一种低钒铁水转炉炼钢的控制方法及其应用
阅读说明：本技术 一种低钒铁水转炉炼钢的控制方法及其应用 (Control method for converter steelmaking of low-vanadium molten iron and application thereof ) 是由 李亚厚 靳刚强 孙力 王琪 车晓锐 高艳甲 于 2020-12-16 设计创作，主要内容包括：本发明属于冶金技术领域,尤其涉及一种低钒铁水转炉炼钢的控制方法及其应用。本发明中所用低钒铁水包括以下质量百分比的化学成分：C：4.0～4.4％,V：0.10～0.15％,Si+Ti：0.2～0.5％,P：≤0.13％,S：≤0.06％,其余为铁和不可避免的杂质元素。本发明在不改变原工艺路线的情况下,通过对转炉炼钢过程中的工艺控制,将低钒铁水转炉冶炼终点钢水的余钒回收率提高至9％～12％,实现了钒元素的有效回收,降低了后续合金化过程中钒合金的用量,降低了炼钢成本。(The invention belongs to the technical field of metallurgy, and particularly relates to a control method for converter steelmaking of low-vanadium molten iron and application thereof. The low-vanadium molten iron used in the invention comprises the following chemical components in percentage by mass: c: 4.0-4.4%, V: 0.10-0.15%, Si + Ti: 0.2-0.5%, P: less than or equal to 0.13 percent, S: less than or equal to 0.06 percent, and the balance of iron and inevitable impurity elements. Under the condition of not changing the original process route, the method improves the residual vanadium recovery rate of the molten steel at the smelting end point of the converter with the low-vanadium molten iron to 9-12% by process control in the converter steelmaking process, realizes effective recovery of vanadium element, reduces the dosage of vanadium alloy in the subsequent alloying process, and reduces the steelmaking cost.)
技术领域
本发明属于冶金技术领域，尤其涉及一种低钒铁水转炉炼钢的控制方法及其应用。
背景技术
钒是一种贵重金属，应用范围广，经济价值高，是一种极为重要的工业原料，可广泛用于钢铁、化工、航空航天、电子工业、生物和农业领域，钒在自然界的分布极为分散，常与其他金属共生，钒钛磁铁矿是钒的主要矿物资源，钒、铁、钛共生，一般将其冶炼成铁水后，再氧化吹炼得到钒渣作为生产钒产品的主要原料。
而在高炉冶炼低含钒铁水(钒元素质量百分含量0.1～0.15％)的过程中，转炉提钒后所得的钒渣品位较低，不适合钒化工企业的进一步加工，所以低含钒铁水一般不进行提钒操作直接炼钢，这就导致铁水中的钒元素在吹炼的过程中被氧化为V2O5转移至炉渣中，造成钒元素的浪费，且吹炼终点的余钒含量过低，在后续合金化过程中还需加入大量的钒合金，增加炼钢成本。
发明内容
针对现有技术中低钒铁水吹炼终点所得钢水中钒含量过低，导致铁水中原有的钒被浪费，后期合金化过程中还需加入大量的钒合金，导致生产成本升高的技术问题，本发明提供一种低钒铁水转炉炼钢的控制方法及其应用。
为达到上述发明目的，本发明实施例采用了如下的技术方案：
一种低钒铁水转炉炼钢的控制方法：所述低钒铁水包括以下质量百分比的化学成分：
C：4.0～4.4％，V：0.10～0.15％，Si+Ti：0.2～0.5％，P：≤0.13％，S：≤0.06％，其余为铁和不可避免的杂质元素；
所述低钒铁水在顶吹转炉中冶炼，采用单渣工艺，具体包括如下步骤：
S1、转炉内装入废钢，兑入所述低钒铁水，摇直转炉，开始吹炼；所述废钢与铁水的比例为2～4:100；
S2、吹炼开始至4～6min的阶段，加入造渣料并控制氧枪枪位1.3～1.4m；
S3、S2结束后的4～6min，加入造渣料并控制氧枪枪位1.2～1.4m；
S4、S3结束后的60～90s，控制氧枪枪位至1.0～1.1m，吹炼结束后出钢，得到终点钢水；
所述氧枪枪位为喷头到铁水液面的距离。
相对于现有技术：本发明通过对转炉炼钢的工艺控制，减少废钢加入量、提高吹炼终点前枪位、缩短终点前降枪吹炼时间等措施，提高了转炉终点温度和碳含量，将转炉终点温度控制在1650～1670℃，碳的百分含量控制在0.06～0.10％，抑制铁水中的钒元素进入炉渣，促进吹炼后期炉渣中V2O5的还原，提高了吹炼终点钢水的余钒含量，实现了钒元素的有效回收，降低了后续合金化过程中钒合金的用量，降低了炼钢成本。
优选地，氧枪喷孔数为3孔，吹炼过程中控制氧气流速为2.0～2.4马赫，氧枪压力0.9～1.1Mpa。
优选的氧气流速和氧气压力可以对冶炼体系进行搅拌，加速化渣剂的溶解控制冶炼体系的氧化反应速率，保证造渣过程的稳定性，避免溅渣的发生，保护炉衬。
优选地，S1中兑入的低钒铁水温度为1300～1350℃。
优选的铁水温度可以为转炉炼钢提供合适的初始热量，铁水中杂质元素的氧化成渣的效率同时保证炼钢过程的稳定，又能避免喷溅的发生。
优选地：S2、S3中加入的造渣料成分为石灰和其他造渣料，其他造渣料为轻烧白云石、生白云石、萤石等其中的一种或几种；吹炼过程中加入石灰的总质量比例为20～25kg/吨钢，加入其他造渣料的总质量质量比例为10～15kg/吨钢。
优选的转炉石灰质量比例可以最大限度的除去铁水中的杂质S、P等元素，提高渣料品质，而不造成造渣料的浪费，优选的其他造渣料的质量比例可以加速石灰溶解，改善熔渣的流动性，提高成渣速度，且能保护成渣的过程，防止喷溅，保护炉衬。
优选地，S2阶段加入所述石灰总量的1/2～2/3，S3阶段内加入剩余所述石灰；S2阶段加入其他造渣料总量的1/2～2/3，S3阶段内加入剩余所述其他造渣料。
优选的造渣料加入制度可以维持整个熔炼体系的稳定性，既能使化渣料快速溶解，加速成渣效率，又能防止喷溅，保护炉衬。
本发明实施例还提供上述低钒铁水转炉炼钢控制方法在生产HRB400E钢种中的应用，用所述吹炼终点钢水生产HRB400E钢种。将终点钢水转移至后工序，经LF精炼、连铸后生产HRB400E型钢。
优选地，所述HRB400E钢种中的元素含量按重量百分比计，包括：C：0.2～0.25％，Si：0.35～0.6％，Mn：0.125～0.160％，V：0.03～0.05％，P≤0.045％；S≤0.045％，其余为Fe及不可避免的杂质元素。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
一种低钒铁水转炉炼钢的控制方法，低钒铁水中包括以下质量百分比的元素：C：4.31％，Si+Ti：0.34％，P：0.118％：S：0.043％，V：0.137％，其余为铁和不可避免的杂质元素；
S1、转炉内装入2吨废钢，兑入99吨1315℃含有上述质量百分比元素的低钒铁水，摇直转炉开始供氧吹炼，氧枪喷孔数为3孔，氧气流速为2.2马赫，压力1.0MPa；
S2、吹炼开始后至5min的阶段，控制氧枪枪位保持在1.4m，吹炼过程中加入石灰1050kg，白云石和萤石的混合物600kg；
S3、S2结束后的6min，控制氧枪枪位保持在1.3m，保持原氧压和流速继续吹炼，吹炼过程中加入石灰1030kg，轻烧白云石和萤石的混合物588kg；
S4、S3结束后的60s，控制氧枪枪位在1.1m，吹炼结束后出钢，得到终点钢水。
测量所得终点钢水的碳含量、温度、钒含量后将所得终点钢水转移至后工序，经LF精炼、连铸后生产HRB400E型钢，具体包括以下质量百分比的成分：C：0.2％，Si：0.35％，Mn：0.125％，V：0.03％，P：0.045％；S：0.045％，其余为Fe和不可避免的杂质元素。
实施例2
一种低钒铁水转炉炼钢的控制方法，低钒铁水中包括以下质量百分比的元素：C：4.24％，Si+Ti：0.28％，P：0.121％：S：0.039％，V：0.126％，其余为铁和不可避免的杂质元素；
S1、转炉内装入3吨废钢，兑入98吨1319℃含有上述质量百分比元素的低钒铁水，摇直转炉开始供氧吹炼，氧枪喷孔数为3孔，氧气流速为2.3马赫，压力1.1MPa；
S2、吹炼开始后至6min的阶段，控制氧枪枪位保持在1.3m，吹炼过程中加入石灰1100kg，白云石和萤石的混合物750kg；
S3、S2结束后的4min，控制氧枪枪位保持在1.2m，保持原氧压和流速继续吹炼，吹炼过程中加入石灰1056kg，生白云石和萤石的混合物720kg；
S4、S3结束后的75s，控制氧枪枪位在1.0m，吹炼结束后出钢，得到终点钢水。
测量所得终点钢水的碳含量、温度、钒含量后将所得终点钢水转移至后工序，经LF精炼、连铸后生产HRB400E型钢，具体包括以下质量百分比的成分：C：0.22％，Si：0.40％，Mn：0.135％，V：0.04％，P：0.04％；S：0.04％，其余为Fe和不可避免的杂质元素。
实施例3
一种低钒铁水转炉炼钢的控制方法，低钒铁水中包括以下质量百分比的元素：C：4.27％，Si+Ti：0.19％，P：0.114％：S：0.034％，V：0.122％，其余为铁和不可避免的杂质元素；
S1、转炉内装入2吨废钢，兑入99吨1326℃含有上述质量百分比元素的低钒铁水，摇直转炉开始供氧吹炼，氧枪喷孔数为3孔，氧气流速为2.2马赫，压力1.1MPa；
S2、吹炼开始后至4min的阶段，控制氧枪枪位保持在1.3m，吹炼过程中加入石灰1630kg，白云石和萤石的混合物790kg；
S3、S2结束后的5min，控制氧枪枪位保持在1.4m，保持原氧压和流速继续吹炼，吹炼过程中加入石灰845kg，生白云石和轻烧白云石的混合物398kg；
S4、S3结束后的90s，控制氧枪枪位在1.1m，吹炼结束后出钢，得到终点钢水。
测量所得终点钢水的碳含量、温度、钒含量后将所得终点钢水转移至后工序，经LF精炼、连铸后生产HRB400E型钢，具体包括以下质量百分比的成分：C：0.24％，Si：0.45％，Mn：0.145％，V：0.05％，P：0.03％；S：0.04％，其余为Fe和不可避免的杂质元素。
对比例1
一种低钒铁水转炉炼钢的控制方法，低钒铁水中包括以下质量百分比的元素：C：4.27％，Si+Ti：0.19％，P：0.114％：S：0.034％，V：0.122％，其余为铁和不可避免的杂质元素；
S1、转炉内装入7吨废钢，兑入99吨1326℃含有上述质量百分比元素的低钒铁水，摇直转炉开始供氧吹炼，氧枪喷孔数为3孔，氧气流速为2.2马赫，压力1.1MPa；
S2、吹炼开始后至4min的阶段，控制氧枪枪位保持在1.3m，吹炼过程中加入石灰1630kg，白云石和萤石的混合物790kg；
S3、S2结束后的5min，控制氧枪枪位保持在1.4m，保持原氧压和流速继续吹炼，吹炼过程中加入石灰845kg，生白云石和轻烧白云石的混合物398kg；
S4、S3结束后的90s，控制氧枪枪位在1.1m，吹炼结束后出钢，得到终点钢水。
测量所得终点钢水的碳含量、温度、钒含量后将所得钢水转移至后工序，经LF精炼、连铸后生产HRB400E型钢，具体包括以下质量百分比的成分：C：0.24％，Si：0.45％，Mn：0.145％，V：0.05％，P：0.03％；S：0.04％，其余为Fe和不可避免的杂质元素。
对比例2
一种低钒铁水转炉炼钢的控制方法，低钒铁水中包括以下质量百分比的元素：C：4.27％，Si+Ti：0.19％，P：0.114％：S：0.034％，V：0.122％，其余为铁和不可避免的杂质元素；
S1、转炉内装入2吨废钢，兑入99吨1326℃含有上述质量百分比元素的低钒铁水，摇直转炉开始供氧吹炼，氧枪喷孔数为3孔，氧气流速为2.2马赫，压力1.1MPa；
S2、吹炼开始后至4min的阶段，控制氧枪枪位保持在1.3m，吹炼过程中加入石灰1630kg，白云石和萤石的混合物790kg；
S3、S2结束后的6min，控制氧枪枪位保持在1.4m，保持原氧压和流速继续吹炼，吹炼过程中加入石灰845kg，生白云石和轻烧白云石的混合物398kg；
S4、S3结束后的90s，控制氧枪枪位在0.9m，吹炼结束后出钢，得到终点钢水。
测量所得终点钢水的碳含量、温度、钒含量后将所得终点钢水转移至后工序，经LF精炼、连铸后生产HRB400E型钢，具体包括以下质量百分比的成分：C：0.24％，Si：0.45％，Mn：0.145％，V：0.05％，P：0.03％；S：0.04％，其余为Fe和不可避免的杂质元素。
对比例3
一种低钒铁水转炉炼钢的控制方法，低钒铁水中包括以下质量百分比的元素：C：4.27％，Si+Ti：0.19％，P：0.114％：S：0.034％，V：0.122％，其余为铁和不可避免的杂质元素；
S1、转炉内装入2吨废钢，兑入99吨1326℃含有上述质量百分比元素的低钒铁水，摇直转炉开始供氧吹炼，氧枪喷孔数为3孔，氧气流速为2.2马赫，压力1.1MPa；
S2、吹炼开始后至4min的阶段，控制氧枪枪位保持在1.6m，吹炼过程中加入石灰1630kg，白云石和萤石的混合物790kg；
S3、S2结束后的6min，控制氧枪枪位保持在1.4m，保持原氧压和流速继续吹炼，吹炼过程中加入石灰845kg，生白云石和轻烧白云石的混合物398kg；
S4、S3结束后的90s，控制氧枪枪位在1.1m，吹炼结束后出钢，得到终点钢水。
测量所得终点钢水的碳含量、温度、钒含量后将所得终点钢水转移至后工序，经LF精炼、连铸后生产HRB400E型钢，具体包括以下质量百分比的成分：C：0.24％，Si：0.45％，Mn：0.145％，V：0.05％，P：0.03％；S：0.04％，其余为Fe和不可避免的杂质元素。
对比例4
一种低钒铁水转炉炼钢的控制方法。低钒铁水中包括以下质量百分比的元素：C：4.27％，Si+Ti：0.19％，P：0.114％：S：0.034％，V：0.122％，其余为铁和不可避免的杂质元素；
S1、转炉内装入2吨废钢，兑入99吨1326℃含有上述质量百分比元素的低钒铁水，摇直转炉开始供氧吹炼，氧枪喷孔数为3孔，氧气流速为2.2马赫，压力1.1MPa；
S2、吹炼开始后至4min的阶段，控制氧枪枪位保持在1.3m，吹炼过程中加入石灰1630kg，白云石和萤石的混合物790kg；
S3、S2结束后的6min，控制氧枪枪位保持在1.4m，保持原氧压和流速继续吹炼，吹炼过程中加入石灰845kg，生白云石和轻烧白云石的混合物398kg；
S4、S3结束后的180s，控制氧枪枪位在1.1m，吹炼结束后出钢，得到终点钢水。
测量所得终点钢水的碳含量、温度、钒含量后将所得终点钢水转移至后工序，经LF精炼、连铸后生产HRB400E型钢，具体包括以下质量百分比的成分：C：0.24％，Si：0.45％，Mn：0.145％，V：0.05％，P：0.03％；S：0.04％，其余为Fe和不可避免的杂质元素。
对比例5：
一种低钒铁水转炉炼钢的控制方法，低钒铁水中包括以下质量百分比的元素：C：4.28％，Si+Ti：0.37％，P：0.114％：S：0.041％，V：0.128％，其余为铁和不可避免的杂质元素；
S1、转炉内装入7吨废钢，兑入96吨1321℃含有上述质量百分比元素的低钒铁水，摇直转炉开始供氧吹炼，氧枪喷孔数为3孔，氧气流速为2.2马赫，压力1.1MPa；
S2、吹炼开始后至5min的阶段，控制氧枪枪位保持在1.6m，吹炼过程中加入石灰1300kg，白云石和萤石的混合物780kg；
S3、S2结束后的5min，控制氧枪枪位保持在1.4m，保持原氧压和流速继续吹炼，吹炼过程中加入石灰620kg，生白云石和轻烧白云石的混合物468kg；
S4、S3结束后的180s，控制氧枪枪位在0.9m，吹炼结束后出钢，得到终点钢水；
测量所得终点钢水的碳含量、温度、钒含量后将所得终点钢水转移至后工序，经LF精炼、连铸后生产HRB400E型钢，具体包括以下质量百分比的成分：C：0.24％，Si：0.45％，Mn：0.145％，V：0.05％，P：0.03％；S：0.04％，其余为Fe和不可避免的杂质元素。
效果例
各实施例&对比例吹炼终点温度、碳含量、钒含量及钒回收率的结果如表1所示。
表1实施效果
由表1中的实施效果可见，本发明实施例中转炉终点所得钢水中碳元素的质量百分含量为0.06～0.10％，终点温度为1650～1670℃，钒回收率为9～12％，可见本申请通过减少废钢加入量，提高后期吹炼枪位，缩短终点前降枪吹炼时间等方式，提高了终点温度和碳含量，实现了钒元素的有效回收，降低了后续合金化过程中钒合金的用量，节约了成本。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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