CN113106190B - 一种转炉冶炼得到高锰低磷钢水的炼钢方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种转炉冶炼得到高锰低磷钢水的炼钢方法，包括：转炉兑入铁水/半钢后，造渣，之后进行顶吹氧枪吹氧和底吹供气，直至钢水碳含量及钢水温度达到一定目标，停止吹氧；然后，再利用顶吹氧枪吹惰性气体，同时加入碳质还原剂，并将底吹供气强度提升至0.08～0.15m³/(min·吨钢)；其中，顶吹氧枪吹惰性气体的条件为：供气强度为2.5～3.5m³/(min·吨钢)，氧枪枪位为1.5～2m；底吹供气的气体为惰性气体；直至终点钢水温度以及终点钢水碳含量达到一定目标，出钢，得到高锰低磷钢水。上述炼钢方法能够提高转炉终点残锰含量并保证脱磷效果，和降低终渣全铁含量。

Description

一种转炉冶炼得到高锰低磷钢水的炼钢方法

技术领域

本发明涉及冶金技术领域，特别涉及一种转炉冶炼得到高锰低磷钢水的炼钢方法。

背景技术

在炼钢生产中，锰是必须的合金化元素，对提高钢材质量和改善钢材性能具有重要作用。实际上，转炉冶炼的铁水中本身含有0.15-0.40％的锰，但由于转炉冶炼过程吹氧氧化使得铁水中的锰进入炉渣，导致转炉吹炼结束后的终点钢水锰含量很低，平均仅为0.04-0.08％。而对于半钢冶炼来说，由于经过提钒后锰已基本氧化进入钒渣，得到的半钢中锰含量平均仅为0.02-0.04％，因此，半钢冶炼转炉终点钢水锰含量更低，平均仅为0.01-0.03％。

针对上述问题，通过一定的技术手段可以提高终点钢水锰含量。目前多数钢铁企业均通过在出钢过程或者精炼时加入锰铁合金对钢水进行锰的合金化操作。如：加入锰矿来提高终点钢水锰含量，申请号为201610305864.3的专利申请公开了一种锰矿直接合金化应用于转炉炼钢工艺，转炉炼钢工艺采用一次拉碳法，终渣FeO含量13％～15％，平均冶炼周期12.3min，在转炉炼钢冶炼开始后的4min～10min内分批次将锰合金矿加入炉内，每炉锰合金矿的加入量：10～14公斤/吨钢，终点碳含量：C≥0.08％；终点温度1650℃～1680℃，终点余锰含量增加0.16％～0.20％。然而，上述工艺对锰矿中TMn要求较高，且终点钢水碳高、温度较低，锰矿中锰的收得率较低，工艺的综合效果欠佳。

实践表明，高碳、高温、低氧化性出钢提高终点钢水锰的必要热力学条件。

然而，脱磷也是转炉冶炼的主要任务之一。低温、高氧化性(低碳)、大渣量(高碱度)是脱磷的有利条件。要实现提高终点钢水锰和降低钢水磷含量在热力学条件上相互矛盾，很难同时实现高锰、低磷出钢。

如专利申请CN104060020公开一种提高转炉终点钢水锰含量的脱磷炼钢方法，其通过在冶炼前期快速来渣(即在炼钢转炉中兑入半钢后先加入适量的增硅剂后加入适量的废钢)，冶炼中期保持炉渣活跃(即在吹氧进度为30％～70％时向炉内加入适量的锰矿)，冶炼后期采用大气量搅拌还原渣(即在吹氧结束后钢水出钢前增加底吹氩操作并较吹氧过程而言提高底吹氩强度且在该提高的底吹氩强度下进行搅拌)，从而达到提高转炉终点钢水锰含量和脱磷炼钢的目的。然而，上述工艺需要添加增硅剂、废钢及锰矿，且需在在特定阶段以一定顺序添加、操作复杂，原料成本及作业成本较高；同时，所得钢水的锰含量在0.10％以下、钢水锰收得率偏低，终渣全铁含量在17％以上，提锰和将铁效果欠佳；另外，炉渣氧化性高，对炉衬侵蚀严重。其锰收得率偏低的主要原因就是要保证炉渣较高的氧化性，从而达到良好的脱磷效果，因此，其只能实现低锰、低磷冶炼。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种转炉冶炼得到高锰低磷钢水的炼钢方法。本发明提供的炼钢方法能够提高转炉终点残锰含量，并保证脱磷效果和降低终渣全铁含量，且方法操作简单，能够降低成本。

本发明提供了一种转炉冶炼得到高锰低磷钢水的炼钢方法，包括以下步骤：

S1、转炉兑入铁水/半钢后，造渣，之后进行顶吹氧枪吹氧和底吹供气，直至钢水碳含量为0.15％～0.30％以及钢水温度达到1681～1700℃，停止吹氧；

所述底吹供气的气体为惰性气体；

S2、利用顶吹氧枪吹惰性气体，同时加入碳质还原剂，并将底吹供气强度提升至0.08～0.15m³/(min·吨钢)；其中，顶吹氧枪吹惰性气体的条件为：供气强度为2.5～3.5m³/(min·吨钢)，氧枪枪位为1.5～2m；底吹供气的气体为惰性气体；直至终点钢水温度达到1660～1680℃以及终点钢水碳含量为0.10％～0.15％，出钢，得到高锰低磷钢水。

优选的，所述步骤S1中，所述顶吹氧枪吹氧的供气强度为2.5～3.5m³/(min·吨钢)。

优选的，所述步骤S1中，所述底吹供气的供气强度为0.02～0.06m³/(min·吨钢)。

优选的，所述步骤S1中，所述惰性气体为氮气或氩气；

所述步骤S2中，所述惰性气体为氮气或氩气。

优选的，所述步骤S1中，所述造渣过程中加入的造渣材料为活性石灰和高镁石灰。

优选的，所述活性石灰的用量为10～30kg/t钢；所述高镁石灰的用量为5～20kg/t钢。

优选的，所述步骤S2中，所述碳质还原剂为固定碳含量在90wt％以上的还原剂。

优选的，所述步骤S2中，所述碳质还原剂为无烟煤、类石墨和焦炭中的一种或几种；

所述碳质还原剂的粒度为5～15mm；

所述碳质还原剂用量为0.5～1.5kg/t钢。

优选的，所述步骤S2中，顶吹氧枪吹惰性气体的时间为30～60s；

所述步骤S1和步骤S2中，利用副枪监测钢水碳含量和钢水温度。

优选的，所述步骤S1中，转炉兑入半钢后，造渣并加入锰矿，之后进行顶吹氧枪吹氧和底吹供气。

本发明提供的炼钢方法，将上述步骤S1和步骤S2联合在一起在同一炉冶炼使用，并分别控制第一步钢水碳含量为0.15％～0.30％及钢水温度达为1681～1700℃，以及控制第二步的顶吹参数、底吹参数和终点钢水碳含量及温度，结果能够实现转炉终点钢水高锰、低磷出钢，克服了以往技术为保证脱磷效果只能低锰出钢的问题，而且上述方法操作简单、经济性强。

实验结果表明，本发明的冶炼方法，能够使终点钢水的锰含量提高至0.19％以上，磷含量降至0.007％以下，炉渣全铁含量在17％以下。

具体实施方式

本发明提供了一种转炉冶炼得到高锰低磷钢水的炼钢方法，包括以下步骤：

S1、转炉兑入铁水/半钢后，造渣，之后进行顶吹氧枪吹氧和底吹供气，直至钢水碳含量为0.15％～0.30％以及钢水温度达到1681～1700℃，停止吹氧；

所述底吹供气的气体为惰性气体；

S2、利用顶吹氧枪吹惰性气体，同时加入碳质还原剂，并将底吹供气强度提升至0.08～0.15m³/(min·吨钢)；其中，顶吹氧枪吹惰性气体的条件为：供气强度为2.5～3.5m³/(min·吨钢)，氧枪枪位为1.5～2m；底吹供气的气体为惰性气体；直至终点钢水温度达到1660～1680℃以及终点钢水碳含量为0.10％～0.15％，出钢，得到高锰低磷钢水。

关于步骤S1：

本发明中，所述铁水没有特殊限制，为本领域炼钢用常规铁水即可。本发明在转炉兑入铁水后，进行加料造渣。本发明中，所述造渣过程中加入的造渣材料优选为活性石灰和高镁石灰。其中，所述活性石灰的用量优选为10～30kg/t钢；在本发明的一些实施例中，其用量为10kg/t钢、20kg/t钢、30kg/t钢。所述高镁石灰的用量优选为5～20kg/t钢；在本发明的一些实施例中，其用量为15kg/t钢、10kg/t钢、15kg/t钢。

本发明中，若转炉兑入的是铁水(即锰含量≥0.2％)，则仅进行造渣(无需添加锰矿)，之后进行前文所述后续操作即可。若转炉兑入的是半钢(即锰含量为＜0.05％)，则在造渣过程中加入锰矿。本发明中，所述锰矿的添加量优选为8～20kg/t钢。即无论是铁水冶炼还是半钢冶炼，采用本发明的方法均能实现转炉冶炼高锰、低磷钢水的目的，只不过对于半钢冶炼，在造渣时加入一定锰矿即可，其它步骤均与铁水冶炼时相同。

本发明中，经上述步骤后，进行顶吹氧枪吹氧和底吹供气。

所述顶吹氧枪吹氧的供气强度优选为2.5～3.5m³/(min·吨钢)；在本发明的一些实施例中，为2.5m³/(min·吨钢)、3.0m³/(min·吨钢)、3.5m³/(min·吨钢)。所述顶吹氧枪的枪位优选为1.2～2.5m。在本发明的一些实施例中，氧枪枪位为1.2-1.9m、1.4-2.2m、1.6-2.5m。

所述底吹供气的气体为惰性气体。所述惰性气体优选为氮气或氩气，更优选为氮气。所述底吹供气的供气强度优选为0.02～0.06m³/(min·吨钢)；在本发明的一些实施例中，为0.02m³/(min·吨钢)、0.05m³/(min·吨钢)、0.06m³/(min·吨钢)。

本发明中，通过上述顶吹氧枪吹氧和底吹供气，直至钢水碳含量为0.15％～0.30％以及钢水温度达到1681～1700℃时，停止吹氧。本发明中，通过副枪监测钢水碳含量及钢水温度，一旦达到目标参数后，便执行吹氧操作。副枪的作用原理如下：副枪的电偶可以穿透渣层、***钢水几十厘米的深度，开始检测钢水的温度及碳含量等，并以电信号的形式沿数据传输线向中间计算机发送，中间计算机会将电信号转化成钢水的温度及碳含量等数字信号并发送给二级服务器，最终将钢水信息呈现给现场操作人员。在本发明的一些实施例中，钢水碳含量的监测目标为0.15％、0.25％或0.30％。在本发明的一些实施例中，钢水温度的监测目标为1690℃、1695℃或1700℃。本发明中，监测到钢水温度及碳含量达到上述目标后，停止吹氧。

本发明上述步骤S1的目的是充分利用碳高、温高的热力学条件，促进炉渣中MnO还原进入钢水，从而提高钢水锰含量，但此时钢水磷含量相对较高。

关于步骤S2：

本发明中，在步骤S1停止吹氧后，开始利用顶吹氧枪吹惰性气体，同时加入碳质还原剂并将底吹供气强度提升至0.08～0.15m³/(min·吨钢)。

所述惰性气体优选为氮气或氩气，更优选为氮气。其中，顶吹氧枪吹惰性气体的条件为：供气强度为2.5～3.5m³/(min·吨钢)，氧枪枪位为1.5～2m。在本发明的一些实施例中，供气强度为2.5m³/(min·吨钢)、3.0m³/(min·吨钢)、3.5m³/(min·吨钢)。在本发明的一些实施例中，氧枪枪位为1.6-2.0m、1.5-1.8m、1.6-1.9m。

在上述吹气的同时，加入碳质还原剂和提升底吹供气强度。

所述碳质还原剂优选为固定碳含量在90wt％以上的还原剂；更优选为无烟煤、类石墨和焦炭中的一种或几种。本发明中，所述碳质还原剂的粒度优选为5～15mm。所述碳质还原剂用量优选为0.5～1.5kg/t钢；在本发明的一些实施例中，其用量为0.5kg/t钢、1kg/t钢、1.5kg/t钢。

所述提升底吹供气强度为提升至0.08～0.15m³/(min·吨钢)；在本发明的一些实施例中，为0.08m³/(min·吨钢)、0.12m³/(min·吨钢)、0.15m³/(min·吨钢)。

本发明中，通过上述顶吹和底吹处理，直至终点钢水温度达到1660～1680℃以及终点钢水碳含量为0.10％～0.15％，直接出钢，得到高锰低磷钢水。本发明中，通过副枪监测钢水碳含量及钢水温度，一旦达到目标参数后，便进行出钢。在本发明的一些实施例中，终点钢水碳含量的监测目标为0.10％、0.12％、0.15％。在本发明的一些实施例中，终点钢水温度的监测目标为1670℃、1672℃或1680℃。本发明中，监测到钢水温度及碳含量达到上述目标后，停止底吹，直接出钢。

其中，至终点钢水碳含量及温度达到目标终点的时间为30～60s，监测到钢水温度及碳含量达到上述目标后，立即停止吹惰性气体，即顶吹惰性气体的时间为30～60s；在上述时间下可使炉内快速降温、加之炉内强烈搅拌，可实现快速脱磷，脱吹气时间过长，则锰极易再次被氧化，从而影响终点钢水锰含量的提高。

本发明在监测到终点钢水温度及碳含量达到上述目标后，不再继续底吹搅拌而是直接出钢，可实现在规定时间内降低钢水磷含量的目的，若延长底吹搅拌时间则会因为温度的降低达到钢水的锰被氧化进入炉渣，从而降低钢水锰含量，因此在顶吹结束以及监测到钢水终点目标后，直接出钢。

上述步骤S2主要利用氧枪吹惰性气体快速降温，同时利用惰性气体射流以及炉底底吹气流加强熔池搅拌，促进钢-渣界面脱磷反应进行，提高脱磷热力学和动力学条件，提高脱磷效果，且在该动力学条件下，碳质还原剂进一步促进炉渣中的MnO和FeO还原，进一步提高钢水锰含量和降低终渣全铁含量TFe。

本发明提供的炼钢方法，将上述步骤S1和步骤S2联合在一起在同一炉冶炼使用，并分别控制第一步钢水碳含量为0.15％～0.30％及钢水温度达为1681～1700℃，以及控制第二步的顶吹参数、底吹参数和终点钢水碳含量及温度，结果能够实现转炉终点钢水高锰、低磷出钢，克服了以往技术为保证脱磷效果只能低锰出钢的问题，而且上述方法操作简单、经济性强。

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

以下实施例和对比例中，钢水锰含量和磷含量通过荧光分析测试，炉渣全铁含量通过化学分析法测试。所用锰矿成分组成为TMn：20％-40％、TFe：3％-8％、SiO₂：10％-35％、CaO：5％-8％、P≤0.030％、S≤0.30％，其余为杂质；购自攀枝花钢城集团有限公司。所用碳质还原剂粒度为5～15mm。冶炼钢种：45#钢。

实施例1

S1、某厂200t转炉采用铁水冶炼，转炉兑入铁水后，加入活性石灰10kg/t钢、高镁石灰15kg/t钢，进行造渣。之后，进行顶吹氧枪吹氧和底吹供气；其中，顶吹氧枪供气强度为3.0m³/(min·吨钢)，氧枪枪位1.2-1.9m，底吹氮气供气强度为0.05m³/(min·吨钢)，利用副枪监测钢水碳含量为0.25％、钢水温度为1690℃时停止吹氧。

S2、氧枪停止吹氧后，进行吹氮操作，同时，加入碳质还原剂，并将底吹供气强度提升至0.12m³/(min·吨钢)；其中，顶吹氮气的条件为：供气强度2.5m³/(min·吨钢)，氧枪枪位1.6-2m；碳质还原剂为无烟煤，加入量为1kg/t钢。利用副枪监测钢水碳含量为0.15％、钢水温度为1670℃时，直接出钢。

对初始铁水和步骤S1所得钢水及步骤S2所得终点钢水的成分以及最终炉渣的全铁含量进行测试，结果参见表1。

表1实施例1中各步骤物料的成分

由以上测试结果可以看出，通过第一步操作后钢水锰含量达到了0.18％，但磷含量为0.030％，钢水锰高、磷也高。而采用第二步操作后，钢水锰含量进一步提高到0.23％，而磷含量却降低至0.006％，采用该方法后转炉成功冶炼出高锰、低磷钢水，且炉渣TFe含量仅为15.5％。

实施例2

S1、某厂120t转炉采用半钢冶炼，转炉兑入半钢后，加入活性石灰20kg/t钢、高镁石灰10kg/t钢，进行造渣并加入锰矿10kg/t钢。之后，进行顶吹氧枪吹氧和底吹供气；其中，顶吹氧枪供气强度为3.5m³/(min·吨钢)，氧枪枪位1.4-2.2m，底吹氮气供气强度为0.02m³/(min·吨钢)，利用副枪监测钢水碳含量为0.15％、钢水温度为1695℃时停止吹氧。

S2、氧枪停止吹氧后，进行吹氮操作，同时，加入碳质还原剂，并将底吹供气强度提升至0.15m³/(min·吨钢)；其中，顶吹氮气的条件为：供气强度3.0m³/(min·吨钢)，氧枪枪位1.5-1.8m；碳质还原剂为类石墨，加入量为1.5kg/t钢。利用副枪监测钢水碳含量为0.10％、钢水温度为1672℃时，直接出钢。

对初始铁水和步骤S1所得钢水及步骤S2所得终点钢水的成分以及最终炉渣的全铁含量进行测试，结果参见表1。

表2实施例2中各步骤物料的成分

由以上实施例可以看出，半钢冶炼由于半钢锰含量很低，通过外加锰矿在炉内进行还原来达到增加终点钢水锰含量的目的。采用本发明的方法，通过第一步操作后钢水锰含量达到了0.15％，但磷含量为0.020％，钢水锰高、磷也高。而采用第二步操作后，钢水锰含量进一步提高到0.19％，而磷含量却降低至0.005％，采用该方法后转炉成功冶炼出高锰、低磷钢水，且炉渣TFe含量仅为16.2％。

通过上述实施例可知，无论是铁水冶炼还是半钢冶炼，采用本发明的方法后均能实现转炉冶炼高锰、低磷钢水的目的。

实施例3

S1、某厂200t转炉采用铁水冶炼，转炉兑入铁水后，加入活性石灰30kg/t钢、高镁石灰5kg/t钢，进行造渣。之后，进行顶吹氧枪吹氧和底吹供气；其中，顶吹氧枪供气强度为2.5m³/(min·吨钢)，氧枪枪位1.6-2.5m，底吹氮气供气强度为0.06m³/(min·吨钢)，利用副枪监测钢水碳含量为0.30％、钢水温度为1700℃时停止吹氧。

S2、氧枪停止吹氧后，进行吹氮操作，同时，加入碳质还原剂，并将底吹供气强度提升至0.08m³/(min·吨钢)；其中，顶吹氮气的条件为：供气强度3.5m³/(min·吨钢)，氧枪枪位1.6-1.9m；碳质还原剂为焦炭，加入量为0.5kg/t钢。利用副枪监测钢水碳含量为0.12％、钢水温度为1680℃时，直接出钢。

对初始铁水和步骤S1所得钢水及步骤S2所得终点钢水的成分以及最终炉渣的全铁含量进行测试，结果参见表3。

表3实施例3中各步骤物料的成分

由以上测试结果可以看出，通过第一步操作后钢水锰含量达到了0.17％，但磷含量为0.036％，钢水锰高、磷也高。而采用第二步操作后，钢水锰含量进一步提高到0.21％，而磷含量却降低至0.007％，采用该方法后转炉成功冶炼出高锰、低磷钢水，且炉渣TFe含量仅为15.7％。

对比例1

S1、按照实施例1进行，不同的是，利用副枪监测钢水碳含量为0.05％、钢水温度为1720℃时停止吹氧。

对初始铁水和步骤S1所得终点钢水的成分以及最终炉渣的全铁含量进行测试，结果参见表4。

表4对比例1中各步骤物料的成分

对比例2

S1、按照实施例1进行，不同的是，利用副枪监测钢水碳含量为0.40％、钢水温度为1610℃时停止吹氧。

S2、按照实施例1进行，不同的是，顶吹氮气供气强度为5.0m³/(min·吨钢)、底吹供气强度提升至0.30m³/(min·吨钢)，利用副枪监测钢水碳含量为0.14％、钢水温度为1650℃时，直接出钢。

对初始铁水和步骤S1所得钢水及步骤S2所得终点钢水的成分以及最终炉渣的全铁含量进行测试，结果参见表5。

表5对比例2中各步骤物料的成分

由以上对比例1-2可以看出，若打破步骤S1的钢水成分目标参量、步骤S2的操作参数及终点钢水成分目标参量，则会影响钢水锰含量的提升、磷含量的降低，无法获得高锰低磷钢水，只有在本发明的条件参量下，才能获得高锰低磷钢水。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种转炉冶炼得到高锰低磷钢水的炼钢方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、转炉兑入铁水/半钢后，造渣并加入锰矿，之后进行顶吹氧枪吹氧和底吹供气，直至钢水碳含量为0.15％～0.30％以及钢水温度达到1681～1700℃，停止吹氧；

所述底吹供气的气体为惰性气体；

S2、利用顶吹氧枪吹惰性气体，同时加入碳质还原剂，并将底吹供气强度提升至0.08～0.15m³/(min·吨钢)；其中，顶吹氧枪吹惰性气体的条件为：供气强度为2.5～3.5m³/(min·吨钢)，氧枪枪位为1.5～2m；底吹供气的气体为惰性气体；直至终点钢水温度达到1660～1680℃以及终点钢水碳含量为0.10％～0.15％，出钢，得到高锰低磷钢水。

2.根据权利要求1所述的炼钢方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述顶吹氧枪吹氧的供气强度为2.5～3.5m³/(min·吨钢)。

3.根据权利要求1或2所述的炼钢方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述底吹供气的供气强度为0.02～0.06m³/(min·吨钢)。

4.根据权利要求1所述的炼钢方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述惰性气体为氮气或氩气；

所述步骤S2中，所述惰性气体为氮气或氩气。

5.根据权利要求1所述的炼钢方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述造渣过程中加入的造渣材料为活性石灰和高镁石灰。

6.根据权利要求5所述的炼钢方法，其特征在于，所述活性石灰的用量为10～30kg/t钢；所述高镁石灰的用量为5～20kg/t钢。

7.根据权利要求1所述的炼钢方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述碳质还原剂为固定碳含量在90wt％以上的还原剂。

8.根据权利要求1或7所述的炼钢方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述碳质还原剂为无烟煤、类石墨和焦炭中的一种或几种；

所述碳质还原剂的粒度为5～15mm；

所述碳质还原剂用量为0.5～1.5kg/t钢。

9.根据权利要求1所述的炼钢方法，其特征在于，所述步骤S2中，顶吹氧枪吹惰性气体的时间为30～60s；

所述步骤S1和步骤S2中，利用副枪监测钢水碳含量和钢水温度。