CN115074490B - 一种转炉炼钢脱碳方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种转炉炼钢脱碳方法，转炉自动炼钢至终点时，检测钢水的成分数据，底吹气体，将钢水的碳成分与目标钢种的碳成分进行判断，当钢水碳成分与目标钢种的碳成分之差大于等于0.02％时，吹氧气，同时调整底吹气体流量，出钢；当钢水碳成分与目标钢种的碳成分之差小于0.02％时，调整底吹气体流量，出钢。本发明使用吹氧和底吹气体的方式来降低碳含量，利用吹氧来降低实际终点碳与目标终点碳的差值再减去0.02％的碳含量，利用底吹气体来降低比目标终点高0.02％的碳含量，吹氧和底吹气体的方式具有协同促进作用。
Description
技术领域
本发明涉及转炉炼钢技术领域，具体涉及一种转炉炼钢脱碳方法。
背景技术
转炉炼钢是钢铁工业中的关键环节之一，其生产主要是一个降碳升温的氧化过程，过将氧气高速吹入熔池中，与铁水发生反应，释放热量，从而达到降碳、升温和降低磷硫等杂质元素含量的目的，最终获得满足工艺要求的钢水。通常，在吹炼过程中氧气的流量为恒定值，因此吹入氧气的总量对于吹炼进程的控制起着至关重要的作用.它控制着杂质元素的去除、熔池的升温过程和防止喷溅的发生，直接影响转炉炼钢的吹炼效果和产品的质量。
实际生产中，因为测量误差、设备误差、原料条件无法随生产情况的变化而动态变化，导致冶炼至终点时，会出现误差，常集中体现在碳有偏差或温度有偏差；当产生偏差时，就需要动态调整，若碳高则需要吹氧去除碳，若温度高则需要加入冷料降温，若温度低则继续吹氧升温。
根据钢铁冶金原理，转炉内钢水中的碳与氧有个平衡常数，当碳高时氧低，当碳低时氧高。
目前普遍采用的低碳钢冶炼方法为：通过氧枪吹炼，使转炉终点碳含量的质量分数与钢种目标碳的差值＜0.01％，然后将钢水放至钢包。根据上述原理，更低的终点碳会导致终点氧更高，因此，若要脱除更高的氧必须加入更多脱氧剂和合金，致使合金脱氧剂成本增加。同时，因脱除氧产生的氧化物夹杂对应增多，对钢水质量不利。
发明内容
针对上述现有技术，本发明的目的是提供一种转炉炼钢脱碳方法。为了降低过高的终点氧对成本和钢水质量产生的不利影响，本发明利用了碳与氧的相关特性，促进了钢水中碳与氧进一步发生反应，有效降低转炉终点碳和氧，达到降低合金和脱氧剂的目的。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明提供一种转炉炼钢脱碳方法，包括以下步骤：
转炉自动炼钢至终点时，检测钢水的成分数据，同时底吹气体，将钢水的碳成分与目标钢种的碳成分进行判断，当钢水碳成分与目标钢种的碳成分之差大于等于0.02％时，吹氧气，同时调整底吹气体流量，出钢；当钢水碳成分与目标钢种的碳成分之差小于0.02％时，调整底吹气体流量，出钢。
作为优选，在等待显示数据的过程中底吹气体，底吹的气体为氮气或氩气，所述底吹的流量为1000NM3/h，所述底吹的时间为2-4分钟。
作为优选，氧气的吹入量为钢水碳成分与目标钢种的碳成分的差值减去0.02％的碳所消耗的对应耗氧量。
作为优选，吹氧和出钢时底吹装置的流量为600NM3/h，底吹气体为氮气或氩气。
作为优选，出钢时间为4-6分钟。
转炉脱碳反应步骤大致如下：
(1)从氧枪喷出的氧吸附于冲击坑气-液界面，并同钢水中的Fe反应，将Fe氧化成FeO和Fe2O3：
Fe+1/2O2→FeO (1)
2FeO+1/2O2→Fe2O3 (2)
(2)铁的氧化产物迁移到渣-金界面，同金属Fe发生反应生成FeO：
(Fe2O3)+[Fe]→3(FeO) (3)
(3)生成的FeO按分配定律部分进入金属相，部分留在渣相，留在渣相的FeO参与渣-金界面反应，进入金属相的FeO以铁原子和氧原子形式存在：
(FeO)→[FeO] (4)
(FeO)→[Fe]+[O] (5)
(4)进入金属相的氧和金属中的碳向CO气泡-金属界面迁移；
(5)迁移到CO气泡-金属界面的[C]和[O]发生反应生成气态CO；
(6)CO气泡长大、上浮，先后通过金属相、渣相，进入炉气。
根据碳氧平衡，[C]×[O]＝平衡常数，平衡常数的值在0.0020-0.0030，当钢水中的[C]含量低时[O]升高，要脱除更高的氧必须加入更多脱氧剂和合金，脱氧剂、合金与氧生成的氧化物也相应增多，对成品钢的质量不利。
本发明底吹氮气或氩气，提高搅拌动能，促进碳与氧发生反应，减少氧的同时又减少了碳，既能保证终点碳降至范围要求以内，又能降低终点氧，间接降低了与氧反应的脱氧剂和合金，降低了生产的夹杂物量。
在炼钢中实际冶炼终点碳含量比目标终点碳含量高，因此本发明使用吹氧和底吹气体的方式来降低实际冶炼终点比目标终点高的这部分碳，利用吹氧来降低实际终点碳与目标终点碳的差值再减去0.02％的碳含量，利用底吹气体来降低比目标终点高0.02％的碳含量。举例说明：当终点目标碳为0.05％时，实际冶炼终点的碳为0.10％，则需要吹入0.10％-(0.05％+0.02％)＝0.03％的碳所对应的氧气量，利用底吹气体强搅拌促进碳氧反应来降低比目标终点碳高的0.02％的碳。
当钢水碳成分与目标钢种的碳成分之差小于0.02％时，可以在等待成分时即可将碳脱除至符合要求，可具备放钢条件，同时碳成分合格率100％，若碳差距超过0.02％，则有概率造成成分不合格，碳越高成分不合格的概率越大，容易产生钢种改计划甚至判废的情况发生，因此将钢水碳成分与目标钢种的碳成分之差定为0.02％。
本发明相对提高了钢水冶炼终点的碳含量，充分利用搅拌能，促进[C]与[O]反应，使得钢水中的氧含量下降，从而降低了脱氧剂和合金的加入量，降低生产成本，脱氧剂、合金与氧生成的有害杂质物也相应减少，提高了成品钢的质量。
本发明的有益效果：
本发明使用吹氧和底吹气体的方式来降低碳含量，利用吹氧来降低实际终点碳与目标终点碳的差值再减去0.02％的碳含量，利用底吹气体来降低比目标终点高0.02％的碳含量，吹氧和底吹气体的方式具有协同促进作用。
本发明利用碳与氧的相关特性，相对提高钢水冶炼终点的碳含量，利用搅拌能，促进钢水中碳与氧进一步发生反应，有效降低转炉终点碳和氧，降低合金和脱氧剂的用量，提高成品钢的质量。
本发明无需额外材料，操作方便，可有效降低转炉终点碳和氧，降低了生产成本。该方法可在任何炼钢厂应用，具有应用范围广，推广价值高等优点。
附图说明
图1：本发明的转炉自动炼钢的工艺流程图；
图2：本发明的转炉炼钢脱碳方法示意图；
图中所示：1.转炉炉体，2.氧枪，3.炉底，4.底吹装置，5.副枪。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
正如背景技术所述，钢种目标碳与终点碳含量＜0.01％，更低的终点碳会导致终点氧更高，加入的脱氧剂和合金更多，成本增加，因脱除氧产生的氧化物增多，对钢水质量不利。基于此，本发明提供一种转炉炼钢脱碳方法，包括以下步骤：
(1)转炉自动炼钢至冶炼终点时，氧枪停止供氧并升起至待吹点；转炉的副枪从入口进入钢水中，副枪的探头显示数据后，升起至脱离位；
(2)在步骤(1)等待探头显示数据的过程中，将底吹装置的流量由600NM3/h调整至1000NM3/h，底吹的气体为氮气或氩气，底吹时间为2-4分钟。
(3)将副枪探头的数据与目标钢种的碳成分进行判断；钢水碳成分与目标钢种的碳成分之差大于等于0.02％，将底吹装置的流量由1000NM3/h调整至600NM3/h，降下氧枪继续吹氧，所述氧气的吹入量为钢水碳成分与目标碳成分的差值减去0.02％所消耗的对应耗氧量，吹氧完毕将氧枪升至待吹点，钢水放出至钢包；钢水碳成分与目标钢种的碳成分之差小于0.02％，将底吹装置的流量由1000NM3/h调整至600NM3/h，钢水放出至钢包。
为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本申请的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本申请的技术方案。
本发明实施例中所用的试验材料均为本领域常规的试验材料，均可通过商业渠道购买得到。
实施例
本实施例所用转炉为山东钢铁集团型钢炼钢厂120吨顶底复吹转炉，转炉自动炼钢的工艺流程如图1所示。冶炼所用原料为铁水和废钢，加入的物料为活性石灰、轻烧白云石、烧结矿。
(1)转炉自动炼钢至冶炼终点时，氧枪停止供氧并升起至待吹点；转炉的副枪从炉口进入钢水中，停留10秒钟，副枪的探头显示数据后，升起至脱离位；
(2)在步骤(1)等待探头显示数据的过程中，将底吹装置的流量由600NM3/h调整至1000NM3/h，底吹的气体为氮气，底吹时间为3分钟。
(3)将副枪探头的数据与目标钢种的碳成分进行判断；钢水碳成分与目标钢种的碳成分之差大于等于0.02％，将底吹装置的流量由1000NM3/h调整至600NM3/h，降下氧枪继续吹氧，所述氧气的吹入量为钢水碳成分与目标碳成分的差值减去0.02％所消耗的对应耗氧量，吹氧完毕将氧枪升至待吹点，钢水放出至钢包，放出过程大概5分钟，这期间，先加入脱氧剂，再加入合金配成分以及渣料进行顶渣优化，然后钢包进入精炼冶炼，连铸，轧制成材，得到成品低碳钢。钢水碳成分与目标钢种的碳成分之差小于0.02％，将底吹装置的流量由1000NM3/h调整至600NM3/h，钢水放出至钢包，放出过程大概5分钟，这期间，先加入脱氧剂，再加入合金配成分以及渣料进行顶渣优化，然后钢包进入精炼冶炼，连铸，轧制成材，得到成品低碳钢。
对比例1
本对比例所用转炉为山东钢铁集团型钢炼钢厂120吨顶底复吹转炉，转炉自动炼钢的工艺流程如图1所示。冶炼所用原料为铁水和废钢，加入的物料为活性石灰、轻烧白云石、烧结矿。
(1)转炉自动炼钢至冶炼终点时，氧枪停止供氧并升起至待吹点；转炉的副枪从炉口进入钢水中，停留10秒钟，副枪的探头显示数据后，升起至脱离位；
(2)在步骤(1)等待探头显示数据的过程中，不底吹气体。
(3)将副枪探头的数据与目标钢种的碳成分进行判断；钢水碳成分与目标钢种的碳成分之差大于等于0.02％，将底吹装置的流量由1000NM3/h调整至600NM3/h，降下氧枪继续吹氧，所述氧气的吹入量为钢水碳成分与目标碳成分的差值减去0.02％所消耗的对应耗氧量，吹氧完毕将氧枪升至待吹点，钢水放出至钢包，放出过程大概5分钟，这期间，先加入脱氧剂，再加入合金配成分以及渣料进行顶渣优化，然后钢包进入精炼冶炼，连铸，轧制成材，得到成品低碳钢。钢水碳成分与目标钢种的碳成分之差小于0.02％，将底吹装置的流量由1000NM3/h调整至600NM3/h，钢水放出至钢包，放出过程大概5分钟，这期间，先加入脱氧剂，再加入合金配成分以及渣料进行顶渣优化，然后钢包进入精炼冶炼，连铸，轧制成材，得到成品低碳钢。
对比例1与实施例的区别为不底吹气体，只吹氧气。
对比例2
本对比例所用转炉为山东钢铁集团型钢炼钢厂120吨顶底复吹转炉，转炉自动炼钢的工艺流程如图1所示。冶炼所用原料为铁水和废钢，加入的物料为活性石灰、轻烧白云石、烧结矿。
(1)转炉自动炼钢至冶炼终点时，氧枪停止供氧并升起至待吹点；转炉的副枪从炉口进入钢水中，停留10秒钟，副枪的探头显示数据后，升起至脱离位；
(2)在步骤(1)等待探头显示数据的过程中，将底吹装置的流量由600NM3/h调整至1000NM3/h，底吹的气体为氮气，底吹时间为3分钟。
(3)将副枪探头的数据与目标钢种的碳成分进行判断；钢水碳成分与目标钢种的碳成分之差大于等于0.02％，不吹氧，将底吹装置的流量由1000NM3/h调整至600NM3/h，钢水放出至钢包，放出过程大概5分钟，这期间，先加入脱氧剂，再加入合金配成分以及渣料进行顶渣优化，然后钢包进入精炼冶炼，连铸，轧制成材，得到成品低碳钢。钢水碳成分与目标钢种的碳成分之差小于0.02％，将底吹装置的流量由1000NM3/h调整至600NM3/h，钢水放出至钢包，放出过程大概5分钟，这期间，先加入脱氧剂，再加入合金配成分以及渣料进行顶渣优化，然后钢包进入精炼冶炼，连铸，轧制成材，得到成品低碳钢。
对比例2与实施例的区别为只底吹气体，不吹氧气。
对比例3
本对比例所用转炉为山东钢铁集团型钢炼钢厂120吨顶底复吹转炉，转炉自动炼钢的工艺流程如图1所示。冶炼所用原料为铁水和废钢，加入的物料为活性石灰、轻烧白云石、烧结矿。
(1)转炉自动炼钢至冶炼终点时，氧枪停止供氧并升起至待吹点；转炉的副枪从炉口进入钢水中，停留10秒钟，副枪的探头显示数据后，升起至脱离位；
(2)在步骤(1)等待探头显示数据的过程中，不底吹气体。
(3)将副枪探头的数据与目标钢种的碳成分进行判断；钢水碳成分与目标钢种的碳成分之差大于等于0.02％，不吹氧，将底吹装置的流量由1000NM3/h调整至600NM3/h，钢水放出至钢包，放出过程大概5分钟，这期间，先加入脱氧剂，再加入合金配成分以及渣料进行顶渣优化，然后钢包进入精炼冶炼，连铸，轧制成材，得到成品低碳钢。钢水碳成分与目标钢种的碳成分之差小于0.02％，将底吹装置的流量由1000NM3/h调整至600NM3/h，钢水放出至钢包，放出过程大概5分钟，这期间，先加入脱氧剂，再加入合金配成分以及渣料进行顶渣优化，然后钢包进入精炼冶炼，连铸，轧制成材，得到成品低碳钢。
对比例3与实施例的区别为不底吹气体，不吹氧气。
对比例4
本对比例所用转炉为山东钢铁集团型钢炼钢厂120吨顶底复吹转炉，转炉自动炼钢的工艺流程如图1所示。冶炼所用原料为铁水和废钢，加入的物料为活性石灰、轻烧白云石、烧结矿。
(1)转炉自动炼钢至冶炼终点时，氧枪停止供氧并升起至待吹点；转炉的副枪从入口进入钢水中，副枪的探头显示数据后，升起至脱离位；
(2)在步骤(1)等待探头显示数据的过程中，将底吹装置的流量由600NM3/h调整至1000NM3/h，底吹的气体为，底吹时间为3分钟。
(3)将副枪探头的数据与目标钢种的碳成分进行判断；钢水碳成分与目标钢种的碳成分之差大于等于0.01％，将底吹装置的流量由1000NM3/h调整至600NM3/h，降下氧枪继续吹氧，所述氧气的吹入量为钢水碳成分与目标碳成分的差值减去0.01％所消耗的对应耗氧量，再加入合金配成分以及渣料进行顶渣优化，然后钢包进入精炼冶炼，连铸，轧制成材，得到成品低碳钢。
钢水碳成分与目标钢种的碳成分之差小于0.01％，将底吹装置的流量由1000NM3/h调整至600NM3/h，钢水放出至钢包，放出过程大概5分钟，这期间，先加入脱氧剂，再加入合金配成分以及渣料进行顶渣优化，然后钢包进入精炼冶炼，连铸，轧制成材，得到成品低碳钢。
以上实施例和对比例中所用脱氧剂为铝锰铁脱氧剂，所用合金为中锰合金。
实施例和对比例所用脱氧剂和合金用量如表1所示。
表1
实施例1中采用吹氧和底吹气体的方式降低碳含量，实施例1的空白对照组为对比例3，不吹氧、不底吹气体，实施例相对于对比例3所用脱氧剂用量减少0.6kg/t，合金用量减少0.18kg/t。
对比例1中只吹氧气，不底吹气体，相对于对比例3所用脱氧剂用量减少0.2kg/t，合金用量减少0.08kg/t。对比例2中只底吹气体，不吹氧气，相对于对比例3所用脱氧剂用量减少0.3kg/t，合金用量减少0.03kg/t。对比例1+对比例2相对于对比例3所用脱氧剂用量减少0.5kg/t，合金用量减少0.11kg/t。对比例1+对比例2所用脱氧剂和合金相对于对比例3的减少量小于实施例的减少量，因此，本发明采用的吹氧和底吹气体的方式具有协同促进作用。
对比例4中吹氧量为实际终点碳含量与目标终点碳的差值减去0.01％，比目标终点碳高的0.01％的碳利用底吹气体的方式去除，加入的脱氧剂用量比实施例高0.3kg/t，合金用量比实施例高0.1kg/t。实施例将利用底吹气体去除的碳含量控制在0.02％，对比例4将利用底吹气体去除的碳含量控制在0.01％，实施例比对比例4所用的脱氧剂和合金用量低，说明实施例比对比例4的钢水中氧含量低。
本发明利用吹氧将实际终点碳含量降至比目标终点碳含量高0.02％，采用底吹气体的方式将比目标终点碳高的0.02％的碳去除，且吹氧和底吹气体的方式具有协同促进作用。
本发明相对提高了钢水冶炼终点的碳含量，充分利用搅拌能，促进碳与氧反应，使得钢水中的氧含量下降，从而降低了脱氧剂和合金的加入量，降低生产成本，脱氧剂、合金与氧生成的有害杂质物也相应减少，提高了成品钢的质量。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种转炉炼钢脱碳方法，其特征在于，包括以下步骤：转炉自动炼钢至终点时，检测钢水的成分数据，同时底吹气体，将钢水的碳成分与目标钢种的碳成分进行判断，当钢水碳成分与目标钢种的碳成分之差大于等于0.02％时，吹氧气，同时调整底吹气体流量，出钢；当钢水碳成分与目标钢种的碳成分之差小于0 .02％时，调整底吹气体流量，出钢；
在等待显示数据的过程中底吹气体，底吹的气体为氮气，所述底吹的流量为1000NM3/h，所述底吹时间为3分钟；
氧气的吹入量为钢水碳成分与目标钢种的碳成分的差值减去0.02％的碳所消耗的对应耗氧量；
吹氧和出钢时调整底吹装置的流量为600NM3/h，底吹气体为氮气；
出钢时间为5分钟。
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|---|
| 武钢大型转炉顶底复吹控制实践;刘路长等;炼钢;第32卷(第5期);20-24 * |
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