一种利用CO2在双联转炉中提高脱磷效率的方法

摘要

一种利用CO2在双联转炉中提高脱磷效率的方法，属于冶金技术及节能减排领域。本发明首先在脱磷炉中顶吹二氧化碳和氧气的混合气体，底吹分时段切换二氧化碳和氮气，吹炼时采用二氧化碳，倒炉提枪至冶炼开吹时(非吹炼时期)采用氮气保持底吹枪畅通。当磷含量降低至0.030％以下，将脱磷后铁水加入脱碳炉中，在脱碳炉的冶炼前期顶吹二氧化碳和氧气进行深脱磷，中后期切换为纯氧气进行脱碳升温，底吹氮气或二氧化碳或氩气，终点磷可降至0.010％以下。本发明通过调整喷吹气体种类和比例，合理控制氧化剂浓度达到改善转炉脱磷反应热力学及动力学条件的效果，提高脱磷效率和钢液质量，实现二氧化碳在炼钢过程的资源化利用，促进钢铁工业的可持续发展。

说明书

技术领域

本发明属于冶金技术及节能减排领域，特别涉及一种利用CO₂在双联转炉 中提高脱磷效率的方法。

背景技术

冶金热力学认为：脱磷反应的必要条件是低温、高氧化性、高碱度渣等工艺 因素。冶金动力学认为：必须在炼钢脱磷期强化熔池搅拌，增大反应界面积，并 确保过程渣有良好的流动性。目前，传统炼钢过程通常采用氧气作为氧化剂来完 成脱磷反应。若供氧流量过大，脱磷反应易受脱硅反应后熔池迅速升温的热力学 条件限制，造成吹炼过程温度不易控制、脱磷率不稳定，若供氧流量小，不仅熔 池搅拌的动力学条件较差，且氧枪长期低于设计压力操作，造成喷头寿命降低。 由于炼钢过程脱磷主要在冶炼前期的低温条件下进行，炼钢厂通常采用单渣法冶 炼时的脱磷期采用较大流量并加入大量的固体冷却剂，以达到控制熔池升温速 度、提高冶炼前期脱磷率的目的。但是固体冷却剂易引起熔池局部冷却，以至均 匀降温效果不佳且不易控制，同时冷却剂中含有大量的杂质元素，为生产高品质 钢种增加负担。也有些钢铁企业，如日本新日铁、我国宝钢、首钢京唐等企业采 用转炉双联冶炼工艺，在双联炼钢脱磷炉内，通常采用低流量供氧造渣控温，实 现高效脱磷，但脱磷转炉内搅拌动力学条件较差，钢液过氧化严重导致炉渣发泡， 脱磷速度和效率受到限制。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出一种利用CO₂在双联转炉中提高脱磷效率 的方法，此方法利用CO₂气体的弱氧化性和搅拌能力，达到提高转炉脱磷效率、 降低生产成本，同时又不影响钢液质量的效果。

一种利用CO₂在双联转炉中提高脱磷效率的方法，此方法适用于30-350t转 炉，当铁水中磷含量为0.06-0.50％时，在不增加脱磷处理时间的同时，能够最大 限度的利用二氧化碳提供脱磷反应的热力学和动力学条件，从而降低熔池磷含 量，提高产品质量。

本发明提出一种利用CO₂在双联转炉中提高脱磷效率的方法，利用两座规 格相同的转炉，容量为30-350t，首先将温度为1200-1350℃的磷含量为0.06-0.50％ 的铁水兑入脱磷炉中，并配加0-15％的废钢，采用顶吹氧气和二氧化碳，底吹氮 气或二氧化碳进行脱磷，当磷含量降低至0.030％以下时，将脱磷后的铁水倒入 铁水包内；然后将脱磷后的铁水倒入脱碳炉内，在脱碳炉的冶炼前期顶吹二氧化 碳和氧气进一步深脱磷，中后期切换为纯氧进行脱碳升温，底吹氮气或二氧化碳 或氩气，终点磷可降至0.010％以下。

在脱磷炉内，顶吹二氧化碳的供气强度为0.5-3.0Nm³/min·t，在脱碳炉的吹 炼前期，顶吹二氧化碳的供气强度为0.5-2.5Nm³/min·t。

在脱磷炉内，顶吹二氧化碳的体积分数不超过67％，在脱碳炉的吹炼前期， 顶吹二氧化碳的体积分数不超过50％，吹炼中后期吹氧冶炼。

在脱磷炉内，底吹气体为二氧化碳或氮气，底吹的供气强度为 0.02-0.20Nm³/min·t，在脱碳炉内，底吹氮气或二氧化碳或氩气，底吹强度为 0.03-0.30Nm³/min·t。

脱磷炉采用的氧枪马赫数略小于脱碳炉的氧枪，脱磷炉的马赫数为1.5-2.0， 脱碳炉的马赫数为1.9-2.2。

脱磷炉的终点温度为1350-1450℃，脱碳炉的终点温度为1550-1700℃。

脱磷炉的吹炼时间为6-12min，脱碳炉的吹炼时间为7-15min。

在脱磷炉内，加入的造渣剂包括石灰、白云石、镁球、石灰石、萤石或几种 混合加入，终点炉渣碱度控制为1.3-2.5；在脱碳炉内，加入的造渣剂包括石灰、 白云石、镁球、石灰石、锰矿、铁矿石或几种的混合物，终点炉渣碱度为2.5-5.0。

本发明的有益效果：

本发明采用的CO₂可从石灰窑尾气中回收，也可来源于转炉煤气分离回收 的CO₂，也可从化工厂尾气或天然CO₂资源中获取。利用CO₂参与熔池反应改 善熔池脱磷反应的热力学及动力学条件，转炉脱磷率可提高5％-15％。转炉炼钢 过程喷吹二氧化碳代替部分氧气参与冶金反应，完成炼钢过程脱磷的冶金任务， 终点磷可降至0.010％以下，甚至可达到0.005％以下。该技术的应用，为提高脱 磷率、生产低磷钢种提供新的工艺方法及理论，充分利用我国高磷矿资源及二氧 化碳，发展绿色冶金工艺，实现二氧化碳在炼钢过程的资源化利用，促进钢铁工 业的可持续发展。

具体实施方式：

(1)30吨转炉冶炼工艺，具体步骤如下：

a)在脱磷炉中兑入1280℃左右的磷含量为0.085％的铁水进行冶炼，将二氧 化碳经过一系列装置与氧气混合后利用原有氧枪进行顶吹，顶吹二氧化碳的体积 分数为16％，顶吹二氧化碳的供气强度为0.6Nm³/min·t；脱磷炉的吹炼时间为 7min，终点温度为1360℃，终点炉渣碱度控制为1.8。

b)将脱磷后的铁水倒入脱碳炉内，在脱碳炉的冶炼前期顶吹二氧化碳和氧 气，二氧化碳的体积分数为9％，顶吹二氧化碳的供气强度为0.5Nm³/min·t；吹 炼中后期吹氧冶炼切换为纯氧进行脱碳升温；脱碳炉的吹炼时间为10min，终点 温度为1640℃，终点炉渣碱度为3.0。

(2)150吨转炉冶炼工艺，具体步骤如下：

a)在顶底复合吹炼脱磷炉中兑入1300℃左右磷含量为0.125％的铁水，并配 加10％的废钢，加入的造渣剂采用石灰、轻烧白云石、萤石混合加入，加入量分 别为15kg/t、3kg/t、1.5kg/t。

b)采用顶吹氧气和二氧化碳，二氧化碳的体积分数为50％，顶吹二氧化碳 的供气强度为1.8Nm³/min·t，底吹二氧化碳，底吹强度为0.15Nm³/min·t；脱磷炉 的吹炼时间为9min，终点温度为1380℃，终点炉渣碱度控制为2.2。

c)将脱磷后的铁水倒入脱碳炉内，加入的造渣剂包括石灰、轻烧白云石、 锰矿、铁矿石，加入量分别为13kg/t、3kg/t、5kg/t、10kg/t。

d)在脱碳炉的冶炼前期顶吹二氧化碳和氧气，二氧化碳的体积分数为25％， 顶吹二氧化碳的供气强度为1.0Nm³/min·t，底吹气体为氮气或氩气，底吹强度为 0.08Nm³/min·t；吹炼中后期吹氧冶炼切换为纯氧进行脱碳升温；脱碳炉的吹炼时 间为12min，终点温度为1660℃，终点炉渣碱度为3.5。

(3)300吨转炉冶炼工艺

a)在顶底复合吹炼脱磷炉中兑入1320℃左右的铁水，配加14％的废钢，二 氧化碳的体积分数为60％，顶吹二氧化碳的供气强度为2.0Nm³/min·t，底吹氮气 强度为0.20Nm³/min·t；脱磷炉的吹炼时间为10min，终点温度为1380℃，终点 炉渣碱度控制为2.5。

b)将脱磷后的铁水倒入脱碳炉内，吹炼前期二氧化碳的体积分数为33％， 顶吹二氧化碳的供气强度为1.5Nm³/min·t，底吹气体为氮气或氩气，底吹强度为 0.1Nm³/min·t；吹炼中后期切换为纯氧进行脱碳升温；脱碳炉的吹炼时间为14min 左右，终点温度为1620℃，终点炉渣碱度为5.0。