一种转炉冶炼中、高磷铁水的方法
【专利摘要】一种转炉冶炼中、高磷铁水的方法，属于炼钢【技术领域】。把转炉冶炼分为铁水脱硅、脱磷、少渣冶炼脱碳期。铁水脱硅、脱磷的预处理期目标是[C]=2.9～3.8%，T=1330～1400℃，脱磷率为70～95%；少渣冶炼脱碳期目标是[C]=0.03～0.5%，T=1550～1720℃。集中在铁水脱硅、脱磷预处理期，处理后的铁水脱磷率达到70～95%。采用向熔池喷入石灰粉，使石灰与钢水充分接触，促进渣钢间的脱磷反应；用不同比例的氧气/氮气混合气体，对熔池进行混合喷吹，避免用纯氧顶吹可能造成的熔池温度提升过快；采用大气量转炉熔池搅拌工艺，进一步提高转炉吹炼前期熔池的搅拌效果；选择合适倒渣时机中间倒渣。吹炼结束后适时采用留渣操作，通过上述的措施，可保证冶炼中高磷铁水的总脱磷率在90%以上。
【专利说明】一种转炉冶炼中、高磷铁水的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于炼钢【技术领域】，特别是涉及一种转炉冶炼中、高磷铁水的方法，能够满足成品钢水磷含量的要求。
【背景技术】
[0002]为满足转炉低成本生产洁净钢的要求，人们对钢铁生产流程进行系统解析。有将复杂的炼钢过程划分为铁水脱硫预处理、转炉前期脱硅、脱磷、中间倒渣、少渣脱碳升温、控制吹炼终点命中率及出钢操作、溅渣护炉、留渣操作等若干工艺步骤的发展趋势，旨在保证钢水洁净度提高的前提下，进一步降低冶炼过程各种原料的消耗量，减少渣量，降低生产成本。
[0003]目前常规转炉炼钢在正常冶炼周期内的脱磷率可以接近90%，对于一般冶炼钢种，只要转炉出钢时钢水磷含量能控制在0.015%以下即可，这意味着炼钢转炉能接受的铁水(或含铁原料)的磷含量须低于0.15%。如果进入转炉的铁水(或含铁原料)的磷含量超过
0.15%，则要求转炉冶炼过程必须具备进一步提高脱磷率的能力，否则，不能满足生产合格质量钢水的要求。如果通过相关技术集成，在满足现有转炉正常生产节奏稳定运行的前提下，能将转炉冶炼过程的脱磷率进一步大幅度提高(如脱磷率大于97%)，意味着炼钢转炉可以接受中、高磷含量的铁水(或含铁原料)炼钢，高炉可以接受磷含量较高的低品质原料，从而降低全流程的生产成本。但目前绝大多数转炉暂不具备进一步大幅度提高脱磷率的能力。
[0004]根据上述思路，将现有转炉炼钢过程解析为前期脱硅、脱磷、中间倒渣、脱碳升温和控制吹炼终点命中率及出钢操作等若干工艺步骤，把各种有利于转炉前期脱硅、脱磷的技术集成应用在转炉炼钢过程中，使转炉炼钢过程具备进一步大幅度提高脱磷率的能力，能接受磷含量较高的铁水(或含铁原料)。对于转炉脱磷来说，要进一步大幅度提高转炉炼钢的脱磷率，转炉吹炼前期熔池温度和造渣过程的合理控制至关重要，也要具备特殊的动力学条件，保证炉渣与金属液之间最佳的脱磷化学势得到充分发挥。如果吹炼前期熔池温度或成渣过程的控制不合理或不稳定，转炉冶炼也不具备特殊的动力学条件，整个吹炼过程的脱磷率很难进一步大幅度提升。
[0005]转炉正常吹炼过程中，在废钢比和冷料(铁矿石、返矿等)基本不变的前提下，转炉控制熔池温度的方法多采用低氧压、小供氧流量并配合枪位调节的“软吹”操作，此操作原理是适当弱化氧气流股对熔池的冲击作用，抑制氧气直接氧化熔池中各种发热元素(铁、碳、硅、锰、磷等)的氧化放热过程。由于一般转炉采用的氧枪兼用炼钢和溅渣用，设计的流量较大，采用低压、小流 量操作会造成氧枪实际操作参数偏离氧枪喷头正常设计值较多，可能对氧枪寿命有影响，同时，这种“软吹”操作会显著降低高速气体流股对液体熔池搅拌效果，弱化前期所需要的反应动力学条件。而前期脱硅、脱磷吹炼期，这个动力学条件又是脱磷反应充分发生的重要条件之一，这是目前转炉炼钢前期吹炼控制所面临的主要矛盾之一，即温度控制与熔池搅拌不协调，由此造成转炉吹炼前期最有利的脱磷时机内所能获得的脱磷率较低，也不稳定，因此，不能接受中、高磷铁水(或含铁原料含磷量0.2-1.6%)炼钢。本发明要针对这一矛盾提出解决思路。从已有的研究成果看，辽宁天和科技股份有限公司(专利:一种高磷铁水脱磷工艺)提出的高磷铁水的处理方法采用的手段较少，仅靠加入脱磷剂的方法很难达到预期的脱磷效果；对于转炉熔池控制的方法过于单一、脱磷效果不太理想，北京科技大学(专利:一种喷吹CO2气体控制转炉炼钢熔池温度的方法，申请号:CN200910088822.9);首钢总公司(专利:转炉頂吹氧枪混吹氧气与氮气的低磷钢冶炼方法，申请号:CN201310059482.3)，而武汉钢铁集团(专利:用石灰石对转炉渣进行冷却的转炉吹炼脱磷，申请号:CN201110080049.9)提出转炉吹炼末期加入石灰石进行熔池温度控制的措施。以上措施过于单一，不能满足转炉在吹炼过程中大幅度提高脱磷率的要求，因此，转炉仍不能接受用中、高磷铁水进行炼钢。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提供一种转炉冶炼中、高磷铁水的方法，复吹转炉具有氧气和氮气在转炉頂部混合吹(氧、氮喷吹比例可调)、頂吹喷吹石灰粉(或石灰石等)、大气量底吹搅拌熔池、成渣路线的优化、留渣操作等功能。本发明将上述多种有利于炼钢脱磷的功能集成应用在复吹转炉上，来实现复吹转炉高效、经济的用中、高磷铁水炼钢。
[0007]本发明把转炉冶炼分为铁水脱硅、脱磷的预处理期和少渣冶炼脱碳期。铁水脱硅、脱磷的预处理期的目标是[C]=2.9~3.8%，T=1330~1400°C，脱磷率为70~95% ;少渣冶炼脱碳期的目标是[C]=0.03~0.5%，T=1550~1720°C。
[0008]开吹时按比例加入造渣材料(包括石灰、石灰石、烧结矿(或球团矿)等)，通过頂吹氧枪吹入氧气，转炉底部由底吹透气元件吹入氮气，采用气量为0.05~0.4Nm3/t.min的底吹搅拌模式，吹炼前期通过顶枪向熔池喷入石灰粉或石灰石粉，以喷粉流量为50~400kg/min形成脱磷渣；根据熔池的温度的情况，通过頂吹氧枪向氧枪中混入氮气以控制熔池温度，控制铁水脱硅、脱磷预处理期的熔池温度为1330~1390°C ；
[0009]铁水脱硅、脱磷预处理后倒掉炉渣占总脱磷渣量的比例为65~80% ;之后进入少渣脱碳升温期，重新加入渣料，向熔池再喷入石灰粉或石灰石粉，采用供氧强度为3.5~
5.0NmVt.min供氧脱碳，根据钢种的要求确定钢水成分、温度后出钢；出钢后进行溅渣，留下渣量为总渣料的30~50%做为下一炉的造渣材料；保证冶炼中高磷铁水的总脱磷率在90%以上。
[0010]对中、高磷铁水的脱磷任务主要集中在铁水脱硅、脱磷的预处理期，该处理阶段的脱磷率要达到70~95%。在该处理阶段，入炉铁水的磷含量为0.2~1.6%，根据入炉铁水磷含量的不同确定铁水脱硅、脱磷期的时间，处理后倒掉65~80%的前期高磷负荷的炉渣，之后，向转炉内加入造渣剂(或继续喷吹石灰粉或石灰石粉)重新造新渣，完成脱碳、升温、出钢终点命中的操作。脱硅、脱磷期熔池温度控制在1330~1400°C，炉渣碱度不小于2。为了达到上述脱磷率的控制指标，将顶吹氧枪混喷氧气和氮气的技术集成应用在本技术中，利用不同比例的氧气/氮气混合气体，在不降低氧枪对熔池气体搅拌强度的前提下，对熔池进行混合喷吹。由于用一定比例的氮气参与熔池搅拌，既保证了熔池具备较好的搅拌动力学条件，又可以避免用纯氧顶吹可能造成的熔池温度提升过快；将氧枪顶吹石灰粉(或石灰石粉)技术集成应用于转炉上，利用石灰粉(或石灰石粉)进入炉渣后能快速熔化并与炉渣融合的现象，大幅度提高炉渣对五氧化二磷的吸附能力，有效提高转炉吹炼过程的脱磷率；将转炉强底吹搅拌技术集成应用在转炉上，转炉底吹气体强度由传统炼钢的
0.03-0.08Nm3/t.min提高到0.05-0.4Nm3/t.min,进一步提高转炉吹炼前期熔池的搅拌效果，为提高转炉脱磷率奠定基础；将转炉吹炼过程中选择合适倒渣时机进行中间倒渣、再进行脱碳、升温的炼钢技术集成应用在转炉上；将转炉炼钢留渣操作技术集成应用在本发明的炼钢方法中，利用脱碳炼钢炉渣中存在的有效氧化钙、氧化铁和氧化镁等物质和热态炉洛的热量，作为下一冶炼炉次吹炼前期的化洛剂，满足下一冶炼炉次吹炼前期提前化洛、成渣和减少造渣原料消耗的要求(其中铁水磷含量大于1.0%的炉次不采用留渣操作);如此将复吹转炉前期吹炼脱磷率进一步大幅度提高的同时，再与脱碳、升温的炼钢技术以及留渣操作和脱碳炉渣热循环等技术有效结合，从而满足转炉冶炼过程综合脱磷率大幅度提高的要求。
[0011]本发明的原理是根据熔池的脱磷反应主要发生在吹炼前期脱硅后铁水中磷与熔池中氧大量结合后生成五氧化二磷，之后与炉渣中的氧化钙结合成磷酸钙进入炉渣中。从热力学上看，此时熔池的温度较低(1400°c左右)，炉渣的碱度适中(R=2.0)，炉渣(TFe)含量也在10%左右，此时的热力学条件非常适合铁水脱磷，这时需要维持这种热力学条件，再借助良好的动力学条件(氧氮顶部混喷与强底吹搅拌相结合)，使转炉熔池的脱磷反应更加充分。
[0012]本发明采用頂吹氧气混氮气、頂吹喷粉及底吹大流量搅拌的方法相结合，主要理由是:
[0013](I)采用氮气与氧气混合吹炼进行脱磷预处理，可有效维持顶吹气体流股对熔池搅拌强度的贡献率，并抑制传统利用顶吹氧气流股活跃熔池搅拌时可能带来的熔池温度的快速提升，破坏熔池高效脱磷的热力学环境，同时氧气与氮气的比例可调，因此，熔池温度与化渣过程可合理控制；
[0014](2)造渣材料以喷粉的形式随着高速气流状态进入转炉熔池，粉状造渣材料会与熔池铁水充分接触，从而实现炼钢过程`快速化渣，为熔池炼钢界面的脱磷反应创造了良好的热力学和动力学条件，使铁水与脱磷期的脱磷反应更加充分；
[0015](3)采用大气量的底吹搅拌强度会使熔池搅拌充分，使钢渣间的脱磷反应更易接近反应平衡。
[0016]在本发明中充分利用以上方法的优势，并使他们相互配合，能够得到更好的效果。发明的优点
[0017]与其他方法相比本发明具有如下优点:
[0018](I)采用本发明的方法可处理铁水含量为0.2~1.6%的中高磷铁水，满足正常生产的要求；
[0019](2)采用本发明的方法可使复吹转炉用中、高磷铁水炼钢的脱磷率超过97% ；
[0020](3)可充分利用转炉熔池的热力学和动力学条件，促进渣-钢反应的充分进行，在保证铁水脱磷的条件下，降低了钢水中和炉渣的氧化性，提高了钢水的收得率和降低造渣材料的用量。
【具体实施方式】[0021]以500kg级转炉热模拟炉3炉试验为例来说明通过采用頂吹氧氮混合、喷吹石灰粉、底吹大气量搅拌及使用上一炉留渣等方法来冶炼铁水磷含量大于0.2%的中高磷铁水。
[0022]实施例1
[0023]在500kg级转炉热模拟试验炉，装入生铁200kg，磷铁1.6kg，感应加热升温到1350°C，取初始铁样，[C]=4.3%，[Si]=。.5，[P]=0.25%。吹炼开始，降氧枪，頂吹氧气强度为
1.6Nm3/t.min,加入造洛材料石灰8kg,萤石Ikg,底吹氮气强度为0.3Nm3/t.min。吹炼3min后通过喷枪向熔池喷入石灰粉和铁精粉混合粉剂，用氧气作为载气，总吹入粉剂量为5kg，载气氧的流量为10Nm3/h，喷吹3min后。吹炼7~8min时，向顶枪中混入20%的氮气，以控制熔池的温度。取钢样和测温，[C]=3.5%，[P]=0.025%，T=1360°C，脱磷率为90%。前期预处理脱磷后捞出炉渣。之后进行少渣炼钢脱碳，降氧枪，頂吹氧气强度为3.0NmVt.min，加入石灰2kg，萤石0.5kg，通过喷枪向熔池喷入石灰粉2kg，底吹氮气强度为0.2Nm3/t.min。吹炼IOmin后取钢样、测温，[C]=0.08%, [P]=0.012%, T=1660°C，总脱磷率为95%，达到了预期的脱磷效果。炼钢后的少渣脱碳期的炉渣备用作为下一炉的造渣材料使用。
[0024]实施例2
[0025]在500kg级转炉热模拟试验炉，装入生铁200kg，磷铁3.0kg,感应加热升温到1400°C，取初始铁样，[C]=4.8%，[Si]=0.4, [P]=0.52%。吹炼开始，降氧枪，頂吹氧气强度为2.0NmVt.min，加入造渣材料石灰10kg，萤石2kg及上一炉的终点炉渣5kg，底吹氮气强度为0.4Nm3/t.min。吹炼4min后通过喷枪向熔池喷入石灰粉和铁精粉混合粉剂，用氧气作为载气，总吹入粉剂量为7kg，载气氧的流量为10Nm3/h，喷吹4min后。吹炼9~IOmin时，向顶枪中混入10%的氮气，以控制熔池的温度。取钢样和测温，[C]=3.4%，[P]=0.046%,T=1380°C，脱磷率为91%。前期预处理脱磷后捞出炉渣。之后进行少渣炼钢脱碳，降氧枪，頂吹氧气强度为3.4Nm3/t.min,加入石灰2kg，萤石0.5kg，通过喷枪向熔池喷入石灰粉4kg，底吹氮气强度为0.25Nm3/t.min。吹炼Ilmin后取钢样、测温，[C]=0.06%, [P]=0.020%,T=1680°C，总脱磷率为96%，达到了预期的脱磷效果。炼钢后的少渣脱碳期的炉渣备用作为下一炉的造渣材料使用。
[0026]实施例3
[0027]在500kg级转炉热模拟试验炉，装入生铁200kg,磷铁6.0kg,感应加热升温到1400°C，取初始铁样，[C]=4.9%, [Si]=0.8, [P]=1.02%。吹炼开始，降氧枪，頂吹氧气强度为
2.5Nm3/t.min，加入造渣材料石灰12kg，上一炉的终点炉渣6kg，萤石2kg，底吹氮气强度为
0.35Nm3/t.min。吹炼5min后通过喷枪向熔池喷入石灰粉和铁精粉混合粉剂，用氧气作为载气，总吹入粉剂量为10kg，载气氧的流量为10Nm3/h，喷吹5min后。吹炼13~15min时，向顶枪中混入10%的氮气，以控制熔池的温度。取钢样和测温，[C]=3.7%，[P]=0.08%，T=1360°C，脱磷率为92%。前期预处理脱磷后捞出炉渣。之后进行少渣炼钢脱碳，降氧枪，頂吹氧气强度为3.5Nm3/t.min,加入石灰4kg，萤石0.8kg，通过喷枪向熔池喷入石灰粉5kg，底吹氮气强度为 0.3Nm3/t.min。吹炼 15min 后取钢样、测温，[C]=0.06%, [P]=0.022%, T=1650°C，总脱磷率为98%，达到了预期的脱磷效果。
【权利要求】
1.一种转炉处理中高磷铁水的方法，其特征在于:把转炉冶炼分为铁水脱硅、脱磷的预处理期和少渣冶炼脱碳期；铁水脱硅、脱磷的预处理期的目标是[C]=2.9~3.8%，T=1330~1400 °C，脱磷率为70~95% ;少渣冶炼脱碳期的目标是[C] =0.03~0.5%，T=1550 ~1720°C。 开吹时按比例加入造渣材料，通过頂吹氧枪吹入氧气，转炉底部由底吹透气元件吹入氮气，采用气量为0.05~0.4Nm3/t.min的底吹搅拌模式，吹炼前期通过顶枪向熔池喷入石灰粉或石灰石粉，以喷粉流量为50~400kg/min形成脱磷渣；通过頂吹氧枪向氧枪中混入氮气以控制熔池温度，控制铁水脱硅、脱磷预处理期的熔池温度为1330~1390°C ； 铁水脱硅、脱磷预处理后倒掉炉渣占总脱磷渣量的比例为65~80% ;之后进入少渣脱碳升温期，重新加入渣料，向熔池再喷入石灰粉或石灰石粉，采用供氧强度为3.5~5.0Nm3/t.min供氧脱碳，根据钢种的要求确定钢水成分、温度后出钢；出钢后进行溅渣，留下渣量为总渣料的30~50%做为下一炉的造渣材料；保证冶炼中高磷铁水的总脱磷率在90%以上。
2.根据权利I所述的方法，其特征在于，所述的中高磷铁水中重量百分含量，S1:0.1~2.0%, Mn:0.1 ~2.0%, P:0.2 ~1.6%，温度为:1250 ~1400。。。
3.根据权利I所述的方法，其特征在于，所述的造渣材料包括石灰、石灰石、烧结矿、或球团矿；加入量是根据铁水脱硅、脱磷预处理渣碱度为2.0，炉渣MgO含量为8~10%，炉渣TFe为5~10%计算得到的。
4.根据权利I所述的方法，其特征在于，在保证頂吹供气强度不降低的条件下，在頂吹氧气中混入氮气，其体积比例为:氧气50~90%，氮气10~50%。
5.根据权利I所述的方法，其特征在于，所述的頂吹氧枪喷吹氧气和颗粒状粉剂，粉剂包括石灰粉、石灰石粉、铁精矿粉，喷粉流量为50~400kg/min，粉剂粒度为0.02~0.12mm0
6.根据权利I所述的方法，其特征在于，当铁水磷含量大于1.0%的炉次不做留渣操作。
【文档编号】C21C7/068GK103773919SQ201410054907
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2014年2月18日 优先权日:2014年2月18日
【发明者】曾加庆, 吴伟, 杨利彬, 佟溥翘, 陈峨 申请人:钢铁研究总院