转炉铁水预处理脱磷实验研究

首钢京唐公司采用转炉铁水预处理脱磷工艺作为洁净钢生产平台,通过前期58炉冶炼实验,摸索出一套适和京唐公司生产实际的操作工艺,并在造渣制度、吹炼模式、温度控制等方面取得了重大突破,实现了稳定、高效生产低磷钢、超低磷钢的目标.脱磷炉终点磷的质量分数平均为0.017%,碳的质量分数为3.69%,脱磷炉终点平均温度为1350℃,并有10炉钢的脱磷炉终点磷的质量分数小于0.015%,最低为0.008%,达到了生产超低磷钢的预脱磷要求.对实验中影响脱磷效果的因素,如铁水硅含量,脱磷炉终点温度、终点碳含量、终渣碱度和氧化性等,进行了深入研究.分析表明当铁水硅的质量分数小于0.45%时,可以达到比较好的脱磷效果;脱磷炉的脱磷效果随终点温度的升高而逐渐变差,但为保证脱碳炉有足够的热量,脱磷炉终点温度控制范围为1350~1380℃;脱磷炉合理的碳含量范围应该在3.3%~3.8%之间;碱度控制在1.8~2.2即可满足脱磷炉的脱磷效果;通过增加矿石加入量,保持较高枪位可以提高冶炼过程渣中(FeO)含量,提高脱磷炉的脱磷效率.     

脱磷炉冶炼工艺研究与技术指标分析

阐述了脱磷炉相关工艺研究以及与常规转炉冶炼时的主要技术指标对比情况。主要工艺有少渣高效冶炼工艺、底吹系统优化,底吹深脱磷工艺、底吹可视化工艺,转炉终点静止脱碳工艺。技术指标对比分析结果显示：脱磷炉终点平均磷含量为O．014％,常规转炉终点平均磷含量为0．019％,脱磷炉脱磷效果明显;脱磷炉石灰消耗控制在41．45kg／t,常规转炉石灰消耗控制在53．27kg／t;脱磷炉终点渣中平均TFe含量为11．73％,常规转炉终点渣中平均TFe含量为14．38％,脱磷炉金属收得率高;脱磷炉平均终点钢水残锰0．102％,常规转炉平均出钢残锰0．075％,脱磷炉合金消耗少;脱磷炉平均喷溅渣量为3．93kg／t,常规转炉平均喷溅渣量为13．23kg／t,脱磷炉过程控制平稳,金属损耗少;脱磷炉冶炼钢水终点碳氧积为0．002129,常规转炉冶炼钢水终点平均碳氧积为0．002659。脱磷炉控制水平较好。     

大型转炉顶底复吹混合效果模拟

 为研究复吹参数对脱磷转炉混匀行为和脱磷效果的影响,根据相似原理,针对300 t双联脱磷转炉进行实验室的水模拟试验,研究了21种不同底吹元件数量和布置方式,顶吹强度、氧枪枪位以及底吹强度对熔池混匀效果的影响,利用数值模拟方法进行了进一步的分析比较。结果表明,采用8支底吹元件的对称集中布置方式,同时保持较大流量的底吹强度可加强对熔池的搅拌效果。通过工业试验得出,半钢平均磷质量分数由试验前的0.024 9%降低到0.017 3%,半钢脱磷率由试验前的75.3%提高到85.4%,提高了熔池整体的搅拌效率和脱磷效果。     

转炉底吹氮氩切换对氮质量分数影响

为了研究转炉底吹气体对钢水终点氮质量分数影响,研究了迁钢210 t顶底复吹转炉底吹模式对转炉终点氮质量分数的影响,并基于钢液脱氮和吸氮理论对试验结果进行了分析。应用实践结果表明,随着铁水碳质量分数增加以及终点氧质量分数降低,终点氮质量分数逐渐降低;在铁水条件、副原料、转炉终点、底吹流量以及过程操作一致条件下,随着氮氩切换时间节点延长,钢液增氮量逐渐增加。当切换时间节点为吹氧比56%以内,底吹氮氩切换对终点钢水氮质量分数影响较小,当切换时间节点为吹氧比高于56%时,终点钢水氮质量分数增幅较大。     

300 t转炉IF钢低枪位低终点氧冶炼工艺实践

在脱磷理论分析基础上,采用低枪位冶炼和低终点氧出钢,增大出钢口直径和降低终点温度,并优化底吹工艺降低碳氧积,取得了较好的脱磷效果。生产应用结果表明:采用增大出钢口和优化底吹工艺后,300 t转炉出钢时间缩短至5.1 min,缩短了1.9 min;IF钢终点温度降低至1 670.6℃,降低了17.4℃;碳氧积降低至13.3,降低了8.9;终点氧降低至422.5×10^-6。在铁水磷升高0.010%,枪位降低30 cm,终点氧降低153.3×10^-6的条件下,工艺优化后的平均终点磷含量为0.012 4%,能够满足转炉冶炼IF钢对脱磷效果的要求。     

120 t复吹转炉单渣法高拉碳工艺

 在复吹转炉铁水消耗1 050 kg/t(钢),铁水磷质量分数小于0.150%条件下,采用单渣法高拉碳工艺进行试验研究,实现了出钢碳质量分数大于0.40%,磷质量分数小于 0.020%。分析了高拉碳的操作控制难点是脱磷效率低、易喷溅和终点拉碳时机难以精确掌握。为此,对转炉操作抢位、氧压、底吹流量以及终点控制等方面进行了调整试验,试验结果表明：高枪位配合合适的底吹压力在提高脱磷效率的同时能有效控制喷溅;建立高碳出钢终点判断模型,能将碳命中率提高到90%以上。该工艺实施后,转炉终点游离氧保持在约100×10-6。     

复吹转炉两炉双联冶炼65钢工艺研究与应用

介绍了复吹转炉两炉双联法工艺在福建三钢闽光股份有限公司高碳钢生产中的应用,分别探讨了脱磷炉和脱碳炉的冶炼工艺参数和应用效果。脱磷炉顶吹供氧强度为2.0~2.7 m3/(t·min),冶炼时间7~10 min,石灰加入量平均为33.3 kg/t,平均炉渣碱度为1.51,底吹供气强度0.25m3/(t·min),温度控制在1 330~1 351℃。脱磷炉半钢平均磷质量分数为0.028 4%,平均碳质量分数为3.04%,平均脱磷率可达67.7%。脱碳炉采用少渣冶炼和高拉碳操作,供氧强度4.0m3/(t·min),底搅供气强度0.13 m3/(t·min),石灰平均加入量为13.8 kg/t,脱碳炉一倒钢水平均磷质量分数为0.013%,平均碳质量分数为0.21%,实现了低磷、高碳出钢的冶金效果。脱碳炉采用锰矿熔融还原工艺,锰矿加入量为4~6 kg/t,平均锰回收率可达46.3%,高拉碳条件下终点平均锰质量分数可达0.303%。复吹转炉两炉双联法冶炼工艺应用于高碳钢生产,实现了低磷、高碳出钢和锰矿的熔融还原,达到了预期的冶炼效果。     

转炉冶炼低磷洁净钢的工艺开发和实践

 转炉具备冶炼低磷钢的生产能力,但生产超低磷9Ni钢,转炉脱磷工艺仍然是主要难点和研究重点。分析了钢水温度、炉渣碱度、FeO和渣量等对转炉脱磷的影响规律,并结合现场工装设备条件,对转炉双联法、三渣法、双渣法3种脱磷模式进行试验对比。双联脱磷工艺半钢温降大、单炉周期长、生产组织难度大,三渣法操作过程复杂、终点磷控制优势不明显。双渣法冶炼周期短,通过优化转炉脱磷工艺,实现了采用双渣法冶炼工艺生产超低磷钢,简化了超低磷钢转炉冶炼流程,提高了生产效率。研究了转炉脱磷主要工艺参数,分析得出采用脱碳氧枪喷头时,供氧流量按脱碳吹炼流量的83.5%控制,可达到良好的脱磷效果并减少铁水碳的烧损;脱磷期半钢碳含量不宜控制过低,半钢碳质量分数为3.0%～3.5%时能保证前期的脱磷效果和脱碳期的热量。脱磷期温度控制在1 300～1 350 ℃,脱磷率较高也有利于炉渣熔化。炉渣碱度为1.8～2.2时,可保证较高的脱磷率和化渣效果。一次倒渣量40%以上,脱碳期终点温度按1 590～1 610 ℃控制,终渣FeO质量分数不小于20%,终渣碱度大于6,转炉终点磷质量分数可降低到0.002%以下。采用下渣检测系统和滑板挡渣操作,严格控制下渣量,出钢采用磷含量低的合金,炉后钢水增磷可控制在小于0.000 5%。通过工业试验,实现了铸机成品磷质量分数小于0.002%。     

脱磷专用转炉的氧枪设计及研究

 脱磷专用转炉通常采用脱磷氧枪促进化渣,提高脱磷率,实现铁水预脱磷。设计了马赫数为1.9、氧枪流量为14500m3/h的4孔脱磷氧枪,利用Fluent软件模拟了脱磷氧枪的速度场、温度场和密度场等分布。模拟发现：4孔脱磷氧枪在枪位为1.5m时,射流速度约为115m/s,当射流速度为100m/s时,最大射流半径为0.28m。在此基础上,将脱磷氧枪用于120t脱磷专用转炉的生产过程,取得了良好的冶炼效果：可控制脱磷终点温度为1370℃左右;转炉终点碳的质量分数大于2.8%时能满足脱碳炉热量要求;半钢磷的质量分数平均可达到0.018%,平均脱磷率可达到79.2%。与传统单渣工艺相比,采用此工艺不仅能降低炼钢终点磷含量,也能保证脱磷的稳定性。     

降低转炉钢水终点碳氧积技术实践

延长转炉复吹炉龄一直是钢厂追求的目标,其中转炉钢水终点碳氧积又是衡量底吹效果的一个重要指标。降低钢水终点碳氧积既可提高合金收得率,又可提高钢水质量。     

100t 转炉留渣双渣法冶炼高硅高磷铁水试验

针对钢厂铁水硅和磷含量较高的特点,采用转炉留渣双渣冶炼工艺以获得稳定的铁水脱磷率。吹炼3 min后加入石灰和污泥球等造渣材料,供氧强度0～3 min时为2.5m³/（t·min）,3～4.5 min时为3.2m³/（t·min）,温度控制在约1320℃。转炉一次倒渣后,继续吹炼,加入后期造渣料,待一氧化碳体积分数稳定时,适当提高氧枪枪位,促进化渣,并进行终点碳控制。试验结果表明:脱磷期铁水平均脱磷率为58.09%,脱碳期钢水平均脱磷率为85.56%;当半钢温度为1320℃炉渣碱度为2.0,炉渣TFe含量为18%时,在脱磷期能获得较好的铁水脱磷效果;当转炉钢水一倒温度为1580℃,终渣碱度为3.5,炉渣TFe含量为20%时,在脱碳期能够获得较好的脱磷效果;转炉终点[P]_e/[P]_r为0.90;试验中得到脱磷期和脱碳期炉渣的岩相组成适合铁水脱磷。     

碱金属氧化物对转炉冶炼超低磷钢脱磷效果影响的工业试验

通过15 kg真空感应炉试验得出CaO基脱磷渣系中分别添加Li₂O、CaF₂、Na₂O、K₂O后均有明显的脱磷效果,其中Li₂O含量5%~10%时脱磷效果最佳。120 t顶底复吹转炉双渣操作的工业试验结果表明,脱磷前期在加31.46 kg/t石灰、3.70 kg/t白云石和0.70 kg/t烧结矿的基础上添加13.88 kg/t锂云母矿（/%:56.41SiO_2,3.80FeO,4.50Na₂O,4.17K₂O,3.18Li₂O）较未加锂云母矿的渣料（34.58 kg/t石灰,5.41 kg/t白云石,3.13 kg/t的烧结矿）转炉终点渣氧化性低,转炉半钢的脱磷率和磷平衡分配比的平均值分别是未加锂云母矿的1.67倍和2.81倍,转炉终点的脱磷率和磷平衡分配比的平均值是未加锂云母矿的1.02倍和1.47倍,与未加锂云母矿相比,转炉吹炼终点[P]可由0.009%~0.011%降低到0.005%~0.006%,能够满足超低磷钢生产要求。     

80t顶底复合吹炼转炉的冶金效果

对比了包头钢铁（集团）公司炼钢厂80t顶底复合吹炼转炉和顶吹氧化转炉的冶金效果,结果表明,底吹气体对钢水的搅拌作远大于顶吹氧化。采用顶底复合吹炼工艺后,不仅钢水成分和温度更均匀,吹炼更平稳,而且钢水终点残余锰点含量提高。由于吹炼时间、氧化消耗量及炉渣中的FeO含量都有所降低,因此金属收得率提高,另外,通过适当提高炉渣碱度,该工艺还可取得较好的脱磷效果。     

复吹转炉双联工艺冶炼X80管线钢脱磷试验研究

结合某厂生产X80管线钢实际状况,对复吹转炉双联工艺的炼钢脱磷过程进行试验,研究转炉炉渣碱度和氧化性对脱磷的影响。结果表明：在铁水磷含量为0.118%和0.116%,脱磷炉和脱碳炉终点渣碱度CaO/SiO₂分别为1.6～2.0、3.3～4.1,T.Fe含量分别为10%～15%、20%～35%的条件下,脱磷炉脱磷率最高达50.85%,平均为38.35%,终点脱磷率最高为95.69%,平均为94.88%,冶炼终点钢水磷含量控制在0.007%以下,最低0.005%,满足X80管线钢生产要求。     

GCr15轴承钢转炉冶炼中“C-P-T”协同控制工艺优化研究

对100 t转炉冶炼轴承钢生产过程进行了热力学研究与分析,优化建立了转炉冶炼过程保碳、脱磷、控温(“C-P-T”)的协同控制工艺路线,并应用于轴承钢冶炼生产。结果表明,炉内脱磷反应不会在磷碳选择性氧化温度到来时立刻停止,而是有一段缓慢的衰减过程。为了深脱磷的需要,冶炼前期一次倒渣的最佳时间应控制在350～380 s,温度区间为1360～1437℃;通过脱碳速率模型预测出轴承钢冶炼中后期的脱碳速率为(0.21%～0.28%)/min;为了保碳控温的需要,在吹炼末期可采取高拉碳补吹的方式进一步精确调控终点钢液温度。一个炉役期生产数据统计显示,终点碳、磷、温度三者同时命中目标的炉次占比达到了76.67%,钢液纯净度得到大幅提升。     

120 t顶底复吹转炉双渣脱磷一次倒渣的工艺实践

通过对转炉脱磷和碳-磷选择性氧化转变温度的理论分析和计算,在铁水未经脱磷预处理的条件下,进行120 t顶底复吹转炉双渣脱磷生产实践。当铁水平均成分为(/%):4.81C、0.49Si、0.32Mn、0.127P、0.019S的情况下,在转炉冶炼前期(0~360 s),采用低温(1 330~1 350℃),较强底吹搅拌[0.030~0.040 m~3/(t·min)],中等炉渣碱度(2.0~3.0)和高氧化铁(20%~25%)工艺措施,实现一次倒渣的半钢(3.8%C)平均磷含量0.048%和平均脱磷率62.2%的脱磷效果。