CN101899604B - 一种复吹转炉用氧化锰复合团块直接合金化炼钢工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种复吹转炉用氧化锰复合团块直接合金化炼钢工艺。其方案是：当转炉钢水碳含量降低到0.1％以下和钢水温度达到1650～1750℃时，向转炉内一次性加入氧化锰复合团块，利用转炉内钢水高温将冷压内配碳氧化锰复合团块快速加热到1500℃以上，在冷压内配碳氧化锰复合团块内部实现氧化锰的快速自还原，达到对钢水进行直接合金化的目的。向转炉加入氧化锰复合团块后不再向钢液吹氧，以避免锰被重新氧化，而是依靠转炉底吹强化熔池搅拌，促进锰在钢水内均匀化。向转炉加入氧化锰复合团块2～5min后，按常规工艺出钢。本发明工艺简单，易于操作和控制，锰的收得率高，可大幅节约能源、能减轻CO2排放和降低钢水锰合金化的生产成本。
Description
技术领域
本发明属于金属材料生产技术领域，具体涉及一种复吹转炉用氧化锰复合团块直接合金化炼钢工艺。
背景技术
锰是钢铁材料生产中最重要的合金元素之一，故有“无锰不成钢”之说。一般的炼钢锰合金化工艺是在转炉出钢过程中将锰铁、硅锰等含锰铁合金直接加入钢包中。为了降低钢水锰合金化的生产成本，国内外开展了大量的有关转炉锰矿直接合金化炼钢工艺研究。这一技术省掉了锰铁合金的生产工序，从而大幅度节约能源和减少CO2排放。
日本在转炉锰矿直接合金化炼钢方面进行了大量的基础研究和工业实践，通过铁水“三脱”(即脱硅、脱硫和脱磷)实现转炉少渣吹炼(渣量降低到20kg/t左右)、用富锰矿以焦炭为还原剂在转炉内进行熔融还原、转炉终点高拉碳(w(C)＞0.1％)等措施，使锰的收得率稳定在70％左右(KANEKO Toshiyuki，MATSUZAKI Takafumi，KUGIMIYA Teiji et al.Improvement of Mn Yield in LessSlag Blowing at BOF by Use of Sintered Manganese Ore，Tetsu-to-Hagane1993，79(8)：941-947)。宝钢采用“三脱”铁水进行少渣(30kg/t左右)吹炼，在转炉中加入锰矿，依靠钢水中的碳对锰矿进行熔融还原，在转炉终点高拉碳(w(C)＞0.1％)的条件下取得＞50％的锰收得率(蒋晓放、陈兆平.宝钢少渣炼钢的实践，第十二届全国炼钢学术会议论文集.沈阳：东北大学出版社，2002：115)。国内许多炼钢厂进行了转炉锰矿直接合金化工业试验，但锰的收得率仅为5％～23％(文永才、董艳华、王涛等.采用锰矿对钢进行直接合金化，钢铁钒钛，1998，19(3)：7～13；孟召来、杨西根、王玉春.锰合金化探讨，山东冶金，2003，25(增刊)：111～113；李荣生、冯润明、魏国增等.贫锰矿在转炉炼钢工艺中的应用，炼钢，2004，20(1)：13～15；赵中福、李小明、沈继胜.转炉炼钢加锰矿提高终点锰含量的试验研究，炼钢，2010，26(1)：40～43)。造成转炉锰矿直接合金化锰收得率低的主要原因是：(1)铁水未实现“三脱”，造成转炉渣量大(80～100kg/t)，氧化锰被渣子稀释；(2)转炉终点碳波动大，难以保证稳定的高拉碳操作；(3)无多余的高位料仓，难于实现用外加焦炭作还原剂。
近年来，也有冶金工作者进行了用锰矿复合球团直接合金化提高锰收得率的研究工作。如“一种锰氧化物直接合金化炼钢工艺”(CN1470667)技术，提出了将锰氧化物配加还原剂、发热剂、催化剂等经破碎研磨成50～200目的粉料，然后混匀并通过粘结剂配制成锰合金球团，在电炉或转炉出钢过程中将锰合金球团分批加入到钢水中，利用钢水高温将锰从锰氧化物中直接融熔还原成金属锰而对钢水进行直接合金化。该发明使用的锰矿复合球团是必须在出钢过程中加入钢包内，锰氧化物的还原是在少渣量、低氧化性顶渣和钢水脱氧条件下进行的，与转炉内终点钢水和渣子的高氧化性条件完全不同。此外这种方法存在顶渣结壳、造成折断LF精炼炉电极的风险。
攀枝花钢铁研究院在实验室条件下研究锰矿球团直接合金化动力学时也使用了一种锰矿复合球团(文永才、董艳华、杜德信等.用锰矿球团进行钢直接合金化的动力学研究，钢铁钒钛，1998，19(1)：9～15)。这种锰矿复合球团用锰含量47.65％锰矿与化学试剂CaO、SiO2、FeO、CaF2一起混匀，制成碱度(CaO/SiO2)为2～4，FeO含量为6％～12％，MnO含量为20％～40％，直径为10mm球团。球团中还配加了一定量的碳粉，配加量为还原全部MnO的70％。用这种锰矿球团直接作为炼钢渣，在钢水初始碳含量为0.20％～0.78％(钢水终点碳含量为0.24％～0.80％)的条件下研究渣中MnO、FeO、碱度、渣量、钢水温度和钢水碳含量等因素对锰收得率的影响。实验室进行的这种基础研究所使用的方法实质上与转炉加锰矿直接合金化没有本质区别，也就是说在实验室可控的优越条件下(如渣中MnO含量达到20％～40％，相当于转炉少渣量冶炼；钢水终点碳含量达到0.24％～0.80％，相当于转炉高拉碳操作，渣中MnO的还原主要依靠钢水中的碳)模拟转炉加锰矿直接合金化研究工艺因素对锰收得率的影响。
发明内容
本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种工艺简单、易于操作和控制、生产成本低、锰的收得率高、节约能源和减轻CO2排放的复吹转炉用氧化锰复合团块直接合金化炼钢工艺。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：转炉按常规工艺吹炼，当钢水碳降低到0.1％以下和钢水温度达到1650～1750℃时，向转炉内一次性加入氧化锰复合团块，然后停止向钢液吹氧，同时将转炉底吹氩气开到最大进行熔池搅拌，均匀钢水成分和温度，转炉加入氧化锰复合团块2～5min后按常规工艺出钢。
所述的氧化锰复合团块是由锰矿或富锰渣配加焦粉或煤粉，混合均匀后通过冷压成型获得的内配碳团块，其中：锰矿是锰含量为20wt％～30wt％的贫锰矿或是锰含量为30wt％～50wt％的富锰矿，富锰渣的锰含量为40wt％～55wt％；内配碳团块的内配碳量按锰矿中或富锰渣中的氧化锰和氧化铁全部直接还原所耗碳量的1.0～1.4倍配加，氧化锰复合团块中的锰矿或富锰渣、焦粉或煤粉的粒径均为0.5mm以下。
所述的转炉中加入氧化锰复合团块的加入量是根据转炉终点目标残锰量要求确定，按MnO计为每吨钢加4～20kg。
由于采用上述技术方案，本发明用冷压内配碳氧化锰复合团块代替转炉直接加锰矿工艺进行复吹转炉直接合金化的方法，向炉内一次性加入冷压内配碳氧化锰复合团块，利用转炉内钢水高温将冷压内配碳氧化锰复合团块快速加热到1500℃以上，在冷压内配碳氧化锰复合团块内部实现氧化锰的快速自还原，达到对钢水进行直接合金化的目的。通过冷压内配碳氧化锰复合团块直接合金化冶炼的转炉钢水残锰含量可达到1.0％以上，转炉加入冷压内配碳氧化锰复合团块后不允许再向钢液吹氧，以避免锰被重新氧化，而是依靠转炉底吹强化熔池搅拌，促进锰在钢水内均匀化。本发明具有如下优点：
1)操作简单，无需再在转炉中外加焦炭和占用更多的高位料仓，也无需采用少渣炼钢就能实现高的锰收得率。由于氧化锰的还原反应发生在冷压内配碳氧化锰复合团块内部，转炉渣量大小对氧化锰的还原不产生明显影响；
2)适应性强，无需要求转炉终点进行高拉碳操作。由于氧化锰的还原反应不是依靠钢水中的碳，而是用冷压内配碳氧化锰复合团块内部的碳进行自还原，因此转炉终点碳含量、终渣FeO含量对氧化锰的还原不产生实质性影响；
3)还原速度快，内配碳氧化锰复合团块应在转炉吹炼末期加入。通常的锰矿直接合金化工艺，锰矿必须在吹炼前期或中期加入，此时钢水中碳含量高，渣中氧化锰被大量还原。但随着钢水碳含量下降，钢水中的锰又被重新氧化，特别是当转炉终点碳低于0.1％时，锰的收得率很低。采用冷压内配碳氧化锰复合团块，由于氧化锰和还原剂碳均匀混合，紧密接触，氧化锰的自还原反应扩散阻力小，还原反应在团块内部同时发生，在2～5min内反应完毕。
因此，本发明工艺简单，易于操作和控制，不仅能大幅度节约能源和减轻CO2排放，且能大幅度降低钢水锰合金化的生产成本，具有锰的收得率高的特点。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的描述，并非对保护范围的限制。
本具体实施方式中的氧化锰复合团块中的锰矿或富锰渣、焦粉或煤粉的粒径均为0.5mm以下。
实施例1
一种复吹转炉用氧化锰复合团块直接合金化炼钢工艺：转炉按常规工艺吹炼，当钢水碳含量降低到0.1％以下和钢水温度达到1680～1750℃时，从高位料仓向转炉内一次性加入氧化锰复合团块；转炉中加入氧化锰复合团块的数量是根据转炉终点目标残锰量高于0.8wt％的要求，按MnO计为每吨钢加15～18kg；然后停止向钢液吹氧，同时将转炉底吹氩气开到最大进行熔池搅拌，均匀钢水成分和温度，向转炉中加入氧化锰复合团块4～5min后，按常规工艺出钢。
本实施例中使用的冷压内配碳氧化锰复合团块由锰含量为30wt％～50wt％的富锰矿配加焦粉混匀后冷压成型，内配碳团块的内配碳量按锰矿中的氧化锰和氧化铁全部直接还原所耗碳量的1.2～1.4倍配加。
本实施例冶炼得到的转炉终点钢水的主要成分是：w(C)＜0.1wt％；w(Mn)＞0.8wt％；w(O)≤0.02wt％。
实施例2
一种复吹转炉用氧化锰复合团块直接合金化炼钢工艺：转炉按常规工艺吹炼，当钢水碳含量降低到0.1％以下和钢水温度达到1680～1750℃时，从高位料仓向转炉内一次性加入氧化锰复合团块；转炉中加入氧化锰复合团块的数量是根据转炉终点目标残锰量高于1.0wt％的要求，按MnO计为每吨钢加18～20kg；然后停止向钢液吹氧，同时将转炉底吹氩气开到最大进行熔池搅拌，均匀钢水成分和温度，向转炉中加入氧化锰复合团块后4～5min时，按常规工艺出钢。
本实施例中的氧化锰复合团块是由锰含量为40wt％～55wt％的富锰渣配加煤粉混合均匀后通过冷压成型获得的内配碳团块；内配碳团块的内配碳量按富锰渣中的氧化锰全部直接还原所耗碳量的1.2～1.4倍配加。
本实施例冶炼得到的转炉终点钢水的主要成分是：w(C)＜0.1wt％；w(Mn)＞1.0wt％；w(O)≤0.02wt％。
实施例3
一种复吹转炉用氧化锰复合团块直接合金化炼钢工艺：转炉按常规工艺吹炼，当钢水碳降低到0.1％以下和钢水温度达到1650～1700℃时，从高位料仓向转炉内一次性加入氧化锰复合团块；转炉中加入氧化锰复合团块的数量是根据转炉终点目标残锰量低于0.8wt％的要求，按MnO计为每吨钢加10～15kg；然后停止向钢液吹氧，同时将转炉底吹氩气开到最大进行熔池搅拌，均匀钢水成分和温度，向转炉中加入氧化锰复合团块后2～4min时，按常规工艺出钢。
本实施例中的氧化锰复合团块是由锰含量为20wt％～30wt％的贫锰矿配加焦粉混合均匀后通过冷压成型获得的内配碳团块；内配碳团块的内配碳量按锰矿中的氧化锰和氧化铁全部直接还原所耗碳量的1.2～1.3倍配加。
本实施例冶炼得到的转炉终点钢水的主要成分是：w(C)＜0.1wt％；w(Mn)为0.6～0.8wt％；w(O)≤0.03wt％。
实施例4
一种复吹转炉用氧化锰复合团块直接合金化炼钢工艺：转炉按常规工艺吹炼，当钢水碳降低到0.1％以下和钢水温度达到1650～1700℃时，从高位料仓向转炉内一次性加入氧化锰复合团块；转炉内氧化锰复合团块的加入量是根据转炉终点目标残锰量低于0.8wt％的要求，按MnO计为每吨钢加4～10kg；然后停止向钢液吹氧，同时将转炉底吹氩气开到最大进行熔池搅拌，均匀钢水成分和温度，向转炉中加入氧化锰复合团块后2～4min时，按常规工艺出钢。
本实施例中的氧化锰复合团块是由锰含量为20wt％～30wt％的贫锰矿配加煤粉混合均匀后通过冷压成型获得的内配碳团块；内配碳团块的内配碳量按锰矿中的氧化锰和氧化铁全部直接还原所耗碳量的1.0～1.2倍配加。
本实施例冶炼得到的转炉终点钢水的主要成分是：w(C)＜0.1wt％；w(Mn)为0.4～0.6wt％；w(O)≤0.03wt％。
本具体实施方式用冷压内配碳氧化锰复合团块代替转炉直接加锰矿工艺进行复吹转炉直接合金化的方法，向炉内一次性加入冷压内配碳氧化锰复合团块，利用转炉内钢水高温将冷压内配碳氧化锰复合团块快速加热到1500℃以上，在冷压内配碳氧化锰复合团块内部实现氧化锰的快速自还原，达到对钢水进行直接合金化的目的。通过冷压内配碳氧化锰复合团块直接合金化冶炼的转炉钢水残锰含量可达到1.0％以上。转炉加入冷压内配碳氧化锰复合团块后不允许再向钢液吹氧，以避免锰被重新氧化，而是依靠转炉底吹强化熔池搅拌，促进锰在钢水内均匀化。因此，本具体实施方式具有如下优点：
1)操作简单，无需再在转炉中外加焦炭和占用更多的高位料仓；也无需采用少渣炼钢就能实现高的锰收得率，由于氧化锰的还原反应发生在冷压内配碳氧化锰复合团块内部，转炉渣量大小对氧化锰的还原不产生明显影响；
2)适应性强，无需要求转炉终点进行高拉碳操作。由于氧化锰的还原反应不是依靠钢水中的碳，而是用冷压内配碳氧化锰复合团块内部的碳进行自还原，因此转炉终点碳含量、终渣FeO含量对氧化锰的还原不产生实质性影响；
3)还原速度快，内配碳氧化锰复合团块应在转炉吹炼末期加入。通常的锰矿直接合金化工艺，锰矿必须在吹炼前期或中期加入，此时钢水中碳含量高，渣中氧化锰被大量还原。但随着钢水碳含量下降，钢水中的锰又被重新氧化，特别是当转炉终点碳低于0.1％时，锰的收得率很低。采用冷压内配碳氧化锰复合团块，由于氧化锰和还原剂碳均匀混合，紧密接触，氧化锰的自还原反应扩散阻力小，还原反应在团块内部同时发生，在2～5min内反应完毕。
所以，本具体实施方式工艺简单，易于操作和控制，不仅能大幅度节约能源和减轻CO2排放，且能大幅度降低钢水锰合金化的生产成本，具有锰的收得率高的特点。
Claims (2)
1.一种复吹转炉用氧化锰复合团块直接合金化炼钢工艺，其特征在于：转炉按常规工艺吹炼，当钢水碳降低到0.1％以下和钢水温度达到1650～1750℃时，向转炉内一次性加入氧化锰复合团块；然后停止向钢液吹氧，同时将转炉底吹氩气开到最大进行熔池搅拌，促进锰在钢水内均匀化，转炉加入氧化锰复合团块2～5min后按常规工艺出钢；
氧化锰复合团块是由锰矿或富锰渣配加焦粉或煤粉，混合均匀后通过冷压成型获得的内配碳团块，内配碳团块的内配碳量按锰矿中或富锰渣中的氧化锰和氧化铁全部直接还原所耗碳量的1.0～1.4倍配加；氧化锰复合团块中的锰矿或富锰渣、焦粉或煤粉的粒径均为0.5mm以下。
2.根据权利要求1所述的复吹转炉用氧化锰复合团块直接合金化炼钢工艺，其特征在于所述的加入氧化锰复合团块的加入量是根据转炉终点目标残锰量要求确定，按MnO计为每吨钢加4～20kg。
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