CN117721268B - 一种不同温度下双渣法转炉炼钢富磷能力和流动性优异的脱磷渣及脱磷方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双渣法转炉炼钢富磷能力和流动性优异的脱磷渣及脱磷方法，通过对脱磷工艺参数及脱磷终点的脱磷渣中各种化学成分的控制，根据脱磷期终点的不同温度，在引入R=CaO/SiO2代表脱磷渣的二元碱度、反映脱磷渣的脱磷能力的基础上，进一步引入了M=(FeO+MnO)/(CaO+MgO)值，控制脱磷渣的发泡性能和粘度，使脱磷渣能顺利排渣，并同时控制N=R/M的比值，更加综合全面地反映脱磷渣在富磷能力和流动性之间的平衡。本发明根据不同的脱磷期终点温度，综合控制R值、M值和N值，使脱磷期终点脱磷渣的富磷能力优异，脱磷渣成分中P2O5的含量较高，其含量大于3%；脱磷期脱磷率较高，铁水脱磷率达到50%以上；同时，脱磷渣流动性优异，倒渣率达到50%以上。
Description
技术领域
本发明涉及转炉炼钢技术领域，具体涉及一种不同温度下双渣法转炉炼钢富磷能力和流动性优异的脱磷渣及脱磷方法。
背景技术
双渣法转炉炼钢工艺是在转炉中先进行脱硅、脱磷操作，对于脱磷渣进行中间排渣；然后在同一转炉中进行脱碳操作，出钢后对于脱碳渣进行全部留渣，经过溅渣护炉，摇炉确认液态渣固化后，并加入适量石灰调整脱磷渣碱度，然后先加废钢，再兑入铁水，进行下一炉冶炼。双渣法转炉炼钢工艺利用转炉冶炼前期温度低这一有利于脱磷反应的热力学条件，将上一炉由于温度高已基本不具备脱磷能力的脱碳终渣，用于下炉次吹炼初期温度较低时脱磷。这样由于充分利用了前一炉次尚未反应的石灰，从而可以大幅度减少石灰的用量，同时大幅度降低了二氧化碳的排放量。在降低石灰等辅料消耗的同时，还降低了转炉炉渣的发生量。
但是，双渣法转炉炼钢工艺的脱磷期脱磷率高要求碱度较高，脱磷渣排渣顺畅要求碱度较低，因此如何使脱磷渣同时具有优异的富磷能力和良好的流动性，是双渣法转炉炼钢工艺顺利有效实施的关键。
发明内容
本发明的目的在于提供一种不同温度下双渣法转炉炼钢富磷能力和流动性优异的脱磷渣及脱磷方法，脱磷期脱磷率较高，铁水脱磷率达到50%以上；脱磷期终点脱磷渣的富磷能力优异，流动性优异，倒渣率达到50%以上；可以同时满足双渣法转炉炼钢脱磷期脱磷率高和脱磷渣排渣顺畅的要求。
为达到以上目的，本发明的技术方案如下：
一种不同温度下双渣法转炉炼钢富磷能力和流动性优异的脱磷渣，所述脱磷渣成分重量百分比为：CaO：30~40%，SiO2：15~30%，FeO：10~32%，MnO：3~12%，MgO：5~10%，其余为不可避免的杂质；其中FeO含量包含铁氧化物FeO和Fe2O3，并将其中的Fe2O3含量转换为对应的FeO含量；
（1）脱磷期终点温度T在1300~1350℃之间，所述脱磷终渣成分还需满足下列关系：
1.3≤R≤2.1，0.7≤M≤1.0，1.5≤N≤2.1；
（2）脱磷期终点温度：1350℃＜T≤1400℃，所述脱磷终渣成分还需满足下列关系：
1.5≤R≤2.3，0.6≤M≤0.9，2.0≤N≤2.8；
（3）脱磷期终点温度：1400℃＜T≤1450℃，所述脱磷终渣成分还需满足下列关系：
1.7≤R≤2.5，0.5≤M≤0.8，2.5≤N≤3.5；
其中，R=CaO/SiO2；M=(FeO+MnO)/(CaO+MgO)；N=R/M。
在本发明不同温度下双渣法转炉炼钢工艺脱磷渣的成分设计中：
CaO，是转炉渣中最主要的脱磷成分，能与渣中的P2O5结合生成磷酸三钙或磷酸四钙。对于双渣法转炉炼钢工艺，为了保证稳定的脱磷效果，本发明控制CaO含量的下限为30%。但是过量添加CaO，容易形成高熔点的硅酸钙，熔渣成分进入非均相区，炉渣粘度提高，在中间排渣过程中脱磷渣粘度过高将影响脱磷渣的顺利排出，因此，本发明控制CaO含量的上限为40%。
SiO2，主要用于稳定炉渣的物理性质，调节炉渣碱度。当脱磷渣中SiO2含量小于15%时，脱磷渣碱度过高，脱磷渣的流动性降低，中间排渣困难；当脱磷渣中SiO2含量大于30%时，脱磷渣碱度过低，脱磷期的脱磷率降低。因此，根据铁水中Si含量的不同，脱磷渣中SiO2含量应控制在15~30%。
FeO，包含铁氧化物FeO和Fe2O3，并将其中的Fe2O3含量转换为对应的FeO含量。在顶吹氧气的作用下，一部分的铁水氧化成FeO或Fe2O3并进入渣中，而氧化铁辅料的加入可以更加直接地增加渣中FeO的含量。渣中FeO含量可以用于反映炉渣的氧化性，FeO含量越高，脱磷渣的氧化性越强，更能促进铁水中的P元素与氧的结合生成P2O5，从而促进脱磷反应的进行。同时转炉中加入的石灰在化渣的过程中会在其表面生成高熔点的硅酸钙，阻止了石灰的进一步熔化。当脱磷渣中FeO含量较高时，铁氧化物会与硅酸钙反应生成铁酸钙等低熔点渣相，促进石灰化渣，提高脱磷效率。另外较高的FeO含量也能降低脱磷渣的粘度，使中间排渣过程中脱磷渣能够顺利排出。因此为了实现较高的铁水脱磷率和排渣顺畅，控制脱磷渣中FeO含量下限为10%。但是当脱磷渣中FeO含量过高时，表明铁水被过量氧化，或加入的氧化铁辅料过多，金属Fe作为有价金属被大量消耗于铁氧化物中，会导致铁的收得率降低，增加生产成本。另外，较高的FeO含量促进了铁水中C的氧化，从而容易使渣中含有大量的CO气泡，脱磷渣发泡严重，脱磷渣溢出转炉。因此，脱磷渣中FeO含量不宜过高，控制其上限为32%。
MnO，一部分由铁水中含有的锰元素氧化得到，另一部分来自于循环利用的脱碳渣，主要起到调节炉渣氧化性的作用，根据铁水中Mn含量，脱磷渣中MnO波动较小，一般控制在3~12%。
MgO，一部分来自加入转炉的轻烧白云石，轻烧白云石起到固化脱碳渣的作用，避免在兑铁水的过程中发生铁水的喷溅。另一部分来自转炉内壁的含镁耐火材料，转炉强吹氧的生产环境使得铁水与熔渣剧烈翻滚，侵蚀转炉炉壁，部分含镁耐火材料脱落进入渣中。脱磷渣中MgO含量过低，说明在溅渣护炉时加入的用于固化脱碳渣的轻烧白云石量不足，在前一炉次脱碳渣全留的情况下可能导致脱碳渣固化不完全，在兑铁水时容易导致铁水喷溅，造成安全隐患，因此，控制MgO含量的下限为5%。但是过量的MgO会导致炉渣粘度过高，为保证中间排渣过程中脱磷渣的顺利排出，控制MgO含量的上限为10%。
同时，定义三个关系式，分别为：
R=CaO/SiO2，M=(FeO+MnO)/(CaO+MgO)，N=R/M =(CaO/SiO2)/((FeO+MnO)/(CaO+MgO))。
定义R，为CaO/SiO2的比值，是脱磷渣的二元碱度，主要反映脱磷渣的脱磷能力。当R值过小时，脱磷渣的富磷能力急剧下降，没有足够的CaO与P2O5结合起到脱磷的作用。当R值过大时，脱磷渣虽然具备较强的脱磷能力，但是脱磷渣粘度较大，流动性差，中间排渣过程难以将脱磷渣倒出，或需要较长的时间才能倒出，影响生产效率。
定义M，为 (FeO+MnO)/(CaO+MgO)的比值，脱磷渣中FeO与MnO含量之和反映了脱磷渣的氧化性，直接与脱磷渣的发泡性能相关，而CaO和MgO则是增加脱磷渣粘度的重要成分。当M值过小时，渣中FeO与MnO的含量较低，CaO与MgO的含量较高，脱磷渣粘稠，无法顺利排渣，且石灰化渣困难。当M值过大时，渣中FeO与MnO的含量较高，CaO与MgO的含量较低，脱磷渣的粘度低，能顺利排渣，但容易导致脱磷渣发泡过度，溢出转炉。
定义N，为R/M= (CaO/SiO2)/((FeO+MnO)/(CaO+MgO))的比值，其中CaO/SiO2为二元碱度，反映脱磷渣的富磷能力，而(FeO+MnO)/(CaO+MgO)反映脱磷渣的流动性。两者之比(CaO/SiO2)/((FeO+MnO)/(CaO+MgO))则可以更加综合全面地反映脱磷渣在富磷能力和流动性之间的平衡。当N值过大时，脱磷渣的富磷能力优异，但流动性较差无法顺利排渣。当N值过小时，脱磷渣流动性优异，能顺利排渣，但脱磷渣的富磷能力降低，脱磷期终点的铁水脱磷率较低。
本发明通过大量的实验研究发现，在双渣法转炉炼钢工艺中，脱磷期终点不同温度下，比值R、M、N需要满足不同的条件。
在脱磷期终点温度T较低，为1300~1350℃时，在热力学上有利于脱磷反应的进行，加入较少的石灰就可以达到较好的脱磷效果，此时脱磷渣中的CaO可以处在较低的含量，但是低温会导致脱磷渣流动性不佳，此时需要增加脱磷渣中的FeO含量来降低脱磷渣的粘度，以保证中间排渣的顺利进行。因此R值较低，M值较高，N值较低。
随着脱磷期终点温度的增加，高温不利于脱磷反应的进行，此时需要提高脱磷渣中的CaO含量，同时脱磷渣粘度随着温度的上升而降低，因此脱磷渣中的FeO含量较低脱磷渣也具有优异的流动性。因此设定不同的脱磷期终点温度区间，随着温度的上升，R值增加，M值减小，N值增加。
经过大量的双渣法转炉炼钢工业实验总结具体如下：
（1）脱磷期终点温度T在1300~1350℃之间，所述脱磷终渣成分还需满足下列关系：
1.3≤R≤2.1，0.7≤M≤1.0，1.5≤N≤2.1；
（2）脱磷期终点温度：1350℃＜T≤1400℃，所述脱磷终渣成分还需满足下列关系：
1.5≤R≤2.3，0.6≤M≤0.9，2.0≤N≤2.8；
（3）脱磷期终点温度：1400℃＜T≤1450℃，所述脱磷终渣成分还需满足下列关系：
1.7≤R≤2.5，0.5≤M≤0.8，2.5≤N≤3.5；
本发明还提供一种不同温度下双渣法转炉炼钢的脱磷方法，前一炉转炉脱碳终点出钢后，将100%脱碳渣全部留渣用于下一炉脱磷，加入轻烧白云石作为液渣固化剂后进行溅渣护炉，并加入石灰调整脱磷渣碱度，然后先加入废钢，再兑入铁水；在脱磷期进行脱硅脱磷操作，倒出脱磷渣后，接着在同一转炉中，在脱碳期进行脱碳操作，然后将100%脱碳渣留渣再用于下一炉脱磷，由此循环再进行脱硅脱磷和脱碳操作；
所述脱磷期终点的脱磷渣成分重量百分比为：CaO： 30~40%，SiO2：15~30%，FeO：10~32%，MnO：3~12%，MgO：5~10%，其余为不可避免的杂质；其中FeO含量包含铁氧化物FeO和Fe2O3，并将其中的Fe2O3含量转换为对应的FeO含量；
（1）脱磷期终点温度T在1300~1350℃之间，所述脱磷终渣成分还需满足下列关系：
1.3≤R≤2.1，0.7≤M≤1.0，1.5≤N≤2.1；
（2）脱磷期终点温度：1350℃＜T≤1400℃，所述脱磷终渣成分还需满足下列关系：
1.5≤R≤2.3，0.6≤M≤0.9，2.0≤N≤2.8；
（3）脱磷期终点温度：1400℃＜T≤1450℃，所述脱磷终渣成分还需满足下列关系：
1.7≤R≤2.5，0.5≤M≤0.8，2.5≤N≤3.5；
其中，R=CaO/SiO2；M=(FeO+MnO)/(CaO+MgO)；N=R/M。
优选的，所述轻烧白云石的加入量为5~10 kg/吨钢。
优选的，所述石灰的加入量为5~20 kg/吨钢。
优选的，在脱磷期，降下氧枪开始高枪位吹氧，脱磷阶段的吹炼时间为3~10 min，顶吹供氧强度为1.5~3.5 m3/(t·min)；吹炼期间加入氧化铁辅料，加入量为6~12 kg/吨钢；脱磷期的吹炼结束前，将氧枪调整为低枪位，提高顶吹供氧强度至2.0~4.0 m3/(t·min)；完成吹炼后提起氧枪，倾斜转炉，倒出脱磷渣至渣罐中。
优选的，所述氧化铁辅料为烧结矿、返矿、OG压球或主要成分为铁氧化物的辅料。
优选的，脱磷渣成分中P2O5的含量较高，其含量大于3%。
本发明脱磷期铁水脱磷率提高到50%以上，脱磷期终点倒渣率达到50%以上。
在本发明所述的脱磷方法中：
将前一炉100%的液态脱碳渣全部留在炉内作为下一炉次的脱磷剂，加入轻烧白云石5~10 kg/吨钢，进行溅渣护炉操作，确保脱碳渣充分固化。轻烧白云石加入量小于5 kg/吨钢时，可能导致脱碳渣固化不完全，在兑铁水时容易导致铁水喷溅，造成安全隐患，同时脱磷渣中MgO含量与饱和浓度相差较远，侵蚀炉衬。轻烧白云石加入量大于10 kg/吨钢时，会导致脱磷渣粘度过高，中间排渣难以进行。然后加入石灰，石灰加入量为5~20 kg/吨钢，再加入废钢、兑入铁水。
在脱磷期，降下氧枪开始高枪位吹氧，脱磷阶段的吹炼时间为3~10 min。高枪位是为了实现前期铁水的脱硅，避免引起剧烈的脱碳反应导致转炉熔池升温过快。当脱磷阶段的吹炼时间小于3分钟时，石灰化渣不充分，铁水中硅、磷竞争反应优先进行脱硅反应，脱磷反应还未开始。当脱磷阶段的吹炼时间大于10分钟时，铁水温度过高，不利于脱磷反应的进行，同时过量的吹氧会使脱磷渣中的FeO含量提高，造成更高的铁损。
高枪位吹氧脱磷阶段顶吹供氧强度为1.5~3.5 m3/(t·min)；吹炼期间加入氧化铁辅料，加入量为6~12 kg/吨钢，氧化铁辅料可以是烧结矿、返矿、OG压球等主要成分为铁氧化物的辅料；脱磷期的吹炼结束前，将氧枪调整为低枪位，提高顶吹供氧强度至2.0~4.0m3/(t·min)，此时的低枪位同时增加顶吹供氧强度是为了提高熔池内的传质，促进脱磷反应的进行；完成吹炼后提起氧枪，倾斜转炉，脱磷渣尽可能多的倒出至渣罐中。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
传统的脱磷渣仅仅考虑二元碱度的控制，很难同时满足较高的脱磷率和倒渣率。
本发明采取的脱磷渣成分设计，通过对脱磷渣中各种化学成分的控制，根据脱磷期终点的不同温度，在引入R=CaO/SiO2代表脱磷渣的二元碱度、反映脱磷渣的脱磷能力的基础上，进一步引入了M=(FeO+MnO)/(CaO+MgO)值，控制脱磷渣的发泡性能和粘度，使脱磷渣能顺利排渣，并同时控制N=R/M的比值，更加综合全面地反映脱磷渣在富磷能力和流动性之间的平衡。本发明根据不同的脱磷期终点温度，综合控制R值、M值和N值，使脱磷期终点脱磷渣的富磷能力优异，脱磷渣成分中P2O5的含量较高，其含量大于3%；脱磷期脱磷率较高，铁水脱磷率达到50%以上；同时，脱磷渣流动性优异，倒渣率达到50%以上。
本发明脱磷方法中通过控制脱磷过程中的轻烧白云石、石灰、氧化铁辅料的加入量，以及吹炼时间和顶吹供氧强度，根据脱磷期终点不同温度范围，分别控制脱磷期终点的脱磷渣成分满足不同的控制，实现不同温度下双渣法转炉炼钢脱磷期脱磷率高和脱磷渣排渣顺畅的要求。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明。
本发明实施例及对比例的工艺控制参数参见表1。表2所示为本发明实施例及对比例脱磷渣成分及倒渣率。
本发明实施例操作步骤如下：
将前一炉100%的液态脱碳渣全部留在炉内作为下一炉次的脱磷剂，加入轻烧白云石5~10 kg/吨钢，进行溅渣护炉操作，确保脱碳渣充分固化，然后加入石灰调整碱度，石灰加入量为5~20 kg/吨钢，再加入废钢、兑入铁水；在脱磷期，降下氧枪开始高枪位吹氧，脱磷阶段的吹炼时间为3~10 min，顶吹供氧强度为1.5~3.5 m3/(t·min)；吹炼期间加入氧化铁辅料，加入量为6~12 kg/吨钢，氧化铁辅料可以是烧结矿、返矿、OG压球等主要成分为铁氧化物的辅料；脱磷期的吹炼结束前，将氧枪调整为低枪位，提高顶吹供氧强度至2.0~4.0m3/(t·min)；完成吹炼后提起氧枪，倾斜转炉，脱磷渣尽可能多的倒出至渣罐中。
由表2可知，本发明脱磷期终点脱磷渣的富磷能力优异，脱磷渣成分中P2O5的含量较高，其含量大于3%；脱磷期脱磷率较高，铁水脱磷率达到50%以上；同时，脱磷渣流动性优异，倒渣率达到50%以上。该脱磷渣可以同时满足双渣法转炉炼钢脱磷期脱磷率高和脱磷渣排渣顺畅的要求。
对比例1中，脱磷期终点温度为1376℃，此时对应的N值大于规定的上限2.8，导致脱磷渣粘度过高，脱磷渣流动性一般，倒渣率为29%，中间排渣较难进行。产生的原因见表1，氧化铁加入量低于规定的下限6kg/吨钢，导致脱磷渣中泡沫性不足，粘度较高。
对比例2中，脱磷期终点温度为1432℃，此时对应的R值小于规定的下限1.7，同时N值小于规定的下限2.5，导致脱磷渣中没有足够的CaO用于脱磷，脱磷率较低，仅为35%。这是由于在1400℃以上的高温条件下，需要更高的碱度才能保证较高的铁水脱磷率。
上面通过实施例对本发明进行了进一步说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合或简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不背离本发明的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种不同温度下双渣法转炉炼钢的脱磷方法，其特征是，前一炉转炉脱碳终点出钢后，将100%脱碳渣全部留渣用于下一炉脱磷，加入轻烧白云石作为液渣固化剂后进行溅渣护炉，并加入石灰调整脱磷渣碱度，然后先加入废钢，再兑入铁水；在脱磷期进行脱硅脱磷操作，倒出脱磷渣后，接着在同一转炉中，在脱碳期进行脱碳操作，然后将100%脱碳渣留渣再用于下一炉脱磷，由此循环再进行脱硅脱磷和脱碳操作；
脱磷期终点的脱磷渣成分重量百分比为：CaO：30~40%，SiO2：15~30%，FeO：10~32%，MnO：3~12%，MgO：5~10%，P2O5含量大于3%，其余为不可避免的杂质；其中FeO含量包含铁氧化物FeO和Fe2O3，并将其中的Fe2O3含量转换为对应的FeO含量；
（1）脱磷期终点温度T在1300~1350℃之间，脱磷期终点的脱磷渣成分还需满足下列关系：
1.3≤R≤2.1，0.7≤M≤1.0，1.5≤N≤2.1；
（2）脱磷期终点温度：1350℃＜T≤1400℃，脱磷期终点的脱磷渣成分还需满足下列关系：
1.5≤R≤2.3，0.6≤M≤0.9，2.0≤N≤2.8；
（3）脱磷期终点温度：1400℃＜T≤1450℃，脱磷期终点的脱磷渣成分还需满足下列关系：
1.7≤R≤2.5，0.5≤M≤0.8，2.5≤N≤3.5；
其中，R=CaO/SiO2；M=(FeO+MnO)/(CaO+MgO)；N=R/M。
2.如权利要求1所述不同温度下双渣法转炉炼钢的脱磷方法，其特征是，所述轻烧白云石的加入量为5~10kg/吨钢。
3.如权利要求1所述不同温度下双渣法转炉炼钢的脱磷方法，其特征是，所述石灰的加入量为5~20kg/吨钢。
4.如权利要求1所述不同温度下双渣法转炉炼钢的脱磷方法，其特征是，在脱磷期，降下氧枪开始高枪位吹氧，脱磷阶段的吹炼时间为3~10min，顶吹供氧强度为1.5~3.5m3/(t·min)；吹炼期间加入氧化铁辅料，加入量为6~12kg/吨钢；脱磷期的吹炼结束前，将氧枪调整为低枪位，提高顶吹供氧强度至2.0~4.0m3/(t·min)；完成吹炼后提起氧枪，倾斜转炉，倒出脱磷渣至渣罐中。
5.如权利要求4所述不同温度下双渣法转炉炼钢的脱磷方法，其特征是，所述氧化铁辅料为烧结矿、返矿、OG压球或主要成分为铁氧化物的辅料。
6.如权利要求1~5中任一项所述不同温度下双渣法转炉炼钢的脱磷方法，其特征是，脱磷期铁水脱磷率提高到50%以上，脱磷期终点倒渣率达到50%以上。
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