120T转炉单联脱磷保碳冶炼工艺的研究与实践

120T转炉单联脱磷保碳冶炼工艺的研究与实践

三钢闽光股份有限公司炼钢厂福建三明365000

摘要:分析了脱磷保碳的可行性,通过留渣以及冶炼加料,枪位以及氧流量的控制,达到终点高碳低磷的目的。取得了转炉冶炼终点平均磷含量降低了0.003%,平均碳含量上升0.02%的良好效果。

关键词:脱磷;保碳;单渣法

1提高出钢碳含量的可行性

1.1脱碳脱磷理论基础

转炉的重要任务之一是脱磷,在炼钢温度下,脱磷反应主要发生在渣—钢界面,因此合适碱度流动性好的炉渣是冶炼终点低磷的保证。

转炉冶炼时,碳与钢中[O]和[FeO]之间发生的氧化脱碳反应,为间接氧化反应。其反应式为[1]:[C]+[O]=[CO]△Gmθ=-22364-39.63T(1)

[C]+[FeO]=[CO]+[Fe]△Gmθ=98799-90.76T(2)

转炉中发生脱磷反应时,钢水中的磷先转变成氧化物P2O5,在脱磷剂加入后,其活度下降,并与脱磷剂结合成稳定的化合物而滞留在炉渣中。磷主要在钢—渣界面发生氧化反应,其反应式为[1]:

2[P]+8[FeO]=(3FeO·P2O5)+5[Fe]△Gmθ=-413575+245.46T(3)

而3FeO·P2O5在炉渣中不稳定,由(3)式可知,当熔池温度高于1511℃时,反应向左进行,3FeO·P2O5分解产生的磷重新回到钢液中。因此,其与炉渣中的CaO结合形成的3CaO·P2O5和4CaO·P2O5为稳定化合物,可以稳定地存在于炉渣之中。而大多数情况下以4CaO·P2O5为主。其反应表达式为[1]:

2[P]+5[FeO]+4(CaO)=(4CaO·P2O5)+5[Fe]△Gmθ=-804284+346.46T(4)

1.2抑制冶炼后期脱碳,强化脱磷

转炉冶炼过程脱碳速度呈“低―高―低”的趋势,而吹炼中期的脱碳速度取决于供氧强度。提高枪位,减弱氧气流股对熔池的穿透能力,降低供氧强度和底吹氩气强度,可以在一定程度上抑制碳氧反应的速率。同时结合加料,控制后期熔池温度,防止熔池温度过高,而产生大幅回磷现象。在保证前期脱磷效果的情况下,抑制后期脱碳反应的进行,达到冶炼终点高拉碳的目的。

2转炉单渣法冶炼高碳钢的工艺优化措施

2.1留渣操作

留渣保证了初渣的氧化性和碱度,同时留渣具有一定的温度能够促进前期渣的熔化,为前期去磷创造条件,但留的渣必须具备一定的条件,上炉终点碳质量分数在0.06%以下或补吹时间较长炉渣过氧化的炉次不宜留渣,留渣量的大小应根据入炉铁水条件判定,一般选择3~5t。

2.2供氧强度

铁水条件相同的高碳钢与低碳钢相比,石灰的加入量更多,冶炼过程中必须保证渣中的FeO含量,否则炉渣流动性不好,渣较粘稠。高枪位低流量的软吹可保证渣中的FeO含量,但冶炼过程中应适当变换枪位和调节氧气压力,以使底层渣化透,二转炉的冶炼供氧模式见表1。表1二转炉车间冶炼供氧模式

图1枪位模式

(1)高碳钢冶炼采用“低―高―低”的枪位,见图1,前期可控制冶炼枪位在1.0m,使硅、锰快速氧化,并适当提高前期温度,促进前期渣化,提高去磷效率,低枪位控制在3min左右。起渣后提高冶炼枪位至1.4m,使渣中聚集一定数量的FeO,为中期快速脱磷奠定基础。

(2)同时在6min左右适当降低枪位,促使底部化渣均匀。吹炼中期[C]和[O]反应趋于激烈,为防止形成高熔点的2CaO·SiO2,必须适当提高枪位,一般枪位控制在1.4~1.5m,保持渣中的FeO含量。

(3)吹炼后期,如果发生“返干”现象,此时氧气流股直接与金属液面发生反应,使降碳速度加快,同时生成的气体会带走大量的热,给终点提温保碳造成困难,因此必须保证合适的枪位,一般为1.5~1.6m防止“返干”,使炉内气体―金属液―熔渣三者充分乳化,控制降碳速度,进一步化渣脱磷。

(4)拉碳枪位控制在1.0m,压枪拉碳时间控制在1min左右,使炉内温度成分均匀,防止终点碳高,倒炉渣泡,或者提前压枪拉碳,枪位过低,化渣不良回[P]和[C]深入氧化。

2.5终点控制

三钢炼钢厂仅配有炉气分析系统,终点控制主要依靠人工经验判断,高碳钢的拉碳时间比条件相近的低碳钢少1min左右,拉碳时可根据冶炼时间,耗氧量和观察炉口来判断拉碳时机,一般要求终点拉碳控制在0.10%~0.15%为宜。根据倒炉温度及化渣情况进行补吹,尽量实现倒炉温度合适,化渣良好,点吹时间合适。

3冶金效果分析

3.1终点控制

二炼钢转炉车间于2017年6月正式采用新的保碳冶炼模式进行实际生产,统计了2017年6月~11月生产的13673炉单枪冶炼的终点碳、磷,并与2017年1月~5月工艺优化前的单枪冶炼终点成分作对比,结果如下:

(1)新工艺的终点控制情况

从表2及图2可以看出,2017年的铁水条件大致相同,自从2017年6月采用新的冶炼模式后,转炉冶炼终点平均碳含量较1~5月份上升了0.02%,平均温度升高了3℃,而平均磷含量降低了0.003%。生产实践表明,终点磷含量随终点温度的升高而升高,高温可使回磷反应加速。工艺优化后终点温度的升高,磷含量降低的现象,说明冶炼过程前期脱磷效果较好

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