利用底吹氧、石灰粉复吹转炉冶炼高硅铁水的方法与流程

1.本发明涉及钢铁冶炼领域，尤其涉及一种利用底吹氧、石灰粉顶底复吹转炉冶炼高硅铁水的方法。


背景技术：

2.现有技术中，一般采用顶吹转炉、底吹转炉或者复吹转炉冶炼高硅铁水；在高炉铁水冶炼中，开炉初期焦炭量增加、炉温升高，入炉原料中更多的sio2被焦炭还原，致使铁水中的[si]含量异常升高。由于转炉脱硅反应释放大量的热，因此，高硅铁水冶炼初期炉内升温快、碳氧反应提前，炉内造渣量较大，容易造成爆发性喷溅，这不但会引起一系列的冶炼操作问题，而且影响吹炼终点的钢水质量；冶炼前期，石灰与sio2反应在石灰颗粒表面形成高熔点的ca2sio4，阻碍了石灰的溶解，从而造成炉渣碱度较低，一方面，炉渣碱度较低且化渣不充分，影响冶炼去磷、硫的效果；另一方面，炉渣碱度低且渣量大加剧了对炉衬的冲刷和侵蚀，不可避免地缩短炉役；此外，炉渣中含有一定量的氧化铁和铁珠，渣量增加造成铁损增加，冶炼中的喷溅进一步造成金属、渣料、热量损失，恶化冶炼条件，喷溅增加设备烧损和环境污染的风险，溢出的渣钢需要被及时清理，增加了工作强度。由此可见，高硅铁水冶炼不利于工艺过程的整体优化和生产高质量的钢水。目前，铁水预处理脱硅、留渣法、双渣法、双联法等依旧不能彻底解决传统转炉冶炼高硅铁水引发的系列问题，生产实践表明传统转炉冶炼高硅铁水依旧存在严重的喷溅现象。


技术实现要素：

[0003]
本发明提供一种利用底吹氧、石灰粉复吹转炉冶炼高硅铁水的方法，以解决高硅铁水冶炼中渣量大、易喷溅、铁损、热损大、侵蚀炉衬等问题。
[0004]
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：利用底吹氧、石灰粉复吹转炉冶炼高硅铁水的方法，采用底吹氧、喷吹石灰粉顶底复吹转炉吹炼，吹炼前期仅采用底枪吹氧，石灰粉与氧气同时由底枪喷入，底枪喷吹天然气与底枪吹氧同步；吹炼中后期顶枪下枪吹氧，通过顶部加入石灰、轻烧白云石、矿石等渣料，达到吹炼终点之后顶底同时结束吹氧，通过底部喷吹氮气或氩气搅拌，均匀熔池温度和成分。
[0005]
上述的利用底吹氧、石灰粉复吹转炉冶炼高硅铁水的方法，所述炉底底枪结构为同心套管，包括中心管、外层套管、中心管与外层套管之间的环缝；中心管喷吹氧气和石灰粉，环缝喷吹用于冷却、保护底枪的天然气。
[0006]
上述的利用底吹氧、石灰粉复吹转炉冶炼高硅铁水的方法，所述底枪喷吹天然气流量为底枪吹氧流量的8%-12%，底枪石灰粉喷吹流量为300 kg/min-1000kg/min，炉底喷入的石灰粉总量为4000kg-6500kg，冶炼所需的额外石灰通过顶部加入。
[0007]
上述的利用底吹氧、石灰粉复吹转炉冶炼高硅铁水的方法，所述顶枪下枪吹氧的触发条件取决于铁水中si元素含量；当铁水中si元素含量在0.6%-0.8%时，底枪吹氧量达到
吹炼总氧量的3%-8%之间时顶枪下枪吹氧；当铁水中si元素含量大于0.8%小于等于1.25%时，底枪吹氧量达到吹炼总氧量的9%-16%之间时顶枪下枪吹氧；当铁水中si元素含量大于1.25%小于等于1.5%时，底枪吹氧量达到吹炼总氧量的17%-25%之间时顶枪下枪吹氧。
[0008]
上述的利用底吹氧、石灰粉复吹转炉冶炼高硅铁水的方法，所述炉底石灰粉喷吹分为2个阶段，喷吹开启的触发条件是顶底吹氧量占吹炼总氧量的比值，顶底吹氧量介于吹炼总氧量的1%-10%时开启第一阶段，喷入石灰粉的75%-90%；顶底吹氧量介于吹炼总氧量的70%-85%时开启第二阶段，喷入石灰粉的10%-25%。
[0009]
上述的利用底吹氧、石灰粉复吹转炉冶炼高硅铁水的方法，所述转炉顶部加入石灰、轻烧白云石、矿石等渣料的触发条件是顶底吹氧量占吹炼总氧量的比值：顶底吹氧量介于吹炼总氧量的1%-10%时加入40%-60%的轻烧白云石，顶底吹氧量介于吹炼总氧量的11%-20%加入40%-60%的轻烧白云石；顶底吹氧量介于吹炼总氧量的1%-7%时，分2-3批次加入10%-20%的石灰；顶底吹氧量介于吹炼总氧量的10%-20%时，分2-3批次加入20%-40%的石灰，顶底吹氧量介于吹炼总氧量的21%-30%时，分2-3批次加入40%-60%的石灰；顶底吹氧量介于吹炼总氧量的1%-15%时，分2-3批次加入40%-60%的矿石，顶底吹氧量介于吹炼总氧量的40%-60%时，分2-3批次加入40%-60%的矿石。
[0010]
上述的利用底吹氧、石灰粉复吹转炉冶炼高硅铁水的方法，所述吹炼总氧量由吹炼的二级系统依据物料平衡计算获得；所述顶枪下枪吹氧时顶枪枪位距钢液液面高度控制在3m-4.5m，顶枪吹氧流量控制在500nm3/min-700nm3/min。
[0011]
上述的利用底吹氧、石灰粉复吹转炉冶炼高硅铁水的方法，所述达到吹炼终点之后顶底同时结束吹氧，通过底部喷吹氮气或氩气搅拌，均匀熔池温度和成分，搅拌时间控制在1min-3min，供气流量控制在120nm3/min-160nm3/min。
[0012]
上述的利用底吹氧、石灰粉复吹转炉冶炼高硅铁水的方法，所述炉底底枪中心管内径尺寸为25-30mm，中心管厚度为5-7mm；外层套管内径尺寸为35-36.5mm，厚度为3.6-5mm；中心管与外层套管之间的环缝宽度为1.5-2.5mm。
[0013]
上述的利用底吹氧、石灰粉复吹转炉冶炼高硅铁水的方法，所述炉底底枪数量为2-6个，底枪由中心管和外层套管组成，每个底枪吹氧流量控制在40nm3/min-45nm3/min。
[0014]
上述的利用底吹氧、石灰粉复吹转炉冶炼高硅铁水的方法，所述高硅铁水占装入量的80%-90%，铁水si元素含量为0.6%-1.5%，废钢占装入量的10%-20%。
[0015]
本发明中冶炼前期通过底吹氧、喷石灰粉大幅降底铁水中si元素，并且减少熔池内feo含量以减缓碳氧反应、抑制喷溅；依据铁水条件选择转炉顶枪下枪吹氧时机，同时，通过转炉上部料仓加入造渣料进一步调控炉渣渣量、碱度和流动性，以改善熔池反应热/动力学条件；吹炼终点，通过底吹氩气或氮气剧烈搅拌达到均匀熔池成分和温度的目的。
[0016]
相对于现有技术，本发明所利用底吹氧、石灰粉复吹转炉冶炼高硅铁水的方法具有如下优势：1．通过底部喷吹石灰可以降底熔池内feo活度，进而显著地抑制高硅铁水冶炼过程中爆发式喷溅，有助于减少热量、渣量损失以及环境保护；
2．吹炼前期石灰粉由底部喷入熔池，可以更好的与sio2、feo反应，实现快速化渣，避免了sio2与块状cao反应在其表面生成ca2sio4结壳致使化渣慢的情况；3.受益于化渣快的优势，冶炼前期顶部的石灰和轻烧白云石等渣料可以快速造渣，提高炉内碱度，从而减轻钢渣对炉衬的侵蚀；4．石灰从底部喷入可以快速与s、p2o5反应，加之底部吹气的剧烈搅拌作用，可以更好地改善熔池内脱s、p的效果，均匀熔池内的成分和温度，提高钢水质量。
附图说明
[0017]
图1为转炉底枪截面示意图；图中标记为:中心管1、外层套管2、环缝3。
具体实施方式
[0018]
以下通过具体实施例对本发明做进一步详细说明。
[0019]
实施例1-8，一种利用底吹氧、石灰粉复吹转炉冶炼高硅铁水的方法，具体在260t底吹氧、石灰粉复吹转炉冶炼，炉底底枪共有6个，中心管内径28mm、中心管厚度6.25mm，外层套管内径48mm、外层套管厚度4mm，环缝宽度1.75mm。此处以冶炼6炉高硅铁水为实例说明。
[0020]
实施例1-8：表1列出了实施例1-8中用于转炉冶炼的装料信息和铁水条件。
[0021]
表1实施例1-8的装料与铁水条件具体实施过程：实施例1炉底底枪中心管供氧流量平均为45nm3/min，环缝的天然气流量为底吹氧气流量的8.3%；石灰粉喷吹流量为550 kg/min，喷入的石灰粉质量为6000kg；顶底吹氧量达到吹炼总氧量的3%时开启第一段石灰粉喷吹，喷入石灰粉的75%；顶底吹氧量达到吹炼总氧量的85%时开启第二段石灰粉喷吹，喷入石灰粉的25%；底枪吹氧量达到吹炼总氧量的16%时下顶枪，枪位距液面高度控制在3.8m，氧流量为650nm3/min；顶底吹氧量达吹炼总氧量的5%时加
入55%的轻烧白云石，顶底吹氧量达吹炼总氧量的15%时加入的45%的轻烧白云石；顶底吹氧量达到吹炼总氧量的1%时顶部分2批次加入10%的石灰，顶底吹氧量达吹炼总氧量的10%时分2批次加入40%的石灰，顶底吹氧量达吹炼总氧量的21%时分3批次加入50%的石灰；顶底吹氧量达吹炼总氧量的10%时分2批次加入40%的矿石，顶底吹氧量达吹炼总氧量的55%时分3批次加入60%的矿石。达到吹炼终点之后结束吹氧，底部喷吹氩气搅拌，搅拌时间1.5min，供气流量控制在135nm3/min。
[0022]
冶炼结果：冶炼过程平稳，未出现喷溅行为，终点温度和成分符合要求，渣量减少12.2%，渣中全铁降低8.4%。
[0023]
实施例2炉底底枪中心管供氧流量平均为42.5nm3/min。环缝的天然气流量为底吹氧气流量的8%，石灰粉喷吹流量为450 kg/min，喷入的石灰粉质量为5600kg，顶底吹氧量达到吹炼总氧量的5%时开启第一段石灰粉喷吹，喷入石灰粉的80%；顶底吹氧量达到吹炼总氧量的80%时开启第二段石灰粉喷吹，喷入石灰粉的20%；底枪吹氧量达到吹炼总氧量的25%时下顶枪，枪位距液面高度控制在4m，氧流量为650nm3/min。顶底吹氧量达吹炼总氧量的7%时加入55%的轻烧白云石，顶底吹氧量达20%时加入的45%的轻烧白云石；顶底吹氧量达到吹炼总氧量的5%时顶部分2批次加入20%的石灰，顶底吹氧量达吹炼总氧量的20%时分2批次加入35%的石灰，顶底吹氧量达吹炼总氧量的30%时分3批次加入45%的石灰；顶底吹氧量达吹炼总氧量的10%时分3批次加入45%的矿石，顶底吹氧量达60%时分3批次加入55%的矿石。达到吹炼终点之后结束吹氧，底部喷吹氩气搅拌，搅拌时间1.5min，供气流量控制在135nm3/min。
[0024]
冶炼结果：冶炼过程出现轻微喷溅行为，终点温度和成分符合要求，渣量减少8.2%，渣中全铁增加2.6%。
[0025]
实施例3炉底底枪中心管供氧流量平均为40nm3/min，环缝的天然气流量为底吹氧气流量的8.5%，石灰粉喷吹流量为1000 kg/min，喷入的石灰粉质量为6500kg。顶底吹氧量达到吹炼总氧量的10%时开启第一段石灰粉喷吹，喷入石灰粉的85%；顶底吹氧量达到吹炼总氧量的70%时开启第二段石灰粉喷吹，喷入石灰粉占的15%。底枪吹氧量达到吹炼总氧量的17%时下顶枪，枪位距液面高度控制在3.8m，氧流量为600nm3/min；顶底吹氧量达吹炼总氧量的3%时加入40%的轻烧白云石，顶底吹氧量达吹炼总氧量的15%时加入的60%的轻烧白云石；顶底吹氧量达到吹炼总氧量的7%时顶部分2批次加入15%的石灰，顶底吹氧量达吹炼总氧量的15%时分2批次加入40%的石灰，顶底吹氧量达吹炼总氧量的25%时分2批次加入45%的石灰；顶底吹氧量达吹炼总氧量的7%时分3批次加入55%的矿石，顶底吹氧量达吹炼总氧量的40%时分2批次加入45%的矿石。达到吹炼终点之后结束吹氧，底部喷吹氩气搅拌，搅拌时间1.0min，供气流量控制在135nm3/min。
[0026]
冶炼结果：冶炼过程平稳，未出现喷溅行为，终点温度和成分符合要求，渣量减少6.7%，渣中全铁降低5.3%。
[0027]
实施例4炉底底枪中心管供氧流量平均为43nm3/min，环缝的天然气流量为底吹氧气流量的9%，石灰粉喷吹流量为300 kg/min，喷入的石灰粉质量为4000kg。顶底吹氧量达到吹炼总氧量的2%时开启第一段石灰粉喷吹，喷入石灰粉的90%；顶底吹氧量达到吹炼总氧量的75%
时开启第二段石灰粉喷吹，喷入石灰粉占的10%；底枪吹氧量达到吹炼总氧量的8%时下顶枪，枪位距液面高度控制在4.5m，氧流量为650nm3/min。顶底吹氧量达吹炼总氧量的5%时加入40%的轻烧白云石，顶底吹氧量达吹炼总氧量的20%时加入的60%的轻烧白云石；顶底吹氧量达到吹炼总氧量的3%时顶部分2批次加入15%的石灰，顶底吹氧量达吹炼总氧量的10%时分3批次加入40%的石灰，顶底吹氧量达吹炼总氧量的30%时分3批次加入45%的石灰；顶底吹氧量达吹炼总氧量的5%时分3批次加入60%的矿石，顶底吹氧量达吹炼总氧量的60%时分2批次加入40%的矿石。达到吹炼终点之后结束吹氧，底部喷吹氩气搅拌，搅拌时间1.5min，供气流量控制在120nm3/min。
[0028]
冶炼结果：冶炼过程平稳，未出现喷溅行为，终点温度和成分符合要求，渣量减少6.7%，渣中全铁增加2.7%。
[0029]
实施例5炉底底枪中心管供氧流量平均为42.5nm3/min，环缝的天然气流量为底吹氧气流量的12%，石灰粉喷吹流量为600 kg/min，喷入的石灰粉质量为4500kg。顶底吹氧量达到吹炼总氧量的1%时开启第一段石灰粉喷吹，喷入石灰粉的85%；顶底吹氧量达到吹炼总氧量的85%时开启第二段石灰粉喷吹，喷入石灰粉的15%。底枪吹氧量达到吹炼总氧量的3%时下顶枪，枪位距液面高度控制在3.3m，氧流量为500nm3/min。顶底吹氧量达吹炼总氧量的10%时加入60%的轻烧白云石，顶底吹氧量达吹炼总氧量的15%时加入的40%的轻烧白云石；顶底吹氧量达到吹炼总氧量的7%时顶部分2批次加入20%的石灰，顶底吹氧量达吹炼总氧量的15%时分2批次加入20%的石灰，顶底吹氧量达吹炼总氧量的25%时分3批次加入60%的石灰；顶底吹氧量达吹炼总氧量的15%时分2批次加入40%的矿石，顶底吹氧量达吹炼总氧量的50%时分3批次加入60%的矿石。达到吹炼终点之后结束吹氧，底部喷吹氩气搅拌，搅拌时间3min，供气流量控制在150nm3/min。（冶炼结果：冶炼前期出现轻微喷溅，终点温度和成分符合要求，渣量减少2.1%，渣中全铁增加1.5%。
[0030]
实施例6炉底底枪中心管供氧流量平均为42.5nm3/min，环缝的天然气流量为底吹氧气流量的11%，石灰粉喷吹流量为1000 kg/min，喷入的石灰粉质量为6300kg。顶底吹氧量达到吹炼总氧量的10%时开启第一段石灰粉喷吹，喷入石灰粉的85%；顶底吹氧量达到吹炼总氧量的85%时开启第二段石灰粉喷吹，喷入石灰粉量的15%。底枪吹氧量达到吹炼总氧量的12%时下顶枪，枪位距液面高度控制在3.0m，氧流量为700nm3/min。顶底吹氧量达吹炼总氧量的1%时加入40%的轻烧白云石，顶底吹氧量达吹炼总氧量的11%时加入的60%的轻烧白云石；顶底吹氧量达到吹炼总氧量的5%时顶部分2批次加入20%的石灰，顶底吹氧量达吹炼总氧量的15%时分3批次加入40%的石灰，顶底吹氧量达吹炼总氧量的30%时分3批次加入40%的石灰；顶底吹氧量达吹炼总氧量的1%时分3批次加入60%的矿石，顶底吹氧量达吹炼总氧量的60%时分2批次加入40%的矿石。达到吹炼终点之后结束吹氧，底部喷吹氩气搅拌，搅拌时间2min，供气流量控制在160nm3/min。
[0031]
冶炼结果：冶炼过程平稳，未出现喷溅行为，终点温度和成分符合要求，渣量减少7.2%，渣中全铁降低3.6%。
[0032]
实施例7
炉底底枪中心管供氧流量平均为44nm3/min，环缝的天然气流量为底吹氧气流量的11%，石灰粉喷吹流量为800 kg/min，喷入的石灰粉质量为6000kg。顶底吹氧量达到吹炼总氧量的3%时开启第一段石灰粉喷吹，喷入石灰粉的75%；顶底吹氧量达到吹炼总氧量的80%时开启第二段石灰粉喷吹，喷入石灰粉量的25%。底枪吹氧量达到吹炼总氧量的9%时下顶枪，枪位距液面高度控制在3.5m，氧流量为700nm3/min。顶底吹氧量达吹炼总氧量的5%时加入50%的轻烧白云石，顶底吹氧量达吹炼总氧量的15%时加入的50%的轻烧白云石；顶底吹氧量达到吹炼总氧量的5%时顶部分2批次加入20%的石灰，顶底吹氧量达吹炼总氧量的15%时分3批次加入30%的石灰，顶底吹氧量达吹炼总氧量的30%时分3批次加入50%的石灰；顶底吹氧量达吹炼总氧量的3%时分3批次加入50%的矿石，顶底吹氧量达吹炼总氧量的60%时分3批次加入50%的矿石。达到吹炼终点之后结束吹氧，底部喷吹氩气搅拌，搅拌时间2min，供气流量控制在150nm3/min。
[0033]
冶炼结果：冶炼过程平稳，未出现喷溅行为，终点温度和成分符合要求，渣量减少6.2%，渣中全铁降低2.6%。
[0034]
实施例8炉底底枪中心管供氧流量平均为43nm3/min，环缝的天然气流量为底吹氧气流量的12%，石灰粉喷吹流量为800 kg/min，喷入的石灰粉质量为6000kg。顶底吹氧量达到吹炼总氧量的2%时开启第一段石灰粉喷吹，喷入石灰粉的80%；顶底吹氧量达到吹炼总氧量的85%时开启第二段石灰粉喷吹，喷入石灰粉量的20%。底枪吹氧量达到吹炼总氧量的20%时下顶枪，枪位距液面高度控制在3.3m，氧流量为700nm3/min。顶底吹氧量达吹炼总氧量的4%时加入45%的轻烧白云石，顶底吹氧量达吹炼总氧量的13%时加入的55%的轻烧白云石；顶底吹氧量达到吹炼总氧量的3%时顶部分2批次加入15%的石灰，顶底吹氧量达吹炼总氧量的18%时分3批次加入40%的石灰，顶底吹氧量达吹炼总氧量的30%时分3批次加入45%的石灰；顶底吹氧量达吹炼总氧量的2%时分3批次加入55%的矿石，顶底吹氧量达吹炼总氧量的55%时分2批次加入45%的矿石。达到吹炼终点之后结束吹氧，底部喷吹氩气搅拌，搅拌时间2min，供气流量控制在160nm3/min。
[0035]
冶炼结果：冶炼过程平稳，未出现喷溅行为，终点温度和成分符合要求，渣量减少5.4%，渣中全铁降低4.1%。
[0036]
实施例1和3取得了较好的冶炼效果。整体而言，实施例1-8冶炼过程整体平稳，冶炼高硅铁水没有出现爆发性喷溅现象，冶炼终点的钢水成分和温度符合预期。综上，本发明适用于底吹氧、石灰粉复吹转炉冶炼高硅铁水。