專利名稱：轉爐快速脫硅、脫磷預處理方法
技術領域：
本發明屬于鐵水預處理技術領域，特別是提供了一種轉爐快速脫硅、脫磷預處理方法；適用于在頂底復吹轉爐內進行鐵水脫硅、脫磷預處理。
背景技術：
為滿足市場對高品質潔凈鋼的大量需求，采用傳統轉爐冶煉工藝穩定生產低磷、 低硫([P+S] <0. 02%)潔凈鋼水非常困難。主要原因是轉爐吹煉終點溫度高，不利于磷氧化，渣鋼間磷分配比波動在60 100，只能在低碳區([C] ^0. 06%)實現脫磷；隨著熔池碳含量降低鋼水氧化性提高，使渣鋼間硫的分配比降到2 4%，脫硫反應效率很低。采用鐵水預處理脫磷反應溫度低，有利于脫磷，渣鋼間磷的分配比達到200 400，是煉鋼脫磷效率的3 4倍。由于鐵水中碳、硅含量較高，氧化性低，有利于鐵水脫硫，渣鋼間硫分配比達到1000 1500，是轉爐脫硫效率的200 300倍。因此，為提高脫磷、硫的反應效率，各種鐵水預處理方法相繼出現，以期實現高效、低成本生產高潔凈度鋼水。如何進行鐵水脫磷預處理，降低潔凈鋼生產成本是當代煉鋼領域主要的研究方向。目前，已經工業化的鐵水脫磷預處理工藝包括(1)鐵水包、魚雷罐車噴粉脫磷工藝以鐵水運輸設備如鐵水包或混鐵車作為預處理裝置，采用脫硅鐵水，要求初始[SiLS 0. 15%;通過噴粉裝置將脫磷劑(由礦石、燒結礦、石灰、助熔劑等原料配成)噴入鐵水內部或通過溜槽加到鐵水表面。有時采用頂吹供氧提高脫磷速度和減少處理溫降。由于反應空間小，造成氧氣應用比例較低，處理過程溫降大于80°C。如日本專利公開報NO. 58-16007公開了一種鐵水包噴吹脫磷、脫硫的預處理方法， 處理結束爐渣堿度大于2. 2，氧化鐵小于15%。(2)轉爐脫硅、脫磷預處理工藝預處理裝置為轉爐，將普通鐵水或脫硫鐵水兌入頂底復合吹煉轉爐內，加入適量廢鋼和造渣熔劑，進行脫硅、脫磷預處理，工藝方法如下日本專利公報NO. 63-195209公開了一種冶煉工藝，采用兩座轉爐，第一座轉爐為脫磷預處理爐，第二座轉爐進行脫碳精煉。脫磷預處理爐采用頂吹弱供氧，供氧強度為 1.0 1.3Nm3/t.min，造中等堿度爐渣(R = 2. 0 2. 5)脫磷，處理低硅([Si]。= 0.15 0. 30% )鐵水，吹氧時間lOmin，半鋼磷含量控制在0. 03%以下。專利CN 1182799A公開了一種轉爐鐵水脫磷方法，要求鐵水[SiL小于0. 4%，供氧強度為0. 75 1. 2Nm7t.min，采用預先制作的脫磷劑作為化渣劑，處理終點爐渣堿度大于3. 0，處理時間不少于18分鐘。專利CN 1U8050A公開了一種氮一氧混吹鐵水預處理方法，頂吹氧采用弱供氧， 供氧強度為0. 8Nm3/t. min,冶煉后期混入部分氮氣，混氮量達到總流量的20 40 %，采用高堿度(R = 3. 0 4. 0)造渣工藝，處理時間不少于16分鐘。專利CN 1552919A公開了一種轉爐氧氮頂吹脫磷法，頂吹氧采用弱供氧，冶煉后期混入部分氮氣，混氮量達到40 75% ；當處理過程產生大噴濺時采用間歇供氮工藝，處理時間10 12min。
上述轉爐鐵水脫硅、脫磷預處理工藝存在以下的共同缺點(1)均要求較低的初始鐵水硅含量，工藝適應性不強；(2)均采用弱供氧、軟吹工藝，供氧時間較長并易發生爐渣噴濺；(3)均采用中高堿度渣脫磷，石灰消耗量大，渣量大，造成脫磷、脫硅處理成本升
尚ο本發明針對上述轉爐鐵水脫磷預處理工藝存在的主要技術問題，通過研究鐵液中碳、硅、磷氧化反應平衡轉變規律和各元素氧化速度變化規律及其相互影響，發明一種適于頂底復合轉爐快速脫硅、脫磷預處理工藝。其工藝特點是采用頂吹強供氧，底吹弱攪拌，低堿度中等氧化鐵渣脫磷工藝，使脫磷、脫硅的供氧時間比其它方法縮短2 lOmin。
發明內容
本發明的目的在于提供一種轉爐快速脫硅、脫磷預處理方法，利用復吹轉爐實現鐵水快速脫硅、脫磷和穩定控制半鋼終點磷、碳含量和溫度。本發明的技術原理是復吹轉爐內熔池硅的氧化速度僅與硅含量有關，如圖2所示。隨熔池硅含量降低脫硅速率直線下降當[Si]彡0.3%時脫硅速度彡1000X 10_6/min， 為高速脫硅區；當[Si] <0.04%時脫硅速度降低到IOOX 10_6/min以下。如圖3所示，當 [Si]彡0. 4%時熔池反應以脫硅為主；當0. 2彡[Si] < 0. 4%時為碳、硅同時氧化反應區， Δ [Si]/Δ [C] 1 ；當[Si] < 0. 2%時脫硅速度大幅降低，Δ [Si]/Δ [C] < 1，說明熔池反應以脫碳為主。如圖4所示，熔池中磷的氧化受硅氧化的影響，磷含量伴隨硅含量降低而降低。控制處理終點[Si] <0.03%是保證半鋼[P] <0.03%的重要熱力學條件。本發明采用頂吹強供氧、底吹弱攪拌，低堿度中等氧化鐵爐渣脫磷工藝；在工藝中控制的技術參數為采用頂底復吹轉爐作為鐵水脫硅、脫磷預處理反應器，以普通鐵水或脫硫鐵水作為原料(鐵水[Si]在0. 2 1 %，[C]在3. 8 4. 5 %，[S]在0. 001 0. 045 % 范圍)，加入廢鋼，廢鋼加入重量為原料的8 15%，并要求廢鋼塊度長X寬X厚 (800mmX500mmX150mm ；頂吹供氧根據鐵水硅含量分為兩種操作模式當鐵水[Si]彡0.4%時，采用變流量變槍位供氧，前期供氧強度1.5 2.0Nm3/ t. min,后期為 L O 1. 5Nm3/t. min ；當鐵水[Si] < 0. 4%時，采用恒流量變槍位操作，全程供氧強度為1. 2 1. 6Nm3/ t. min ；預處理供氧采用大流量、強供氧、硬吹控制氧射流對熔池的穿透深度比L/ L0O. 3 0. 8 ；采用變槍位操作；對300噸轉爐開吹時首先低槍位(1. O 1. 2m)點火20 30s，然后將槍位提高至化渣槍位1. 5 2. Om,吹煉1 2min，促進石灰熔化；隨后逐步降低氧槍高度1. O 1. 8m，，將IVLtl提高到0. 4 0. 6 ；為避免脫磷過程碳的嚴重燒損，應根據鐵水硅含量嚴格控制吹氧量10 15Nm3/t ；為保證半鋼[P]的控制目標([P]彡0.03%)，要求渣鋼間磷的分配比Lp(P205/ [P])為60 100 ；為此要求控制爐渣堿度為1. 7 2. 0，渣中IFe 8 15重量％，渣中MgO 為6 10重量％。并要求控制半鋼[Si]彡0. 05% ；
在吹煉初期加入全部渣料，渣料的加入配比為石灰燒結礦白云石為 1 0.5 0.15;為提高初渣成渣速度和減少石灰加入量，通常隨廢鋼加入脫碳爐渣5 15kg/t ；供氧過程中熔池底吹供氣強度保持在0. 16 0. 25Nm3/t. min范圍內；出鋼后半鋼包內的半鋼溫度控制在1330 1350°C。根據上述鐵水預處理過程中碳、硅、磷的氧化規律對本發明的技術方案進一步說明如下根據轉爐容量加入鐵水和廢鋼，廢鋼比應根據市場售價和鐵水供應情況靈活調整，波動在8 15%范圍內。由于脫磷預處理溫度始終低于廢鋼熔點，廢鋼熔化主要依靠碳向廢鋼內擴散使熔點降低至鐵水溫度后逐步熔化，因此對廢鋼的塊度有明確要求長X 寬 X 厚彡 800mm X 500mm X 150mm。初始鐵水[Si]彡0. 4%采用變流量變槍位供氧操作，前;3min供氧強度彡2. ONm3/ t. min,隨后始終保持在< 1. 4Nm3/t. min至吹煉終點。[Si] < 0. 4%時采用恒流量變槍位供氧操作，吹煉全過程供氧強度始終保持在1. 4士0. 2Nm3/t. min,槍位逐步降低。供氧操作全程采用大流量、強供氧、硬吹工藝。兌鐵后立即開始吹煉，首先低槍位點火20 30s，然后將槍位提高至化渣槍位，吹煉1 2min，促進石灰熔化。隨后逐步降低氧槍高度，增強頂射流對熔池沖擊深度，將IVLtl 提高到0. 4 0. 6。氧氣射流對熔池的沖擊深度按下式計算1 = 346.7x^x3.81式中PQ-滯止壓力，MPa ；dQ-氧槍喉口直徑，cm ；H-槍位，cm ；L-氧氣流的穿透深度，cm。如圖5所示，控制氧射流對熔池的穿透深度比IVLtl ^ 0. 3是實現快速脫硅的重要控制參數。為避免脫磷過程碳的嚴重燒損，應根據鐵水硅含量嚴格控制吹氧量。如圖6所示， 隨初始[Si]升高適當增加供氧量，當鐵水[Si]為0. 3%時供氧量為llNm3/t。在供氧過程中熔池應始終保持較高的底吹供氣強度，一般控制在0. 16 0. 25Nm3/ t. min0在吹煉初期要求盡快加入全部渣料，快速形成低堿度熔渣。為提高化渣速度，降低爐渣熔點，要求在吹煉前期加完全部礦石和白云石。渣料的加入配比為石灰燒結礦白云石為1 0.5 0.15。為提高初渣成渣速度和減少石灰加入量，通常隨廢鋼加入脫碳爐渣 10 15kg/t。為保證半鋼[P]的目標要求([P]彡0.03%)，如圖7所示，要求渣鋼間磷的分配比Lp(P205/[P])彡70。穩定控制Lp要求控制爐渣堿度為1.7 2.0，渣中TFe 8 15%， 漁中MgO為6 10%。為保證半鋼[P]的目標要求還必須嚴格控制吹煉終點熔池硅含量，控制半鋼 [Si] ( 0. 05%。為增加脫碳爐半鋼冶煉的熱量，采用較高半鋼終點溫度控制，要求出鋼后半鋼包內的半鋼溫度控制在1340 士 10°C。
本發明的優點在于，可在Smin吹煉時間內穩定生產半鋼[P] ( 0. 03%，半鋼[C] 為3. 4%的低磷高碳半鋼水。
圖1為脫磷轉爐吹煉工藝操作圖。圖2為預處理前期脫硅效率對脫磷的影響。圖3為鐵水[Si]。同Δ [Si]/Δ [C]的關系。圖4為半鋼[Si]控制對半鋼[P]的影響。圖5為L/L。對脫硅速度的影響。圖6為鐵水[Si]與耗氧量的關系。圖7為表觀磷分配比與半鋼[P]的關系。
具體實施例方式實施例1 脫硫后的鐵水(成份、溫度見表1)兌入300t脫磷轉爐后點火吹煉，前期分兩次加入石灰13. 52kg/t，螢石3. 5kg/t和燒結礦5. llkg/t造渣(爐渣成份見表2)。吹氧量 14. 3Nm3/t,吹煉時間Smin到達終點。脫磷半鋼終點成份、溫度見表1。表1冶煉過程中金屬成份(％ )
成份 Pc PsI Ps ΓΤ Πμ^溫度 /°c
鐵水4. 578 0.288 0.002 0.078 0.255 1365
半鋼3. 598 0.033 0.019 0.021 0.035 1347表2冶煉過程中爐渣成分(％ )
CaO~~SiO2 MgO~~FeOMnOP^HsAl2O3 RLpLs
28. 19 17. 71 4 55 29.72 13.90 Γθδ 0.024Πθ Γδθ 7X6 1.26實施例2 脫硫后的鐵水(成份、溫度見表幻兌入300t脫磷轉爐，前期分兩次加入石灰 17. 67kg/t，白云石3. 4kg/t和燒結礦四.68kg/t造渣(爐渣成份見表4)。吹氧量15. 68Nm3/ t，吹煉時間Smin到達終點。脫磷半鋼終點成份、溫度見表4。表3冶煉過程中金屬成份(％ )
成份 Pc I-Sl Γ^ Γ~ρ riti溫度 /°c
鐵水4. 728 0. 335 0.002 0.078 0.263 1390
權利要求
1.一種轉爐快速脫硅、脫磷預處理方法，采用頂吹強供氧、底吹弱攪拌，低堿度中等氧化鐵爐渣脫磷；其特征在于，在工藝中控制的技術參數為采用頂底復吹轉爐作為鐵水脫硅、脫磷預處理反應器，以普通鐵水或脫硫鐵水作為原料，加入廢鋼，廢鋼加入重量為原料的8 15%，并要求廢鋼塊度長X寬X厚 (800mmX500mmX150mm ；頂吹供氧根據鐵水硅含量分為兩種操作模式當鐵水[Si]彡0.4%時，采用變流量變槍位供氧，前期供氧強度1.5 2. 0Nm7t.min， 后期為 1. 0 1. 5Nm3/t. min ；當鐵水[Si] < 0. 4%時，采用恒流量變槍位操作，全程供氧強度為1. 2 1. 6Nm3/ t. min ；預處理供氧采用大流量、強供氧、硬吹控制氧射流對熔池的穿透深度比IVLtlO. 3 0.8 ；采用變槍位操作；對300噸轉爐開吹時首先低槍位(1. 0 1. 2m)點火20 30s，然后將槍位提高至化渣槍位1. 5 2. Om,吹煉1 2min，促進石灰熔化；隨后逐步降低氧槍高度1.0 1. 8m，將IVLtl提高到0. 4 0. 6 ；為避免脫磷過程碳的嚴重燒損，應根據鐵水硅含量嚴格控制吹氧量10 15Nm3/t ；為保證半鋼[P]的控制目標[P]彡0.03%，要求渣鋼間磷的分配比Lp(P205/[P])為 60 100 ；為此要求控制爐渣堿度為1. 7 2. 0，渣中TFe 8 15重量％，渣中MgO為6 10重量％ ；并要求控制半鋼[Si] ^ 0. 05% ；在吹煉初期加入全部渣料，渣料的加入配比為石灰燒結礦白云石為 1 0.5 0. 15 ；隨廢鋼加入脫碳爐渣5 15kg/t ；供氧過程中熔池底吹供氣強度保持在0. 16 0. 25Nm3/t. min范圍內； 出鋼后半鋼包內的半鋼溫度控制在1330 1350°C。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，普通鐵水或脫硫鐵水中[Si]在0.2 1%，[C]在3. 8 4.5%，[S]在0.001 0.045%范圍，均為重量百分數。
全文摘要
一種轉爐快速脫硅、脫磷預處理方法，屬于鐵水預處理領域。采用頂吹強供氧、底吹弱攪拌，低堿度中等氧化鐵爐渣脫磷工藝。當鐵水[Si]≥0.4％時采用變流量變槍位供氧工藝，前期供氧強度≥2.0Nm3/t.min，后期≤1.4Nm3/t.min；[Si]＜0.4％時用恒流量變槍位操作，全程供氧強度為1.4±0.2Nm3/t.min。頂吹供氧采用“硬吹”，要求L/L0≥0.3，并在吹煉過程中逐步降低槍位，將L/L0提高到0.4～0.6。通過控制渣鋼間磷分配比LP≥70保證終點[P]≤0.03％，爐渣堿度達到1.7～2.0，渣中TFe 8～15％，渣中MgO為6～10％；控制終點[Si]≤0.05％以保證脫磷效果，底吹供氧強度0.16～0.25Nm3/t.min，半鋼溫度在1340±10℃。優點在于，在8min內穩定生產半鋼[P]≤0.03％，[C]為3.4％的低磷高碳半鋼水。
文檔編號C21C1/02GK102505062SQ201110460210
公開日2012年6月20日 申請日期2011年12月31日 優先權日2011年12月31日
發明者余健, 佟溥翹, 劉偉, 劉瀏, 姚同路, 張慶國, 李峻, 閻占輝 申請人:鋼鐵研究總院