一种在溅渣护炉条件下顶底复吹转炉铁水脱磷的方法

摘要

一种在溅渣护炉条件下顶底复吹转炉铁水脱磷的方法，属于炼钢技术领域。主要针对溅渣护炉条件下的铁水脱磷。通过喷枪顶吹惰性气体进行溅渣护炉，通过转炉上方设置的料斗向铁水浴面添加脱磷剂，通过氧枪从顶部向铁水浴面供给氧气，通过转炉炉底供气系统向钢水内部供给惰性搅拌气体；通过溅渣护炉操作有效利用前一炉次的炉渣和保护炉衬，同时提高脱磷效率。优点在于，通过溅渣护炉操作有效利用前一炉的炉渣和保护炉衬，同时提高脱磷效率，终点磷含量能够控制在0.02重量％以下。

说明书

技术领域

本发明属于炼钢技术领域，特别是涉及一种在溅渣护炉条件下顶底复吹转炉铁水脱磷的方法。在溅渣护炉条件下改善转炉寿命、有效利用前一炉次残留炉渣和提高脱磷效率。

背景技术

近年来，钢铁产品对磷含量的要求日趋严格。为了满足钢铁品质的要求，需要在铁水预处理及转炉炼钢过程中尽可能的除去铁水中的磷。转炉具有炉容比大以及脱磷动力学好的优点，近年来国内外各大钢厂越来越重视利用转炉进行铁水脱磷。对于传统的转炉吹炼过程，废钢、未脱磷·脱硅铁水及脱磷剂被装入转炉，然后顶吹氧气氧化除去铁水中的Si、P和C等。但是由于铁水初始硅含量高以及吹炼中后期钢水温度高，铁水中脱去的磷会部分返回钢水中，因此需要使用过量的石灰，导致钢渣排放量和生产成本增加。

中国专利申请号97116979.9公开了“铁水预脱磷方法”，该方法利用转炉且使用合成渣进行铁水预脱磷。所用合成渣组成为CaO(50-70％)-铁氧化物(15-35％)-CaF₂(5-15％)或者CaO(55-70％)-铁氧化物(15-30％)-CaF₂(4-10％)-Na₂CO₃(4-9％)。通过该发明，铁水脱磷率能够达到85-90％且废渣量低。但是，由于CaF₂和Na₂CO₃的用量大，会导致实际生产过程中转炉炉内耐火材料腐蚀严重和炉渣溢出。

中国专利申请号200680041842公开了“铁水的脱磷处理方法”，该方法通过将氧气和脱磷剂一同吹入转炉内铁水浴面进行铁水脱磷。通过该发明，铁水中磷含量能够从0.105～0.124％降到0.012～0.020％，且石灰用量在3.3～9.6kg/t范围内。但是，该法对设备以及炼钢用辅料要求极其严格，很难在多数钢厂推广应用。

日本国专利申请号1991-321891公开了“低磷转炉炉渣的再利用方法(低P転炉滓の再利用方法)”，该方法基于两座转炉，一座用于铁水脱磷，一座用于脱碳，通过利用脱碳渣于脱磷炉进行脱磷，能够有效降低转炉炼钢过程废渣排放量同时也降低了萤石的用量。但是，该方法没有阐述对转炉耐火材料的影响。

日本国专利申请号2007-45040公开了“铁水精炼方法(溶銑精錬方法)”，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，该方法同样没有阐述对转炉耐火材料的影响。

溅渣护炉技术能够提高转炉内部耐材寿命，在国内各大钢厂得到普遍应用，效果显著。溅渣原料主要为前一炉次出钢后的炉渣，一般该炉渣在转炉吹炼末期温度(1650度以上)下化渣良好，且对于动力学条件好的转炉渣钢间脱磷反应近于化学平衡，在下一炉次吹炼过程中溅渣层大部分都会再次溶解于炉渣中。基于热力学的观点，上述炉渣在低温脱磷过程中(1300～1400度)仍具有较强脱磷能力(例如，CAMP-ISIJ，18(2005)，p.728)。但是在转炉吹炼过程中，溅渣层所参与的渣钢间反应没有得到足够的重视，特别是溅渣层再次溶解后的对脱磷的影响。

中国专利申请号99125019.2公开了“对转炉炉壁溅渣护炉的方法”，该方法用顶吹喷枪将惰性气体喷射到出钢后炉内残留渣中使渣飞散到附着在炉壁上，使全部炉壁包括炉腹耳轴侧形成稳定均匀的覆盖层。该法控制喷枪高度距离炉底0.7～3.0m，气体流量为250～600Nm³/min，调渣剂为含MgO或者CaO的物质，控制渣固相率为0.5～0.7。通过该法，溅渣层厚度为12～17mm，炉龄稳定提高到10000炉。但是，该法没有阐述溅渣护炉条件下对脱磷的影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在溅渣护炉条件下顶底复吹转炉铁水脱磷的方法，控制脱磷终点磷含量小于0.02重量％。在溅渣护炉条件下改善转炉寿命、有效利用前一炉次残留炉渣和提高脱磷效率。

本发明采用喷枪顶吹惰性气体进行溅渣护炉，通过转炉上方设置的料斗向铁水浴面添加以石灰、铁矿石和萤石为主体的脱磷剂，通过氧枪从顶部向铁水浴面供给氧气，通过转炉炉底供气系统向钢水内部供给搅拌气体。通过溅渣护炉操作有效利用前一炉的脱碳渣和保护炉衬，同时提高脱磷效率。

本发明主要针对溅渣护炉后的铁水脱磷。通过喷枪顶吹惰性气体进行溅渣护炉，通过转炉上方设置的料斗向铁水浴面添加以石灰、铁矿石和萤石为主体的脱磷剂，通过氧枪从顶部向铁水浴面供给氧气，通过转炉炉底供气系统向钢水内部供给搅拌气体。通过溅渣护炉操作有效利用前一炉的脱碳渣和保护炉衬，同时提高脱磷效率。

本发明所述的顶底复吹转炉公称容量为150～300吨。

本发明所述的溅渣护炉是在顶底复吹转炉内，出钢后使转炉炉内残留炉渣，用喷枪高压喷吹惰性气体冲击炉渣，使炉渣飞散、附着于炉壁上进行溅渣护炉；溅渣护炉控制喷枪高度距离转炉炉底1.0～3.0m，并且控制惰性气体流量36000～51000Nm³/h，压力0.9～2.0MPa，喷吹时间1～6min，所用惰性气体是氮气、氩气或其混合气体；溅渣用炉渣中T.Fe(为未吸铁条件下的分析值)≤16重量％时，使用白云石和轻烧白云石中的至少一种作为调渣剂。溅渣用炉渣中T.Fe＞16重量％时，除使用白云石和轻烧白云石中的至少任意一种外，还使用含碳镁球作为调渣剂；

溅渣用炉渣中P₂O₅含量为0～3.0重量％。

本发明所述的脱磷处理用铁水适用于脱磷处理前铁水磷含量为0.03～0.12重量％。

本发明所述的脱磷剂为CaO、铁矿石和CaF₂，在脱磷开始前，通过转炉上方设置的料斗向铁水浴面一次添加完毕。CaO添加量根据铁水初始硅含量和磷含量确定，一般为每吨铁14～46公斤；铁矿石添加量由铁水温度和组成等确定，一般为每吨铁0～23公斤；为了快速化渣，萤石被少量添加，添加量为吨铁1.5～4.0公斤。

用氧枪顶吹氧气，流量为16200～18000Nm³/h，氧枪喷头距离钢水液面的距离为2.0～3.0m。

底吹搅拌气体为氮气、氩气或者二者的组合，底吹强度为吨铁0.03～0.35Nm³/min。

附着于转炉内炉壁上的喷溅渣，能够在铁水温度1300～1400℃条件下提高脱磷效率，保证脱磷后铁水磷含量低于0.02重量％。

下面对于本发明要求范围给予说明。转炉公称容量小于150吨可能没有配备副枪或者底吹系统，影响对反应过程的控制和影响脱磷动力学效果。溅渣护炉用喷枪只要能够起到溅渣护炉效果，何种喷枪均可，不受特别限制。但是使用转炉吹炼用的氧枪更有利于降低对设备的要求和生产成本。喷枪高度低于1.0m，会导致直接喷吹炉底，降低炉底寿命。喷枪高度高于3.0m，会降低溅渣护炉效果。喷吹气体流量大于51000Nm³/h会导致直接喷吹炉底和渣溅出炉外。气体流量小于36000Nm³/h会降低溅渣护炉效果。所用喷吹气体为氮气、氩气和/或其混合气体，从成本角度考虑氮气为最佳。溅渣护炉用炉渣中P₂O₅含量大于3.0％会影响炉渣脱磷能力甚至导致钢水回磷。铁水初始磷含量低于0.03重量％不必采用该法脱磷，在脱碳过程即可简单除去。本发明不针对铁水初始磷含量高于0.12重量％的高磷铁水。为了尽快化渣，脱磷剂通过转炉上方设置的料斗向铁水浴面一次添加完毕。脱磷用氧枪氧气喷头距离钢水液面的距离为2.0～3.0m，流量为16200～18000Nm³/h，能够保证脱磷效果的前提下降低脱碳量。底吹气体强度小于吨铁0.03Nm³/min会导致搅拌效果降低、增加吹炼时间和铁水中终点磷含量。底吹气体强度大于吨铁0.38Nm³/min会导致生产成本增加和降低底吹系统寿命。

与现有普通顶底复吹转炉吹炼技术(即转炉内脱磷和脱碳同时进行)相比，本发明具有如下优点：

1、充分利用了成熟的顶底复吹转炉吹炼技术，铁水脱磷的动力学条件得到满足。

2、采用铁水脱磷前溅渣护炉操作，在保证炉内耐火材料使用寿命前提下，发挥附着于炉壁的炉渣的脱磷能力。

3、采用常用的脱磷剂原料，来源广泛，价格低廉。

附图说明

图1为本发明转炉脱磷吹炼过程中氧枪枪位及氧气流量变化图。

图2为本发明转炉脱磷吹炼结束后铁水脱磷率及渣铁间磷分配比图。

具体实施方式

实验在210吨顶底复吹转炉中进行，表1为实施例1至实施例3所用溅渣护炉炉渣组成以及溅渣参数，表2为实施例所用溅渣护炉调渣剂组成，表3为脱磷前后铁水组成及原辅料装入条件，其中表3中所示比较例为未溅渣护炉条件下的铁水脱磷实验。使用转炉吹炼氧枪喷吹氮气进行溅渣护炉后，装入废钢和未脱磷铁水，然后通过位于转炉上方的料斗一次性添加脱磷剂(石灰、铁矿石和萤石)到转炉内，调整吹炼用氧枪枪位，开始吹炼。吹炼过程氧枪枪位及氧气流量变化如图1所示，脱磷结束后铁水脱磷率及渣铁间磷分配比如图2所示。实施例1和3由于溅渣护炉用炉渣中T.Fe含量高于16重量％，炉渣较稀，加入1.1和1.2吨含碳镁球进行调渣。实施例2的T.Fe含量低于16重量％，只加入轻烧白云石进行调渣。

如表3所示，实验例与比较例的终点磷含量都位于0.014～0.016重量％之间，证明了本发明较高的脱磷效果。如图2所示，对比比较例的实验结果，本发明实施例1和2的脱磷率和渣铁间磷的分配比更高，特别是在铁水初始磷含量高的情况下。此外，即使在吹炼时间短、氧耗量低以及脱磷剂添加量少的情况下，实施例3的脱磷率和渣铁间磷的分配比与比较例的水平相当。因此，本发明实现了在溅渣护炉操作基础上不仅仅改善转炉寿命，而且有效利用溅渣护炉炉渣提高了脱磷效率，使脱磷后铁水磷含量低于0.02重量％。

本发明的目的是提供一种在溅渣护炉条件下脱磷效果显著的顶底复吹转炉铁水脱磷法。本法采用喷枪顶吹惰性气体进行溅渣护炉，通过转炉上方设置的料斗向铁水浴面添加以石灰、铁矿石和萤石为主体的脱磷剂，通过氧枪从顶部向铁水浴面供给氧气，通过转炉炉底供气系统向钢水内部供给搅拌气体。通过溅渣护炉操作有效利用前一炉的脱碳渣和保护炉衬，同时提高脱磷效率。

表1实施例所用溅渣护炉炉渣组成及溅渣参数

表2实施例所用溅渣护炉调渣剂组成

表3脱磷前后铁水组成及原辅料装入条件