一种转炉冶炼高磷高锰铁水的去磷保锰造渣工艺的制作方法

1.本发明属于钢铁冶炼技术领域，具体涉及一种转炉冶炼高磷高锰铁水的去磷保锰造渣工艺。


背景技术：

2.贫杂铁矿在南亚及中国西南地区分布较多但分布较分散，贫杂铁矿中不仅p、s等有害元素含量高，而且mn、v、ti等有价元素含量也较高。目前，西南地区钢厂均采用进口矿和当地贫杂矿进行配料生产，随着国内铁矿石资源越来越贫乏，高磷高锰铁矿用于高炉冶炼的比例也在不断增加，导致高炉铁水中有害磷元素和有价锰元素含量也不断提高，一些1000m3小高炉生产铁水中磷元素从0.120%提高到0.310%，锰元素含量从0.35%提高到1.35%。磷在钢中偏析，会增加钢的回火脆性以及冷脆性敏感性，对钢材性能负影响较大，是冶炼洁净钢必须严格控制的有害元素之一。因此，在转炉冶炼过程中要尽可能将磷去除。而锰元素是炼钢最重要的合金元素，其在钢中的作用主要是改善钢的机械性能，增加钢的强度、硬度、延展性和耐磨性等。综上，在转炉冶炼过程中充分去除高磷高锰铁水中的磷元素，有效利用好高磷高锰铁水中的有价锰元素，减少转炉冶炼过程中锰元素氧化损失，可减少转炉炼钢过程的合金消耗，降低冶炼成本，并有效利用好贫杂铁矿资源。
3.目前国内针对转炉冶炼高磷高锰铁水的去磷保锰造渣的工艺未见报道，本发明旨在提供一种转炉冶炼高磷高锰铁水的去磷保锰造渣工艺，使得转炉在冶炼高磷高锰铁水过程中，冶炼终点钢水中的磷元素得到充分去除、锰元素得到充分回收利用。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种转炉冶炼高磷高锰铁水的去磷保锰造渣工艺。
5.本发明的目的是这样实现的，一种转炉冶炼高磷高锰铁水的去磷保锰造渣工艺，包括在装炉阶段确保吹炼过程的热量平衡，初期控制bao(cao)
‑
sio2‑
feo渣系脱（p）固（p2o5），中期提高（bao）固（p2o5），后期控制炉渣二元碱度（cao/sio2）和自由氧化锰（mno）还原，以及在终点还原自由氧化锰中的锰金属，从而实现高磷高锰铁水高炉冶炼的去磷保锰造渣。具体包括以下步骤：1）向转炉内加入铁水、废钢；2）下氧枪开吹，点火氧压控制为0.70
‑
0.80pa，氧枪枪位按1400－1500mm控制吹炼1
‑
1.5min，提高渣中低熔点的feo含量助熔渣料；1.5min后将氧枪枪位降至1000
‑
1100mm，并在开吹4.5分钟内，按20
‑
33kg/t
钢
、8
‑
15kg/t
钢
、2.0
‑
3.5kg/t
钢
的量分别加入碳酸钡矿、轻烧白云石及菱镁球造渣。
6.3）吹炼至4.5min以后至13.5
‑
14.5分钟期间，按照20
‑
25kg/t
钢
、15
‑
20kg/t
钢
的量分5批次分别加入碳酸钡矿、白云石进行二次造渣；控制炉渣二元碱度为1.8～2.3，控制炉渣中反应（mno
·
sio2） 2（ba
2
）=（2bao
·
sio2） （mn
2
）正向进行，增加炉渣中自由氧化锰（mno）含量。
7.4）吹炼至13.5
‑
14.5分钟，再降低氧枪200～300mm吹炼30～50秒后测温，取样，达到目标成分和温度出钢：控制炉渣feo含量在8～15%，控制炉渣碳含量大于0.07%，控制钢水终点温度为1660～1675℃，使钢渣界面反应（mno） 【fe】=（feo） 【mn】和（mno） 【c】=co 【mn】正向进行，促使渣中自由氧化锰还原进入钢水，实现转炉冶炼高磷高锰铁水的去磷保锰造渣工艺操作。
8.转炉炼钢是在强氧化气氛中进行，铁水中氧势较低的锰、硅、钒、钛、碳等元素易氧化去除进入炉渣和烟气中，常规的转炉冶炼操作，铁水中锰元素回收均小于30%，硅、钒、钛、碳等元素仅余残余量。本发明利用钡金属性比钙强，氧势比碱性氧化物的氧势低，形成的ba3（po4）2不易分解而固定（ba3（po4）2）于渣中这一特性，在冶炼高磷铁水时，可大幅降低转炉渣量，通过调整渣料结构及成渣过程，创造终点锰元素还原条件达到去磷保锰造渣工艺操作，实现冶炼终点钢水中的磷含量在0.029%以下，铁水中锰回收率49～57%。
9.与现有技术相比，如申请号为200610097440.9的中国专利“利用碳酸钡系渣料对含铬铁水同时脱磷脱硫的方法”公开了一种利用碳酸钡系渣料对含铬铁水同时脱磷脱硫的方法，该方法用于铁水预处理领域，主要是在常压下、空气气氛中，用高温炉或中频感应炉对脱硅后的含铬生铁进行加热，添加碳酸钡系渣料的量为含铬生铁量的10%，该方法所用碳酸钡系渣料由baco3‑
feo
‑
cr2o3配制而成，与本发明中bao(cao)
‑
sio2‑
feo转炉冶炼渣系完全不同。
10.又如期刊文献《电弧炉炼钢还原期采用baco3处理钢液工艺探讨》（1992年第2期，钢铁研究学报》及《炼钢用钡系渣脱磷的研究与应用取得新进展》（1984年第6期，钢铁），均是电弧炉进行冶炼不锈钢、高锰钢等，与本发明转炉采用高磷高锰铁水冶炼存在成分、温度、操作方法上的本质差别。
11.本发明的有益效果为：采用本发明转炉冶炼高磷高锰铁水的去磷保锰造渣工艺，通过对转炉冶炼高磷高锰铁水过程中各个阶段进行集成创新，包括前期控制铁水废钢装炉配比、初期控制bao(cao)
‑
sio2‑
feo渣系脱【p】固（p2o5）、中期提高（bao）固（p2o5）、后期控制炉渣二元碱度（cao/sio2）和自由氧化锰（mno）还原以及终点还原自由氧化锰中的锰金属，最终使得终点钢水中的磷含量在0.029%以下，残锰含量从平均0.17%提高到0.78%，使高磷高锰铁水中的磷元素得到充分去除、锰元素得到充分回收利用。从而可使高炉大量利用西南地区高磷高锰贫杂矿进行冶炼，降低冶炼成本，有效利用贫杂矿资源。
具体实施方式
12.下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变换或改进，均落入本发明的保护范围。
13.本发明一种转炉冶炼高磷高锰铁水的去磷保锰造渣工艺，包括以下步骤：1）铁水废钢装炉配比：向转炉内加入铁水、废钢，铁水温度为1281～1343℃，转炉废钢装入配比小于17%，确保吹炼过程的热量平衡。
14.2）初期控制bao(cao)
‑
sio2‑
feo渣系脱【p】固（p2o5）：下氧枪开吹，点火氧压控制为0.70
‑
0.80pa，氧枪枪位按1400－1500mm控制，提高渣中低熔点的feo含量助熔渣料；吹炼至1
‑
1.5min，将氧枪枪位降至1100mm，并在4.5分钟内，按20
‑
33kg/t
钢
、8
‑
15kg/t
钢
、2.0
‑
3.5kg/
t
钢
的量分别加入碳酸钡矿、轻烧白云石及菱镁球造渣，根据铁水【si】含量控制bao(cao)
‑
sio2‑
feo渣系中的（bao） (cao)含量，使渣相早进入basio3和ca2sio3初晶区，然后与渣中（p2o5）生成（ba3（po4）2）进入渣中。
15.3）中期提高（bao）固（p2o5）：转炉供氧4.5min分钟后，炉内温度上升到1450℃以上，渣中（bao）含量主要来源于碳酸钡矿自身分解，并稳定渣中（bao）含量，使渣相维持在basio3和ca2sio3初晶区，并与渣中（p2o5）生成（ba3（po4）2）进入渣中，利用钡金属性比钙强，氧势比碱性氧化物的氧势低，形成的ba3（po4）2不易分解而固定（ba3（po4）2）于渣中，达到固定磷的作用。
16.4）后期控制炉渣二元碱度（cao/sio2）和自由氧化锰（mno）还原：吹炼至4.5min后，按照20
‑
25kg/t
钢
、15
‑
20kg/t
钢
的量分批次分别加入碳酸钡矿、白云石进行二次造渣（分批次造渣的目的是以根据冶炼过程温度情况，加料确保温度平稳，并平稳造渣）：其中，加入碳酸钡矿以维持渣中（bao）含量，提高po
43
‑
稳定性，防止炉内温度上升导致的回【p】。加入白云石以提高渣中（mgo）含量防止炉渣因碱度低过稀。转炉纯供氧至13.5
‑
14.5分钟，控制炉渣二元碱度为1.8～2.3，控制炉渣中反应（mno
·
sio2） 2（ba
2
）=（2bao
·
sio2） （mn
2
）正向进行，增加炉渣中自由氧化锰（mno）含量。
17.5）终点还原自由氧化锰中的锰金属：吹炼至13.5
‑
14.5分钟，降低氧枪200～300mm吹炼30～50秒后，测温，取样，达到目标成分和温度出钢：控制炉渣feo含量在8～15%，控制炉渣碳含量大于0.07%，控制钢水终点温度为1660～1675℃，使钢渣界面反应（mno） 【fe】=（feo） 【mn】和（mno） 【c】=co 【mn】正向进行，促使渣中自由氧化锰还原进入钢水，实现转炉冶炼高磷高锰铁水的去磷保锰造渣工艺操作。
18.所述铁水的化学成分c 3.4
‑
4.3wt%、si 0.22
‑
0.47wt%、mn 0.93
‑
1.35wt%、p 0.273
‑
0.310wt%、s≤0.035wt%，其余为fe及不可避免的不纯物。
19.所述废钢的化学成分为c 0.17
‑
0.25wt%、si 0.17
‑
0.48wt%、mn 0.35
‑
1.47wt%、p 0.025
‑
0.041wt%、s 0.020
‑
0.043wt%，其余为fe及不可避免的不纯物。
20.所述碳酸钡矿中，bao含量大于45%。
21.所述轻烧白云石中mgo含量大于35%，以减少渣量。
22.所述菱镁球中，mgo含量大于65%，以减少渣量。
23.实施例1a、按照945kg/t
钢
的铁水装入配比，在50吨转炉内加入下列质量比的1332℃的铁水：c 3.81wt%、si 0.39wt%、mn 1.12wt%、p0.273wt%、s 0.032wt%，其余为fe及不可避免的不纯物；按照145kg/t
钢
的废钢装入配比，在50吨转炉内加入下列质量比的废钢：c 0.18wt%、si 0.42wt%、mn 0.87wt%、p 0.031wt%、s 0.026wt%，其余为fe及不可避免的不纯物。
24.b、下氧枪开吹，点火氧压为0.70pa，氧枪枪位为1400mm。1.5min后，将氧枪枪位降至1000mm，2.5分钟内，加入碳酸钡矿（baco3含量83%）、轻烧白云石、菱镁球，碳酸钡矿加入量为25kg/t钢，白云石加入量为13kg/t
钢
，菱镁球加入量为2.3kg/t钢。
25.c、吹氧4.5分钟后，分4批加入碳酸钡矿、白云石造渣，碳酸钡矿加入量为20kg/t钢，维持渣中（bao）含量，提高po
43
‑
稳定性，防止炉内温度上升导致的回【p】，白云石加入量为15kg/t钢，提高渣中（mgo）含量防止炉渣因碱度低过稀。转炉纯供氧至13.7分钟，二元碱度控制在1.8，控制炉渣中反应（mno
·
sio2） 2（ba
2
）=（2bao
·
sio2） （mn
2
）正向进行，增加
炉渣中自由氧化锰（mno）含量。
26.d、吹氧至14分钟至供氧结束，降低氧枪至900mm吹炼30秒后，测温，取样，达到目标成分和温度出钢：控制渣中（feo）含量12%，钢水碳含量0.08%，终点温度1665℃，钢渣界面反应（mno） 【fe】=（feo） 【mn】和（mno） 【c】=co 【mn】正向进行，促使渣中自由氧化锰还原进入钢水，铁水中残锰回收率56%，残mn含量0.61%，转炉终点p含量0.027%，实现转炉冶炼高磷高锰铁水的去磷保锰造渣工艺操作。
27.实施例2a、按照927kg/t
钢
的铁水装入配比，在50吨转炉内加入下列质量比的1281℃铁水： c 4.3wt%、si 0.22wt%、mn 1.35wt%、p 0.273wt%、s 0.033wt%，其余为fe及不可避免的不纯物、按照164kg/t
钢
的废钢装入配比，在50吨转炉内加入下列质量比的废钢：c 0.17wt%、si 0.48wt%、mn 1.47wt%、p 0.025wt%、s 0.043wt%，其余为fe及不可避免的不纯物；b、下氧枪开吹，点火氧压为0.75pa，氧枪枪位为1500mm。1min后，将氧枪枪位降至1100mm，3分钟内，加入碳酸钡矿（baco3含量83%）、轻烧白云石、菱镁球，碳酸钡矿加入量为20kg/t钢，白云石加入量为15kg/t钢，菱镁球加入量为2.0kg/t钢。
28.c、吹氧4.5分钟后，分5批加入碳酸钡矿、白云石造渣，碳酸钡矿加入量为25kg/t钢，白云石加入量为15kg/t钢。转炉纯供氧至14.5分钟，控制二元碱度在2.0，控制炉渣中反应（mno
·
sio2） 2（ba
2
）=（2bao
·
sio2） （mn
2
）正向进行，增加炉渣中自由氧化锰（mno）含量。
29.d、吹氧14.5分钟至供氧结束，降低氧枪200mm吹炼50秒后，测温，取样，达到目标成分和温度出钢：控制渣中（feo）含量8%，钢水中碳含量0.06%，终点温度1675℃，控制钢渣界面反应（mno） 【fe】=（feo） 【mn】和（mno） 【c】=co 【mn】正向进行，促使渣中自由氧化锰还原进入钢水，铁水中残锰回收率57%，残mn含量0.78%，转炉终点p含量0.029%，实现转炉冶炼高磷高锰铁水的去磷保锰造渣工艺操作。
30.实施例3a、铁水废钢配比：按照927kg/t
钢
的铁水装入配比，在50吨转炉内加入下列质量比的1281℃铁水：将c 3.4wt%、si 0.47wt%、mn 0.93wt%、p0.310wt%、s0.035wt%，其余为fe及不可避免的不纯物；按照164kg/t
钢
的废钢装入配比，在50吨转炉内加入下列质量比的废钢： c 0.25wt%、si 0.17wt%、mn 0.35wt%、p0.041wt%、s 0.020 wt%，其余为fe及不可避免的不纯物。
31.b、下氧枪开吹，点火氧压为0.8pa，氧枪枪位为1450mm。1.5min后，将氧枪枪位降至1050mm，3.5分钟内，加入碳酸钡矿（baco3含量83%）、轻烧白云石、菱镁球，碳酸钡矿加入量为33kg/t钢，白云石加入量为8kg/t钢，菱镁球加入量为3.5kg/t钢，根据铁水【si】含量控制bao(cao)
‑
sio2
‑
feo渣系中的（bao） (cao)含量，使渣相早进入basio3和ca2sio3初晶区，然后与渣中（p2o5）生成（ba3（po4）2）进入渣中。
32.c、转炉供氧5分钟后，分6批加入碳酸钡矿、白云石造渣，碳酸钡矿加入量为20kg/t钢，维持渣中（bao）含量，提高po
43
‑
稳定性，防止炉内温度上升导致的回【p】，白云石加入量为15kg/t钢，提高渣中（mgo）含量防止炉渣因碱度低过稀。转炉纯供氧至13.5分钟，二元碱度控制在2.3，控制炉渣中反应（mno
·
sio2） 2（ba
2
）=（2bao
·
sio2） （mn
2
）正向进行，增加炉渣中自由氧化锰（mno）含量。
33.d、转炉供氧至13.5分钟至供氧结束，降低氧枪至750mm吹炼45秒后，测温，取样，达到目标成分和温度出钢：控制渣中（feo）含量在15%，钢水中碳含量0.05%，终点温度1660℃，控制钢渣界面反应（mno） 【fe】=（feo） 【mn】和（mno） 【c】=co 【mn】正向进行，促使渣中自由氧化锰还原进入钢水，铁水中残锰回收率49%，残mn含量0.41%，转炉终点p含量0.023%，实现转炉冶炼高磷高锰铁水的去磷保锰造渣工艺操作。