一种渣铁替代全量废钢的转炉炼钢方法
阅读说明：本技术 一种渣铁替代全量废钢的转炉炼钢方法 (Converter steelmaking method by replacing full amount of scrap steel with iron slag ) 是由 邓南阳 潘军 夏能伟 于 2020-12-15 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种渣铁替代全量废钢的转炉炼钢方法,包括以下步骤：转炉造渣主要原料分别为石灰、轻烧镁球和石灰石,上炉出钢完毕后,翻去一半炉渣,留渣量控制在35～45kg/t,然后进行溅渣固化并加以确认,铁水910-930kg/t,渣铁110-130kg/t,转炉冶炼采用“留1/2渣+双渣”和“高拉补吹”操作模式,石灰、轻烧镁球和石灰石加入总量分别按照40～50kg/([Si]％×100)、6.0～8kg/t和5～7kg/t控制,冶炼结束,钢水成分和温度符合工艺要求后,倾动转炉正常出钢,经脱氧合金化操作得到合格钢水。本发明采用“留1/2渣+双渣”操作法,可以最大限度地减少硫、磷带入量,降低石灰用量,避免大渣量操作引发喷溅和冶炼后钢水硫、磷成分波动,实现渣铁大量有效回收再利用。(The invention discloses a converter steelmaking method by replacing full scrap steel with iron slag, which comprises the following steps: the converter slagging main raw materials are respectively lime, light-burned magnesium balls and limestone, after the steel tapping is finished, half of the slag is turned over, the slag amount is controlled to be 35-45 kg/t, then slag splashing solidification is carried out, the confirmation is carried out, 930kg/t of molten iron 910 and 130kg/t of slag iron 110 are adopted for converter smelting, the operation modes of 1/2 slag retention, double slag retention and high-tension complementary blowing are adopted for converter smelting, the total adding amount of the lime, the light-burned magnesium balls and the limestone is respectively controlled according to 40-50 kg/([ Si ]% × 100), 6.0-8 kg/t and 5-7 kg/t, after the smelting is finished, the converter is tilted to normally tap steel after the molten steel components and the temperature meet the process requirements, and qualified molten steel is obtained through deoxidation alloying operation. The invention adopts an operation method of 'leaving 1/2 slag and double slag', can reduce the carrying amount of sulfur and phosphorus to the utmost extent, reduce the lime using amount, avoid splashing caused by large slag amount operation and fluctuation of sulfur and phosphorus components of molten steel after smelting, and realize effective recycling of a large amount of slag iron.)
技术领域
本发明涉及一种转炉炼钢工艺技术领域，具体是一种渣铁替代全量废钢的转炉炼钢方法。
背景技术
铁水预处理脱硫可为转炉冶炼生产稳定提供硫含量小于0.002％的低硫铁水，是现代钢铁企业普遍采用的提高产品质量、开发高附加值产品的主要技术手段。对于铁水采用喷吹脱硫工艺来说，由于受到铁水罐容量和净空、脱硫剂喷吹速率、喷枪插入深度等综合因素的影响，容易产生喷溅现象。另外，铁水在倒罐作业过程中，如遇鱼雷罐罐口不规则或出铁速度过快，也容易造成铁水溅出泼洒。渣铁是铁水在喷吹脱硫过程中喷溅和倒罐作业过程中泼洒的产物，每吨钢可产生渣铁0.42～0.45kg。作为重要的含铁资源，渣铁中铁质量分数比渣钢大，且硬度高，不易破碎，直接外卖经济上受损，弃排不仅造成资源浪费，还会污染环境。虽然渣铁含铁量高(TFe含量达到85％以上，金属铁含量达到70％以上)，但由于渣铁中硫、磷含量较高且不稳定，尤其是铁水喷吹过程中喷溅产生的渣铁硫含量更高，导致转炉冶炼后钢水成分，特别是硫含量波动较大，得不到很好的回收再利用。现有技术中，部分钢企对脱硫渣铁经精破碎后，将小粒度的脱硫渣铁加入到铁包中，利用高炉出铁过程的搅拌动力将脱硫渣铁熔化，但此种方法每包铁脱硫渣铁处理量仅有1t左右，限制其推广应用；还有部分钢企采用脱硫渣铁经破碎、加工、筛分的方法，将其作为矿石的一部分用于制作烧结矿，生产流程长，加工难度大，成本较高；还有部分钢企在转炉中加入脱硫渣和钢渣，实现对脱硫渣和钢渣的回收再利用，但由于脱硫渣和钢渣中含渣量大，一般占40％左右，转炉冶炼为确保脱磷效果，需要加入大量的石灰进行脱磷，加上脱硫渣铁、渣钢带入的渣量，大渣量吹炼，极易产生喷溅，不仅容易损坏设备，还会增加冶炼成本，限制了其对脱硫渣和钢渣的大量有效回收再利用。
中国专利号CN110241283A公布了一种脱硫渣铁的转炉利用方法，该方法包括：将原料加入顶底复吹转炉，所述原料包括焦炭、脱硫渣铁、铁水；顶底复吹转炉吹炼，使原料形成熔融状态；出半钢，将形成的熔融状态的半钢倒入铁水包；将半钢进行KR脱硫处理；经KR脱硫处理后的原料倒入顶底复吹转炉进行常规冶炼。中国专利号CN110396566A也公布了一种转炉回吃脱硫渣铁的方法，将脱硫渣铁加入转炉并加入一部分铁水进行吹氧吹炼，促进了脱硫渣铁的熔化，待脱硫渣铁熔化之后形成半钢。将半钢倒入铁水包中，进行脱硫预处理。通过半钢和铁水的混合，保证了混合后的半钢成分与铁水成分更加接近，预处理脱硫结束的铁水的成分与常规铁水的成分接近，可以直接加入转炉进行利用。上述两种方法均在脱硫渣铁回收再利用方面起到了一定的积极作用，但上述两种方法均在转炉内进行吹氧操作使原料熔化形成半钢，然后将半钢倒入铁水包中，经脱硫预处理后，进行正常冶炼，处理流程相对复杂，生产周期延长，增加了能源动力消耗和作业劳动强度问题，限制其推广应用，针对这种情况，现提出一种渣铁替代全量废钢的转炉炼钢方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种渣铁替代全量废钢的转炉炼钢方法，采用铁水脱硫喷吹过程中喷溅产生的硫含量相对较高的渣铁和倒罐作业过程中泼洒产生的硫含量相对较低的渣铁，按照重量1:2比例混合作为冷却剂替代全量废钢，转炉冶炼采用“留1/2渣+双渣”操作法，可以最大限度地减少硫、磷带入量，降低石灰用量，避免大渣量操作引发喷溅和冶炼后钢水硫、磷成分波动，实现渣铁大量有效回收再利用，解决了现有技术中无法对渣铁进行大量有效回收再利用的技术问题，降低了转炉炼钢的生产成本，减小了渣铁弃排造成的环境污染，最终达到渣铁大量有效回收再利用和节能降耗的目的。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种渣铁替代全量废钢的转炉炼钢方法，包括以下步骤：
步骤一：冶炼条件：冶炼[P]、[S]≤0.045％钢种，且铁水[Si]含量和温度满足[Si]％×100+T≤1400，冶炼吹炼氧枪为4孔拉瓦尔喷头，供氧强度为3.3～3.6m3/(t·min)，转炉造渣主要原料分别为石灰、轻烧镁球和石灰石，其中石灰技术指标：w(CaO)≥85.00％、w(SiO2)≤3.50％、w(S)≤0.060％、活性度≥250.0ml、酌减≤10.0％；轻烧镁球技术指标：w(MgO)≥60.00％、w(SiO2)≤7.50％、水份≤2.0％；石灰石技术指标：w(CaO)≥53.00％、w(MgO)≤3.00％、w(SiO2)≤1.50％；
步骤二：留渣操作：上炉出钢完毕后，翻去一半炉渣，留渣量控制在35～45kg/t，然后进行溅渣固化并加以确认；
步骤三：装入制度：铁水910-930kg/t，渣铁110-130kg/t，其中铁水脱硫喷吹过程中喷溅产生的硫含量相对较高的渣铁和倒罐作业过程中泼洒产生的硫含量相对较低的渣铁，按照重量1:2比例混合而成，且渣铁单块重量≤1000kg；
步骤四：冶炼操作：转炉冶炼采用“留1/2渣+双渣”和“高拉补吹”操作模式，石灰、轻烧镁球和石灰石加入总量分别按照40～50kg/([Si]％×100)、6.0～8kg/t和5～7kg/t控制，烧结矿加入量根据热平衡需要，参考加入总量按照2.0～2.5kg/([Si]％×100+T)控制；
步骤五：出钢操作：冶炼结束，钢水成分和温度符合工艺要求后，倾动转炉正常出钢，经脱氧合金化操作得到合格钢水。
进一步地，所述步骤四具体冶炼操作如下：
S1:采用高枪位大氧压点火，枪位1800mm，氧枪喷头距液面1800mm，氧压900kpa，氧气流量14500～15000m3/h，防止渣量大，点火不畅导致烧抢，点火时间0.5min；
S2:点火正常后，逐步降低氧枪枪位至1200～1300mm，氧枪喷头距液面1200～1300mm，氧压调至750kpa，氧气流量12500～13000m3/h，吹炼1min时，加入5～7kg/t的石灰石，利用石灰石受热分解产生CO2气体使炉渣具备泡沫化性，利于倒渣；
S3:继续吹炼至2.0～2.5min，提枪关氧，迅速切换至“氮手动”模式，再次下枪吹氮，氮气流量15000～16000m3/h，枪位4500～4800mm，氧枪喷头距液面4500～4800mm，利用氮气对泡沫化炉渣进行吹扫，消除炉渣泡沫化程度，利于炉渣中金属颗粒沉淀，吹氮0.5min后，倾动转炉，倒掉40％～60％硫、磷富集量高的炉渣，倒渣时间1min；
S4:倒渣结束后，再次下枪吹炼，氧枪枪位1300～1400mm，氧枪喷头距液面1300～1400mm，氧压750kpa，氧气流量12500～13000m3/h，吹炼1.5～2min时，石灰和烧结矿分别加入总量的2/3，轻烧镁球一次性加入；
S5:加料完毕后，氧枪枪位降至1200～1300mm，氧枪喷头距液面1200～1300mm，氧压700kpa，氧气流量12000～12500m3/h，剩余1/3总量的石灰在吹炼第8min前全部加完，剩余1/3总量的烧结矿可根据热平衡需要在吹炼第10min前加完；
S6:继续吹炼至第11min时，由于此时碳氧反应较弱，提高枪位至1400～1500mm，氧枪喷头距液面1400～1500mm，促进化渣，防止炉渣“返干”回磷；
S7:吹炼至第12min时，氧枪枪位降至1000mm，氧枪喷头距液面1000mm，氧压调至750kpa，氧气流量12500～13000m3/h，加强熔池的搅拌，以均匀钢液的成分和温度，压枪时间0.75min，倒炉测温取样；
S8:根据一倒钢水成分和温度，进行补吹操作，氧枪枪位1000mm，氧枪喷头距液面1000mm，氧压750kpa，氧气流量12500～13000m3/h，压枪时间0.75min，再次倒炉测温取样。
进一步地，所述步骤四以转炉炉底高度“±0mm”为例。
本发明的有益效果：
1、本发明采用铁水脱硫喷吹过程中喷溅产生的硫含量相对较高的渣铁和倒罐作业过程中泼洒产生的硫含量相对较低的渣铁，按照重量1:2比例混合作为冷却剂替代全量废钢，转炉冶炼采用“留1/2渣+双渣”操作法，可以最大限度地减少硫、磷带入量，降低石灰用量，避免大渣量操作引发喷溅和冶炼后钢水硫、磷成分波动，实现渣铁大量有效回收再利用；
2、本发明解决了现有技术中无法对渣铁进行大量有效回收再利用的技术问题，降低了转炉炼钢的生产成本，减小了渣铁弃排造成的环境污染，最终达到渣铁大量有效回收再利用和节能降耗的目；
3、本发明方法可以实现渣铁大量有效回收再利用，生产过程中产生的渣铁几乎可以全部入炉回吃，不会产生弃排造成的占用场地和环境污染问题；
4、本发明方法通过对硫含量高低不同的渣铁合理搭配，转炉吹炼又采用“留1/2渣+双渣”操作模式，最大限度地减少了入炉原料中硫、磷带入量，稳定了钢水硫、磷成分的同时，提高了产品的实物质量。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1是本发明渣铁替代全量废钢的转炉炼钢方法操作流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
一种渣铁替代全量废钢的转炉炼钢方法，如图1所示，包括以下步骤：
步骤一：冶炼条件：冶炼[P]、[S]≤0.045％钢种，且铁水[Si]含量和温度满足[Si]％×100+T≤1400，冶炼吹炼氧枪为4孔拉瓦尔喷头，供氧强度为3.3～3.6m3/(t·min)，转炉造渣主要原料分别为石灰、轻烧镁球和石灰石，其中石灰技术指标：w(CaO)≥85.00％、w(SiO2)≤3.50％、w(S)≤0.060％、活性度≥250.0ml、酌减≤10.0％；轻烧镁球技术指标：w(MgO)≥60.00％、w(SiO2)≤7.50％、水份≤2.0％；石灰石技术指标：w(CaO)≥53.00％、w(MgO)≤3.00％、w(SiO2)≤1.50％；
步骤二：留渣操作：上炉出钢完毕后，翻去一半炉渣，留渣量控制在35～45kg/t，然后进行溅渣固化并加以确认；
步骤三：装入制度：铁水910-930kg/t，渣铁110-130kg/t，其中铁水脱硫喷吹过程中喷溅产生的硫含量相对较高的渣铁和倒罐作业过程中泼洒产生的硫含量相对较低的渣铁，按照重量1:2比例混合而成，且渣铁单块重量≤1000kg；
步骤四：冶炼操作：转炉冶炼采用“留1/2渣+双渣”和“高拉补吹”操作模式，石灰、轻烧镁球和石灰石加入总量分别按照40～50kg/([Si]％×100)、6.0～8kg/t和5～7kg/t控制，烧结矿加入量根据热平衡需要，参考加入总量按照2.0～2.5kg/([Si]％×100+T)控制；
步骤五：出钢操作：冶炼结束，钢水成分和温度符合工艺要求后，倾动转炉正常出钢，经脱氧合金化操作得到合格钢水。
步骤四以转炉炉底高度“±0mm”为例，具体冶炼操作如下：
S1:采用高枪位大氧压点火，枪位1800mm，氧枪喷头距液面1800mm，氧压900kpa，氧气流量14500～15000m3/h，防止渣量大，点火不畅导致烧抢，点火时间0.5min；
S2:点火正常后，逐步降低氧枪枪位至1200～1300mm，氧枪喷头距液面1200～1300mm，氧压调至750kpa，氧气流量12500～13000m3/h，吹炼1min时，加入5～7kg/t的石灰石，利用石灰石受热分解产生CO2气体使炉渣具备一定的泡沫化性，利于倒渣；
S3:继续吹炼至2.0～2.5min，提枪关氧，迅速切换至“氮手动”模式，再次下枪吹氮，氮气流量15000～16000m3/h，枪位4500～4800mm，氧枪喷头距液面4500～4800mm，利用氮气对泡沫化炉渣进行吹扫，消除炉渣泡沫化程度，利于炉渣中金属颗粒沉淀，吹氮0.5min后，倾动转炉，倒掉40％～60％硫、磷富集量高的炉渣，倒渣时间1min；
S4:倒渣结束后，再次下枪吹炼，氧枪枪位1300～1400mm，氧枪喷头距液面1300～1400mm，氧压750kpa，氧气流量12500～13000m3/h，吹炼1.5～2min时，石灰和烧结矿分别加入总量的2/3，轻烧镁球一次性加入；
S5:加料完毕后，氧枪枪位降至1200～1300mm，氧枪喷头距液面1200～1300mm，氧压700kpa，氧气流量12000～12500m3/h，剩余1/3总量的石灰在吹炼第8min前全部加完，剩余1/3总量的烧结矿可根据热平衡需要在吹炼第10min前加完；
S6:继续吹炼至第11min时，由于此时碳氧反应较弱，适当提高枪位至1400～1500mm，氧枪喷头距液面1400～1500mm，促进化渣，防止炉渣“返干”回磷；
S7:吹炼至第12min时，氧枪枪位降至1000mm，氧枪喷头距液面1000mm，氧压调至750kpa，氧气流量12500～13000m3/h，加强熔池的搅拌，以均匀钢液的成分和温度，压枪时间0.75min，倒炉测温取样；
S8:根据一倒钢水成分和温度，进行补吹操作，氧枪枪位1000mm，氧枪喷头距液面1000mm，氧压750kpa，氧气流量12500～13000m3/h，压枪时间0.75min，再次倒炉测温取样。
实施例1
冶炼Q235B钢种，该钢种[P]、[S]要求≤0.035％，铁水[Si]含量为0.26％，铁水温度1346℃，转炉炉底高度“±0mm”；
上炉出钢完毕后，翻去一半炉渣，留渣量控制在2.7t，然后进行溅渣固化并加以确认；
装入铁水63.5t，渣铁8.2t，转炉摇至零位；
设定氧压900kpa，氧气流量14800m3/h，枪位1800mm点火，吹氧30s后，氧压调至750kpa，氧气流量12800m3/h，氧枪枪位降至1200mm，吹氧1min，加入400kg石灰石，继续吹氧1min，提枪关氧；将氧枪操作切换成“氮手动”，氧枪降至4600mm，开氮吹扫28s，提枪关闭氮气，倾动转炉，倒掉50％炉渣，倒渣时间1min；
倒渣结束后，转炉摇至零位。设定氧压750kpa，氧气流量12800m3/h，氧枪枪位降至1400mm，吹氧1min，加入石灰875kg，轻烧镁球400kg，烧结矿1820kg，继续吹氧1.5min，氧压调至700kpa，氧气流量12300m3/h，吹炼至第7min时，加入石灰435kg，吹炼第10min时，分批加入烧结矿910kg，吹炼第11min时，氧枪枪位提高至1400mm，继续吹氧1min，然后将氧压调至750kpa，氧气流量12800m3/h，氧枪枪位降至1000mm，压枪时间43s，提枪关氧，倒炉测温取样，实测钢水温度1642℃，钢水w[C]＝0.213％、w[Mn]＝0.089％、w[P]＝0.051％、w[S]＝0.029％；
测温取样结束后，转炉摇至零位，设定氧压750kpa，氧气流量12800m3/h，氧枪枪位降至1000mm，压枪45s，提枪关氧，再次测温取样，实测钢水温度1663℃，钢水w[C]＝0.079％、w[Mn]＝0.076％、w[P]＝0.029％、w[S]＝0.026％；
冶炼结束后，钢水成分和温度符合工艺要求，转炉正常出钢，经脱氧合金化操作得到合格钢水。
表1冶炼上述Q235B钢种各原料的配比
注：表中倒罐泼洒渣铁与脱硫喷溅渣铁按照重量2:1混合；单块渣铁重量≤1000kg。
实施例2
冶炼HRB400B钢种，该钢种[P]、[S]要求≤0.045％，铁水[Si]含量为0.37％，铁水温度1343℃，转炉炉底高度“+100mm”；
上炉出钢完毕后，翻去一半炉渣，留渣量控制在3.2t，然后进行溅渣固化并加以确认；
装入铁水63.4t，渣铁8.7t，转炉摇至零位；
设定氧压900kpa，氧气流量14900m3/h，枪位1900mm点火，吹氧41s后，氧压调至750kpa，氧气流量12900m3/h，氧枪枪位降至1320mm，吹氧1min，加入350kg石灰石，继续吹氧1min，提枪关氧；将氧枪操作切换成“氮手动”，氧枪降至4800mm，开氮吹扫43s，提枪关闭氮气，倾动转炉，倒掉60％炉渣，倒渣时间1min；
倒渣结束后，转炉摇至零位。设定氧压750kpa，氧气流量12900m3/h，氧枪枪位降至1520mm，吹氧1min，加入石灰1233kg，轻烧镁球460kg，烧结矿1890kg，继续吹氧1min，氧压调至700kpa，氧气流量12400m3/h，吹炼至第7.5min时，加入石灰620kg，吹炼第9.5min时，分批加入烧结矿950kg，吹炼第11min时，氧枪枪位提高至1520mm，继续吹氧1min，然后将氧压调至750kpa，氧气流量12900m3/h，氧枪枪位降至1100mm，压枪时间44s，提枪关氧，倒炉测温取样，实测钢水温度1638℃，钢水w[C]＝0.252％、w[Mn]＝0.091％、w[P]＝0.056％、w[S]＝0.031％；
测温取样结束后，转炉摇至零位，设定氧压750kpa，氧气流量12900m3/h，氧枪枪位降至1100mm，压枪45s，提枪关氧，再次测温取样，实测钢水温度1658℃，钢水w[C]＝0.112％、w[Mn]＝0.078％、w[P]＝0.031％、w[S]＝0.023％；
冶炼结束后，钢水成分和温度符合工艺要求，转炉正常出钢，经脱氧合金化操作得到合格钢水。
表2冶炼上述HRB400B钢种各原料的配比
注：表中倒罐泼洒渣铁与脱硫喷溅渣铁按照重量2:1混合；单块渣铁重量≤1000kg。
实施例3
冶炼Q355B钢种，该钢种[P]、[S]要求≤0.035％，铁水[Si]含量为0.41％，铁水温度1336℃，转炉炉底高度“-100mm”；
上炉出钢完毕后，翻去一半炉渣，留渣量控制在3.5t，然后进行溅渣固化并加以确认；
装入铁水62.8t，渣铁8.6t，转炉摇至零位；
设定氧压900kpa，氧气流量14600m3/h，枪位1700mm点火，吹氧35s后，氧压调至750kpa，氧气流量12700m3/h，氧枪枪位降至1100mm，吹氧1min，加入380kg石灰石，继续吹氧1min，提枪关氧；将氧枪操作切换成“氮手动”，氧枪降至4500mm，开氮吹扫29s，提枪关闭氮气，倾动转炉，倒掉50％炉渣，倒渣时间1min；
倒渣结束后，转炉摇至零位。设定氧压750kpa，氧气流量12700m3/h，氧枪枪位降至1350mm，吹氧1min，加入石灰1366kg，轻烧镁球470kg，烧结矿1958kg，继续吹氧1.5min，氧压调至700kpa，氧气流量12400m3/h，吹炼至第7.5min时，加入石灰683kg，吹炼第8.5min时，分批加入烧结矿980kg，吹炼第11min时，氧枪枪位提高至1300mm，继续吹氧1min，然后将氧压调至750kpa，氧气流量12700m3/h，氧枪枪位降至900mm，压枪时间40s，提枪关氧，倒炉测温取样，实测钢水温度1636℃，钢水w[C]＝0.24％、w[Mn]＝0.092％、w[P]＝0.048％、w[S]＝0.027％；
测温取样结束后，转炉摇至零位，设定氧压750kpa，氧气流量12700m3/h，氧枪枪位降至900mm，压枪48s，提枪关氧，再次测温取样，实测钢水温度1665℃，钢水w[C]＝0.082％、w[Mn]＝0.071％、w[P]＝0.027％、w[S]＝0.021％；
冶炼结束后，钢水成分和温度符合工艺要求，转炉正常出钢，经脱氧合金化操作得到合格钢水。
表3冶炼上述Q355B钢种各原料的配比
注：表中倒罐泼洒渣铁与脱硫喷溅渣铁按照重量2:1混合；单块渣铁重量≤1000kg。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。
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