CN103131817B

CN103131817B - 一种转炉炼钢保磷冶炼方法

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Publication number: CN103131817B
Application number: CN201110389717.6A
Authority: CN
Inventors: 胡建光; 刘自康
Original assignee: Shanghai Meishan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Shanghai Meishan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2011-11-30
Filing date: 2011-11-30
Publication date: 2014-07-09
Anticipated expiration: 2031-11-30
Also published as: CN103131817A

Abstract

本发明涉及一种转炉炼钢保磷冶炼方法，属于冶金技术领域。该方法将冶炼时间分成前、中、后三期，通过调控石灰的加入量，将炉渣二元碱度R始终控制在2.0～2.8之间；通过调控吹氧枪的流量以及枪位，将前、中、后三期的吹氧量与总吹氧量的质量百分比分别控制在18-22％、55-65％、18-22％，且前期和中期的氧气射流冲击深度控制在钢水深度的60-70％，后期的氧气射流冲击深度控制在钢水深度的70～80％；终点钢水中残留碳含量控制在0.05～0.1％。采取本发明后，由于合理平衡控制了冶炼前、后期脱磷的高峰，因此可以在不加含磷矿石的情况下，使铁水中磷的保留率达到30％～70％，从而实现所需的保磷冶炼。

Description

一种转炉炼钢保磷冶炼方法

技术领域

本发明涉及一种金属冶炼方法，尤其是一种转炉炼钢保磷冶炼方法，属于冶金技术领域。

背景技术

高磷钢一般指钢水成品磷含磷量0.06％以上的钢种，如耐候钢就是其中的一种。据申请人了解，目前国内外转炉冶炼的钢水成品含磷量大多在0.035％以下，含磷量在0.06％上的钢种较少，因此也很少见到关于冶炼含磷量在0.06％以上钢种，如何减少铁水在冶炼过程中磷的流失而保磷的冶炼方法。

磷元素在大多数钢种中是有害元素，因此希望钢水成品磷含量越低越好，而在耐候钢一类钢种中却恰恰相反，希望在冶炼中减少铁水的磷流失。采用普通的冶炼方法，在冶炼的过程中磷很难保留到较高的含量。

检索发现，专利号为ZL200410047045.0的中国专利公开了一种含磷钢的冶炼方法，转炉采用快速升温去碳保磷、造高磷渣冶炼操作，在转炉开吹初期，氧枪枪位在0.0～1.0米之间，二元碱度为1.0～2.5，供氧强度在2.8～5.0m3/t.min，同时向转炉内加入0.5～45.0kg/吨钢的磷铁矿或磷矿，在吹炼后期向转炉钢液中加入1.0～30.0kg/吨钢的磷矿或磷铁矿；待电炉中的废钢熔化并与铁液融为钢液后，向电炉内加入造渣料，二元碱度1.0～2.5，并以1.5～4.5m3/t.min向钢液中供氧，在钢液脱碳过程中向钢液中加入0.5～40.0kg/吨钢的磷铁矿或磷矿，在冶炼后期向钢液中加入0.5～30.0kg/吨钢的磷铁矿或磷矿。该方法在具体实施时尚存如下问题：

1)转炉的冶炼枪位控制在1.0米以下仅适于小型转炉，对于大中型转炉容易造成严重的生产事故。因为150吨以上的转炉熔池深度在140cm以上，1.0米以下的枪位有可能导致氧气射流直接接触炉底。

2)该方法需要冶炼前、后期向转炉熔池添加磷矿或磷铁矿，不仅加入时机需要严格掌控，否则达不到效果，而且向熔池内加入大量的含磷矿石增加了炉渣渣量，容易出现喷溅现象，给转炉冶炼带来困难，同时渣量增加导致钢铁料消耗增加，使得成本上升。

3)该方法的终渣二元碱度要求控制在3.0～4.0，会使钢水中的磷流失，因为二元碱度控制在大于3.0时常规冶炼低磷钢的要求，显然不利于保磷。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述现有技术存在的问题，提出一种可以在不添加含磷矿石的情况下使铁水中的磷保留率达到30％以上、并且适合大中型转炉的炼钢保磷冶炼方法。

为了达到以上目的，本发明的转炉炼钢保磷冶炼方法将冶炼时间分成前、中、后三期，通过调控石灰的加入量，将炉渣二元碱度R始终控制在2.0～2.8之间(最好稳定在2.0～2.5之间)；通过调控吹氧枪的流量以及枪位，将前、中、后三期的吹氧量与总吹氧量的质量百分比(以下未特别说明处的百分比均为质量百分比)分别控制在18-22％、55-65％、18-22％，且前期和中期的氧气射流冲击深度控制在钢水深度的60-70％，后期的氧气射流冲击深度控制在钢水深度的70～80％；终点钢水中残留碳含量控制在0.05～0.1％。

以上后期以钢水中碳含量在0.7～1％界定，其余时间均分为前期和中期。

研究表明，二元碱度是控制磷含量的重要因素。二元碱度较高有利于脱磷，从而使炉渣中的磷酸钙相应增加，不利于保持钢水中的磷；但二元碱度过低会使炉渣向酸性渣靠近，不利于保护炉衬；上述经过反复试验摸索出的二元碱度，可以在不损伤炉衬保持其寿命的前提下，尽可能避免钢水中的磷流失。其次，炉渣的氧化性也是影响磷含量的关键因素，冶炼前、中期，炉渣中需要保证有一定量的氧化铁生成，从而有利于石灰的渣化，以上流量的枪位控制既能将脱磷效率抑制在20～40％左右，又能够避免冶炼前期的金属喷溅；冶炼由中期进入后期时，熔池内的脱碳达到拐点，此时熔池碳含量在0.7～1.0％，之后脱碳速率明显下降，此时宜增加氧气射流量及冲击深度，进一步将脱磷效率抑制在10～30％左右。另外，终点钢水中残留碳含量为0.05～0.1％，可以控制炉渣中的全铁含量，尤其冶炼后期保持70～80％的冲击深度，可以使冶炼后期炉渣以及终渣的全铁含量均控制在15％以下，从而有利于保磷。因此，采取本发明的上述举措后，由于合理平衡控制了冶炼前、后期脱磷的高峰，因此可以在不加含磷矿石的情况下，使铁水中磷的保留率达到30％～70％，从而实现所需的保磷冶炼。

同时，采用本发明后，由于控制了炉渣的渣量，因此提高了出钢量，降低了钢铁料的消耗。另外，该控制还提高了终点钢水的残余锰含量，降低了冶炼成本。

除采取上述必要举措外，以下措施可进一步有利于提高保磷率：

1)控制炉渣的氧化镁质量百分比含量10～15％。在控制炉渣二元碱度在2.0～2.8的前提下，氧化镁的饱和度会有所提高，此时的氧化镁的饱和度通常10～18％之间。因此，为了使炉渣氧化镁含量处于过饱和状态，氧化镁平均水平最好控制在10～15％之间，这样可以增加炉渣的黏度，达到降低炉衬侵蚀和抑制脱磷的双重作用。

2)冶炼前、中期控制供氧强度2.8～3.2m³/t.min，后期控制供氧强度在3.2～3.6m³/t.min。如选择恒流量操作，则供氧强度控制在3.0～3.3m³/t.min，适当提高供氧强度有助于促进脱碳速度，降低炉渣氧化性，但过高的供氧强度会产生较大喷溅，因此需要合理控制在一定范围。

3)由于保持高温有利于保留磷元素，因此转炉终点温度控制在1665℃～1710℃之间，平均炉温控制在1680±10℃为最好。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的说明。

实施例

本实施例的转炉炼钢保磷冶炼方法在生产现场积累的大量试验数据(其中TFe％表示氧化铁的含量，m³/t.min为立方米/吨钢.每分钟)基础上分析优化归纳得出。

验证表明，控制炉渣的二元碱度R、炉渣中氧化镁的含量、以及冶炼过程炉渣的氧化性(TFe％含量)控制炉渣的主要组成，都有助于提高转炉终点钢水的磷含量和钢水残余锰含量。而通过控制合适的供氧强度、氧气射流的冲击深度以及该深度保持的时间可以有效控制炉渣的过程氧化性。通常，炉渣主要成份的组成控制范围如下：

TFe％	CaO％	SiO₂％	CaO/SiO₂	MgO％
					≤15％	35～50％	10～25％	2.0～2.8	10～18％

实现保磷冶炼的基础举措为：

1、确定炉渣二元碱度R(R＝cao/sio₂)

控制炉渣二元碱度R在2.0～2.8之间，平均水平最好稳定在2.0～2.5之间。常规的转炉造渣碱度要求大于3.0，一般控制在3.0～4.0之间，其主要目的是有利于去除钢水中的磷、硫等有害元素。而保磷则需降低炉渣的二元碱度抑制脱磷，二元碱度大于2.0的目的是在抑制脱磷反应使终点磷含磷控制在合适范围的同时，保持炉渣中cao/sio₂的比例与转炉炉衬中cao/sio₂(在炉衬镁碳砖中cao/sio₂要求大于2.0)的比例相当，而不会对炉衬寿命造成影响。

2、控制炉渣的氧化性

炉渣中的氧化铁与钢水中的碳、磷元素在冶炼过程发生如下反应：

(FeO)+[C]＝{CO}+[Fe]、

2P+5(FeO)+4(CaO)＝(4CaO.P₂O₅)+5[Fe])或

2P+5(FeO)+3(CaO)＝(3CaO.P₂O₅)+5[Fe])

控制炉渣的氧化性分两个阶段，先是冶炼前、中期，再是后期(最好以钢水中碳含量在0.7～1％界定)，要求转炉后期炉渣和终渣的全铁含量应控制在15％以下，最好控制在8～12％。为了降低炉渣的氧化性，需要通过控制转炉冶炼过程氧气射流的冲击深度和合适的供氧强度，从而通过控制合适供氧强度保证该冲击深度的保持时间。具体而言，包括以下举措：

1)通过氧气射流的冲击深度确定冶炼过程枪位(氧枪喷头到钢水液面的距离)，将转炉冶炼过程分前期、中期、后期，其中冶炼前期占总吹氧量的20％左右，冶炼中期为总氧量的60％左右，冶炼后期为总氧量的20％左右。

2)冶炼前中期炉渣氧化性控制：冶炼前、中期转炉的氧气射流冲击深度要控制在钢水深度的60～70％，目的主要是保证有一定量的氧化铁生成而有利于石灰的渣化，保证冶炼前期20～40％左右的脱磷效率，而不至于冶炼终点磷超出上限，同时能够避免冶炼前期的金属喷溅。

3)冶炼后期炉渣氧化性控制：通常前、中、后期可按照冶炼常规划分，或简单的按冶炼时间均分时段。但大量实验证明，当熔池中的碳含量0.7～1.0％时，控制氧气射流冲击深度在钢水深度的70～80％对应的枪位，同时控制终点钢水残留碳含量在0.05～0.1％，可以有效控制炉渣的全铁含量在15％以下，使冶炼后期的脱磷率控制在10～30％。

通过对高磷钢和低磷钢冶炼后期转炉烟气CO浓度、吹氧量、冲击深度(吹炼枪位)之间关系的大量统计分析，找到了熔池内脱碳的拐点，当吹氧量达到总吹氧量的75～85％时，脱碳的速率明显下降，经过计算得出此时的熔池碳含量在0.7～1.0％。如果此时不增加氧气射流的冲击深度，脱碳速率会明显下降，从而证明了此时炉渣中氧化铁会迅速增加，进而使脱磷效率升高。因此为了降低脱磷效率，必须进一步加强钢水的搅拌，通过脱碳反应降低炉渣的氧化性，这样保磷效果最好。由此可知，以钢水中碳含量在0.7～1％界定后期开始，而将之前的时间平分为前期和中期比较科学。

下表反映了高磷钢种在冶炼后期不同枪位的控制下，不同炉次炉渣组成以及终点磷状况

名称	TFe％	MgO％	CaO％	SiO₂％	C％	P％
							3013146	10.87	16.45	41.68	21	0.054	0.064
3012997	8.1	13.34	44.9	22.35	0.099	0.094
							2013156	8.7	14.16	39.9	19.8	0.063	0.072
2013332	11.13	14.89	40.2	20	0.055	0.071
							3013156	9.09	13.73	44.09	22.6	0.08	0.035
3013149	10.97	12.97	43.4	21.78	0.069	0.033

表中后2行的两炉虽然炉渣组成控制在要求范围，但是(70～80％)冲击深度维持时间较短，在碳含量在0.7～1.0％没有保持合适的冲击深度，熔池内氧化铁含量升高，提高了脱磷效率而导致钢水中的磷大量流失。

除此之外，以下举措将进一步有利于保磷冶炼：

3、控制炉渣的氧化镁含量

在控制炉渣二元碱度在2.0～2.8的前提下，氧化镁的饱和度会有所提高，此时的氧化镁的饱和度在10～18％之间。因此为了使炉渣氧化镁含量处于过饱和状态，要求炉渣中氧化镁平均水平最好控制在10～15％之间，这样做的目的主要是保证炉渣氧化镁含量处于过饱和状态，增加炉渣的黏度，达到降低炉衬的侵蚀和控制炉渣黏度抑制脱磷的作用(转炉常规冶炼炉渣二元碱度控制在3.0～4.0之间，对应的终渣氧化镁含量控制在7～10％之间，氧化镁饱和度含量在8％左右，平均氧化镁含量控制在10％以下，这样会加剧脱磷反应)。

4、确定供氧强度范围

炼钢理论研究表明，较高的供氧强度有利于促进炼钢反应，但是过高的供氧强度会产生较大喷溅，根据现场试验数据验证，保磷冶炼时冶炼前、中期控制供氧强度在2.8～3.2m³/t.min，后期供氧强度在3.2～3.6m³/t.min为宜。供氧强度可选择变流量和恒流量操作。如果选择恒流量操作，选择供氧强度在3.0～3.3m³/t.min比较合适。两种方式都要求在后期枪位控制要求保持70～80％冲击深度，以及当熔池内碳含量在0.7～1.0％开始保持70～80％的冲击深度对应的枪位，以促进脱碳速度和降低炉渣氧化性。

5、控制转炉冶炼的过程温度

由于转炉脱磷反应是放热反应，因此要控制合适的终点温度，终点温度控制控制在1665℃～1710℃之间，平均温度控制在1680±10℃为最好。为了保证冶炼前期的温度能够快速上升，在冶炼前期不加冷却料，在冶炼中期加冷却矿平衡热量以保证终点温度的命中。冶炼前期不加冷却料的原因是，冶炼前期向炉内添加矿石会促进脱磷反应的进行，因此要求冶炼前期不加矿石以保证熔池快速升温抑制脱磷反应。

以下是150吨转炉冶炼耐候钢的具体过程控制

1、铁水152吨，废钢20吨，铁水、废钢成份、铁水温度如下：

C％	Si％	Mn％	P％	S％	温度
						4.22	0.262	0.291	0.144	0.04	1332℃

废钢成份如下：

C％	Si％	Mn％	P％	S％
					0.05％	0.1％	0.30％	0.025	0.020％

2、根据二元碱度R＝2.5、氧化镁含量12～15％左右计算石灰和轻烧白云石(也可以用轻烧镁球替代轻烧白云石)的加入量。因为轻烧白云石和镁球是保证炉渣中氧化镁的主要造渣料。石灰和轻烧白云石、轻烧镁球的主要成分：

名称	CaO％	MgO％	SiO₂％
				石灰	80～92	2～4	2.5左右
轻烧白云石	50左右	35左右	2左右
				轻烧镁球		65左右	2～8

按照炉渣二元碱度R＝2.5、终渣氧化镁含量12-15％左右计算石灰、轻烧白云石或轻烧镁球加入量。(关于炉渣二元碱度、氧化镁含量如何计算是钢铁冶金的成熟理论，这里不需要详细阐述)，经过计算得出石灰加入量为2500kg左右、轻烧白云石4000kg左右、铁矿石2000kg左右。

3、控制炉渣的过程氧化性

1)按照氧气射流冲击深度公式计算出相应的枪位：

冲击深度

H-操作枪位cm；P-使用压力MPa；D_喉-喉口直径cm；L--氧气射流冲击深度cm，150吨转炉熔池深度是L₁＝142cm。通过以上公式推算出不同氧气使用压力P＝1.0MPa，在不同枪位下的冲击深度

根据冶炼前、中期要求65～70％冲击深度比例，冶炼后期要求70～80％冲击深度比例的要求得出：冶炼前、中期的枪位控制在165cm～200cm之间，冶炼后期枪位控制在150cm～160cm.

4、供氧强度选择恒流量控制，控制流量在3.3m³/t.min，转换成小时流量为31500m³/h。

5、转炉终点温度按照1680±10℃控制。

6、按照以上计算结果进行加料、枪位控制进行冶炼，控制终点钢水氧含量在0.05～0.1％之间，得出实际冶炼结果如下：

钢水终点指标：

C％	Si％	Mn％	P％	S％	温度
						0.0995	0.0038	0.196	0.0944	0.0103	1674

转炉终渣指标：

TFe％	CaO％	MgO％	SiO₂％	P₂O₅％
					8.12	44.9	13.34	22.35	3.13

6、从转炉终点成份能够看出终点钢水中的磷含量已经达到了0.0944％，已经远远超过该钢种要求大于0.66％的水平。

实验证明，上述实施例的转炉炼钢保磷冶炼方法在综合考虑各方面影响因素后，根据脱磷反应的特点，平衡控制冶炼前期和后期脱磷的高峰期，能够使钢水终点磷含量稳定在一定的范围，达到在合金化时少加含磷合金或不加，使钢水中的磷保留率能够达到30％～70％，而不超出钢种要求上限。同时还能够提高终点钢水残余锰含量，达到降低冶炼成本的冶炼方法。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims

1.一种转炉炼钢保磷冶炼方法，其特征在于：将冶炼时间分成前、中、后三期，通过调控石灰的加入量，将炉渣二元碱度R始终控制在2.0～2.8之间；通过调控吹氧枪的流量以及枪位，将前、中、后三期的吹氧量与总吹氧量的质量百分比分别控制在18-22%、55-65%、18-22%，且前期和中期的氧气射流冲击深度控制在钢水深度的60-70%，后期的氧气射流冲击深度控制在钢水深度的70～80%；终点钢水中残留碳含量控制在质量百分比0.05～0.1%。

2.根据权利要求1所述的转炉炼钢保磷冶炼方法，其特征在于：所述后期以钢水中碳含量在0.7～1％界定，其余时间均分为前期和中期。

3.根据权利要求2所述的转炉炼钢保磷冶炼方法，其特征在于：控制炉渣的氧化镁质量百分比含量10～18％。

4.根据权利要求3所述的转炉炼钢保磷冶炼方法，其特征在于：冶炼前、中期控制供氧强度2.8～3.2m³/t.min，后期控制供氧强度在3.2～3.6m³/t.min。

5.根据权利要求4所述的转炉炼钢保磷冶炼方法，其特征在于：转炉终点温度控制在1665℃～1710℃之间，平均炉温控制在1680±10℃。

6.根据权利要求5所述的转炉炼钢保磷冶炼方法，其特征在于：终渣的全铁含量控制在8～15％。