CN103333981B - 一种利用石灰石作为造渣料冶炼高硅铁水的方法 - Google Patents
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Abstract
一种利用石灰石作为造渣料冶炼高硅铁水的方法：根据铁水温度及含硅情况，确定废钢比的调节条件及加入石灰石的时机；铁水中硅含量≥0.8%时利用石灰石作为造渣料冶炼的方法：吹炼前先向炉内第一次加入石灰石，及加入轻烧白云石，将氧枪位置控制在1.7-1.8米；在吹炼到不超过180秒时，第二次加入石灰石；在吹炼到270~330秒时，停止吹炼并倒掉部分渣；将氧枪下降并稳定在1.6米继续吹氧，并第三次加入石灰石，再次加入轻烧白云石；出钢。本发明在硅含量≥0.8%的本为异常且难以处理的铁水条件基础上，通过采用石灰石造渣，减少了高硅铁水冶炼初期的喷溅和发生率，又利用了硅氧化放出的大量热能，使石灰石分解为活性石灰；全程不加冷却剂。
Description
技术领域
本发明涉及一种冶炼方法，具体地属于利用石灰石作为造渣料在转炉中冶炼硅质量分数≥0.8%的铁水的炼钢方法。
背景技术
转炉炼钢是当前钢铁冶金流程的核心环节之一，铁水作为转炉冶炼的主要原料，其温度、成分等指标对转炉冶炼的稳定性及炼成率（即终点温度、成分命中率）都有重要影响。当前，随着钢铁企业矿石原料来源的多样化，高炉冶炼所生产的铁水温度和成分波动范围随之增大、波动频次随之增高，特别是高硅(硅含量≥0.8%)的铁水条件，将给转炉过程控制及冶炼效果带来严重的不利影响。
铁水物理热是转炉冶炼过程中物理热的主要来源，铁水中的硅在转炉冶炼过程中的氧化反应放热则是转炉冶炼过程中主要的化学反应热来源。合理的硅含量对于转炉过程温度及反应控制是有益的，但是高硅(硅含量≥0.8%)铁水条件下，在转炉冶炼初期，硅首先氧化，即产生大量热量，造成熔池温度急剧升高，加入活性石灰生成的初渣碱度及粘度过低，不利于炉衬保护，吹氧过程中熔池喷溅严重，金属收得率低；为达到合适的脱磷效果，需要加入更多的活性石灰，以控制终渣碱度在3.0~3.8的范围，石灰消耗量明显增大；同时，过多的化学反应热还需消耗过多的冷却剂且易造成冶炼终点温度超标，因此高硅铁水条件为转炉冶炼异常条件之一。
目前，针对高硅铁水，转炉生产单位采用的应对方法主要包括：1）增大初始入炉废钢比。废钢比的提高，可以利用废钢的降温效应，但同时将提高初始的合金元素当量，如镍、铜等成分在冶炼周期内都难以氧化去除，可能造成终点成分超标；废钢量增加，相应的熔融及混匀时间延长，冶炼周期将延长，影响生产节奏。2）增加冷却剂加入量，即在冶炼过程中，增加氧化铁皮、矿石等的加入量。从热平衡来讲，增加冷却剂加入量也是平衡硅的化学热的有效途径，但铁水中的硅在冶炼初期迅速氧化放热，如果此时加入大量冷却剂，将减缓炉渣的成渣速度，影响过程控制稳定性，同时带来大量杂质，且并不能解决石灰量消耗过大的问题。
另一方面，转炉造渣料的主要组分为活性石灰，吨钢耗量一般为30-70kg，其有效成为CaO，基本是石灰石在高温焙烧条件下（1150-1250℃）通过反应CaCO3=CaO+CO2而生成，该反应为强吸热反应，如果加入钢水中，反应可迅速发生，其降温效应为活性石灰的3倍左右，为轻烧白云石的两倍左右。如果直接将石灰石投入钢水中进行冶炼，为达到基本相同的终渣碱度，需要加入的石灰石量为活性石灰重量的1.8~2倍（二者分子量分别为100和56），则降温效果为活性石灰的5.4-6倍；其次石灰石的分解将释放大量CO2，常规铁水条件下，初始炉渣未熔化完全，CO2无法及时排除，可能引起泡沫渣的喷溅，继而影响冶炼稳定性甚至造成事故。
在高硅铁水条件下，将石灰石作为造渣料组分直接加入转炉造渣成为了可能：热量富余量多，利于石灰石的分解反应；初始炉渣粘度小，利于CO2排除，喷溅发生几率小；且石灰石的强冷却效果得以发挥；同时，从总体上来看，省去了焙烧石灰石以生产活性石灰的高耗能环节，减少了能源消耗，降低了污染物排放，石灰石与活性石灰价格比为1：15左右，可节约造渣成本。因此，可以通过适当的转炉操作控制，利用高硅铁水的异常条件，使用石灰石作为造渣料的主要组分进行造渣，同时控制终渣量，提高转炉的冶炼水平，同时节约成本，降低能源消耗。
发明内容
本发明在于解决现有技术存在的不足，提供一种既能将含硅≥0.8%，温度合格的铁水用于转炉炼钢并保证过程控制稳定性，又能够将硅在转炉冶炼过程中氧化产生的大量热量用作石灰石分解的热量来源，无需在冶炼过程添加降温剂、直接省去利用石灰石煅烧活性石灰环节的冶炼方法，即石灰石作为造渣料冶炼高硅铁水的方法。
实现上述目的的措施：
一种利用石灰石作为造渣料冶炼高硅铁水的方法，其步骤为：
1）在转炉中废钢比的调节条件及加入石灰石的时机：以铁水温度1280℃、铁水中硅的重量百分比含量为0.8%、废钢比为18%为准：当铁水温度每降低或增加10℃，加入的废钢比则相应降低或增加0.55~0.60%；当铁水中硅含量＜0.8%时，按照常规加入活性石灰造渣冶炼；当铁水中硅的重量百分比含量为0.8~1.0%时，分批加入石灰石进行造渣冶炼；当铁水中硅的重量百分比含量大于1.0%时，除分批加入石灰石进行造渣冶炼外，还要按照硅含量每增加0.1%，废钢比相应增加1 ~1.2%进行冶炼；
2）铁水中硅含量≥0.8%时利用石灰石作为造渣料冶炼的方法：
冶炼进行渣料加入及顶底吹氧冶炼：采用双渣冶炼；吹炼前先向炉内按照40~45公斤/吨钢第一次加入石灰石，按照5.0~6.0公斤/吨钢加入轻烧白云石，同时将氧枪位置控制在1.7-1.8米高度进行吹炼；在吹炼到不超过180秒时，按照10~25公斤/吨钢第二次加入石灰石；在吹炼到270~330秒时，停止吹炼，并将氧枪提起，倒掉总渣料量的50~60%的渣；将氧枪下降并稳定在1.6米的高度继续吹氧，并按照15~25公斤/吨钢第三次加入石灰石，并按照2~4公斤/吨钢再次加入轻烧白云石；控制总吹氧时间在840~960秒；
3）冶炼终点测温、取样，准备出钢。
其特征在于：控制石灰石的粒径在5~15mm，并保持干燥。
其特征在于：铁水中的硅含量在0.8~1.2%的范围时，加入的石灰石量与铁水中硅的含量成正相关加入。
本发明在硅含量≥0.8%的本为异常且难以处理的铁水条件基础上，通过采用石灰石造渣，一方面减少了高硅铁水冶炼氧化初期的喷溅程度和发生率，又综合利用了由于硅氧化放出的大量热能，使石灰石在高温状态下分解为活性石灰，成为转炉冶炼造渣的必要材料，并全程不加冷却剂，降低了炉料消耗，并直接省去了石灰石煅烧成活性石灰的高耗能环节，起到了节能降耗的作用，并提高了高硅铁水的炼成率和利用率，总体上是一项低成本、低能耗、高利用率的转炉冶炼技术。
具体实施方式
下面对本发明予以详细描述：
试验条件：采用 90t公称容量的顶底复吹转炉，按照正常情况铁水装入量为80t，铁水硅含量正常的（＜0.8%）条件下，废钢比为10~18%，氧枪供氧强度为3.7-3.8m3/t·min,以铁水硅含量正常为0.3%及活性石灰为造渣组分的条件下，活性石灰消耗量为40~60kg/t钢，终渣量80~100kg/吨钢；
各实施例以以铁水温度1280℃、铁水中硅的重量百分比含量为0.8%、废钢比为18%为准，铁水硅含量＜0.8%时，废钢比按比例调整，当铁水温度每降低10℃，加入的废钢比则降低0.55~0.60%，硅含量每低0.1%，废钢比再减少1.8~2.2%；按常规方法，加入活性石灰造渣冶炼，在此不作详述。当铁水中硅的重量百分比含量为0.8~1.2%时（高硅铁水的范围），按本项目所述高硅铁水专用方法冶炼，即对应硅含量分批加入石灰石（粒径在5~15mm），当铁水中硅的重量百分比含量大于1.0%时，硅含量每增加0.1%，废钢比相应再增加1 ~1.2%；
实施例1
本次试验的铁水温度为1280℃，铁水中的硅的重量百分比含量为0.8%；
利用石灰石作为造渣料冶炼硅含量为0.8%铁水的方法，其步骤为：
1）首先在转炉中18%的比例兑入废钢，之后兑入铁水。
2）进行渣料加入及顶底吹氧冶炼：采用双渣冶炼，吹炼前先向炉内按照40公斤/吨钢第一次加入石灰石，按照5公斤/吨钢加入轻烧白云石，同时将氧枪位置控制在1.7米高度进行吹炼，过程控制如下；
a、在吹炼到180秒时，按照10公斤/吨钢第二次加入石灰石；
b、在吹炼到270秒时，停止吹炼，并将氧枪提起，倒掉总渣料量的50%的渣；
c、将氧枪稳定在1.6米的高度，并按照15公斤/吨钢第三次加入石灰石；按照2公斤/吨钢再次加入轻烧白云石；持续吹氧至840秒结束；
3）吹氧完成后，测温、取样，结果显示终点成分与温度合格，组织出钢，出钢温度为1670℃，终点碳含量为0.041%。
取终渣样进行检测， 二维碱度（CaO/SiO2）为3.75，钢水脱磷率为91%，满足冶炼过程控制及渣料特性要求。
实施例2：
本次试验的铁水温度为1250℃，铁水中的硅的重量百分比含量为1.0%；
利用石灰石作为造渣料冶炼硅含量为1.0%铁水的方法，其步骤为：
1）在转炉冶炼前，以正常铁水温度1280℃为准，设定加入的废钢比为18%，由于铁水温度为1250℃，则本次实际应加入的废钢比为18%-（30℃×0.6%/10℃）=16.2%；由于铁水中的硅的重量百分比含量为1.0%，无需针对硅含量调整废钢比，然后兑入铁水；
2）进行渣料加入及顶底吹氧冶炼：采用双渣冶炼；吹炼前先向炉内按照42公斤/吨钢第一次加入石灰石，按照5.5公斤/吨钢加入轻烧白云石，同时将氧枪位置控制在1.75米高度进行吹炼；
a、在吹炼到170秒时，按照18公斤/吨钢第二次加入石灰石；
b、在吹炼到290秒时，停止吹炼，并将氧枪提起，倒掉总渣料量的55%的渣；
c、将氧枪稳定在1.6米的高度，并按照22公斤/吨钢第三次加入石灰石；按照3公斤/吨钢再次加入轻烧白云石；持续吹氧至905秒结束；
3）吹氧完成后，测温、取样，结果显示终点成分与温度合格，组织出钢，出钢温度为1678℃，终点碳含量为0.042%。
取终渣样进行检测， 二维碱度（CaO/SiO2）为3.5，钢水脱磷率为90%，满足冶炼过程控制及渣料特性要求。
实施例3：
本次试验的铁水温度为1310℃，铁水中的硅的重量百分比含量为1.2%；
利用石灰石作为造渣料冶炼硅含量为1.2%铁水的方法，其步骤为：
1）在转炉冶炼前，以正常铁水温度1280℃为准，设定加入的废钢比为18%，由于铁水温度为1310℃，且铁水硅含量超过1.0%，则本次实际应加入的废钢比为18%+（30℃×0.6%/10℃+0.2×1.2%）=20.04%；即冶炼开始前，按照20.04%的比例兑入废钢，然后兑入铁水。
2）进行渣料加入及顶底吹氧冶炼：采用双渣冶炼；吹炼前先向炉内按照45公斤/吨钢第一次加入石灰石，按照6公斤/吨钢加入轻烧白云石，同时将氧枪位置控制在1.8米高度进行吹炼；
a、在吹炼到160秒时，按照25公斤/吨钢第二次加入石灰石；
b、在吹炼到330秒时，停止吹炼，并将氧枪提起，倒掉总渣料量的60%的渣；
c、将氧枪稳定在1.6米的高度，并按照25公斤/吨钢第三次加入石灰石；按照4公斤/吨钢再次加入轻烧白云石；持续吹氧至960秒结束；
3）吹氧完成后，测温、取样，结果显示终点成分与温度合格，组织出钢，出钢温度为1685℃，终点碳含量为0.046%。
取终渣样进行检测， 二维碱度（CaO/SiO2）为3.8，钢水脱磷率为92.5%，满足冶炼过程控制及渣料特性要求。
实施例4：
本次试验的铁水温度为1290℃，铁水中的硅的重量百分比含量为0.9%；
利用石灰石作为造渣料冶炼硅含量为0.9%铁水的方法，其步骤为：
1）在转炉冶炼前，以正常铁水温度1280℃为准，设定加入的废钢比为18%，由于铁水温度为1290℃，且由于铁水硅含量未超过1.0%，则本次实际应加入的废钢比为18%+（10℃×0.55%/10℃）=18.55%；即冶炼开始前，按照18.55%的比例兑入废钢，然后兑入铁水。
2）进行渣料加入及顶底吹氧冶炼：采用双渣冶炼；吹炼前先向炉内按照41公斤/吨钢第一次加入石灰石，按照5.2公斤/吨钢加入轻烧白云石，同时将氧枪位置控制在1.72米高度进行吹炼；
a、在吹炼到168秒时，按照12公斤/吨钢第二次加入石灰石；
b、在吹炼到280秒时，停止吹炼，并将氧枪提起，倒掉总渣料量的52%的渣；
c、将氧枪稳定在1.6米的高度，并按照16公斤/吨钢第三次加入石灰石；按照2.5公斤/吨钢再次加入轻烧白云石；持续吹氧至880秒结束；
3）吹氧完成后，测温、取样，结果显示终点成分与温度合格，组织出钢，出钢温度为1676℃，终点碳含量为0.042%。
取终渣样进行检测， 二维碱度（CaO/SiO2）为3.0，钢水脱磷率为87.5%，满足冶炼过程控制及渣料特性要求。
实施例5：
本次试验的铁水温度为1300℃，铁水中的硅的重量百分比含量为1.1%；
利用石灰石作为造渣料冶炼硅含量为1.1%铁水的方法，其步骤为：
1）在转炉冶炼前，以正常铁水温度1280℃为准，设定加入的废钢比为18%，由于铁水温度为1300℃，且铁水硅含量超过1.0%，则本次实际应加入的废钢比为18%+（20℃×0.58%/10℃+0.1×1%）=19.26%；即冶炼开始前，按照19.26%的比例兑入废钢，然后兑入铁水。
2）进行渣料加入及顶底吹氧冶炼：采用双渣冶炼；吹炼前先向炉内按照43公斤/吨钢第一次加入石灰石，按照5.8公斤/吨钢加入轻烧白云石，同时将氧枪位置控制在1.78米高度进行吹炼；
a、在吹炼到165秒时，按照18公斤/吨钢第二次加入石灰石；
b、在吹炼到315秒时，停止吹炼，并将氧枪提起，倒掉总渣料量的56%的渣；
c、将氧枪稳定在1.6米的高度，并按照22公斤/吨钢第三次加入石灰石；按照2.5公斤/吨钢再次加入轻烧白云石；持续吹氧至930秒结束；
3）吹氧完成后，测温、取样，结果显示终点成分与温度合格，组织出钢，出钢温度为1681℃，终点碳含量为0.047%。
取终渣样进行检测， 二维碱度（CaO/SiO2）为3.2，钢水脱磷率为89.6%，满足冶炼过程控制及渣料特性要求。
当渣的粘度较大时，可分批次加入萤石以降低其粘度，加入总量不超过3公斤/吨钢。
具体实施方式中的实施例仅为例举，并非对本发明的限制性实施。
Claims (3)
1.一种利用石灰石作为造渣料冶炼高硅铁水的方法，其步骤为：
1）在转炉中废钢比的调节条件及加入石灰石的时机：以铁水温度1280℃、铁水中硅的重量百分比含量为0.8%、废钢比为18%为准：当铁水温度每降低或增加10℃，加入的废钢比则相应降低或增加0.55~0.60%；当铁水中硅的重量百分比含量为0.8~1.0%时，分批加入石灰石进行造渣冶炼；当铁水中硅的重量百分比含量大于1.0%时，除分批加入石灰石进行造渣冶炼外，还要按照硅含量每增加0.1%，废钢比相应增加1 ~1.2%进行冶炼；
2）铁水中硅含量≥0.8%时利用石灰石作为造渣料冶炼的方法：
冶炼进行渣料加入及顶底吹氧冶炼：采用双渣冶炼；吹炼前先向炉内按照40~45公斤/吨钢第一次加入石灰石，按照5.0~6.0公斤/吨钢加入轻烧白云石，同时将氧枪位置控制在1.7-1.8米高度进行吹炼；在吹炼到不超过180秒时，按照10~25公斤/吨钢第二次加入石灰石；在吹炼到270~330秒时，停止吹炼，并将氧枪提起，倒掉总渣料量的50~60%的渣；将氧枪下降并稳定在1.6米的高度继续吹氧，并按照15~25公斤/吨钢第三次加入石灰石，并按照2~4公斤/吨钢再次加入轻烧白云石；控制总吹氧时间在840~960秒；
3）冶炼终点测温、取样，准备出钢。
2.如权利要求1所述的一种利用石灰石作为造渣料冶炼高硅铁水的方法，其特征在于：控制石灰石的粒径在5~15mm，并保持干燥。
3.如权利要求1所述的一种利用石灰石作为造渣料冶炼高硅铁水的方法，其特征在于：铁水中的硅含量在0.8~1.2%的范围时，加入的石灰石量与铁水中硅的含量成正相关加入。
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| 转炉采用石灰石替代部分石灰的工业试验;洪军等;《2013年低成本炼钢技术交流论坛论文集》;20130430;89-93 * |
| 转炉采用石灰石部分替代石灰的冶炼实践;刘宇等;《鞍钢技术》;20111231(第5期);41-44 * |
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