专利名称：一种减少渣量的转炉炼钢法的制作方法
技术领域：
本发明提供了一种减少渣量的转炉炼钢法，属于转炉炼钢技术领域。
背景技术：
对于传统转炉炼钢法，为了保证脱磷效果，往往需要高碱度和大渣量操作，导致钢渣排放量和钢铁料消耗增大，增加了生产成本。许多文献报道了(如[2007中国钢铁年会论文集]，1 (2007)，p. 1-62)传统转炉炼钢法产生的渣量一般在吨钢120 150公斤，按照渣中CaO含量40%推算，渣中CaO重量一般在吨钢48 60公斤。在使用优质石灰(Ca0% = 92)条件下，有文献(例如，[炼钢]，1(2002)，p. 30)报道了石灰吨钢用量依然达到了 30 40公斤，轻烧白云石吨钢用量20公斤。从国家节能减排政策和钢厂自身成本角度考虑，有必要在现有基础上大幅度降低钢渣排放量。日本国专利申请号2007-45040公开了“铁水精炼方法(溶銑精鍊方法)”，该方法基于同一座转炉，先利用CaO和氧气等脱磷，脱磷后炉渣碱度为2. 2 3. 5，T. Fe浓度为 10 30%，温度高于1320度，然后进行倒渣处理，倒渣率大于60%，最后添加锰矿石，进行脱碳处理。通过利用该方法，脱磷过程铁水脱磷率为85 92%，整个过程Mn收率为31. 2 48. 1%。但是，该方法没有阐述终点留渣、利用溅渣固化炉渣并对炉衬加以保护等，也不是以降低渣量为目的。中国专利申请号200710023019. 8公开了“中磷铁水转炉高效脱磷冶炼方法”， 该方法也在脱磷结束后实施倒渣操作，脱磷渣碱度控制在2. 0 3. 0,倒渣温度控制在 1470°C。通过该方法，脱碳终点钢中磷含量能够控制在低于0. 01%,但是该专利没有提供石灰和轻烧白云石消耗量，也不是以降低渣量为目的。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种减少渣量的转炉炼钢法，解决了常规转炉炼钢工艺石灰和轻烧白云石消耗量大的问题，即大幅降低了钢渣生成量，脱碳终点磷含量满足冶炼要求的同时，提高了金属收得率，保证了转炉寿命。本发明的技术解决方案是该工艺流程为循环工艺过程，起点定为溅渣护炉，终点为炉内留渣；由溅渣护炉、炉内液态渣固化、添加废钢、兑入铁水、第一阶段吹炼-脱磷阶段、中间倒渣、第二阶段吹炼-脱碳阶段、出钢和炉内留渣八个阶段组成，具体工艺操作步骤如下利用留在炉内的炉渣进行溅渣护炉，为新循环的开始，溅渣护炉前倒出脱碳渣量占渣量30 50%，溅渣过程使用白云石和轻烧白云石中的至少一种作为调渣剂，对溅渣护炉后残留的脱碳渣进行固化操作，固化剂为石灰，然后加入废钢持续固化残留的脱碳渣；兑入铁水后进行第一阶段吹炼-脱磷阶段，实施氧枪供氧操作，配以底吹；在中间倒渣阶段， 控制脱磷结束后铁水温度、碱度和脱磷渣中的MgO含量以保证倒渣量；在脱碳阶段，保证钢水终点磷含量不大于0. 015%，控制脱碳终渣MgO含量7. 0 16%，保护转炉炉衬和缩短溅渣护炉时间；溅渣护炉时间要求不大于6分钟；溅渣护炉前倒出脱碳渣量占渣量30 40%时，该工艺流程可以循环3次，溅渣护炉前倒出脱碳渣量占渣量40 50%时，该工艺流程可以循环4次；在溅渣护炉后，加入吨钢4 10公斤石灰，然后加入废钢，持续冷却炉底炉渣，使炉内液态渣进一步固化；在脱磷阶段控制供氧强度大于3. 0Nm7t/min，底吹供气强度为0. 048 0. 16Nm3/ t/min ；控制脱磷终点熔池温度在1355 1420°C，脱磷阶段碱度控制在1. 1 2. 5，脱磷渣中MgO含量要求在5. 5 8. 0%，达到脱磷结束后倒渣量为40 70%。本发明利用留在炉内的脱碳渣进行溅渣护炉，在溅渣护炉前观察到所留脱碳渣量过大并且能够引起溅渣护炉时间过长时，可以适当倒出部分炉渣后，倒出量占渣量30 40 %时，该工艺流程可以循环3次，溅渣护炉前倒出脱碳渣量占渣量40 50 %时，该工艺流程可以循环4次。本发明针对出钢后留在炉内的液态渣实施溅渣护炉操作，将炉渣溅在炉壁上，使所留炉渣充分固化，避免了下一炉兑铁时发生喷溅和提高了转炉炉龄。本发明所述的溅渣护炉是在顶底复吹转炉内，出钢后用喷枪高压喷吹氮气冲击炉渣，使炉渣飞散、附着于炉壁上进行溅渣护炉；使用白云石和轻烧白云石中的至少一种作为调渣剂；本发明在溅渣护炉使渣固化的基础上，加入吨钢4 10公斤石灰，然后加入废钢， 持续冷却炉内炉渣，固化效果和安全系数得到保证，兑铁过程中喷溅率为零。铁水重量百分比为90 92%，废钢重量百分比为8 10%。本发明在第一阶段(脱磷阶段)采用大供氧操作，充分搅拌炉渣，促进渣铁界面脱磷反应速度。供氧强度大于3. 0Nm7t/min，底吹供气强度为0. 048 0. 16Nm3/t/min,。本发明第一阶段(脱磷阶段)结束后实施倒渣操作。倒渣量为了达到40 70%， 需满足如下三个条件(1)脱磷终点熔池温度控制在1355 1420度，脱磷过程通过添加铁矿石控制温度；(2)第一阶段渣中MgO含量控制在在5. 5 8. 0%，以保证渣流动性(3)脱磷阶段碱度控制在1. 1 2. 5，碱度根据上一循环所留脱碳渣量和碱度以及本循环铁水硅含量控制。本发明对第二阶段(脱碳阶段)炉渣碱度不做限制，能够满足终点磷含量不大于 0. 015%即可，终渣MgO含量控制在7. 0 16%，出钢结束后炉渣全部留在炉内，渣中所含 FetO和剩余金属铁留在炉内，金属收得率提高。下面阐述本发明适用范围的理由本发明在溅渣护炉阶段对于溅渣枪位和供气强度不做任何限制，只要能够均勻溅在炉壁即可。使用白云石和轻烧白云石中的至少一种作为调渣剂，使用含碳镁球也可，但是会导致炼钢成本增加。对于在某一循环的出钢和留渣阶段，观察到所留渣量过大并且能够引起溅渣护炉时间过长时，可以适当倒出部分脱碳渣后进入下一循环，本发明对这种情况下的倒渣量不做限制，但是根据生产实践结果，倒出量为30 50%即能够满足溅渣护炉要求，也能维持该工艺流程3-4个循环。(1)本发明在溅渣护炉使渣固化的基础上，在兑入铁水前加入吨钢约4 10公斤石灰进一步固化炉渣。根据试验结果，加入量低于吨钢4公斤石灰，渣固化效果不良，需要二次溅渣，影响生产周期。加入量大于吨钢10公斤石灰会增加消耗，也不利于脱磷结束后倒渣。(2)本发明在第一阶段(脱磷阶段)采用大供氧操作。供氧强度低于3. ONmVt/ min会影响渣铁界面生成的五氧化二磷向渣中的传质速度。底吹供气强度低于0. 048Nm3/ t/min，会影响脱磷反应速度和熔池温度均勻性，底吹供气强度大于0. 16Nm3/t/min会导致炉底耐材损害严重。脱磷终点熔池温度低于1355度会影响渣流动性，不利于倒渣，脱磷终点熔池温度高于1420度则会降低脱磷效果和脱碳反应加剧。使用铁矿石控制脱磷过程温度即能够有效地控制温度，同时对比废钢能够提高渣中氧化铁含量，使渣子泡沫化，有利于倒渣。脱磷阶段碱度控制在1. 1 2. 5，过低使脱磷效果不明显，过高使石灰消耗增加。(3)本发明第一阶段(脱磷阶段)结束后实施倒渣操作，倒渣量为40 70%。倒渣量低于40%会导致在脱碳渣全留渣条件下仅能循环2次，需要倒出部分所留脱碳渣，即影响了生产周期，也造成了成本的增加。倒渣量大于70%会导致倒渣时间延长和成本增加。 脱磷渣中MgO含量高于8.0%条件下，渣流动性变差，倒渣量不能满足大于40%。脱磷渣中 MgO含量低于5. 5%条件下，即使倒渣情况良好，但是严重侵蚀炉衬。(4)本发明第二阶段(脱碳阶段)对碱度不做限制，但是根据生成实践结果，本发明终渣碱度即使控制在2. 8 3. 0，依然能够稳定终点磷含量不大于0. 015%。终渣MgO含量小于7. 0%会使炉衬侵蚀严重，高于16%会使化渣困难，导致金属喷溅，终渣MgO含量控制在10. 0 14. 5%效果更好，即能够有效保护炉衬、减少金属喷溅和有利于溅渣护炉。本发明的有益效果(1)适用于已建成钢厂，不必对现有设备和炼钢车间布置做大的改动。(2)铁水脱磷(含脱硅)和脱碳炼钢吹炼在同一转炉进行，在脱磷结束后，倒出部分炉渣，然后进行脱碳吹炼。脱碳结束后采用留渣操作，为了避免下一炉兑铁时发生喷溅和保护转炉炉龄，采用溅渣护炉操作，将炉渣溅在炉壁上。在溅渣后加入石灰作为固化剂，然后加入废钢使液态渣充分固化，工艺安全系数和转炉炉龄提高。(3)采用低温条件下脱磷，脱磷效果更好，脱磷结束后倒出部分脱磷渣，有利于脱碳阶段控制回磷或者继续脱磷。(4)脱磷结束后不倒出铁水，脱碳吹炼阶段热量富裕，能够满足后续精炼过程所需温度。(5)吹炼终点出钢后炉渣全部留在炉内或者少量倒出，渣中所含FeO和金属铁留在炉内，金属收率提高。(6)比较常规转炉炼钢工艺，生产低磷钢时，石灰和轻烧白云石消耗降低40%以上。(7)在脱碳阶段添加足够渣料，能够满足超低磷钢生产的需要。(8)该工艺对废钢种类无限制。对比常规转炉炼钢工艺，在终点磷含量不大于0.015%前提下，石灰消耗降低了 40. 5%，轻烧白云石消耗降低了 76.8%，二者总消耗降低了 55.5%。
图1为本发明一种减少渣量的转炉炼钢法工艺流程图；图2为本发明一种减少渣量的转炉炼钢法溅渣护炉前倒渣量与脱碳结束全留渣循环次数时间的关系图；图3为本发明一种减少渣量的转炉炼钢法第一阶段(脱磷阶段)结束后熔池温度和倒渣量间的关系图；图4为本发明一种减少渣量的转炉炼钢法第一阶段(脱磷阶段)碱度和磷分配比的关系图；图5为本发明一种减少渣量的转炉炼钢法第一阶段(脱磷阶段)结束后倒渣量和渣中MgO含量间的关系图；图6为本发明一种减少渣量的转炉炼钢法工艺过程脱磷率变化图；图7为本发明一种减少渣量的转炉炼钢法工艺终渣MgO含量与溅渣时间的关系图；图8为本发明一种减少渣量的转炉炼钢法工艺转炉炼钢过程磷含量变化图；图9为本发明一种减少渣量的转炉炼钢法工艺石灰和轻烧白云石消耗降低比例图；图10为本发明一种减少渣量的转炉炼钢法工艺出钢量提高比例图。
具体实施例方式实验在210吨顶底复吹转炉中进行，表1为入炉铁水和废钢条件，表2为炼钢辅料条件，表3为吨钢溅渣用料量，表4为炼钢过程参数。本发明的SGRP工艺流程如图1所示，该工艺流程为循环工艺过程，起点定为溅渣护炉，终点为炉内留渣；由溅渣护炉、炉内液态渣固化、添加废钢、兑入铁水、第一阶段吹炼-脱磷阶段、中间倒渣、第二阶段吹炼-脱碳阶段、出钢和炉内留渣八个阶段组成。利用留在炉内的炉渣进行溅渣护炉，为新循环的开始。溅渣护炉前倒出脱碳渣量占渣量30 50%，溅渣过程使用白云石和轻烧白云石中的至少一种作为调渣剂，对溅渣护炉后残留的脱碳渣进行固化操作，固化剂为石灰，然后加入废钢持续固化残留的脱碳渣；兑入铁水后进行第一阶段吹炼-脱磷阶段，实施氧枪供氧操作，配以底吹；在中间倒渣阶段，控制脱磷结束后铁水温度、碱度和脱磷渣中的MgO含量以保证倒渣量；在脱碳阶段，保证钢水终点磷含量不大于0. 015%，控制脱碳终渣MgO含量7. 0 16%，保护转炉炉衬和缩短溅渣护炉时间。如图2所示的溅渣护炉前倒渣量与第二阶段(脱碳阶段)结束全留渣循环次数时间的关系，倒出量为30 50%能够在满足溅渣护炉要求的前提下，该工艺流程循环能够达到3 4次，倒出量低于30%仅能循环2次后必须倒出部分脱碳渣，倒出量高于50%会增加钢铁料消耗。在溅渣护炉使渣固化的基础上，加入吨钢约4 10公斤石灰，然后装入废钢，持续冷却炉底炉渣，经目测确认固化完全，兑铁过程中喷溅率为零。在第一阶段(脱磷阶段)，吹炼时间为4分10秒到5分1秒，供氧强度大于3. ONm3/t/min,底吹供气强度为0. 048 0. 16Nm3/t/min,第一阶段终点熔池温度控制在1355 1420度，吹炼过程通过添加铁矿石控制温度。图3为第一阶段(脱磷阶段)结束后熔池温度和倒渣量间的关系，SGRP工艺的关键技术点之一是第一阶段(脱磷阶段)结束后的倒渣，倒渣量的多少能够决定在第二阶段(脱碳阶段)结束全留渣条件下的循环次数。从图 3可见，由于高温有利于化渣和提高渣流动性，随着温度的升高倒渣量增加，熔池温度控制在1355 1420度能够使倒渣量稳定在5吨即40%以上。如图4所示的第一阶段(脱磷阶段)碱度和磷分配比(渣中磷含量与金属磷含量间的比值)的关系，脱磷阶段碱度控制在 1. 1 2. 5都满足本工艺的要求，最佳范围在1. 1 2. 0，在保证脱碳终点钢中磷含量不大于0. 015%前提下，最大限度的降低石灰消耗。第一阶段(脱磷)结束后实施倒渣操作，倒渣量为40 70%。通过试验证实了在冶炼开始前一炉炉渣倒出量为30 50%前提下，第一阶段(脱磷阶段)倒渣量低于 40%会导致该工艺流程仅能循环2次，不仅仅延长了生产周期，而且造成了钢铁料浪费。倒渣量大于70%会导致生产周期延长。渣况同样会影响倒渣量，有研究(例如，CAMP-ISIJ， 18(2005)，p. 913)报道了在脱磷温度和碱度小于2的条件下，渣碱度和氧化铁含量对渣粘度的影响能够相互抵消，根据这个结论我们可以推断渣中MgO含量对粘度有显著影响。如图5所示的第一阶段(脱磷)结束后倒渣量和渣中MgO含量间的关系，脱磷渣中MgO含量低于8. 0%能够满足倒渣量大于40%，考虑到转炉炉衬侵蚀问题，脱磷渣中MgO含量不低于 5. 5%。如图6所示的过程脱磷率变化，由于在脱磷阶段平均脱磷率达到了 53. 2%实施了倒渣操作，因此在第二阶段(脱碳阶段)不必进行高碱度操作。根据本发明的生成实践结果， 脱碳终渣碱度即使控制在2. 8 3.0，终点磷含量不大于0.015%比例达到了 100%。此外， 脱碳阶段低碱度有利于降低石灰消耗和钢铁料消耗。本发明的独创点之一是脱碳结束后全留渣操作，通过溅渣护炉有效利用所留脱碳渣，但是必须考虑到脱碳渣渣况对溅渣护炉效果的影响。如图7所示的脱碳阶段终渣MgO含量与溅渣时间的关系，根据本发明的生成实践结果，MgO含量对溅渣时间有显著影响，终渣MgO含量控制在10.0 14. 5%能够保证溅渣时间低于6分钟。在脱碳终渣MgO含量小于7. 0%条件下，目测观察到炉衬砖露出，说明对炉衬侵蚀严重，在MgO含量高于16%条件下，观察到转炉上方存在金属喷溅物。本发明提供了一种新的顶底复吹转炉炼钢法，对比常规转炉炼钢工艺，在终点磷含量不大于0. 015%前提下，石灰和轻烧白云石消耗大幅降低。如图8所示的转炉炼钢过程磷含量变化，终点磷含量在0. 0073 0. 0146%之间，平均0. 0109%，对比近乎相同条件下常规工艺，未发现大的变化，完全满足不大于0. 015%要求。如图9所示SGRP工艺石灰和轻烧白云石消耗降低比例的统计结果，对比近乎相同条件下常规工艺，石灰消耗降低了 40.5%，轻烧白云石消耗降低了 76.8%，二者总消耗降低了 55.5%，充分体现了本发明的独创性。除了石灰和轻烧白云石消耗外，钢铁料消耗同样对于钢厂控制成本至关重要，本发明比较了 SGRP工艺与常规工艺出钢量，如图10所示的，SGRP工艺出钢量提高比例平均 1.42%。本发明是循环工艺，过程产生的炉渣尽可能的不排出，结果使白灰和轻烧白云石排放量大幅降低，金属收得率提高。表1入炉铁水和废钢条件
权利要求
1.一种减少渣量的转炉炼钢法，其特征在于该工艺流程为循环工艺过程，起点定为溅渣护炉，终点为炉内留渣；由溅渣护炉、炉内液态渣固化、添加废钢、兑入铁水、第一阶段吹炼-脱磷阶段、中间倒渣、第二阶段吹炼-脱碳阶段、出钢和炉内留渣八个阶段组成，具体工艺操作步骤如下利用留在炉内的炉渣进行溅渣护炉，为新循环的开始，溅渣护炉前倒出脱碳渣量占渣量30 50 %，溅渣过程使用白云石和轻烧白云石中的至少一种作为调渣剂，对溅渣护炉后残留的脱碳渣进行固化操作，固化剂为石灰，然后加入废钢持续固化残留的脱碳渣；兑入铁水后进行第一阶段吹炼-脱磷阶段，实施氧枪供氧操作，配以底吹；在中间倒渣阶段，控制脱磷结束后铁水温度、碱度和脱磷渣中的MgO含量以保证倒渣量；在脱碳阶段，保证钢水终点磷含量不大于0. 015%，控制脱碳终渣MgO含量7. 0 16%，保护转炉炉衬和缩短溅渣护炉时间。
2.如权利要求1所述的一种减少渣量的转炉炼钢法，其特征在于溅渣护炉时间要求不大于6分钟。
3.如权利要求1所述的一种减少渣量的转炉炼钢法，其特征在于溅渣护炉前倒出脱碳渣量占渣量30 40%时，该工艺流程可以循环3次，溅渣护炉前倒出脱碳渣量占渣量 40 50%时，该工艺流程可以循环4次。
4.如权利要求1所述的一种减少渣量的转炉炼钢法，其特征在于在溅渣护炉后，加入吨钢4 10公斤石灰，然后加入废钢，持续冷却炉底炉渣，使炉内液态渣进一步固化。
5.如权利要求1所述的一种减少渣量的转炉炼钢法，其特征在于在脱磷阶段控制供氧强度大于3. 0Nm7t/min，底吹供气强度为0. 048 0. 16Nm7t/min。
6.如权利要求1所述的一种减少渣量的转炉炼钢法，其特征在于控制脱磷终点熔池温度在1355 1420°C，脱磷阶段碱度控制在1. 1 2. 5，脱磷渣中MgO含量要求在5. 5 8.0%,达到脱磷结束后倒渣量为40 70 %。
全文摘要
本发明属于转炉炼钢技术领域，提供了一种减少渣量的转炉炼钢法，该工艺流程为循环工艺过程，起点定为溅渣护炉，终点为炉内留渣；由溅渣护炉、炉内液态渣固化、添加废钢、兑入铁水、第一阶段吹炼-脱磷阶段、中间倒渣、第二阶段吹炼-脱碳阶段、出钢和炉内留渣八个阶段组成，对比常规转炉炼钢工艺，在终点磷含量不大于0.015％前提下，石灰消耗降低了40.5％，轻烧白云石消耗降低了76.8％，二者总消耗降低了55.5％。
文档编号C21C5/28GK102212640SQ20111014602
公开日2011年10月12日 申请日期2011年6月1日 优先权日2011年6月1日
发明者亢小敏, 南晓东, 姜仁波, 孙铁, 宋春明, 崔阳, 张涛, 张立国, 朱国森, 李承祚, 李本海, 李海波, 王建伟, 王新华, 邱世忠, 靳伟 申请人:首钢总公司