CN107674936A - 一种冶炼含钛铁水转炉终点的渣‑铁分离的控制方法 - Google Patents

一种冶炼含钛铁水转炉终点的渣‑铁分离的控制方法 Download PDF

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Abstract

一种转炉冶炼含钛铁水转炉终点渣‑铁分离的控制方法，属于炼钢技术领域。采用活性石灰和矿石为主的造渣方式，活性灰要求有效CaO含量≥85％。转炉采用选择性留渣+单渣操作法，转炉留渣量按照总渣量的1/2～1/3进行留渣操作，转炉装入量按90％铁水+10％废钢模式进行生产。转炉冶炼具体操作过程分为两部分：第一部分为转炉冶炼造渣操作；第二部分为出钢过程渣铁分离操作。优点在于，解决了高磷含钛铁水的转炉冶炼前期渣过粘、渣铁分离效果差，中前期渣脱磷效果差的难题，实现转炉冶炼保碳出钢的目的，脱除钢水中钛大部分进炉渣，转炉终渣TiO2含量3.6～5.0％。

Description

一种冶炼含钛铁水转炉终点的渣-铁分离的控制方法
技术领域
本发明属于炼钢技术领域，特别涉及一种冶炼含钛铁水转炉终点的渣-铁分离的控制方法。
背景技术
由于V和Ti在铁基体系中的特殊性，对炼钢后续的硫、磷的脱除有着非常大的影响。资料研究表明，根据瓦格纳法测定稀溶液中V，Ti元素对S和H的相互作用系数，Ti和V都是强烈的降低铁液中S和H的活度，使之有效浓度降低，这对炼钢过程中的S和H的脱除有非常大的影响(见图1、图2)。图3铁基多元体系中(1827k)各元素对铁液黏度的影响。其中，V和Ta影响最为明显，Nb和Ti也有较强的使钢液黏度增加的作用。图4为铁基多元体系中各元素对铁液表面张力的影响。其中，O、S、N能强烈地降低表面张力，Mn也有较强降低的作用，Si、Cr、C及P的表面活性不高，而Ti、V、Mo是非表面活性元素，其中Ti是已知元素中最不活泼的元素。
由此可见，含有V和Ti微量元素占总量不到0.5％的铁水，根据冶金物化1％稀溶液分析元素间的相互影响来看，直接导致S、H活度降低；铁液的黏度增加；铁液表面张力增加，减少了渣-金间反应界面的有效面积。这些因素，对炼钢过程中的有害元素的脱除会造成较大的影响。
正常铁水的钛含量在0.10％左右，对转炉冶炼没有影响。转炉在冶炼含钛、铬、钒等元素的铁水(Ti(0.10～0.50％)、Cr(0.10～0.20％)、V(0.05～0.10％))等高温元素时，尤其高磷、高钛铁水(P≥0.12％；Ti≥0.20％)时，转炉前期渣过粘、渣铁分离效果差，中前期渣脱磷效果差；转炉后期脱磷负担重，若操作不当经常出现喷溅和黏结粘枪等事故，钢铁料消耗技术指标恶化；终渣氧化性高、侵蚀炉底，溅渣护炉效果差和炉龄降低等一系列问题，严重影响到转炉的生产正常运行。
高磷、高钛的铁水(P≥0.12％；Ti≥0.20％)冶炼含碳量大于0.60％以上的高碳钢时，一方面转炉前期脱磷负担大，另一方面又要脱除大部分的钛，要实现转炉终点保碳出钢(出钢碳0.15-40％)的任务，温度又要满足出钢要求，操作难度大。受高钛、铬铁水的影响，转炉化渣条件变差，当终点温度高及钢水碳含量较高时，炉渣不易化透，造成终点炉渣发泡、金属含量过高(见图5和图6)。
中国专利文献(CN101333578A)一种高拉碳法生产高碳钢的方法，转炉以3.1～3.4Nm3/min/t供氧强度吹炼，采用恒流量、变枪位的供氧制度，以活性石灰和矿石为造渣剂，吹炼全程采用较高枪位，开吹到结束采用逐段降枪的枪位制度，转炉冶炼终点倒炉倒渣，取样检测成分、温度，出钢碳含量可以达到0.46～0.65％，磷含量0.013～0.014％。此方法吹炼全程采用恒定供氧强度，没有考虑软吹操作对前期低温脱磷的有利条件，无大流量底吹搅拌，在吹炼末期倒炉倒渣后仍有大量富磷渣留在炉内。因此，出钢过程会产生较严重的回磷问题，该专利不能解决含钛铁水的冶炼后期的渣铁分离困难问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种转炉冶炼含钛铁水终点的渣-铁分离的控制方法，所述的含钛铁水的化学成分重量百分数为C：4.20～6.80％，Si：0.30～0.70％；Mn：0.30～0.70％；P：0.12～0.15％；S：0.02～0.07％；Ti：0.20～0.50％；Cr：0.10～0.20％，余量为Fe；转炉采用选择性留渣+单渣操作法，转炉装入量按90％铁水+10％废钢模式进行生产。解决高磷含钛铬铁水的转炉冶炼前期渣过粘、渣铁分离效果差，中前期渣脱磷效果差的难题，实现转炉冶炼渣-铁分离，转炉终渣TiO2含量3.6～5.0％。采用活性石灰和矿石为主的造渣方式，活性灰要求有效CaO含量≥85％。转炉采用选择性留渣+单渣操作法，转炉装入量按90％铁水+10％废钢模式进行生产。转炉冶炼具体操作过程分为两部分：第一部分为转炉冶炼操作；第二部分为出钢过程渣-铁分离操作。
本发明技术方案采用以下步骤进行：
第一部分：转炉炼钢造渣制度操作
根据铁水中的硅、钛、磷的含量，有针对性改变炉料结构，对转炉后期的脱磷保碳操作至关重要。含钛铁水的硅含量铁水中的硅并非转炉炼钢的主要热源，
对于低硅含钛铁水Si≤0.30％炉料构成，增加铁水的加入量4.5～5吨，增加低碱度辅助造渣剂的用量，每炉的污泥球总量按照1600～1800kg、烧结返矿1000～1200kg加入，冷料的总加入量按照2500～3000kg的量来控制；
常规含钛铁水Si>0.30％炉料构成，增加废钢的加入量，每炉污泥球总量按照800～1000kg、烧结返矿1800～2000kg；冷料的总加入量按照3500～4000kg的量来控制。
表1转炉造渣制度执行表
第二部分：出钢过程渣铁分离操作
(1)终点倒炉操作：温度按1590℃～1640℃控制，出钢碳含量按0.15％～0.35％控制，终点压枪时间60～90秒，压枪枪位800～1200mm；
2)使用泡沫抑制剂倒炉控制炉渣泡沫化，提高终点供氧强度由3.1Nm3/min/t提高到3.3Nm3/min/t压枪至30秒，倒炉过程加入40～60kg轻烧白云石进行人工压渣；在提枪倒渣在5000～7000mm高度用氮气吹扫5～8秒后倒炉，抬炉使用N2进行吹扫压制钢液面的翻腾；
3)倒渣摇炉工艺：倒渣开始后将炉体倾动至75°～80°位置，在该角度保持3～5秒后，再缓慢摇炉至84°～85°位置，倒掉高含量TiO2的炉渣，控制转炉终渣的TiO2含量保持在3％以下；
4)在废钢加入后，向后摇炉至310～315°，减少生铁粘在转炉渣面量，铁块溅落导致钢水的翻腾。
本发明的优点在于：第一阶段的氧枪软吹工艺和第二阶段的较大供氧流量相结合，既提高了脱磷率又提高了冶炼效率；前期采用软吹操作可以使炉渣活跃，提高炉渣脱磷、脱钛的能力；采用较大的底吹流量可以使钢渣充分接触，为脱磷提供了很好的动力学条件；冶炼结束的压渣操作，促使钢、渣界面的珠铁尽快的分离。
转炉终点控制碳含量为0.15～0.35％，终点磷含量≤0.015％，温度满足出钢要求，满足炉渣珠-铁分离干净。转炉单渣操作的脱磷效果可达88～92％，可以满足高碳出钢时钢水对磷含量的要求，消除含钛铁水冶炼前期渣粘、渣铁分离效果差难题，实现转炉冶炼保碳出钢的目的。
附图说明
图1钢中元素对S的活度系数影响图。
图2钢中元素对H的活度系数影响图。
图3钢中元素对铁液粘度的影响图。
图4钢中元素对铁液表面张力的影响图。
图5为一种渣-铁不分离部分炉渣照片图。
图6为另一种渣-铁不分离部分炉渣照片图。
图7为渣-铁分离部分炉渣照片。
具体实施方式
为清楚地说明本发明的冶炼要点及其实施效果，提供了100吨转炉冶炼的实施例和实施效果。
实施例1：
铁水条件：C：4.20％；Si：0.30％；Mn：0.36％；P：0.12％；S：0.02％；Ti：0.20％；Cr：0.10％；V：0.07％；，余量Fe；温度：1360℃。
转炉装入制度：95吨铁水+5吨废钢。
转炉操作：第一阶段采用3.1Nm3/min/t的供氧强度吹炼，开吹枪位1.8米，过程枪位1.8米，时间0～3分钟。开吹后在1分钟内向转炉内加入2.2吨石灰(25公斤/吨钢)、0.6吨轻烧白云石(7kg/吨钢)2.0吨矿石(23kg/吨钢)，底吹氮气流量为为0.1Nm3/min/t；过程枪位1.6米，时间3～6分钟，开吹后4分钟后向转炉内加入0.6吨石灰(7公斤/吨钢)、1.0吨矿石(13kg/吨钢)；过程枪位1.2米，时间6-10分钟，开吹后10分钟后向转炉内加入0.5吨矿石(6kg/吨钢)；过程枪位1.0米，时间11～13分钟，吹炼结束前一分钟供氧强度由3.1Nm3/min/t提高到3.3Nm3/min/t，在12分钟30秒时加入48kg轻烧白云石。
倒炉操作：在提枪倒渣在6000mm高度时，氧枪用氮气吹扫3秒后倒炉，用N2进行吹扫压制钢液面的翻腾；倒渣开始后将炉体倾动至77°位置，保持4秒后，再缓慢摇炉至84°位置，不倒渣。
转炉出钢终点：C：0.20％，P：0.012％，温度1610℃；
表1转炉炉渣成分(总量应符合100％)
Tfe,％ P2O5,％ S,％ Al2O3,％ TiO2,％ 珠铁,％ CaO+SiO2+FeO,％
14.02 2.90 0.15 0.83 3.88 1.56 76.48
实施例2：
铁水条件：C：5.26％；Si：0.25％；Mn：0.46％；P：0.13％；S：0.012％；Ti：0.34％；Cr：0.12％；V：0.06％，余量Fe；；温度：1375℃。
转炉装入制度：90.5吨铁水+9.5吨废钢。
转炉操作：第一阶段采用3.1Nm3/min/t的供氧强度吹炼，开吹枪位1.8米，过程枪位1.8米，时间0～3分钟。开吹后在1分钟内向转炉内加入2.4吨石灰(28公斤/吨钢)、0.6吨轻烧白云石(7kg/吨钢)2.0吨矿石(23kg/吨钢)，底吹氮气流量为为0.1Nm3/min/t；过程枪位1.6米，时间3-6分钟，开吹后4分钟后向转炉内加入0.8吨石灰(12公斤/吨钢)、1.0吨矿石(13kg/吨钢)；过程枪位1.2米，时间6-10分钟，开吹后10分钟后向转炉内加入0.5吨矿石(6kg/吨钢)；过程枪位1.0米，时间11～13分钟，吹炼结束前一分钟供氧强度由3.1Nm3/min/t提高到3.3Nm3/min/t，在12分钟28秒时加入49kg轻烧白云石。
倒炉操作：在提枪倒渣在6500mm高度时，氧枪用氮气吹扫4秒后倒炉，用N2进行吹扫压制钢液面的翻腾；倒渣开始后将炉体倾动至75°位置，保持4秒后，再缓慢摇炉至84°位置，尽快倒掉高含量TiO2的炉渣，占总量的1/2渣量。
转炉出钢终点：C：0.20％，P：0.013％，温度1617℃；
表2转炉炉渣成分
Tfe,％ P2O5,％ S,％ Al2O3,％ TiO2,％ 珠铁,％ CaO+SiO2+FeO,％
16.36 3.15 0.16 0.85 4.56 0.98 73.93
实施例3：
铁水条件：C：6.20％；Si：0.27％；Mn：0.29％；P：0.14％；S：0.06％；Ti：0.25％；Cr：0.15％；V：0.05％，余量Fe；；温度：1366℃。
转炉装入制度：95吨铁水+5吨废钢。
转炉操作：第一阶段采用3.1Nm3/min/t的供氧强度吹炼，开吹枪位1.8米，过程枪位1.8米，时间0～3分钟。开吹后在1分钟内向转炉内加入2.2吨石灰(14公斤/吨钢)、0.6吨轻烧白云石(7kg/吨钢)2.0吨矿石(23kg/吨钢)，底吹氮气流量为为0.1Nm3/min/t；过程枪位1.6米，时间3～6分钟，开吹后4分钟后向转炉内加入0.6吨石灰(7公斤/吨钢)、2.0吨矿石(26kg/吨钢)；过程枪位1.2米，时间6-10分钟，开吹后10分钟后向转炉内加入0.5吨矿石(6kg/吨钢)；过程枪位1.0米，时间11～13分钟，吹炼结束前一分钟供氧强度由3.1Nm3/min/t提高到3.3Nm3/min/t，在12分钟30秒时加入50kg轻烧白云石。
倒炉操作：在提枪倒渣在6600mm高度时，氧枪用氮气吹扫7秒后倒炉，用N2进行吹扫压制钢液面的翻腾；倒渣开始后将炉体倾动至75°位置，保持4秒后，再缓慢摇炉至84°位置，尽快倒掉高含量TiO2的炉渣，占总量的1/2渣量。
转炉出钢终点：C：0.26％，P：0.012％，温度1600℃；
表3转炉炉渣成分(总量应符合100％)
Tfe,％ P2O5,％ S,％ Al2O3,％ TiO2,％ 珠铁,％ CaO+SiO2+FeO,％
14.02 2.90 0.15 0.83 4.68 1.34 76.08
实施例4：
铁水条件：C：6.80％；Si：0.70％；Mn：0.66％；P：0.15％；S：0.07％；Ti：0.49％；Cr：0.20％；V：0.07％，余量Fe；；温度：1360℃。
转炉装入制度：93吨铁水+7吨废钢。
转炉操作：第一阶段采用3.1Nm3/min/t的供氧强度吹炼，开吹枪位1.8米，过程枪位1.8米，时间0-3分钟。开吹后在1分钟内向转炉内加入2.2吨石灰(26公斤/吨钢)、1.2吨轻烧白云石(14kg/吨钢)2.0吨矿石(23kg/吨钢)，底吹氮气流量为为0.1Nm3/min/t；过程枪位1.6米，时间3-6分钟，开吹后4分钟后向转炉内加入0.6吨石灰(14公斤/吨钢)、1.0吨矿石(13kg/吨钢)；过程枪位1.2米，时间6-10分钟，开吹后10分钟后向转炉内加入0.5吨矿石(6kg/吨钢)；过程枪位1.0米，时间11～13分钟，吹炼结束前一分钟供氧强度由3.1Nm3/min/t提高到3.3Nm3/min/t，在12分钟30秒时加入50kg轻烧白云石。
倒炉操作：在提枪倒渣在7000mm高度时，氧枪用氮气吹扫8秒后倒炉，用N2进行吹扫压制钢液面的翻腾；倒渣开始后将炉体倾动至75°位置，保持3秒后，再缓慢摇炉至84°位置，尽快倒掉高含量TiO2的炉渣，留渣量按照1/3保留渣量。
转炉出钢终点：C：0.30％，P：0.015％，温度1610℃；
表4转炉炉渣成分：(总量应符合100％)
Tfe,％ P2O5,％ S,％ Al2O3,％ TiO2,％ 珠铁,％ CaO+SiO2+FeO,％
16.88 3.26 0.15 0.78 4.98 1.67 72.28

Claims (1)

1.一种冶炼含钛铁水转炉终点的渣-铁分离的控制方法，所述的含钛铁水的化学成分重量百分数为C：4.20～6.80％，Si：0.30～0.70％；Mn：0.30～0.70％；P：0.12～0.15％；S：0.02～0.07％；Ti：0.20～0.50％；Cr：0.10～0.20％，余量为Fe；转炉采用选择性留渣+单渣操作法，转炉装入量按90％铁水+10％废钢模式进行生产；其特征在于，工艺步骤及控制的技术参数如下：
(1)转炉炼钢造渣
对于低硅含钛铁水Si≤0.30％炉料构成，增加铁水的加入量4.5-5吨，增加低碱度辅助造渣剂的用量，每炉的污泥球总量按照1600～1800kg、烧结返矿1000～1200kg加入，冷料的总加入量按照2500～3000kg的量来控制；
含钛铁水Si>0.30％炉料构成，增加废钢的加入量，每炉污泥球总量按照800～1000kg、烧结返矿1800～2000kg；冷料的总加入量按照3500～4000kg的量来控制；
(2)渣铁分离：
1)终点倒炉操作：温度按1590℃～1640℃控制，出钢碳含量按0.15％～0.35％控制，终点压枪时间60～90秒，压枪枪位800～1200mm；
2)使用泡沫抑制剂倒炉控制炉渣泡沫化，提高终点供氧强度由3.1Nm3/min/t提高到3.3Nm3/min/t压枪至30秒，倒炉过程加入30-50kg轻烧白云石进行人工压渣；在提枪倒渣在5000～7000mm高度用氮气吹扫5～8秒后倒炉，抬炉使用N2进行吹扫压制钢液面的翻腾；
3)倒渣摇炉工艺：倒渣开始后将炉体倾动至75°～80°位置，在该角度保持3～5秒后，再缓慢摇炉至84°～85°位置，倒掉高含量TiO2的炉渣，控制转炉终渣的TiO2含量保持在3％以下；
4)在废钢加入后，向后摇炉至310-315°。
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