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本发明属于钢铁冶金领域，涉及转炉炼钢生产工艺。本发明所述的一种转炉炼钢方法，采用顶底复合吹炼工艺，以铁水和固体铁料为原料，铁水和固体铁料的重量百分比为：铁水85％－95％，固体铁料5－15％。铁水脱硅、脱磷和脱碳的三脱预处理和脱碳精炼同在一转炉内进行，即前期为铁水预处理期，后期为脱碳精炼期，预处理结束时，进行倒炉排渣，倒掉1/2—2/3的初期，随即进入脱碳精炼期。预处理期开吹时加入脱磷剂，采用顶底复合吹炼，顶吹采用变流量供氧，中后期采用弱供氧；脱碳精炼期加入石灰，重新造渣，并采用大供氧量顶底复合吹炼，直至炼钢终点。采用本发明，在不延长转炉作业周期的前提下，转炉的脱磷率达90％，脱硫率60％。

Description

一种转炉炼钢方法
技术领域
本发明属于钢铁冶金领域，涉及转炉炼钢生产工艺。适用于各种转炉进行铁水脱硅、脱磷和脱碳的三脱预处理和脱碳精炼。
背景技术
磷是钢中有害杂质，容易在晶界偏析，造成钢材“冷脆”，显著降低钢材的低温冲击韧性。一般随钢中碳、氮、氧含量的增加，磷的这种有害作用增强。另外，磷在铸坯中偏析度很大，更突出了其有害作用。随着用户对钢材质量要求的提高，钢中磷含量的要求也越来越严格，要求尽量降低磷含量。因此降低钢中磷含量成了提高钢材质量的一项重要措施。
炼钢脱磷通常采用氧化法工艺。由于转炉终点温度高，不利于脱磷；出钢时又往往会造成回磷。因此，利用传统转炉炼钢工艺稳定生产[P]≤0.015％的低磷钢，是很困难的。
采用将运送铁水的鱼雷罐车和铁水罐作为精炼容器的铁水预处理工艺，为大量生产高纯净钢奠定了基础。然而，因从高炉出铁至转炉出钢的时间长，温降大，铁水预处理中产生大量泡沫等问题限制了操作。从转炉冶炼热平衡条件而言，转炉冶炼热量来自铁水带入的显热及化学热。当采用铁水脱硅、脱磷工艺时，由于化学元素的烧损及加入大量脱磷剂致使铁水化学热及铁水温度降低，因此兑入转炉的铁水温度偏低。以君律厂为例，铁水脱磷前后温降一般均＞100℃。铁水脱磷后至兑入转炉时还需下降30℃左右，因此兑入转炉的铁水温度仅为1240℃，从而给转炉吹炼带来诸多困难。由于热量不足，使转炉炉料中废钢比大幅度降低，同时往往造成吹炼中渣铁粘附氧枪，尤其当冶炼高碳钢时更会感到热量不足，甚至有时需要外供热源，如喷吹时加入焦炭，以弥补转炉吹炼热量不足的问题。
传统的铁水脱硅、脱磷和脱硫“三脱”预处理工艺方法是在两座转炉内分别进行铁水“三脱”预处理和转炉精炼。如日本NKK福山厂采用经过脱硫的铁水经专用脱磷转炉的方式进行脱磷，再重新兑入另一座转炉进行脱碳精炼，为此增加了调度的难度，同样造成了温度的损失。致使炼钢效率低、能耗大、成本高(神户制钢技报.38(1)：9；铁と钢，1990，(11)：1817)。
发明内容
本发明的目的在于提供一种效率高、能耗少、成本低的，且在同一转炉内既能进行铁水“三脱”预处理又能进行脱碳精炼的转炉炼钢方法。
本发明所述的一种转炉炼钢方法，采用顶底复合吹炼工艺，以铁水和固体铁料为原料，铁水和固体铁料的重量百分比为：铁水85％-95％，固体铁料5-15％。铁水脱硅、脱磷和脱硫的三脱预处理和脱碳精炼在同一转炉内分期进行，即前期为铁水预处理期，后期为脱碳精炼期；预处理结束时，进行倒炉倒渣，倒掉1/2-2/3的初期，随即进入脱碳精炼期。
铁水三脱预处理期的工艺为：
(1)开吹时加入脱磷剂，其加入量为10-20kg/t.铁水，脱磷剂的化学成分，按重量百分比为：CaO40-70％，铁氧化物15-45％，CaF2 15-20％，铁氧化物可为轧钢铁皮或转炉烟尘。
(2)预处理期采用顶底复合吹炼，顶吹采用变流量供氧，初期顶吹供氧強度为2.8-3.5Nm3/t.min，中后期采用弱供氧，供氧強度由2.8Nm3/t.min逐渐降低至0.8Nm3/t.min；
(3)底吹采用氮气强搅拌，初期底吹供氧强度为0.07-0.1Nm3/t.min，中后期逐渐提高至0.15-0.30Nm3/t.min，
(4)预处理结束时，铁水中[C]为3.0-4.0％，[S]、[P]为0.02-0.03％，[Si]为痕迹。
后期脱碳精炼的工艺为：
(1)铁水预处理结束同时进入脱碳精炼期。预处理结束，倒掉1/2-2/3的初期后，随即加入石灰，重新造渣，石灰的加入量为10-15kg/t.铁水，采用少渣冶炼工艺；
(2)采用大供氧量顶底复合吹炼，直至炼钢终点，顶吹供氧強度为3.5-4.5nNm3/t.min，底吹搅拌強度为0.06-0.15Nm3/t.min，底吹气体为氮气或氩气。并根据钢种品质要求及时切换。
对于炼钢过程，脱磷反应为：
                   △G15°＝-204，450+83.55T
G.W.Healy研究了炼钢炉渣成分变化对炉渣脱磷能力的影响。提出了估算磷在渣—钢之间的分配公式： lg ( % P ) [ % P ] = 22350 / T - 16.0 + 0.08 × ( % CaO ) + 2.5 × lg ( % TFe )
根据上式分析，降低处理温度、提高碱度和炉渣氧化性可以提高磷在渣—钢之间的分配比。依据上述原理，本发明中采用转炉顶底复吹工艺，固体铁料装入量按5～15％加入，开吹时加入脱磷剂10～20kg/t，促进熔池尽快形成液态炉渣，2.5min～3min形成初期渣。预处理期顶吹采用变流量供氧工艺，能快速进行铁水脱硅、锰和磷，同时控制熔池温度在1320～1380℃。采用先大、后小的顶部供氧方式，主要目的是为了满足前期快速脱硅和升温化渣的需要。而中、后期减少供氧量，主要在于抑制熔池过多脱C升温，而使熔池温度保持在适合脱P的低温区间；中、后期底部持续的大气量搅拌，意在创造良好的动力学条件，促进钢渣间的充分反应混合，以使脱P反应更接***衡。
采用本发明所述的方法，在不延长转炉作业周期的前提下，转炉的脱磷率达90％，脱硫率60％，脱硅效果能满足各类钢种要求，而且供氧强度达3.5～4.5nm/tmin，
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1)由于本发明的铁水三脱预处理和脱碳精炼同在一个转炉内完成，取消了铁水预处理后的铁水重新兑入转炉，缩短了操作时间，提高了转炉使用效率。
2)减少了由于重新兑铁所产生的铁水温降，节约能源，降低了成本。
3)显著地提高了脱磷率和脱硫率，有利于提高钢种质量。
具体实施方式
根据本发明所述的转炉炼钢方法，在90吨的转炉上冶炼了3炉钢，其原料为高炉铁水和废钢。铁水和废钢的配比、以及铁水成分和温度如表1所示。铁水兑入转炉后，首先进行三脱预处理，开始进行顶底复合吹炼，同时加入脱磷剂，脱磷剂的加入量及脱磷剂的化学成分如表2所示。预处理结束后，倒炉排渣，倒掉1/2--2/3初渣，然后加入石灰，进行脱碳精炼。预处理期和脱碳精炼的顶底复合吹炼制度及石灰加入量列入表3中。脱碳精炼结束后，挡渣出钢，所得钢种的化学成分和出钢温度列于表4中。
              表1实施例原料配比及铁水参数
炉号     原料配比(wt％)   铁水温度(℃)                      铁水成份(wt％)
  铁水   固体铁料    C    Si    Mn     P     S   Fe
    1     93     废钢7     1239  4.3  0.346  0.136  0.073  0.014 余
    2     90     废钢10     1288  4.28  0.395  0.158  0.08  0.016 余
    3     92     废钢8     1265  4.41  0.24  0.75  0.082  0.023 余
      表2实施例预处理期脱磷剂加入量及脱磷剂化学成份
炉号   脱磷剂加入量kg/t.铁水         脱磷剂成分(wt％)
    CaO   铁氧化物     CaF2
    1     11.1     51 氧化铁皮32     17
    2     20.0     42 氧化铁皮39     19
    3     17.7     68 转炉烟尘16     16
         表3实施例顶底复合吹炼供氧制度
炉号       预处理期供氧制度强度(Nm3/t.min)×时间(Sec.)      脱磷精炼期供氧制度强度(Nm3/t.min)×时间(Sec.)  脱碳精炼期石灰加入量kg/t.铁水
     顶吹   底吹      顶吹     底吹
    1     2.0×430     0.06×430     3.0×581  0.06×581     12.0
2     3.0×1501.88×278 0.065×428 3.0×631 0.06×631 11.6
3     3.05×1801.22×530 0.24×710 3.0×760 0.05×760 12.5
           表4实施例冶炼终点钢种化学成分和出钢温度
  炉号                           钢种化学成分(wt％)   出钢温度℃
C Si Mn P S Fe
  1     0.049     0.007     0.0031     0.005  0.016 余   1658
  2     0.052     0.008     0.0029     0.004  0.014 余   1671
  3     0.1     0.01     0.005     0.006  0.020 余   1667

Claims (7)

1一种转炉炼钢方法，采用顶底复合吹炼，以铁水和固体铁料为原料，其特征在于铁水与固体铁料的重量百分比为：铁水85-95％，固体铁料5-15％；铁水脱硅、脱磷和脱碳的三脱预处理和脱碳精炼在同一转炉内分期进行，即前期为铁水预处理期，后期为脱碳精炼期；预处理结束时，进行倒炉排渣，倒掉1/2-2/3的初期，随即进入脱碳精炼期。
2根据权利要求1所述的方法，其特征在于铁水三脱预处理期的工艺为：
(1)开吹时加入脱磷剂，其加入量为10-20kg/t.铁水；
(2)预处理期采用顶底复合吹炼，顶吹采用变流量供氧，初期顶吹供氧強度为2.8-3.5Nm3/t.min，中后期采用弱供氧，供氧強度由2.8Nm3/t.min逐渐降低至0.8Nm3/t.min；
(3)底吹采用氮气强搅拌，初期底吹供氧强度为0.07-0.1Nm3/t.min，中后期逐渐提高至0.15-0.30Nm3/t.min；
(4)预处理结束时，铁水中[C]为3.0-4.0％，[S]、[P]为0.02-0.03％，[Si]为痕迹；
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于后期脱碳精炼的工艺为：
(1)预处理结束时，倒掉1/2-2/3的初渣后，随即加入石灰，重新造渣，石灰的加入量为10-1 5kg/t.铁水；
(2)采用大供氧量顶底复合吹炼，直至炼钢终点，顶吹供氧強度为3.5-4.5Nm3/t.min，底吹搅拌強度为0.06-0.15Nm3/t.min，底吹气体为氮气或氩气。
4.根据权利要求1、2所述的方法，其特征在于脱磷剂的化学成分，按重量百分比为：CaO40-70％，铁氧化物15-45％，CaF2 15-20％，铁氧化物可为轧钢铁皮或转炉烟尘。
5.根据权利要求1、2所述的方法，其特征在于预处理期采用中碱度渣，渣碱度R为2.0-3.0，脱碳精炼期的终渣碱度为3.2-3.7。
6.根据权利要1、2所述的方法，其特征在于预处理期结束时，熔池温度为1320-1380℃。
7.根据权利要求2、3所述的方法，其特征在于冶炼结束，倒渣出钢后，其终渣回收，可供铁水预处理时返回使用。
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