计算得到的半钢磷含量与实际值的关系曲线图；
图4是本发明转炉低磷钢冶炼工艺中使用公式(3)计算得到的半钢温度与实际值的关系曲线图。
具体实施方式
如前论述，现有的炼钢深脱磷方法大多存在不足，是以，本案发明人经长期研究和实践，提出了本发明的转炉低磷钢冶炼工艺，其优选为：
(I)以废钢和脱硫后的铁水为原料，加入顶底复吹转炉，转炉中留渣30～45 kg/t；废钢和铁水的重量百分比为：废钢15～17wt％，铁水83～85wt％。吹炼过程分为两个阶段，第一阶段吹炼为脱硅以及脱磷，倾炉倒渣之后进入第二次锤炼，第二阶段吹炼为脱碳。
(II)第一阶段吹炼的方法为：
A.顶吹氧气，供氧强度设置为3.1～3.3Nm3/(t·min)；底吹氩气，供氩强度设置为0.05～0.08Nm3/(t ·min)；
B.供氧15～18Nm3/t铁水之后进行倾炉倒渣，倒掉40～60％的前期炉渣；
C.开吹时加入造渣料，包括活性石灰和烧结球团矿。活性石灰的加入量为10～13kg/t铁水；烧结球团矿的加入量W矿石(kg/t铁水)则根据设定的目标温度和已知的铁水条件，通过下式计算得到：
其中，[Si]铁水为铁水硅含量(wt％)；T铁水为铁水温度(℃)；V氧气为供氧量(Nm3/t铁水)；T1(℃)为第一次吹炼结束时的目标温度。
D.第一阶段吹炼结束时的温度控制在1360～1390℃，炉渣成分控制为：碱度1.4～1.6，全铁量18～23％，半钢磷含量控制在0.015～0.02wt％。
(III)第二阶段吹炼的方法为：
A.顶吹供氧强度为3.4～3.7Nm3/(t·min)；底吹供氩强度为0.04～0.06Nm3/(t·min)；
B.供氧总量由转炉动态控制模型计算确定；
C.第二阶段吹炼结束时的温度控制为1620～1640℃，炉渣成分控制为：碱度4～4.5，全铁量23～26％，钢水磷控制在0.004～0.0055wt％；
D.造渣料在第二阶段吹炼开始后分三批加入，包括活性石灰、白云石和烧结球团矿。活性石灰的加入量为24～28kg/t铁水；白云石的加入量为10～15kg/t 铁水；烧结球团矿的加入量为12～18kg/t铁水。
本发明在180吨顶底复吹转炉中进行了一系列实验，发现第一阶段吹炼结束的半钢磷含量对于吹炼终点磷含量控制有直接的影响，如图1所示，半钢磷含量控制得越低，则转炉终点的钢水磷含量越低。
本发明还研究了转炉吹炼初期铁水中磷的反应规律，结果如图2所示。在转炉吹炼初期，供氧量达到13Nm3/t铁水之前，磷含量迅速降低，供氧13～20Nm3/t 铁水范围内变化趋于稳定，在供氧15～17Nm3/t铁水范围内出现最低值。
本发明还通过研究发现，在供氧13～20Nm3/t铁水范围内，半钢磷含量可以 通过公式(2)计算得到。如图3所示，使用该公式计算得到的半钢磷含量与实际值基本一致。由该结果可知，降低半钢温度，增大烧结球团矿的加入量，对于脱磷有积极的意义。
其中，[P]铁水为铁水磷含量(％)；[C]半钢为半钢碳含量(％)；W石灰为石灰加入量(kg/t 铁水)；T半钢为半钢温度(℃)。
由于温度对脱磷有重要影响，本发明建立了转炉吹炼初期的温度控制模型，如式(3)所示。如图4所示，使用该模型计算得到的半钢温度与实际值基本一致。根据该模型，设定所需要的温度，可以计算第一阶段吹炼造渣料的加入量。
T半钢＝0.805×T铁水+257.6×[Si]铁水+5.5×V氧气-8.98×W矿石+193.3 (3)
采用本发明所述的方法，转炉吹炼终点钢水磷含量可以稳定控制在0.0055wt％以下。
在一较佳实施例中，本案发明人采用本发明的转炉低磷钢冶炼工艺，在180吨转炉上冶炼了3炉钢，以废钢和脱硫后的铁水为原料，废钢和铁水的配比以及铁水成分和温度如表1所示。
原料兑入转炉后，下氧枪开始第一阶段吹炼。第一阶段吹炼的吹炼制度以及造渣料加入量如表2所示。顶吹供氧强度设置为3.1～3.3 Nm3/(t·min)；底吹氩气，供氩强度设置为0.06Nm3/(t·min)。供氧15.6～17.2Nm3/t铁水之后进行倾炉倒渣，倒掉40～60％的前期炉渣。活性石灰的加入量为12.3～12.9kg/t铁水；烧结球团矿的加入量根据公式(1)计算得到：8～11.9kg/t铁水。第一阶段吹炼结束后的半钢以及炉渣成分如表3及表4所示，温度控制在1360～1389℃；炉渣碱度控制在1.41～1.5，全铁含量控制在18.3～24.17％，半钢磷含量控制在0.0151～0.0215％。
第二阶段吹炼的吹炼制度以及造渣料的加入量如表5所示。顶吹氧气强度设置为3.47～3.61Nm3/(t·min)；底吹氩气强度设置为0.04Nm3/(t·min)。活性石灰的加入量为24.9～28kg/t铁水；白云石的加入量为10.2～13kg/t铁水；烧结球团矿的加入量为13.2～16.3kg/t铁水。第二阶段吹炼结束后的钢水以及炉渣成分如表6及表7所示，温度控制在1621～1637℃，炉渣碱度控制在4～4.49，全铁含量控制在23～26wt％，钢水磷含量控制在0.0055wt％以下。
表1本发明一较佳实施例中原料配比及铁水条件
表2本发明一较佳实施例中第一阶段吹炼制度以及造渣料加入量
表3本发明一较佳实施例中第一阶段吹炼结束后半钢成分以及温度
表4本发明一较佳实施例中第一阶段吹炼结束后炉渣成分
表5本发明一较佳实施例中第二阶段吹炼制度以及造渣料加入量
表6本发明一较佳实施例中第二阶段吹炼结束后钢水成分以及温度
表7本发明一较佳实施例中第二阶段吹炼结束后炉渣成分
Claims (2)
1.一种转炉低磷钢冶炼方法，该方法是利用顶底复吹转炉，以废钢和脱硫后的铁水为原料，在同一个冶炼周期中进行两阶段吹炼，第一阶段吹炼完成脱硅及脱磷，之后进行前期倒渣，然后进行第二阶段吹炼完成脱碳，最后出钢，其特征在于：
（1）上一冶炼周期出钢后，于转炉中留渣30～45kg/t，且加入废钢和铁水的重量比为15～17%：83～85%；
（2）第一阶段吹炼的顶吹供氧强度为3.1～3.3Nm3/t·min，底吹供氩强度为0.05～0.08Nm3/(t·min)，第一阶段吹炼的供氧量为15～18Nm3/t铁水；
（3）第一阶段吹炼结束时温度控制在1360～1390℃，炉渣成分控制在：碱度1.4～1.6，全铁量18～23wt%，之后进行倾炉倒渣，倒掉40～60wt%的前期炉渣；
（4）第一阶段吹炼开吹时加入造渣料，该造渣料包括活性石灰与烧结球团矿，其中，活性石灰的加入量为10～13kg/t铁水，烧结球团矿的加入量W矿石利用下式计算得到：
其中，W矿石的单位为kg/t铁水；[Si]铁水为铁水硅含量；T铁水为铁水温度；V氧气为供氧量，其单位是Nm3/t铁水；T1为第一次吹炼结束时的目标温度；
（5）第二阶段吹炼的顶吹供氧强度为3.4～3.7Nm3/t·min，底吹供氩强度为0.04～0.06Nm3/t·min；
（6）第二阶段吹炼结束时的温度控制在1620～1640℃，炉渣成分控制在：碱度4～4.5，全铁量23～26wt%；
（7）第二阶段吹炼的造渣料分三批以上加入，该造渣料包括活性石灰、白云石和烧结球团矿，其中，活性石灰的加入量为24～28kg/t铁水，白云石的加入量为10～15kg/t铁水，烧结球团矿的加入量为12～18kg/t铁水。
2.根据权利要求1所述的转炉低磷钢冶炼方法，其特征在于，该方法中，转炉吹炼终点钢水磷含量被稳定控制在0.0055wt%以下。
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