一种转炉生产低磷洁净钢的高效冶炼工艺

摘要

本发明公开了一种转炉生产低磷洁净钢的高效冶炼工艺，该方将上一炉的炉渣经过溅渣处理后，将终渣全部或部分留在炉内，加入原料进行冶炼，一次下枪开吹阶段：控制氧枪枪位和流量，下枪点着火后开始加氧化铁皮球和返矿，然后加石灰和轻烧白云石，全部加完后将枪位逐渐上吊，倒渣；二次下控制氧枪枪位和流量，点着火后开始加石灰，渣料的及时调整，控制氧枪枪位及供氧量，最后倒炉，提枪，最后将炉渣全留在转炉内进行固渣固磷，用于下一炉次的冶炼，本发明通过加入转炉冶炼低磷洁净钢时渣料的及时调整，氧枪枪位及供氧量的控制，终点出钢条件能够同时满足C≥0.12％，P≤0.006％的高洁净度低磷钢转炉终点控制条件。

说明书

技术领域

本发明属于金属材料制作领域，具体来说一种转炉生产低磷洁净钢的高效冶炼工艺。

背景技术

近年来，随着用户对低磷优质钢材需求量的不断增大，越来越多的钢种要求具有较低的杂质元素含量，如何以最低的成本实现转炉冶炼低磷洁净钢是炼钢领域研究的重点。目前，日本各大钢铁企业及国内部分企业广泛采用转炉“双联法”(JFE的LD-NRP法、住友金属的SRP法、神户制钢的H炉、宝钢的BRP法)操作工艺，但该工艺对设备要求较高；也有在同一座转炉上连续进行铁水脱磷和脱碳吹炼的操作模式，类似传统的双渣法，并且该工艺还可将脱碳渣残留在炉内用于下一炉冶炼的脱磷，被认为是目前渣量最少的转炉生产低磷洁净钢工艺路线。而且该工艺操作简单，无需新增设备，已在国内外特别是受设备限制钢厂的广泛采用。

然而当前转炉的低磷钢冶炼工艺的前期排渣率普遍较低或不稳定；一次倒渣时对应的前期脱磷率普遍偏低；前期排渣率与脱磷率不能兼顾，倒渣条件及时机的控制波动性大；终点获得较低P含量(≤0.006％)的同时很难保证终点C碳含量(C≥0.12％)；终点留渣量对于下一炉次进料及前期的喷溅考虑较少；注重冶炼过程的脱磷，但是对于终点的固磷技术并无太多的重视意识；少渣冶炼的氧耗、周期普遍较高；带来的炉底、炉体炉衬的侵蚀或积聚造成的不稳定问题较为凸显。

本发明通过炉渣成分的合理设计及加料过程的控制，起到了保护炉衬、稳定炉底厚度的作用，对于炉型的稳定、生产操作的稳定顺行奠定重要基础；本发明稳定前期排渣率的同时，还实现了前期脱磷率显著提升；在脱磷效率提高的基础上，合适的前期排渣率、良好的钢渣分离条件及顺畅的排渣过程也为缩短冶炼周期、降低金属损耗、避免低磷钢冶炼过程特别是脱碳期出现返干喷溅等创造了有利条件；终点固渣操作的强化有效实现了终点炉渣的综合循环利用，同时大大降低了下一炉进料时出现冒烟、喷溅等影响作业区环境情况的出现几率。

发明内容

本发明专利提供了一种转炉高效冶炼低磷洁净钢的工艺，采用120t转炉顶底复合吹炼，原料组成的重量百分比为，脱硫铁水70～95％，余量为清洁废钢及生铁。

上一炉的炉渣经过溅渣处理后，将终渣全部或部分留在炉内，再将140～150t原料加入炉内准备冶炼，在冶炼时，设置转炉底吹；转炉底吹流量设置为0.1m³/min.t，底吹气体在吹氮10min20s时进行氮气与氩气的切换。

在使用该工艺进行冶炼时，一次下枪开吹阶段采用低枪位、大流量的吹炼工艺，氧枪枪位较常规工艺吹炼前期枪位低200mm，氧枪流量调整为32000～35000m³/h，加强熔池搅拌促进磷向渣-铁界面传输，提高前期脱磷率。

枪位控制在1500mm～1680mm开吹，下枪点着火后，开始加氧化铁皮球和返矿，二者总共加2500～3700kg/炉，开吹1min12s～1min30s左右后，开始加石灰和轻烧白云石，石灰加入量在1800～2500kg/炉，轻烧白云石加500～800kg/炉。加料2min10s～2min30s，一批料全部加完。渣料加入量根据铁水情况、上炉留渣情况、装入量及原料结构情况可在给定的范围内酌情调整。然后，枪位逐渐上吊150mm，大约在4min后开始起渣，提枪时间在5min～6min30s之间，具体时间视吹炼情况而定，倒渣温度在1360～1420℃，前期排渣率控制在45～60％。

二次下枪氮气打渣约10s后，切换氧气，枪位上限为2000m，流量28000m³/h开吹点火。点着火后，1min30s开始加100kg～300kg石灰，随后按200～350kg/批分批加入矿石，进行调温和化渣，提高渣中FeO含量，单炉次矿石用量控制目标为≤4.5t，确保炉衬侵蚀可控。待二次下枪的头批料加完后，氧枪枪位提高到2300～2500mm，可根据实际情况选择是否加入石灰200～500kg，少加勤加。石灰与矿石加入量可根据实际情况进行调整。烟气氧含量开始下降后加入100～300kg轻烧白云石进行调渣。随着吹炼的继续，根据化渣情况做调整枪位和加料方式，确保化好渣，化透渣。在10min～12min30s时将供氧量降低至下限位23000-27000m³/h，保证压枪枪位1700～1900mm，压枪时间＞20s。二倒温度在1580～1625℃，钢水成分：C≥0.12％、P≤0.006％，提枪在13min～14min30s之间。

炉渣偏稀时，通过加入80～150kg轻烧白云石进行冶炼末期的调渣固渣控制，同时溅渣采用低枪位，溅渣时间控制在2min～3min30s；终渣过黏则缩短溅渣时间，避免炉底增长，以保持炉型的稳定性。终点根据渣量及渣况，将部分或全部炉渣(3.8～6.5t)留在炉内用于下一炉次的冶炼。

在上述方案中，一次下枪开吹后氧化铁皮球、返矿、石灰和轻烧加入量是根据上一炉留渣量大小以及铁水成分温度情况、原料结构配比适量调整后确保总渣量合适而确定的，其中氧化铁皮球和返矿其目的不仅能提高炉内化渣、成渣速度，提高脱磷效率，降低氧耗和钢铁料消耗，而且加入的氧化铁皮球和返矿对于控制前期的温度也非常重要，并且本发明中加入的量是特定匹配下的渣料。本发明先加入氧化铁皮球和返矿，后加入石灰和轻烧白云石，其目的是加入氧化铁皮球和返矿可以让其先处于熔融状态，便于加快后续加入的石灰和轻烧的化渣，如果顺序颠倒，化渣时间加长，同时加入会易引发喷溅，并且本发明前期加入轻烧的量，不仅可以提高化渣效果，而且渣中MgO提高后，对于保护炉衬非常有效果。

在终点进行固渣操作一方面是为了防止回磷，同时也有利于炉衬的保护，除此之外，终点固渣对于留渣量的稳定控制，包括对降低留渣对于下炉次加料过程避免发生喷溅也是重要的前提，并且而终点固渣加入的轻烧白云石量也应适量，否则炉底增加反而影响炉型的稳定性，通过各条件之间存在协同关系，使炉型稳定，并且保证终点出钢条件能够同时满足C≥0.12％，P≤0.006％的高洁净度低磷钢的要求。

本发明通过加入转炉冶炼低磷洁净钢时渣料的及时调整，氧枪枪位及供氧量的控制，显著降低了转炉冶炼低磷钢种的渣料消耗及废渣废气的排放，大大提高了金属收得率，缩短了冶炼周期，并提高了转炉冶炼低磷钢对于原料特别是铁水成分及原料配比的适应能力，实现了转炉冶炼低磷洁净钢的降耗增产、提质提效的积极作用。

本发明相比现有低磷钢转炉冶炼常规工艺具有如下积极效果：

1.本发明有效实现了前期高效脱磷与稳定排渣率的匹配，前期排渣率稳定控制在45％～60％，前期脱磷率≥65％；本申请通过前期排渣率在45％～60％是为了确保合适的前期排渣率和脱磷率，该范围的排渣率为良好的钢渣分离及顺畅的排渣过程，这也为缩短冶炼周期、降低金属损耗、避免低磷钢冶炼过程特别是脱碳期出现返干喷溅等创造了有利条件。

2.本发明使转炉冶炼高洁净度低磷钢工艺吨钢渣料消耗较常规冶炼工艺下降40％～60％，吨钢氧气消耗下降2.7～6.2Nm³，吨钢钢铁料消耗下降25～60kg，冶炼周期缩短2～5min；

3.终点固渣操作则进一步起到防止终点回磷，提高并稳定留渣量，并且可以通过留渣量的调整，在连续冶炼高洁净度低磷钢过程中，提高转炉对不同原料结构及不同铁水条件的适应性，同时还有效防止转炉连续生产低磷钢种过程中发生冒烟、喷溅等；

4.本发明通过整体条件的优化、条件之间的协同，并对终点控制温度进一步调整优化，最终能够实现高效脱磷的同时满足高拉碳的要求，使终点出钢条件能够同时满足C≥0.12％，P≤0.006％的高洁净度低磷钢转炉终点控制条件。

5.本发明使转炉在生产低磷钢种时炉底的增长与炉衬的侵蚀可控，有效地解决炉身渣层厚及炉容比变小及耐材侵蚀加快的问题，使炉形保持稳定，便于实现冶炼不同钢种时操作、加料的稳定性，同时也为实现转炉的高炉龄创造了条件。

具体实施方式

实施例1：

本发明工艺：常规铁水条件，渣耗低、氧耗低、钢铁料消耗低、排渣率合适、脱磷高效、终点C高、P低、炉型稳定

采用120t转炉顶底复合吹炼，原料组成的重量百分比为，脱硫铁水85％(铁水除铁之外的主要成分为C：4.57％、Si：0.51％、P：0.105％、S：0.002％，铁水温度：1362℃)，余量为8％的清洁废钢及7％的生铁，原料加入量为146吨。上炉出钢后不倒渣(留渣量4.7t)。

在冶炼时，转炉底吹流量设置为0.1m³/min.t，底吹气体在吹氮10min20s时进行氮气与氩气的切换。

一次下枪开吹阶段采用低枪位、大流量的吹炼工艺，氧枪枪位较常规工艺吹炼前期枪位低～200mm，枪位控制在1500mm开吹，氧枪流量调整为34000m³/h。

下枪点着火后，开始加氧化铁皮球和返矿，二者总共加2900kg/炉。1min28s，开始加石灰和轻烧白云石，石灰加入量在1900kg/炉，轻烧白云石加600kg/炉。2min26s，一批料全部加完。然后，枪位逐渐上吊150mm，提枪时间在5min38s，一次倒渣温度在1382℃，前期一倒排渣率控制在52％，一倒脱磷率达到72％。

二次下枪氮气打渣10s后，切换氧气，枪位上限为2000mm，流量28000m³/h。点着火后，1min30s开始加150kg石灰，随后按200～350kg/批分批加入矿石，进行调温和化渣，提高渣中FeO含量，本炉次矿石总加入量4.3t。待二次下枪的头批料加完后，氧枪枪位提高到2300mm，石灰加入200kg。烟气氧含量开始下降后加入150kg轻烧白云石进行调渣。在11min～11min30s时将供氧量降低至下限位25000m³/h，压枪枪位1700mm，压枪时间25s。二倒温度在1608℃，在13min36s提枪。

采用低枪位1700mm进行溅渣，溅渣时间为2min28s；该炉全部炉渣(4.2t)留在炉内用于下一炉次的冶炼。

该炉次终点情况C：0.15％，P：0.005％，S：0.003％，该炉消耗情况为：石灰18.7kg/吨钢，渣料总消耗为29.1kg/吨钢，氧气消耗为48.6Nm³/吨钢，钢铁料消耗1.121t/吨钢。

该组按此生产工艺生产一组12炉低磷洁净钢，生产前激光测厚仪测炉底厚度为714mm，熔池渣线部位出钢面厚度为711mm，该组生产结束后，激光测厚仪测炉底厚度为726mm，熔池渣线部位出钢面厚度为702mm，整体炉型炉况稳定。

实施例2：

本发明工艺：较差铁水条件，原料结构加大废钢配比，渣耗较低，氧耗低、钢铁料消耗低，周期较短，终点出钢碳较高，炉型波动小

采用120t转炉顶底复合吹炼，原料组成的重量百分比为，脱硫铁水76％(铁水除铁之外的主要成分为C：5.03％、Si：0.68％、P：0.122％、S：0.002％，铁水温度：1402℃)，余量为17％的清洁废钢及7％的生铁，原料加入量为142吨。上炉出钢后留渣量4.2t。

在冶炼时，转炉底吹流量设置为0.1m³/min.t，底吹气体在吹氮10min05s时进行氮气与氩气的切换。

在使用该工艺进行冶炼时，一次下枪开吹阶段采用正常枪位及流量的吹炼工艺，枪位控制在1680mm开吹，氧枪流量调整为35000m³/h。

下枪点着火后，开始加氧化铁皮球和返矿，二者总共加3500kg/炉。1min12s，开始加石灰和轻烧白云石，石灰加入量在2500kg/炉，轻烧白云石加800kg/炉。2min30s，一批料全部加完。然后，在5min20s提枪，一次倒渣温度在1412℃，前期一倒排渣率58％，一倒脱磷率67％。

二次下枪氮气打渣10s后，切换氧气，枪位上限为2000mm，流量28000m³/h。点着火后，1min30s开始加250kg石灰，随后按200～300kg/批分批加入矿石，调整渣中FeO含量，本炉次矿石总加入量4.45t。待二次下枪的头批料加完后，氧枪枪位提高到2500mm。吹炼后期加入150kg轻烧白云石进行调渣。在12min15s时将供氧量降低至下限位23000m³/h，压枪枪位1700mm，压枪时间22s。二倒温度在1618℃，在14min02s提枪。

采用较低枪位1700mm进行溅渣，溅渣时间为3min02s；该炉炉渣(5.9t)全部留在炉内用于下一炉次的冶炼。

该炉次终点情况C：0.13％，P：0.006％，S：0.002％，该炉消耗情况为：石灰26.2kg/吨钢，渣料总消耗为34.2kg/吨钢，氧气消耗为49.2Nm³/吨钢，钢铁料消耗1.132t/吨钢。

该组按此生产工艺生产一组10炉低磷洁净钢，生产前激光测厚仪测炉底厚度为712mm，熔池渣线部位出钢面厚度为721mm。该组生产结束后，激光测厚仪测炉底厚度为747mm，熔池渣线部位出钢面厚度为706mm，炉底稍有增长，渣线部位未出现显著侵蚀。

实施例3

本发明工艺：较优铁水条件，渣耗低、氧耗低、钢铁料消耗低、排渣率合适、脱磷高效、终点C高、P低、炉型稳定

采用120t转炉顶底复合吹炼，原料组成的重量百分比为，脱硫铁水88％(铁水除铁之外的主要成分为C：4.62％、Si：0.35％、P：0.89％、S：0.002％，铁水温度：1346℃)，余量为6％的清洁废钢及6％的生铁，原料加入量为149吨。上炉出钢后不倒渣(留渣量3.9t)。

在冶炼时，转炉底吹流量设置为0.1m³/min.t，底吹气体在吹氮10min30s时进行氮气与氩气的切换。

一次下枪开吹阶段采用低枪位、大流量的吹炼工艺，氧枪枪位较常规工艺吹炼前期枪位低150mm，枪位控制在1550mm开吹，氧枪流量调整为32000m³/h。

下枪点着火后，开始加氧化铁皮球和返矿，二者总共加2900kg/炉。1min28s，开始加石灰和轻烧白云石，石灰加入量在1800kg/炉，轻烧白云石加500kg/炉。2min10s，一批料全部加完。然后，枪位逐渐上吊150mm，提枪时间在5min09s，一次倒渣温度在1361℃，前期一倒排渣率控制在47％，一倒脱磷率达到70％。

二次下枪氮气打渣10s后，切换氧气，枪位上限为2000mm，流量28000m³/h。点着火后，1min30s开始加150kg石灰，随后按200～250kg/批分批加入矿石，进行调温和化渣，提高渣中FeO含量，本炉次矿石总加入量3.6t。待二次下枪的头批料加完后，氧枪枪位提高到2300mm，石灰加入200kg。烟气氧含量开始下降后加入100kg轻烧白云石进行调渣。在10min05s时将供氧量降低至下限位23000m³/h，压枪枪位1900mm，压枪时间22s。二倒温度在1592℃，在13min06s提枪。

采用低枪位1700mm进行溅渣，溅渣时间为2min18s；该炉全部炉渣(4.1t)留在炉内用于下一炉次的冶炼。

该炉次终点情况C：0.19％，P：0.004％，S：0.002％，该炉消耗情况为：石灰15.7kg/吨钢，渣料总消耗为23.7kg/吨钢，氧气消耗为46.4Nm³/吨钢，钢铁料消耗1.109t/吨钢。

该组按此生产工艺生产一组9炉低磷洁净钢，生产前激光测厚仪测炉底厚度为726mm，熔池渣线部位出钢面厚度为721mm，该组生产结束后，激光测厚仪测炉底厚度为737mm，熔池渣线部位出钢面厚度为716mm，整体炉型炉况保持稳定。

实施例4：

采用常规工艺：常规铁水条件，渣耗高，氧耗高、钢铁料消耗高，周期长，终点出钢碳低，炉底涨幅明显，渣线部位侵蚀

采用120t转炉顶底复合吹炼，原料组成的重量百分比为，脱硫铁水83％(铁水除铁之外的主要成分为C：4.62％、Si：0.37％、P：0.108％、S：0.002％，铁水温度：1354℃)，余量为10％的清洁废钢及7％的生铁，原料加入量为145吨。上炉出钢后留渣量4.5t。

在冶炼时，转炉底吹流量设置为0.1m³/min.t，底吹气体在吹氮10min20s时进行氮气与氩气的切换。

在使用该工艺进行冶炼时，一次下枪开吹阶段采用正常枪位及流量的吹炼工艺，枪位控制在1700mm开吹，氧枪流量调整为28000m³/h。

下枪点着火后，开始加氧化铁皮球和返矿，二者总共加4500kg/炉。1min28s，开始加石灰和轻烧白云石，石灰加入量在4200kg/炉，轻烧白云石加1500kg/炉。2min47s，一批料全部加完。然后，在6min07s提枪，一次倒渣温度在1402℃，前期一倒排渣率32％，一倒脱磷率36％。

二次下枪氮气打渣10s后，切换氧气，枪位上限为2000mm，流量28000m³/h。点着火后，1min30s开始加800kg石灰，随后按400～500kg/批分批加入矿石，调整渣中FeO含量，本炉次矿石总加入量8.9t。待二次下枪的头批料加完后，氧枪枪位提高到2300mm。石灰加入500kg。吹炼后期加入50kg轻烧白云石进行调渣。压枪枪位2000mm，压枪时间12s。二倒温度在1642℃，在16min29s提枪。

采用较低枪位1900mm进行溅渣，溅渣时间为1min52s；该炉炉渣较稀，倒出5.3t炉渣，余下的部分炉渣(2.9t)留在炉内用于下一炉次的冶炼。

该炉次终点情况C：0.04％，P：0.008％，S：0.003％，该炉消耗情况为：石灰39.3kg/吨钢，渣料总消耗为57.6kg/吨钢，氧气消耗为53.2Nm³/吨钢，钢铁料消耗1.1167t/吨钢。

该组按此生产工艺生产一组10炉低磷洁净钢，生产前激光测厚仪测炉底厚度为723mm，熔池渣线部位出钢面厚度为717mm。该组生产结束后，激光测厚仪测炉底厚度为847mm，熔池渣线部位出钢面厚度为581mm，炉底增长明显，且渣线部位侵蚀严重。

对比例1：

对比例1与实施例1相比，铁水条件及原料结构基本一致，主要区别在于前期一倒排渣率控制在78％。为加强二次下枪后的化渣并保证总脱磷效果及终点留渣量，二次下枪后渣料加入量及矿石用量明显上升，总渣耗达到59.7kg/吨钢，钢铁料消耗1.1162t/吨钢，且吹炼中期返干几率增加。

该组按较高一倒排渣率生产一组10炉低磷洁净钢，生产前激光测厚仪测炉底厚度为714mm，熔池渣线部位出钢面厚度为723mm，该组生产结束后，激光测厚仪测炉底厚度为802mm，熔池渣线部位出钢面厚度为629mm，炉型有波动，炉底有增长，炉衬侵蚀呈加重趋势。

对比例2：

对比例2与实施例1相比，铁水条件、原料结构及过程控制基本一致，主要区别在于终点温度控制在1652℃，该炉次终点情况C：0.06％，P：0.012％，未能达到终点高碳低磷的效果，而且，该炉的氧耗高达54.7Nm3/吨钢。

对比例3：

对比例3与实施例1相比，铁水条件、原料结构及过程控制基本一致，主要区别在于终点炉渣偏稀未进行固渣操作，导致溅渣时间长且效果差，为保证下炉进料的安全性，被迫倒渣，本炉终点P偏高，达0.015％，且后续紧接炉次渣料消耗为61.2kg/吨钢，钢铁料消耗明显升高，为1.171t/吨钢，炉衬侵蚀加重，炉型出现明显波动。