CN103397135A

CN103397135A - 一种转炉短流程炼钢的增碳工艺

Info

Publication number: CN103397135A
Application number: CN2013103366903A
Authority: CN
Inventors: 雷辉; 李盛; 李利刚; 聂绍刚; 黄登华
Original assignee: Pangang Group Panzhihua Steel and Vanadium Co Ltd
Current assignee: Pangang Group Panzhihua Steel and Vanadium Co Ltd
Priority date: 2013-08-05
Filing date: 2013-08-05
Publication date: 2013-11-20
Anticipated expiration: 2033-08-05
Also published as: CN103397135B

Abstract

本发明公开了一种转炉短流程炼钢的增碳工艺，其包括：在出钢过程中，采用半脱氧工艺，使用碳锰合金球作为增碳剂，从而在对钢水增碳的同时对钢水进行合金化。根据本发明，改变了传统的先脱氧合金化再增碳的工艺，解决了现有工艺中存在的碳收得率波动大的问题。而且，根据本发明，采用碳锰球进行增碳及锰的合金化工艺对铸坯质量无影响，完全能够满足铸坯P、S及夹杂物控制要求。

Description

一种转炉短流程炼钢的增碳工艺

技术领域

本发明涉及钢的冶炼，尤其涉及一种转炉短流程炼钢的增碳工艺。

背景技术

为了调整钢种的含碳量，以达到钢种规格要求，在钢的冶炼过程中通常需要进行钢水的增碳。常用的增碳剂有增碳生铁、电极粉、石油焦粉、木炭粉、焦炭粉和无烟煤等。通常，转炉采用无烟煤增碳剂执行增碳工艺，其操作工艺是：在出钢过程中，在执行脱氧合金化后在钢包内加入无烟煤执行增碳工艺。由于无烟煤等增碳剂比重较轻，不易进入钢液，在添加过程中常常发生钢种碳含量低于钢种下限或高于钢种上限的情况，容易造成钢厂品种炼成率低。另外，采用无烟煤等增碳剂，增碳剂的比重小，加之颗粒度不均匀，在投放过程中，粉状颗粒增碳材料在高温状态下与空气接触发生氧化，大颗粒的增碳剂材料不能及时被钢水吸收，由此使得碳收率低。

综上，转炉采用无烟煤等增碳剂进行增碳的工艺存在增碳剂熔化不全、收得率不稳定、LF化渣时间长、吨钢电耗高等问题。在多个方铸机同时生产时，电加热的生产组织困难，因此部分钢种必须采用短流程，为保证短流程钢的准确配碳，提高钢种炼成率，需要对现有的增碳工艺进行改进。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种转炉短流程炼钢的增碳工艺，通过在出钢过程中向钢水中加入碳锰合金增碳剂同时配合半脱氧工艺来实现短流程炼钢而进行准确地配碳。

为了解决上述技术问题，根据本发明，提供了一种转炉短流程炼钢的增碳工艺，其包括：在出钢过程中，采用半脱氧工艺，使用碳锰合金球作为增碳剂，从而在对钢水增碳的同时对钢水进行合金化。

根据本发明的一方面，所述半脱氧工艺包括：根据钢水中的氧含量，在不加或部分加入脱氧材料的情况下，加入所述增碳剂。

根据本发明的一个实施例，在半脱氧工艺中，当600ppm≤终点钢水氧活度＜1000ppm或0.03wt%≤钢水终点C含量≤0.05wt%时，不向钢水中加入脱氧材料进行预脱氧，在出钢1/3时加入所述增碳剂，在出钢2/3以前完成合金化。根据本发明的另一实施例，在所述半脱氧工艺中，当终点钢水氧活度＜600ppm或钢水终点C含量＞0.05wt%时，加入部分脱氧材料，在出钢1/4时加入所述增碳剂。根据本发明的一个示例性实施例，脱氧材料可以为碳素脱氧材料。

根据本发明的一方面，所述碳锰合金球按重量计可以由以下物质组成：32-43重量份的C、35-45重量份的Mn、不超过重量份的P、不超过0.2重量份的S、不超过0.2重量份的N、不超过1.5重量份的H₂O。根据本发明的优选实施例，碳锰合金球中的N不超过0.1重量份、H₂O不超过0.5重量份。

根据本发明的一方面，碳锰合金球的粒径可以为5mm-15mm，碳锰合金球从2米高处自由落下至刚性表面不破碎。

根据本发明的一方面，出钢过程全程在线吹氩，采用挡渣出钢工艺，可以控制钢包渣的厚度不超过70mm。

根据本发明的一方面，所述碳锰合金球可以由碳素材料和锰合金材料制成，其中，锰合金材料可以为硅锰合金和高碳锰铁组成中的组中的至少一种。根据本发明的一方面，在合金化过程中，当确定钢水中的锰含量达不到期望的锰含量时，还可以向钢水中加入锰合金，其中，锰合金可以选自硅锰合金和高碳锰铁中的至少一种。

根据本发明的一方面，可以根据所炼钢种Mn规格中限计算上述锰合金的加入量。

根据本发明的一方面，碳锰合金球增碳剂的加入量可以按碳、锰收得率89%-93%计算。

本发明改变了传统的先脱氧合金化再增碳的工艺，解决了现有增碳工艺存在的碳收得率波动大的问题，碳、锰元素收得率稳定。另外，根据本发明，采用碳锰球进行增碳及锰的合金化工艺对铸坯质量无影响，完全能够满足铸坯P、S及夹杂物控制要求。同时，使用碳锰增碳剂代替无烟煤增碳剂和高碳锰铁，吨钢新增效益0.57元，降低了生产成本。

具体实施方式

此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

通常，在利用转炉炼钢时，首先执行将炉料在氧化性气氛的炉内进行熔化、脱磷、脱碳和主合金化等初炼处理，其中，在转炉吹炼过程中，由于不断向金属熔池吹氧，当吹炼达到终点时，钢水中残留一定数量的溶解氧。转炉吹炼结束后，如果不将氧脱除到一定程度，就不能顺利浇铸，也不能得到结构合理的铸坯。因此，可以在出钢前或者在出钢及其以后的过程中，根据钢种要求选择合适的脱氧剂及其加入量，加入到钢水中使其达到合乎规定的脱氧程度。在脱氧的同时，可以在钢水中加入硅、锰及其他合金元素，在脱氧的同时调整上述合金的含量以满足所炼钢种的要求，达到合金化的目的。

经过初炼的钢水可以在真空、惰性气体或还原性气氛的容器中进行脱气、脱氧、脱硫，去除夹杂物和合金化等。现有的工艺是在出钢过程中合金脱氧、增碳至目标值、合金化，然后对钢水进行真空处理、脱气、去除部分夹杂物、微调合金。脱氧工艺在转炉出钢后，在RH装置进行必要的脱碳和脱气处理，然后采用铝线作为脱氧剂对钢水进行终脱氧使钢水镇静，然后再进行其他成分的调整。现有的工艺需要多次加入多种脱氧剂，且生成的Al₂O₃夹杂在真空循环过程中不易去除，导致钢中残留部分Al₂O₃夹杂。换言之，目前在转炉炼钢过程中，采用先脱氧合金化再加入增碳剂进行增碳，以使钢水达到期望的碳含量。然而，目前的这种增碳工艺存在流程长、收得率不稳定等问题。

为此，根据本发明，提出了一种采用半脱氧和碳锰合金相配合来进行短流程增碳。具体地讲，根据本发明，采用半脱氧工艺，使用碳锰合金球作为增碳剂，从而在对钢水增碳的同时对钢水进行合金化。半脱氧工艺是指在出钢过程中，根据钢水中的氧含量，在不加或部分加入脱氧材料（例如，碳素脱氧材料）的情况下加入增碳剂，使其和钢水中的[O]发生反应，生成CO气泡搅动钢包内的钢水，强制增碳剂在钢包内的传质和熔化，从而改变了传统的先脱氧合金化再增碳的工艺。换言之，在本发明中，“半脱氧工艺”是指在出钢过程中，先加入部分预脱氧材料和合金材料，其次加入增碳剂，最后加入合金的脱氧合金化工艺。利用钢水脱氧前所含氧与碳反应产生的CO气泡促使钢水适度翻腾，为增碳剂熔化创造动力学条件，从而达到熔化增碳剂、合金的目的。

另外，针对无烟煤等增碳剂质量轻、不易进入钢液这一缺点，在本发明中，用碳素材料和锰合金制成碳锰合金球作为增碳剂，以增大增碳剂的密度使其能进入钢液中，从而在增碳的同时也能够进行锰合金化。根据本发明，作为增碳剂的碳锰合金球按重量计由以下物质组成：32-43重量份的C、35-45重量份的Mn、不超过0.15重量份的P、不超过0.2重量份的S、不超过0.2重量份的N、不超过1.5重量份的H₂O。根据本发明，碳锰合金增碳剂的加入量根据所炼钢种C、Mn规格中限计算得出。

根据本发明，碳锰合金增碳剂可以采用碳素材料和锰合金材料制成，其中，碳素材料可以选自于石墨、无烟煤等现有技术公开的含碳材料中的一种或多种，锰合金材料可以选用硅锰合金、高碳锰铁等锰合金中的一种或多种；将上述碳素材料和上述锰合金材料按照上述碳锰合金增碳剂的组分含量进行配比，并经粉碎混合、粘结制成目标颗粒形状、大小的碳锰合金球作为增碳剂。

根据本发明，碳锰合金增碳剂为球状，其粒径优选为5mm-15mm，碳锰合金增碳剂从2米高处自由落下至刚性表面不破碎。

根据本发明，降低碳锰合金增碳剂中的H₂O、N等含量可以提高所炼钢水的纯净度，因此，进一步地控制上述碳锰合金增碳剂中的H₂O、N等含量，优选地，基于碳锰合金增碳剂的总重量为100份，控制碳锰合金增碳剂中的N≤0.1重量份、H₂O≤0.5重量份，以对钢水进行增碳工艺。

此外，在本发明中，碳锰合金球增碳剂的加入量可以按碳、锰收得率的89%-93%计算得到，具体加入量可以根据钢水成份和工艺而定。此外，根据本发明，当钢水中的锰含量不足时，可以向钢水加入锰合金补足。根据本发明的一个实施例，锰合金的加入量可以根据所炼钢种的Mn规格中限计算。

根据本发明的一个实施例，在半脱氧工艺中，在炼钢时不需要进行预脱氧，具体地讲，在600ppm≤终点钢水氧活度＜1000ppm或0.03wt%≤终点[C]≤0.05wt%时，直接用碳锰合金球进行增碳。根据本发明的一个实施例，在出钢1/3时加入碳锰合金增碳剂，并根据钢包内沸腾状况和上述碳锰合金增碳剂的熔化情况加入其他合金，所有合金化操作在出钢2/3以前完成。

根据本发明的另一实施例，在半脱氧工艺中，当终点钢水氧活度＜600ppm或终点C含量＞0.05wt%时，加入部分脱氧材料，在出钢1/4时直接加入碳锰合金球作为增碳剂，视钢包内沸腾状况加入全部合金。根据本发明，脱氧材料可以包括铝铁、锰铁和硅铁硅钙钡等中的至少一种，按每吨钢加入1-5kg的量向钢包中加入脱氧材料进行预脱氧。

另外，根据本发明，出钢过程全程在线吹氩，采用挡渣出钢工艺，控制钢包渣的厚度≤70mm。

下面将结合具体的实施例来描述本发明。

分别采用表1中示出的1#至5#碳锰合金球作为增碳剂。按照上面描述的方法分别针对B(PSL1)、JS25Mn、37Mn2、45、U71Mn、PG4钢种执行转炉炼钢的增碳工艺，其中，碳锰合金增碳剂试用料使用计约200吨。

出钢前测温取样，分析钢水终点的C、P、S含量及钢水中的残Mn含量。在钢水中P、S合格，温度达到所炼钢种规定要求的条件下，按照碳收得率为89%、锰收得率为92%，根据钢水终点C、Mn含量及所炼钢种C、Mn规格要求，分别按所炼钢种规格中限计算碳锰合金增碳剂的加入量和锰合金的加入量，其中，上述锰合金为硅锰合金或高碳锰铁。上述出钢过程全程在线吹氩，采用挡渣出钢工艺，控制钢包渣厚≤70mm。另外，当终点钢水氧活度超过1000ppm时，在加入碳锰合金增碳剂之前加入无烟煤进行脱氧。

表1碳锰合金球增碳剂的组成及性能

试验结果表明，碳、锰元素收得率稳定，碳收得率平均为89.17%，锰收得率平均92.08%，LF化渣时间减少4.99min，出钢过程增磷与现工艺相当；采用碳锰球进行增碳及锰的合金化工艺对铸坯质量无影响，完全能够满足铸坯P、S及夹杂物控制要求。

因此，本发明改变了传统的先脱氧合金化再增碳的工艺，解决了现有工艺中无烟煤增碳工艺存在的碳收得率波动大的问题，碳、锰元素收得率稳定。同时，使用碳锰增碳剂代替无烟煤增碳剂和高碳锰铁，吨钢新增效益0.57元，降低了生产成本。碳锰球增碳试验的炉次，进LF精炼工序的化渣时间明显缩短，碳、锰元素收得率稳定，确保了钢种钢水质量，减轻了铸机生产时LF工序节奏紧张的压力，对扩大方坯产能、确保炉机节奏、稳定中间包钢水过热度、节能降耗起到了推动作用。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型和组合，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种转炉短流程炼钢的增碳工艺，其特征在于，所述增碳工艺包括：在出钢过程中，采用半脱氧工艺，使用碳锰合金球作为增碳剂，从而在对钢水增碳的同时对钢水进行合金化。

2.根据权利要求1所述的增碳工艺，其特征在于，所述半脱氧工艺包括：根据钢水中的氧含量，在不加或部分加入脱氧材料的情况下，加入所述增碳剂。

3.根据权利要求1所述的增碳工艺，其特征在于，所述碳锰合金球按重量计由以下物质组成：32-43重量份的C、35-45重量份的Mn、不超过重量份的P、不超过0.2重量份的S、不超过0.2重量份的N、不超过1.5重量份的H₂O。

4.根据权利要求2所述的增碳工艺，其特征在于，在所述半脱氧工艺中，当600ppm≤终点钢水氧活度＜1000ppm或0.03wt%≤钢水终点C含量≤0.05wt%时，不向钢水中加入脱氧材料进行预脱氧，在出钢1/3时加入所述增碳剂，在出钢2/3以前完成合金化。

5.根据权利要求2所述的增碳工艺，其特征在于，在所述半脱氧工艺中，当终点钢水氧活度＜600ppm或钢水终点C含量＞0.05wt%时，加入部分脱氧材料，在出钢1/4时加入所述增碳剂。

6.根据权利要求3所述的增碳工艺，其特征在于，所述碳锰合金球中的N不超过0.1重量份、H₂O不超过0.5重量份。

7.根据权利要求1所述的增碳工艺，其特征在于，所述碳锰合金球的粒径为5mm-15mm，所述碳锰合金球从2米高处自由落下至刚性表面不破碎。

8.根据权利要求1所述的增碳工艺，其特征在于，出钢过程全程在线吹氩，采用挡渣出钢工艺，控制钢包渣的厚度不超过70mm。

9.根据权利要求1所述的增碳工艺，其特征在于，所述碳锰合金球由碳素材料和锰合金材料制成，其中，锰合金材料为硅锰合金和高碳锰铁组成中的组中的至少一种。

10.根据权利要求1所述的增碳工艺，其特征在于，在合金化过程中，当确定钢水中的锰含量达不到期望的锰含量时，还向钢水中加入锰合金，

其中，所述锰合金选自硅锰合金和高碳锰铁中的至少一种。