一种转炉深脱磷脱碳底喷造渣粉冶炼方法和应用

摘要

本发明属于转炉炼钢喷射冶金技术领域，公开了一种转炉深脱磷脱碳底喷造渣粉冶炼方法和应用，少渣冶炼技术分为两个冶炼时期，分别为深脱磷期、深脱碳期。所述深脱磷期，将氧化钙、轻烧白云石、高镁石灰、烧结返矿磨细均匀混合由转炉底部喷入转炉。所述深脱碳期，将氧化钙、轻烧白云石、烧结返矿磨细均匀混合由转炉底部喷入转炉。所述底喷粉技术使用的底吹元件为不锈钢单管。实施例结果表明，本发明所述转炉深脱磷脱碳底喷造渣粉冶炼技术与相同条件下转炉预留脱碳渣技术及现有底吹喷粉相比，具有更好脱磷、脱碳效果，物料消耗低，金属收得率高。

说明书

技术领域

本发明涉及转炉炼钢喷射冶金技术领域，尤其涉及一种转炉深脱磷脱碳底喷造渣粉冶炼方法和应用。

背景技术

钢铁工业的发展日新月异，钢铁产量始终保持在高位。同时，对钢的质量提出了更高的要求，生产高质量洁净钢成为迫切需要。而能源供应趋势日益紧张，这需要更高水平的炼钢节能技术，降低成本提升质量成为重要任务，提升转炉脱磷效率尤为重要。在常规炼钢生产中，磷作为杂质元素极大的影响了钢的低温冲击韧性，显著降低了钢的性能，转炉脱磷是炼钢过程的重要环节。国内外，转炉炼钢脱磷工艺主要有三种：单渣法、双渣法、双联法。单渣法方法简单，一次造渣脱硅脱磷，但对低磷钢生产的冶金功能不足。双渣法实施两步冶金过程，先造渣进行脱磷，倒掉部分渣，再进行补料脱碳升温。双联法通过两座大型转炉分别进行单独脱磷和脱碳过程。虽然双渣法和双联法可以满足冶炼要求，但加大了生产成本，延长了冶炼周期。转炉底喷粉技术将物料从转炉底部喷入，能够快速实现转炉熔池均匀搅拌，提供了良好的脱磷动力学及热力学条件，大幅促进渣钢平衡，降低终点钢水碳氧积，提升转炉的脱碳、脱磷和脱硫效率，从而降低转炉炼钢工艺的钢铁料消耗、造渣料消耗和脱氧合金消耗，显著提高钢水洁净度。因此，加大转炉底喷粉技术的研发力度，丰富转炉底喷粉技术实践经验，实现转炉高效脱磷、低成本冶炼将成为我国转炉炼钢发展的重要方向之一。

朱荣等的发明专利CN112094980B提出一种转炉顶底复合喷粉高效冶炼的系统及冶炼方法，冶炼过程中，顶部石灰粉通过中心输粉管路喷射至转炉内，底部石灰粉经底喷粉管路由底喷粉元件喷射至转炉内。王德勇等的发明专利CN113234883A提供了一种转炉底吹喷粉的冶炼工艺，通过在转炉底部安装底吹喷枪，利用高压氮气、氩气为载体，将转炉冶炼所需粉剂从底吹喷枪喷入转炉内部，喷入的粉剂参与炉内的氧化反应，降低顶部渣料加入量从而降低总渣量。上述通过不同方法改善传统单渣法炼钢脱磷，但其中底喷工艺仅局限于单一强化熔池搅拌，使用粉剂只选择了石灰粉，未考虑复合造渣剂的影响；未考虑不同时期的冶金功能，脱磷和脱碳效果不明显。

本发明采用在顶底复吹转炉工艺中，以氮气或氩气为载气通过底喷装置将复合造渣粉剂从炉底喷入炉内，进行深脱磷。同时，将转炉冶炼时期分为深脱磷和深脱碳期，并根据不同的冶炼时期提供所需深脱磷或深脱碳复合造渣粉剂，以提高了不同冶炼时期的深脱磷和深脱碳效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种转炉深脱磷脱碳底喷造渣粉冶炼方法和应用，所述方法能够得到较高洁净度的钢水、较低的物料消耗、较好脱碳脱硫，尤其是脱磷效果。

为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：一种转炉深脱磷脱碳底喷造渣粉冶炼方法，具体为：

将氧化钙、轻烧白云石、高镁石灰、烧结返矿按照一定重量比例混合均匀制粉；在冶炼前期深脱磷期采用顶吹软吹模式，冶炼后期深脱碳期采用顶吹常规模式；冶炼整个周期进行底吹，以氩气或氮气为载体，使用不锈钢单管作为底吹元件8，在转炉底部喷吹不同重量比例的氧化钙、轻烧白云石、高镁石灰、烧结返矿复合粉体。

所述氧化钙、轻烧白云石、高镁石灰、烧结返矿按照一定重量比例混合制粉；深脱磷期下，氧化钙：轻烧白云石：高镁石灰：烧结返矿重量比为[15～30]:[7～15]:[2～5]:[1～4]；深脱碳期下，氧化钙：轻烧白云石：烧结返矿体重量比为[6～12]:[7～12]:[3～6]。

所述底吹元件8直径范围为6～25mm。

所述底吹氩气或氮气流量范围为0.05～1.50Nm

所述辅吹氩气或氮气流量范围为0.05～0.50Nm

所述冶炼前期深脱磷期和冶炼后期深脱碳期下，复合粉体喷吹速度v范围0

复合粉体与氩气或氮气的粉体气体质量比为10.0～50.0。

在深脱磷时期采用软吹模式，转炉顶部氧枪流量范围为2.5～3.5Nm

转炉深脱磷脱碳底喷造渣粉冶炼方法在转炉炼钢过程中应用，得到终点碳氧积浓度、终点碳含量、终点磷含量、终点硫含量。

本发明的有益效果：相比传统转炉炼钢工艺和其他转炉底喷粉技术，本发明对于冶炼工艺条件的应用效果更好，实现氧化钙消耗降低29％以上，其他造渣剂消耗降低7.9kg/t以上，终点碳氧积范围为1.0×10

附图说明

图1为一种转炉深脱磷脱碳底喷造渣粉冶炼方法流程图；

图2为实验装备示意图。

图3(a)为底吹元件布置呈30°的示意图；

图3(b)为底吹元件布置呈90°的示意图；

图4为底吹元件示意图。

图中：1、储气瓶，2、气体罐，3、油水分离器，4、压力表及流量计，5、加料仓，6、充压喷粉罐，7、电动或气动V型阀，8、底吹元件，9、转炉。

具体实施方式

本发明提供了一种转炉深脱磷脱碳底喷造渣粉冶炼方法和应用，本发明在转炉炼钢过程中的应用方法没有任何的特殊要求，采用常规的使用方法进行使用即可。在本发明具体实施方式中，所述转炉容量20～400t。包含如下步骤：

使用不锈钢单管底吹元件8，不同阶段以恒定气流流量喷吹复合粉体。底吹喷吹氩气或氮气的流量范围为0.05～1.50Nm

图1为工艺流程图，冶炼周期主要分为，深脱磷期和深脱碳期。本发明将氧化钙、轻烧白云石、高镁石灰、烧结返矿按照一定重量比混合均匀磨细。具体质量比为深脱磷期，氧化钙：轻烧白云石：高镁石灰：烧结返矿＝[15～30]:[7～15]:[2～5]:[1～4]，深脱碳期，氧化钙：轻烧白云石：烧结返矿体＝[6～12]:[7～12]:[3～6]。

图2为实施设备示意图，箭头所指为气体流动方向。使用储气瓶1连接气体罐2，经过油水分离器3开始鼓吹氩气或氮气，使用压力表及流量计4控制气体流量和压力；粉体由加料仓5进入充压喷粉罐6，将氩气或氮气通入充压喷粉罐6，连接压力表及流量计4，结合电动或气动V型阀7控制粉体流量和压力，最后将气体和粉体混合体通入底吹元件8，喷入转炉9。所述转炉容量20～400t。喷入转炉9的气体和粉体混合体能够快速的搅拌熔池，实现熔池各组分成分均匀，以达到更好的冶炼效果。吹入的氧化钙粉粉体能够快速造渣，促进钢渣平衡，减少了氧化钙的消耗。吹入的氩气或氮气能够充分搅拌熔池，达到更好的脱硫、脱磷效果。同时，本发明提供的制备方法简单，制备周期短，设备投资少。

图3为底吹元件布置方案，底部供气布置在熔池0.5～0.6D圆周上，D为熔池直径上。图4为底吹元件示意图，底吹元件为不锈钢单管。

图4为底吹元件示意图，辅吹气体通过辅吹系统经由环缝进入熔池，起到底吹搅拌和保护底吹元件作用。辅吹气量范围为0.10～0.50Nm

具体步骤为：

前期准备工作：氧化钙、轻烧白云石、高镁石灰、烧结返矿磨细，按一定质量比均匀混合，研磨至所需的粒径大小，备用。具体质量比为深脱磷期，氧化钙：轻烧白云石：高镁石灰：烧结返矿＝[15～30]:[7～15]:[2～5]:[1～4]，深脱碳期，氧化钙：轻烧白云石：烧结返矿＝[6～12]:[7～12]:[3～6]。

喷粉操作控制过程：

首先，打开加压阀，增加充压喷粉罐内压力至0.50～0.55MPa。转炉装入废钢兑铁水时吹氮气保护喷粉元件，辅吹气流量0.05～0.50Nm

深脱磷期：采用顶吹软吹模式，转炉顶部氧枪顶吹氧气流量范围为2.5～3.5Nm

深脱碳期：采用顶吹常规模式，顶吹氧气流量范围为3.5～4.5Nm

冶炼后期：降低喷粉量为25～500kg/min，载气流量为0.05～0.75Nm

所述转炉深脱磷脱碳底喷造渣粉冶炼方法冶炼元件不锈钢单管直径为6～25mm。

所述转炉深脱磷脱碳底喷造渣粉冶炼方法的气体入口压力为0.5～1.2MPa。

所述转炉深脱磷脱碳底喷造渣粉冶炼方法的气体流量为0.05～1.5Nm

所述转炉深脱磷脱碳底喷造渣粉冶炼方法的深脱磷期和深脱碳期复合粉体喷吹速度v范围为0

深脱磷期和深脱碳期的复合粉体粒径范围为200目～2000目。

本发明还提供了一种转炉深脱磷脱碳底喷造渣粉冶炼方法在转炉炼钢中的应用，终点碳氧积、终点碳含量、终点硫含量、终点磷含量是转炉炼钢重要的性能参数，其数值越低，说明冶炼效果越好。实施例结果表明，本发明所述转炉底喷粉技术在转炉应用测试中终点碳氧积范围为1.0×10

本发明将氧化钙粉、轻烧白云石、高镁石灰、烧结返矿进行球磨和研磨，得到粒径分布均匀的粉体。本发明对所述粉体原料的来源没有特殊要求，采用纯度大于99.9％的市售产品即可。在本发明中，所述粉体原料的颗粒粒径优选的小于200目，更优选的小于400目，最优选为1340目～2000目。

在本发明中，所述氩气或氮气原料的来源没有任何的特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的市售产品即可；具体的，所述氩气或氮气原料优选纯度大于99.99％。

在本发明中，所述复合粉体和氩气或氮气的粉气比优选为10～50，最优选为20～35。

在本发明中，本发明所述转炉底喷粉技术在转炉应用测试中终点碳氧积范围终点碳氧积范围为1.0×10

下面结合实施例对本发明提供的转炉深脱磷脱碳底喷造渣粉冶炼技术方法和应用进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。

实施例1

本发明将氧化钙、轻烧白云石、高镁石灰、烧结返矿按照一定重量比混合均匀磨细。具体质量比为深脱磷期，氧化钙：轻烧白云石：高镁石灰：烧结返矿＝15:7:2:1，深脱碳期，氧化钙：轻烧白云石：烧结返矿体＝6:7:3。

所述底吹喷枪1长度为0.8米，底吹喷枪为不锈钢无缝管，尺寸为800mm*6mm。

将本实施例所述底吹元件应用于20吨转炉，转炉底部安装有4支本实施例所述底吹元件，控制底吹元件喷吹氩气或氮气最大流量为0.14Nm

喷粉操作控制过程：首先，打开加压阀，增加加压罐内压力至0.55MPa。

加料期：转炉装入废钢兑铁水时吹氮气保护喷粉元件，载气流量为0.05Nm

深脱磷期：吹炼前30秒吹氩气或氮气保护底吹元件，气体流量与加料期相同，目的是保护底吹元件，促进炉内铁水升温。吹炼30秒开始喷复合粉体，喷粉流量为45kg/min，载气流量为0.13Nm

深脱碳期：切换粉剂喷吹复合粉体，喷粉流量根据转炉温度调整为50kg/min，载气流量为0.14Nm

冶炼后期：降低喷粉量为25kg/min，载气流量为0.07Nm

实施结果表明：400吨的转炉使用本发明的转炉底喷粉技术后，终点碳氧积为5.0×10

实施例2

本发明将氧化钙、轻烧白云石、高镁石灰、烧结返矿按照一定重量比混合均匀磨细。具体质量比为深脱磷期，氧化钙：轻烧白云石：高镁石灰：烧结返矿＝10:4:1:1，深脱碳期，氧化钙：轻烧白云石：烧结返矿体＝7:8:3。

所述底吹喷枪1长度为1.2米，底吹喷枪为不锈钢无缝管，尺寸为1200mm*16mm。

将本实施例所述底吹元件应用于200吨转炉，转炉底部安装有4支本实施例所述底吹元件，控制底吹元件喷吹氩气或氮气最大流量为0.19Nm

喷粉操作控制过程：首先，打开加压阀，增加加压罐内压力至0.50MPa。

加料期：转炉装入废钢兑铁水时吹氮气保护喷粉元件，载气流量为0.10Nm

深脱磷期：吹炼前30秒吹氩气保护底吹元件，气体流量与加料期相同，目的是保护底吹元件，促进炉内铁水升温。吹炼30秒开始喷复合粉体，喷粉流量为1000kg/min，载气流量为0.19Nm

深脱碳期：切换粉剂喷吹复合粉体，喷粉流量根据转炉温度调整为1000kg/min，载气流量为0.19Nm

冶炼后期：降低喷粉量为800kg/min，载气流量为0.15Nm

实施结果表明：200吨的转炉使用本发明的转炉底喷粉技术后，终点碳氧积为1.0×10

实施例3

本发明将氧化钙、轻烧白云石、高镁石灰、烧结返矿按照一定重量比混合均匀磨细。具体质量比为深脱磷期，氧化钙：轻烧白云石：高镁石灰：烧结返矿＝30:15:5:4，深脱碳期，氧化钙：轻烧白云石：烧结返矿体＝2:2:1。

所述底吹喷枪1长度为1.5米，底吹喷枪为不锈钢无缝管，尺寸为1500mm*28mm。

将本实施例所述底吹元件应用于400吨转炉，转炉底部安装有4支本实施例所述底吹元件，控制底吹元件喷吹氩气或氮气最大流量为0.07Nm

喷粉操作控制过程：首先，打开加压阀，增加加压罐内压力至0.55MPa。

加料期：转炉装入废钢兑铁水时吹氮气保护喷粉元件，载气流量为0.5Nm

深脱磷期：吹炼前30秒吹氩气或氮气保护底吹元件，气体流量与加料期相同，目的是保护底吹元件，促进炉内铁水升温。吹炼30秒开始喷复合粉体，喷粉流量为750kg/min，载气流量为0.04Nm

深脱碳期：切换粉剂喷吹复合粉体，喷粉流量根据转炉温度调整为1500kg/min，载气流量为0.07Nm

冶炼后期：降低喷粉量为500kg/min，载气流量为0.03Nm

实施结果表明：400吨的转炉使用本发明的转炉底喷粉技术后，终点碳氧积为1.0×10

对比例1：

以实施例2的条件做了对比例。对比例1为200吨转炉，按照同样的条件进行顶吹和底吹气，但未进行造渣料喷粉，仅喷吹含量100％的钝化氧化钙粉。

实施结果表明：200吨转炉未使用造渣料喷粉进行底喷粉，仅喷吹钝化氧化钙粉，终点碳氧积为5.1×10

对比例2：

以实施例2的条件做了对比例。对比例2为200吨转炉，按照同样的条件进行顶吹和底吹气，但未进行任何喷粉，仅在各个时期从顶部加入造渣料。

实施结果表明：200吨转炉未使用回收渣料粉进行底喷粉，终点碳氧积为1.0×10

对比例3：

以实施例2的条件做了对比例。对比例3为200吨转炉，喷吹双期造渣粉，未按照条件内的参数进行喷粉，即脱磷复合粉体配比为氧化钙：轻烧白云石：高镁石灰：烧结返矿＝13:5:1:5，深脱碳期，氧化钙：轻烧白云石：烧结返矿＝6:5:3。喷吹脱磷复合粉体与钝化氧化钙粉最大流量为1000kg/min，喷吹脱碳复合粉体与钝化氧化钙粉最大流量为1000kg/min，喷吹粉体气体比为20。

实施结果表明：200吨转炉未使用按照限定要求范围底喷粉，终点碳氧积为1.1×10

对比例4：

以实施例2的条件做了对比例。对比例4为200吨转炉，喷吹双期造渣粉，未按照条件内的参数进行喷粉，即脱磷复合粉体配比为氧化钙：轻烧白云石：高镁石灰：烧结返矿＝13:5:1:5，深脱碳复合粉体配比为氧化钙：轻烧白云石：烧结返矿＝6:7:3，喷吹脱磷复合粉体与钝化氧化钙粉最大流量为1000kg/min，喷吹脱碳复合粉体与钝化氧化钙粉最大流量为1000kg/min，喷吹粉体气体比为20。

实施结果表明：200吨转炉未使用按照限定要求范围底喷粉，终点碳氧积为1.0×10

对比例5

以实施例2的条件做了对比例。对比例5为200吨转炉，喷吹双期造渣粉，未按照条件内的参数进行喷粉，即即脱磷复合粉体配比为氧化钙：轻烧白云石：高镁石灰：烧结返矿＝15:7:2:1，深脱碳复合粉体配比为氧化钙：轻烧白云石：烧结返矿＝6:5:3，喷吹脱磷复合粉体与钝化氧化钙粉最大流量为1000kg/min，喷吹脱碳复合粉体与钝化氧化钙粉最大流量为1000kg/min，喷吹粉体气体比为20。

实施结果表明：200吨转炉未使用按照限定要求范围底喷粉，终点碳氧积为1.0×10

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。