CN1182799A - 铁水预脱磷方法 - Google Patents

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本发明属于生铁精炼领域。主要涉及铁水预脱磷处理,特别是中磷铁水的脱磷预处理。本发明铁水预脱磷在转炉型容器中进行,采用顶吹氧气底吹氮气工艺。脱磷剂采用含成渣,其化学成分包含CaO(或用CaCO3代替),铁氧化物、CaF2。合成渣可采用高温烧结成型或冷固结成型。预脱磷处理可达到如下指标:脱磷率≥85—90%,脱碳量≤0.7%。

Description

铁水预脱磷方法
本发明属于生铁的精炼领域。主要涉及铁水的预脱磷处理。
通常，转炉炼钢采用高炉铁水或化铁炉铁水为原料，这些铁水如果含有较高的磷，则在进入转炉炼钢之前，需要进行铁水脱磷预处理。否则，将会给炼钢操作带来一定的困难。如增加原材料(渣料)消耗，使冶炼时间延长等。对于采用含磷量为0.2-0.6％的中磷铁水炼钢时，一般必须进行预脱磷，以使得进入转炉前的铁水含磷量控制在合适范围，从而减轻转炉冶炼时的脱磷负荷。
目前较为典型的脱磷预处理为铁水罐内的喷粉处理。由于铁水罐的容积有限，并且形状不利于渣-金属之间的充分反应，因而喷粉处理时溢渣严重，温降大，脱磷效果也并非理想。
现有技术中还有在炼钢转炉中采用双渣法对中磷铁水脱磷[《M.Sumita et al.Tetsu-to-Hagane》，Vol.69(1983)，S959；《氧气转炉炼钢顶底复合吹炼技术》第三册，P95-103]。其造渣料通常采用不同的单一渣料。分批加入。这种方法造成冶炼过程中的渣量大，并且渣中氧化铁含量高，过氧化出钢较严重，不仅增加石灰消耗，延长冶炼周期，同时也影响钢水质量，降低炉令。其主要原因是造渣料中石灰含量大，并且石灰熔点高；另外石灰熔化过程中表面易形成高熔点的2CaO.SiO2硬壳，该硬壳在低温条件下不易熔化；阻碍石灰的继续熔解，导致成渣速度慢，脱磷效率降低。
本发明的目的在于提供一种脱磷效果显著的铁水预脱磷方法。
根据试验及理论分析表明，满足铁水脱磷的热力学条件为：(1)迅速形成流动性良好的高碱度渣；(2)铁水中的[P]与渣中CaO、FeO同时接触；(3)处理过程必须保持较低的温度；满足铁水脱磷的动力学条件为：要求炉渣与金属液体始终处于良好的混合状态，即金属熔池与熔渣要被充分混合和搅拌。
根据上述试验和理论分析及发明目的，本发明所述的铁水预脱磷处理方法的技术实施方案如下：
铁水预脱磷处理在具有顶底复合吹炼功能的转炉型容器中进行，采用顶吹氧气和底吹氮气的工艺。
铁水预脱磷处理开始时，首先向熔池内加入脱磷剂，本发明采用的脱磷剂为合成渣，合成渣有两种，即合成渣A和合成渣B。合成渣A的化学成(Wt％)为：CaO 50-70％，铁氧化物15-35％，CaF2 5-15％
合成渣B的化学成分(Wt％)为：CaO 55-70％，铁氧化物15-30％，CaF2 4-10％，Na2CO3 4-9％；
上述成分中，CaO可用CaCO3代替或部分代替；铁氧化物为FeO和Fe2O3，或者FeO、Fe2O3中任一种；铁氧化物可以是轧钢铁皮内含氧化铁≥60％或转炉烟尘。
在实施中，预脱磷处理时，脱磷剂可采用合成渣A或合成渣B中任一种或两种的混合物。合成渣的加入总量依据脱磷处理铁水的含硅量而定，要求处理终渣碱度R≥3.0。而合成渣本身的碱度要求R≥10。合成渣成形方法可采用冷固结成型或高温烧结成型。冷固结成型采用压球机将散料挤压成型；高温烧结成型时高温烧结温度为1180-1240℃。
铁水脱磷预处理，除了开始及随后的七、八分钟之内将脱磷剂分批加入熔池外，还需控制好以下脱磷预处理的工艺参数。即：
顶部供氧强度为0.75-1.20Nm3/min.t；
底部供氮搅拌强度为：0.10-0.60Nm3/min.t；吹炼终点炉渣碱度控制在R≥3.0。熔池温度不宜超过1350℃。
在上述技术方案实施中，合成渣技术的应用，确保了在低温条件下(1300-1350℃)进行铁水脱磷预处理，脱磷剂可以在短时间内迅速被熔化。合成渣本身具有低熔点及良好流动性，以及合成渣内含有的较高CaO及适量的氧化剂FeO、Fe2O3等铁氧化物，促使在金属熔池中，铁水与熔渣界面上快速发生以下脱磷反应：
通过上述技术措施，使之能够达到铁水脱磷的基本要求，这正是本发明区别于其它脱磷方法的显著技术特征。并能达到如下脱磷技术指标：
采用高温烧结的合成渣时：
转炉型容器铁水脱磷率≥85-90％；
铁水处理终点时的脱碳量ΔC≤0.7％；
终渣碱度控制在R≥3.0；
纯处理时间≤18min。
采用冷固结成形的合成渣时：
转炉型容器铁水脱磷率≥85-90％；
铁水处理终点的脱碳量ΔC＝0.5-0.7％；
终渣碱度R≥3.0；
纯处理时间20min。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
(1)借鉴了转炉复合吹炼的成熟技术，使得铁水脱磷过程中所需动力学条件得到充分保证；
(2)采用合成渣技术，妥善解决了低温条件下脱磷处理时石灰基渣的快速熔化问题；
(3)铁水脱磷处理的脱磷效率高，并且脱磷效果稳定，适用于铁水低磷、中磷的脱磷预处理；
(4)脱磷剂的原料来源广泛，价格低廉，可方便大量获取。
实施例1
处理容器为中频感应炉，铁水重量70Kg，采用高温烧结合成渣，渣量5.6Kg，分三批加入。
合成渣的化学成分(Wt％)为：CaO 60％，FeO+Fe2O3 30％，CaF2 10％。
首先将铁水倒入中频感应炉中，通电加热，并控制铁水温度，随即开始顶吹氧气底吹氮气的混合吹炼。并分批加入合成渣。定时测温取样随着吹炼时间的推移，铁水成分不断变化。铁水成分、温度、顶部供氧强度及底吹氮气强度随时间的变化情况如表1所示。
由表1看出，脱磷率ηP＝88％，脱碳量ΔC＝0.59，终渣碱度R＝3.4。
终渣成分(Wt％)为：CaO 37.41％，SiO2 11％，P2O5 6.43％，TFe17.90％，MnO 9.87％。
表1实施例1铁水温度、铁水成分及吹炼参数随吹炼时间的变化
          时间(min)参数 开始吹炼    6    12    15    18    20
铁水温度    ℃   1328   1360   1344   1346   1349   1350
顶吹氧强度Nm3/min.t   1.06   1.06   0.8   0.8   0.8   0.8
底吹氮强度Nm3/min.t   0.18   0.26   0.26   0.26   0.26   0.26
铁水成分(Wt％)     C   4.31   4.11   3.98   3.81   3.72     -
    Si   0.32   0.13   0.02   ＜0.01   ＜0.01   ＜0.01
    P   0.216   0.198   0.077   0.040   0.025   0.015
    Mn   1.03   0.61   0.38   0.33   0.29     -
    S   0.028   0.024   0.020   0.018   0.018   0.017
    Fe   余   余   余   余   余   余
实施例2
处理容器为中频感应炉，铁水重量70Kg，采用冷固结成形的合成渣，渣量6.5Kg。
合成渣的化学成分(Wt％)为：CaCO3 64％，转炉烟尘30％，CaF2 6％。先将铁水倒入中频感应炉中，通电加入，并控制铁水温度，随即开始底吹氮气、顶吹氧气的混合吹炼，同时，将合成渣分批加入炉中，吹炼开始后，定时测定铁水温度和取出铁水试样，并记录混吹参数。表2列入了铁水温度、铁水成分和混吹参数随时间的变化。
预处理结果如下：
铁水脱磷率ηP＝93.2％，
铁水终点脱碳量ΔC＝0.64％，
终渣碱度R＝3.04。
终渣成分(Wt％)为：CaO 44.84％，SiO2 14.75％，∑FeO 25.58％，P2O52.27％，MnO 1.16％。
表2实施例2铁水温度、铁水成分及混吹参数随时间的变化
          时间(min)参数  开始吹炼    5    10    15    20
铁水温度    ℃   1335   1326   1346   1356   1348
顶吹氧强度Nm3/min.t   1.22   1.20   1.00   0.85   0.90
底吹氮强度Nm3/min.t   0.155   0.18   0.18   0.21   0.218
铁水成分(Wt％)     C   4.28   4.24   4.18   3.90   3.64
    Si   0.35   0.20   0.083   0.014   0.01
    P   0.074   0.059   0.042   0.011   0.005
    Fe   余   余   余   余   余
实施例3
处理容器为中频感应炉，铁水重量70Kg，配高温烧结渣，渣量5.7Kg。
高温烧结合成渣的化学成分(Wt％)为：CaO 55％，FeO+Fe2O3 27％，CaF2 9％，Na2CO3 9％
首先将中频感应炉内的生铁料加热熔化，并控制铁水温度在1300-1360℃左右。然后顶吹氧气，底吹氮气同时加入1/3全部渣料(2.0Kg)吹炼过程中将剩余渣料分二-三批加入熔池，间隔一定时间测温、取样。
表3给出处理过程中铁水温度、成份及供气量的变化。
最后的预处理结果如下：
铁水脱磷率ηP＝91.8％，
铁水脱碳量ΔC＝0.37％，
终渣碱度R＝3.3。
终渣化学成分(Wt％)为：CaO 34.49％，SiO2 10.45％，P2O5 8.0％，TFe18.10％，MnO 11.4％。
表3实施例3铁水温度、铁水成分及混吹参数随时间的变化
             时间(min)参数  开始吹炼    5    10    15    20
铁水温度      ℃   1328   1354   1316   1349   1346
顶吹氧强度Nm3/min.t   1.14   1.06   0.87   0.87   0.87
底吹氮强度Nm3/min.t   0.32   0.42   0.60   0.53   0.50
铁水成分(Wt％)     C   4.07   3.91   4.03   4.00   3.70
    Si   0.39   0.14   0.03   ＜0.02   ＜0.01
    Mn   1.06   0.64   0.42   0.33   0.27
    P   0.255   0.166   0.127   0.053   0.021
    S   0.025   0.020   0.018   0.016   0.015
    Fe   余   余   余   余   余

Claims (7)

1、一种铁水预脱磷的方法，以具有顶底复合吹炼功能的转炉型容器为处理容器，采用顶吹氧气和底吹氮气的工艺，其特征在于：
(1)采用合成渣A或合成渣B中任一种为脱磷剂，或两者的混合物；
合成渣A的化学成分(Wt％)为：CaO 50-70％，铁氧化物15-35％，萤石CaF2 5-15％
合成渣B的化学成分(Wt％)为CaO：55-70％，铁氧化物15-30％，萤石CaF2 4-10％，Na2CO3 4-9％；
(2)铁水预脱磷温度范围1300℃-1360℃；
(3)顶部供氧强度：0.75-1.20Nm3/min.t；
(4)底部供氮强度：0.10-0.60Nm3/min.t
(5)预处理铁水含硅量要求[Si]≤0.4％。
2、根据权利要求1所述的方法，其特在于化学成分中的CaO可用CaCO3代替或部分代替。
3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于脱磷剂化学成分中的铁氧化物为FeO和Fe2O3，或者为FeO、Fe2O3中任一种。
4、根据权利要求1和3所述的方法，铁氧化物可以是轧钢铁皮内含氧化铁≥55％或转炉烟尘。
5、根据权利要求1所述的方法，其特征在于预脱磷终点炉渣碱度控制在R≥3。
6、根据权利要求1所述的方法，其特征在于合成渣成形可采用冷固结成型或高温烧结成型中任一种。
7、根据权利要求1和4所述的方法，其特征在于合成渣本身的碱度R≥10。
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