特殊钢石灰石炼钢脱磷工艺研究及实践

通过对转炉造渣理论和石灰石成渣特性进行分析,结合对石灰造渣“中间排渣+终点留渣”双渣操作方法的深入研究,提出全石灰石双渣法的冶炼控制要点和操作工艺流程.针对石钢公司的生产实际,就特殊钢采用石灰石双渣操作炼钢工艺进行了生产实践.结果表明,采用石灰石双渣工艺能实现终点碳含量([C],质量分数)平均0.16%,终点磷含量([P],质量分数)平均0.011%,终点磷含量降低,可满足特钢品种的终点出钢要求;相比于常用的全石灰双渣工艺,采用全石灰石双渣工艺可以使转炉工序冶炼成本降低2.23元/吨钢,为石钢公司创造了良好的经济效益,具备一定的推广价值.     

转炉炼钢造渣操作及脱磷效果

一、造渣操作规范 1.成渣原理 造渣是转炉中主要工艺操作之一,控制成渣过程的主要目的是快速成渣.吹炼初期影响石灰溶解的主要原因是,在液体炉渣和石灰的界面上首先生成高熔点的2Cao.SiO2,当SiO2含量超过25%时,石灰溶解下降,因此,为了加速石灰溶解,必须加入能急剧降低2CaO.SiO2熔点的溶剂如矿石、萤石等.     

转炉造渣的声纳监控方法

基于声学原理所研制的转炉造渣监控系统为转炉冶炼提供了有效手段，在实际应用中取得了良好的冶金效果，通过采集炉内音强信息，该系统能自动设置炉渣喷溅和返干预警线及最佳化渣区域，并显示枪位和副原料加入情况等，以指导工人操作，该系统能提前５～１０ｓ预报喷溅和返干，其预报命中率分别为８６．７％和９４．６％，另外，该系统还有预报熔池含磷量的功能。     

石灰石转炉炼钢的静态模型

研究了石灰石代替石灰炼钢的新方法.从理论上分析了石灰石代替石灰转炉炼钢的可行性,结合热力学分析,建立了CO2与［C］,［Si］,［Mn］和［Fe］反应的基于吉布斯自由能的分配模型.根据物料平衡和热平衡计算,求解线性方程组,得到不同石灰石替代比例条件下的各种物料消耗,确定了石灰石最大替代比,并重点研究了转炉煤气成分和产量的变化,最后考察了石灰石炼钢的成本.在本研究条件下的结果表明,可以在转炉中使用石灰石炼钢,石灰石最大替代比为71%;随着石灰石替代石灰比例的增加,废钢消耗降低,CO2体积分数降低,石灰石炼钢的成本逐步下降,吨钢铁水消耗提高,CO体积分数增加,转炉炉气质量提高.     

转炉炼钢的物料结构优化

利用60 t转炉研究了采用不同含铁物料及不同比例石灰石炼钢时的钢铁料消耗、氧气消耗量和煤气产生量的变化规律.研究发现：当采用铁水作为原料,渣钢和块矿作为冷却剂时,钢铁料消耗最低,仅为1072.07 kg·t-1;当采用铁水和废钢作为原料,配有磁选渣铁时,钢铁料消耗最高,达到1092.91 kg·t-1;随着石灰石加入量的增加,钢铁料消耗增加,氧耗略有降低,吨钢煤气产生量增加.研究结果为炼钢过程优化物料结构、降低生产成本提供了新的方法.     

基于多功能转炉炼钢法的连续循环冶炼过程

为了研究脱碳渣在脱磷期的重新利用,基于多功能转炉炼钢法进行连续循环冶炼实验.实验发现：脱磷阶段渣中较低的FeO含量、吹炼5 min左右,[ C]≥2.8%的条件下,可实现转炉熔池内铁液[ P]≤0.025%的脱磷效果,并对低( FeO)含量炉渣的脱磷可行性进行热力学计算;随着循环的进行,石灰加入量逐渐降低,由65 kg·t-1降低至31 kg·t-1,转炉冶炼终点钢水[ P]量由0.018%降低至0.005%,2~4炉后达到平衡状态;在循环过程中,脱磷阶段结束倒出炉渣60~80 kg·t-1,整个循环结束一次性倒出剩余全部炉渣120~130 kg·t-1,平均渣量为83 kg·t-1左右,较普通工艺的120 kg·t-1渣量有大幅度减少.     

转炉炼钢前期石灰石分解及CO2氧化作用的热力学分析

应用热力学方法,对转炉炼钢前期高碳低温铁水条件下石灰石分解及CO2氧化作用进行了分析,推导出了CO2分压(pCO2)和高碳低温区域碳活度系数fC,%的求解方程.结果表明:石灰石中CaCO3在高碳低温的铁水面附近,其分解反应平衡温度比标准状态时低得多,随着吹炼过程中炉温上升其反应趋势增大,CO2在转炉炼钢吹炼初期与[C]、[Si]、[Mn]和Fe(l)的反应都可以自发进行,其排列次序与各元素被O2氧化的反应相同;在高碳低温铁水条件下pCO2值非常小,转炉炼钢初期pCO2在0.002 2～0.000 5pΘ左右,因此可以认为石灰石分解产生的CO2会全部参与铁水氧化反应.     

利用优化配料软件优化半钢炼钢造渣工艺

在半钢炼钢过程中,由于半钢中硅、锰等元素含量极低,进入渣中的SiO2、MnO较少,生成的渣系是典型的CaO-FeO体系,导致炉渣熔点高,成渣困难.虽然加入了铁矾土等利于造渣、化渣的原材料,但是因半钢成分波动大,各种造渣原材料加入量难以准确控制,导致造渣料消耗高.优化配料软件可以根据半钢成分、造渣材料成分等冶炼数据,快速进行优化配料计算,优化半钢炼钢炉料结构,从而改善渣的冶金性能,降低造渣料消耗,降低半钢炼钢成本.     

转炉炼钢脱硫试验与脱硫反应理论分析

在90 t顶底复吹转炉上进行了12炉次炼钢过程的脱硫试验,并分别在每炉开吹后的5、10、15 min(出钢前)测量其炉温,且取钢和渣样,测量其钢、渣的组成.结果表明,随着冶炼的开展,钢中硫的含量先升高后降低,渣中硫的含量则逐渐升高;炉渣的脱硫能力随炉渣氧化性的增大而减小,随着炉温的升高逐渐增大,随着炉渣碱度的升高,则先增加后减小.生产现场工业试验结果与转炉渣-钢脱硫反应理论分析结果相一致.     

应用COMI炼钢工艺进行转炉全铁水冶炼基础研究

基于二氧化碳与氧气混合喷吹(简称COMI)炼钢工艺热力学理论计算及实验研究,建立了转炉全铁水COMI炼钢工艺物料与能量模型.研究发现:应用COMI炼钢工艺进行转炉全铁水冶炼工艺研究不仅能解决转炉全铁水常规冶炼过程中存在的大渣量及大喷溅问题,而且在提高转炉煤气热值,降低转炉吨钢氧耗及石灰消耗、调节矿石加入量方面有显著效果.     

转炉中石灰石替代部分石灰对脱磷、炉气成分及氧枪枪位的影响

石灰石替代部分石灰进行转炉炼钢可降低炼钢生产成本、减少CO_2排放。为研究其加入量对脱磷、炉气成分和氧枪枪位的影响,进行了石灰石替代比分别为18%、19%、20%、25%、28%、29%、39%、41%的工业试验研究和热力学分析。研究结果表明:(1)石灰石替换比为25%时脱磷效果较好,终点磷含量为0.016%,比原工艺0.030%的终点磷含量降低了47%;(2)用石灰石替代部分石灰后煤气开始回收时刻提前1~2min,煤气回收量增加,且石灰石加入量越大,煤气可回收时刻越早;(3)采用石灰石替代部分石灰冶炼时,转炉氧枪基本控制枪位由1.7m升高到1.8m。     

转炉炼钢计算机控制系统

采用控制技术、检测技术和计算机技术研制出适用于中小型钢厂的转炉计算机控制系统 .该系统在实际应用中已取得较好的效果     

EAF steelmaking process with increasing hot metal charging ratio and improving slagging regime

A new electric arc furnace (EAF) steelmaking process with increasing hot metal charging ratio and improving slagging regime simultaneously was developed and applied in a 50 t electric arc furnace for more than a year at No. 1 Steelmaking Plant of Shanxi Taigang Stainless Corporation Limited. The essential fact of the new EAF steelmaking process was to charge hot metal in two portions or steps: firstly, 35wt%-40wt% hot metal was pretreated by blowing oxygen in a specially designed reactor for decar burization and improving hot metal temperature and melting premelted slag; secondly, 30wt% hot metal was charged into EAF with high basicity refining slags from ladle furnace (LF)-vacuum degassing furnace (VD) refining process. The results show that the hot metal charging ratio can reach to about 65wt%-70wt% for the new EAF steelrnaking process; meanwhile, the tap-to-tap time of a 50 t EAF can shorten by 5-10 min, the electricity consumption can decrease by 35-50 kW·h/t, the lime consumption can reduce by 10.5 kg/t of molten steel, and the content of harmful heavy metals in molten steel can be easily controlled to less than the upper limits of aimed steel specification or grade compared with the traditional EAF steelmaking process. In addition, the dephosphorization ability shows a slight strengthening, however, a small degree of lessening for desulphurization ability is observed for the new EAF steelmaking process, but the weakness of desulphurization ability cannot become an obstacle to its further application since a stronger desulphurization ability can be achieved during secondary refining of LF coupled with VD after EAF steelmaking process.     

低碱度脱磷渣在转炉少渣冶炼中的作用

以SGRS工艺为基础,研究了低碱度脱磷渣在转炉少渣冶炼中的作用.根据少渣冶炼物料平衡原理,脱磷阶段结束炉渣碱度控制越低,相当于转炉回收利用的Ca O量越多,能够实现的钢液去Si量也越多.同时实验结果表明,随着脱磷渣碱度的降低,炉渣的熔化性能逐渐改善,带来脱磷阶段结束转炉倒渣量不断增加以及脱磷渣金属铁含量不断降低的有益效果.当脱磷渣碱度在1.2~1.8范围时,脱磷渣半球点温度基本控制在1 380℃以内,脱磷渣中的游离Ca O质量分数控制在0.7%左右的较低水平,同时转炉脱磷阶段结束转炉倒渣量基本可控制在8 t(210 t转炉)或5 t(100 t转炉)以上.     

石灰石替代部分石灰进行脱磷的实验分析

为了研究石灰石替代石灰的比例(即石灰石替代比)及加入方式对脱磷效果的影响,通过调整石灰石加入量在真空感应炉内进行热态实验。实验结果表明:采用石灰石替代石灰进行造渣炼钢是切实可行的,而且石灰石加入方式对脱磷效果有显著影响;石灰石替代比为40%时脱磷效果最好,终点磷含量由初始的0.12%降低至0.012%,相比石灰石替代比为0%的原方案脱磷率提高24.17%;石灰石替代比为80%时出现严重的炉渣结壳现象,冶炼无法正常进行。石灰石脱磷较适宜方案有2种:一是强调降低生产成本,60%石灰石替代比进行冶炼;二是强调提高产品质量,40%石灰石替代比进行冶炼。     

Slag formation path during dephosphorization process in a converter

The slag formation path is important for efficient dephosphorization in steelmaking processes. The phosphorus capacity and the melting properties of the slag are critical parameters for optimizing the slag formation path. Regarding these two factors, the phosphorus par-tition ratio was calculated using the regular solution model (RSM), whereas the liquidus diagrams of the slag systems were estimated using the FactSage thermodynamic package. A slag formation path that satisfies the different requirements of dephosphorization at different stages of dephosphorization in a converter was thus established through a combination of these two aspects. The composition of the initial slag was considered to be approximately 15wt%CaO–44wt%SiO2–41wt%FeO. During the dephosphorization process, a slag formation path that fol-lows a high-iron route would facilitate efficient dephosphorization. The composition of the final dephosphorization slag should be approxi-mately 53wt%CaO–25.5wt%SiO2–21.5wt%FeO. The composition of the final solid slag after dephosphorization is approximately 63.6wt%CaO–30.3wt%SiO2–6.1wt%FeO.     

石灰石闪速加热高温煅烧过程中的CO_2逸出行为

在大功率碳管炉内模拟利用转炉余热闪速加热高温煅烧石灰石的工艺过程,研究煅烧温度(1200~1500℃)和石灰石粒径(4~27.5mm)对石灰石颗粒在高温热分解过程中CO_2逸出行为的影响。结果表明,石灰石粒径一定时,煅烧温度越高,CaCO_3分解初期逸出CO_2的速率越大,达到CO_2逸出速率最大值的时间也越短;煅烧温度一定时,石灰石粒径越小,CO_2逸出速率曲线峰值越高,到达曲线峰值的时间也越短。煅烧温度不超过1300℃时,随着石灰石粒径的增大,试样转化率和CO_2逸出速率的变化明显放缓;而煅烧温度达到1350℃后,粒径对CO_2逸出速率的影响较小。在1500℃煅烧温度下,经过400~445s,不同粒径石灰石颗粒的分解转化率均已接近100%。