一种氧气转炉高压喷吹石灰石粉造渣脱磷的方法与流程

本发明涉及钢铁冶金技术领域，尤其涉及一种氧气转炉高压喷吹石灰石粉造渣脱磷的方法。

背景技术：

造渣是转炉工序至关重要的一个关节，转炉造渣的目的是去除铁水中的磷和硫，因此造渣效果的好坏直接影响转炉去除铁水中杂质元素的效果。现行转炉造渣所需材料包括石灰、萤石、白云石、铁矿以及合成的造渣剂，石灰作为造渣原料其主要成分为cao，石灰活性好坏直接决定造渣情况。而氧气转炉炼钢的供氧时间一般仅有十几分钟，在此期间转炉必须形成具有一定碱度、良好流动性、合理的氧化性、正常泡沫化的熔渣，只有满足以上所有的条件才能冶炼出合格的钢水。

现在转炉铁水脱磷的方法是，往铁水中快速供氧使磷生成p2o5上浮到炉渣中，但渣中p2o5不稳定，极易被还原重新进入铁水，因此需要加入碱性造渣剂石灰，让p2o5与炉渣中的cao反应生成硅酸钙，硅酸钙熔点高且稳定，从而使得p元素稳定固溶在炉渣中，达到脱除p的目的。在铁水脱磷的反应过程中，石灰作为固磷剂起到至关重要的作用，由于石灰并非自然界存在的东西，它是通过石灰石在石灰窑内经过高温煅烧而得，为保证石灰石在炉内能充分的完成分解过程，一般石灰石在炉内煅烧时间为2～4小时，煅烧温度为1000℃～

1200℃左右，而石灰石分解所需温度为900℃远远小于煅烧温度。因此当块状石灰石内部区域完成分解时，其外部早已完成分解的石灰则需在高温条件下再加热几个小时，必然会导致石灰外部的严重过烧，而过烧必然会降低石灰的活性。同时，众所周知，石灰煅烧过程存在大量的能源浪费及污染环境等一系列问题。

石灰石主要成分为caco3，高温受热分解为cao和co2，其中cao可作为转炉工序的造渣材料，释放出的co2可参与熔池反应。为此将石灰石作为造渣材料加入转炉内，在完成造渣脱磷任务的同时，又可将其产生的co2资源化利用，大大降低了co2的利用成本。为此国内提出用石灰石替代石灰造渣炼钢，尝试在生产过程中节能减排，治理环境污染。用石灰石替代石灰造渣炼钢的方法取消了石灰煅烧环节，因而缩短了生产线，转炉内生成石灰无需降温再升温，提高了热利用效率，消除了石灰煅烧及运输过程的污染排放。经研究可知:相对于传统石灰窑中低温长时间的煅烧，转炉前期条件下高温短时间内煅烧新生成的石灰具有更高的活性，从而可快速参与造渣过程；转炉内石灰石分解的co2，可以与铁水中的[c]、[si]、[mn]、fe(l)反应生成co，从而增加炉气中co的浓度以及煤气回收量。

然而，石灰石分解需消耗大量热量，尤其通过料仓从顶部集中加入时，耗热量更大。加入的是石灰石直径一般在10-40mm之间，较大石灰石块不易煅烧分解，石灰石加入熔渣后由于分解吸热，导致石灰石与初渣接触面温度快速降低，形成较硬渣壳，反应表面活性降低，不利于后续化渣过程，导致石灰石携带的co2并未得到利用；另外石灰石密度约为2.7g/cm³左右，密度约为铁水熔池的一半，通过转炉顶部直接加入后，即便有顶吹氧气的搅拌作用，但仍有部分石灰石会浮于熔池上部，石灰石分解产生的co2无法与熔池充分接触，直接进入炉气，co2利用率不高。为解决这个问题，提出氧气转炉高压喷吹石灰石粉造渣炼钢的方法，将石灰石粉以气体作为载体采用高压形式喷吹进入高温金属熔池，正好利用了喷射冶金的优势。喷射冶金技术将粉剂用载气经喷吹元件送入钢水深部，使粉剂与钢水充分接触，参与反应，提高了反应物之间的接触面积和表面活性，提高生产效率的同时进一步提升钢水的洁净度；转炉喷吹的石灰石颗粒粒径较小，传热过程不再受限制，可以在金属熔池中迅速被加热分解，煅烧生成的优质石灰具有比表面积大、孔隙度大、堆密度小的特点，表面活性较高，可提高造渣效果和速率；而且石灰石颗粒分解释放的co2作为内生气源可充分参与炼钢反应，替代部分氧气供氧的同时实现软吹，改善熔池动力学条件。

如果采用上述转炉高压喷吹石灰石粉造渣脱磷的方法，小颗粒的石灰石高速进入铁水熔池后，会在几毫秒之间完成分解过程，分解产生的小颗粒活高性石灰可充分参与造渣反应。而颗粒石灰石分解产生的co2作为弱氧化剂，能够充分与铁水中元素接触反应，代替一部分供氧，同时起到搅拌熔池的作用。因此采用上述转炉高压喷吹石灰石粉造渣脱磷的方法，在高效完成造渣脱磷任务的同时可资源化利用co2。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决现有技术中存在采用块状石灰石造渣存在化渣困难，石灰石分解产生的co2利用率不高的的缺点，而提出的一种氧气转炉高压喷吹石灰石粉造渣脱磷的方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种氧气转炉高压喷吹石灰石粉造渣脱磷的方法，包括以下步骤：

s1、准备以下重量份的原料：铁质原料(铁粉、生铁块、铁水包)20-80份、石灰石粉体2-8份；

s2、将上述重量份的铁质原料放置入铁水容器中生成铁水，铁水温度控制在1350℃-1500℃；

s3、将上述重量份石灰石粉体以载气为载体通过氧枪喷吹入铁水中，喷吹时间为0.5min-30min；

s4、对成品进行测温取样分析。

优选的，所述铁水中碳含量为2.5％-5％、si含量为0.3％-0.4％、mn含量为0.1％-0.3％、p含量为0.1％-0.2％。

优选的，所述石灰石粉体的粒度为0.01mm-2mm。

优选的，所述铁水容器为转炉、钢包、刚玉坩埚、真空感应炉中的一种。

优选的，所述载气为n2、ar、ne、kr中的一种或多种。

优选的，所述氧枪的喷嘴的材质为金属材质或耐高温侵蚀的材质的一种。

优选的，所述石灰石喷吹的方式为底吹、顶吹、侧吹中的一种或多种。

本发明的有益效果为：

本发明利用石灰石的分解特性，利用了喷射冶金的优势，将石灰石粉体经由急速升温后分解的产物有效地利用，其中cao参与造渣脱磷的过程，而co2与铁水中的c、si、mn等反应后生成co，能够继续利用，具有投资成本低，效率高的优势。

附图说明

图1为本发明提出的一种氧气转炉高压喷吹石灰石粉造渣脱磷的方法中co2参与高碳低温铁水反应的热力学限度示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

实施例一

s1、准备以下重量份的原料：铁粉20份、石灰石粉体2份；

s2、将上述重量份的铁粉放置入刚玉坩埚中生成铁水，铁水温度控制在1450℃，铁水中碳含量为4.5％，si含量为0.38％，mn含量为0.2％，p含量为0.1％；

s3、将上述重量份石灰石粉体以n2为载体通过氧枪喷吹入铁水中，喷吹时间为10min；

s4、对成品进行测温取样分析，铁水温度为1395℃，铁水碳含量为4.32％，si含量为0.28％，mn含量为0.16％，p含量为0.08％。

实施例二

s1、准备以下重量份的原料：生铁块50份、石灰石粉体5份；

s2、将上述重量份的生铁块放置入真空感应炉中生成铁水，铁水温度控制在1500℃，铁水中碳含量为4.2％，si含量为0.3％，mn含量为0.2％，p含量为0.15％；

s3、将上述重量份石灰石粉体以n2为载体通过氧枪喷吹入铁水中，喷吹时间为30min；

s4、对成品进行测温取样分析，铁水温度为1442℃，碳含量为3.85％，si含量为0.12％，mn含量为0.08％，p含量为0.08％。

实施例三

s1、准备以下重量份的原料：铁水包80份；

s2、将上述重量份的铁质原料放置入铁水容器中生成铁水，铁水温度控制在1432℃，其中铁水中碳含量为4.2％，si含量为0.32％，p含量为0.12％；

s3、将纯度为100％的co2以吨铁3nm³的供气强度通过氧枪喷吹入铁水中，喷吹时间为10min；

s4、对成品进行测温取样分析，得到的铁水温度为1401℃，碳含量为3.79％，si含量为0.14％，p含量为0.11％。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。