CN116024399B - 一种铸余钢水返转炉冶炼的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铸余钢水返转炉冶炼的方法，主要解决现有铸余钢水返转炉冶炼过程中溢渣、喷溅、脱磷率低的技术问题。技术方案为，一种铸余钢水返转炉冶炼的方法，包括：1)翻垫底铁水；2)将盛有垫底铁水的铁水包运输至连铸机大包回转台下方的钢包翻渣区；3)倒出钢包内铸余钢水；4)转炉加金属料；5)转炉进行留渣吹炼；6)转炉吹炼结束后出钢；7)转炉出钢结束后进行溅渣护炉，转炉溅渣护炉结束后不倒渣。本发明方法操作简单、安全可靠，减少了钢渣处理成本、钢铁料消耗和热量损失，平均降低钢铁料消耗41kg/t。

Description

一种铸余钢水返转炉冶炼的方法

技术领域

本发明涉及一种铸余钢水返生产利用技术，特别涉及一种铸余钢水返转炉冶炼的方法，属于钢铁冶金技术领域。

背景技术

连铸浇铸过程中，当下渣检测仪检测到大包大量下渣时关闭滑板、该包钢水浇铸结束，此时钢包内的铸余中仍有3～7t的钢水。为了利用这部分钢水，原有工艺是将铸余倒入带有格栅的渣盆中，冷却后对铸余渣进行破碎、磁选，筛选出金属含量高的钢渣，然后将其以废钢的方式加入转炉进行回收利用。该工艺完全损失了铸余热量、增加了钢渣处理成本、减少了铸余中金属回收率，不利于转炉大废钢比冶炼和成本降低，为此开发了铸余钢渣直接返转炉进行热态回收利用的工艺，但是由于钢渣氧化性较强和渣量较大，出现了倒铸余过程的溢渣和转炉吹炼过程的喷溅，容易损坏设备、增加钢铁料消耗。同时由于Al₂O₃为两性氧化物，铸余渣中其质量百分含量较高，在20％以上，高的达到40％，这会大幅降低CaO的脱磷能力。

申请公布号CN102399916A的中国专利申请文件公开了一种连铸钢包注余热态钢渣回收再利用的方法，将钢包内熔融的铸余热态钢渣倒入净空高度大于15％的重铁水罐内，随后将注余热态钢渣随铁水一起兑入转炉用于炼钢；该技术每次只能回收1炉铸余，重铁水罐极容易出现溢渣，转炉也容易出现喷溅和脱磷困难，生产节奏较慢。

申请公布号CN103333980A的中国专利申请文件公开了一种铸余渣回收利用方法，用净空高度大于500mm重铁水罐收集连铸铸余渣，重铁水罐等待时间不超过2小时，收集完后将铁水罐中的铁水兑入转炉，然后进行单渣冶炼；该技术每次回收1炉铸余，效率较低，且容易在铸余收集中出现溢渣和冶炼过程中发生喷溅、转炉脱磷受Al₂O₃的不利影响。

申请公布号CN102994689A的中国专利申请文件公开了一种炼钢低碱度铸余渣热态应用的方法，转炉采用留渣冶炼工艺，在半钢入炉前加入15～18kg/t石灰，然后将钢包低碱度铸余渣5～7kg/t热态随半钢加入转炉冶炼，少量多批次加入石灰共12～16kg/t，吹炼8～10min再分批加入石灰共20～25kg/t，吹炼至1600～1630℃时一次倒炉，再补加1.5～2.3kg/t石灰，继续吹炼至1650～1680℃时出钢；该技术每次只回收1炉铸余且没有具体阐述回收的方法，同时石灰消耗较高，渣量大，转炉吹炼过程易喷溅和脱磷困难。

申请公布号CN1789431A的中国专利申请文件公开了一种炼钢钢包余钢和余渣的回收方法，将余钢和余渣全部倒入装有铁水的铁水包中，并通过搅拌使余钢、余渣和铁水充分混合后，兑入炼钢电弧炉或转炉中，实现铸余的直接回收利用；但，该技术当铸余渣氧化性较强时，在搅拌作用下会与铁水发生剧烈的碳氧反应，产生喷爆，存在安全隐患。

申请公布号CN109609721A的中国专利申请文件公开了一种转炉循环利用钢包热态铸余渣的方法，用经铁水脱硫、扒渣后的重铁水罐收集热态铸余，要求铸余渣碱度为6～8，再将铁水兑入留有上炉炉渣的转炉进行冶炼，转炉采用单渣或双渣工艺，一次倒炉后加入5～10kg/t石灰；该技术只适用于经LF精炼炉深脱硫的钢种，应用范围较窄，且每次只回收一炉铸余，生产效率较低，且存在Al₂O₃对脱磷的不利影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种铸余钢水返转炉冶炼的方法，主要解决现有铸余钢水返转炉冶炼过程中溢渣、喷溅、脱磷率低的技术问题；本发明方法实现了铸余钢水的安全回收利用，降低了铸余钢水返生产利用的成本。

本发明采用的技术方案是，一种铸余钢水返转炉冶炼的方法，包括以下步骤：

1)翻垫底铁水，当浇钢钢包内的钢种为非含铜钢、非含镍钢或非含钼钢时，在铁水倒罐站向铁水包内倒入垫底铁水，垫底铁水质量为m₁，单位为t，m₁的最小值根据公式(1)～(7)计算，

T₀＝1536-(w[C]*100+w[Si]*8.5+w[Mn]*5+w[P]*30)-7(1)

T≥T₀+ΔT₁(3)

公式(1)～(7)中，T为倒完铸余钢水后铁水包内铁水的温度，单位为℃，T₀为倒完铸余钢水后铁水包内铁水的熔点，单位为℃；T₁为倒入铸余钢水前铁水包内铁水的温度，单位为℃；T₂为铸余钢水的温度，单位为℃；ΔT₁为铁水过热度，单位为℃；k为一个铁水包内铸余钢水的返回利用的炉数，1≤k≤3；ΔT₂为第k-1炉倒铸余钢水结束至第k炉倒铸余钢水开始期间铁水包内铁水温降，单位为℃，m₂为每炉的铸余钢水倒入铁水包内的质量，单位为t；w[C]、w[Si]、w[Mn]、w[P]分别为倒完铸余钢水后铁水包内铁水中碳质量百分含量、硅质量百分含量、锰质量百分含量、磷质量百分含量，单位为％；w[C]_铁、w[Si]_铁、w[Mn]_铁、w[P]_铁分别为铁水包内垫底铁水中碳质量百分含量、硅质量百分含量、锰质量百分含量、磷质量百分含量，单位为％；w[C]_钢、w[Si]_钢、w[Mn]_钢、w[P]_钢分别为钢包内铸余钢水中碳质量百分含量、硅质量百分含量、锰质量百分含量、磷质量百分含量，单位为％；

2)将盛有垫底铁水的铁水包运输至连铸机大包回转台下方的钢包翻渣区；

3)倒出钢包内铸余钢水，在钢包浇钢结束后，将钢包吊运至钢包翻渣区盛有垫底铁水的铁水包正上方，把钢包由垂直状态变为水平状态，将钢包内的铸余钢水倒入盛有垫底铁水的铁水包内，铸余钢水倒入质量为浇钢结束后钢包内铸余钢水及热态钢渣总质量的40％～60％；一个铁水包承接k炉铸余钢水；

4)转炉加金属料，依次向留有上炉炉渣的转炉内加入废钢、兑入经脱硫扒渣后的铁水以及兑入含有k炉铸余钢水的垫底铁水，其中废钢质量为转炉公称容量的18％～22％，脱硫前铁水质量为转炉公称容量的80％～84％；

5)转炉进行留渣吹炼，转炉脱磷期冶炼，氧枪枪位为170～190cm，供氧强度为3.2～3.4Nm³/(t·min)，当吹氧量为200～300Nm³时，一次性加入石灰，控制脱磷渣中w(CaO)/(w(SiO₂)+w(Al₂O₃))的值为1.6～2.1，当吹氧量为总吹氧量的22％～26％时，停止吹炼；

转炉脱磷期脱磷渣排出，用氮气对渣面进行吹扫，供氮强度为3.6～4.0Nm³/(t·min)，氧枪枪位为400～550cm，吹扫时间50～90s后，将脱磷期炉渣足量排出；

转炉脱碳期冶炼，氧枪枪位为190～240cm，供氧强度为3.4～3.75Nm³/(t·min)，石灰分三批加入，轻烧白云石一次性加入，开吹后加入轻烧白云石和首批石灰，控制转炉终点渣中w(CaO)/w(SiO₂)的值为3.5～4.5，转炉终点渣中MgO质量百分含量为7.0％～8.0％，控制转炉吹炼终点钢水温度为1610～1660℃，钢水中碳质量百分含量为0.035％～0.065％；

6)转炉吹炼结束后出钢；

7)转炉出钢结束后进行溅渣护炉，转炉溅渣护炉结束后不倒渣。

本发明步骤1)中，所述在铁水倒罐站向铁水包内倒入垫底铁水，铁水包开始受铁的时间应控制在待回收钢水浇钢结束前s～(s+10)min，s＝s₀+m₁/v，式中，s₀为铁水包从铁水倒罐站运输至钢包翻渣区的时间，单位为min，m₁为铁水包内垫底铁水质量，单位为t，v为铁水包在倒罐站的受铁速度，单位为t/min。

本发明步骤1)中，所述的垫底铁水质量m₁为铁水包公称容量的8％～12％，效果佳。

进一步，本发明方法还包括，当浇钢钢包内的钢种为超低碳钢时，在向盛有垫底铁水的铁水包内倒入铸余钢水前，先向铁水包内加入高铝渣脱氧剂0.12～0.20kg/t，用于脱除带入到铁水包内的钢包渣中的氧，从而防止喷溅或大量溢渣。

本发明所述高铝渣脱氧剂化学成分的质量百分含量为：CaO 20％～30％，Al₂O₃5％～10％，SiO₂0％～5％，Al≥41％，CaF₂2％～6％。

本发明方法工艺参数的选择依据：

1、步骤1)中一方面增加铁水包垫底铁水质量可降低铁水与铸余钢水混合后液态金属的熔点，从而确保铁水与铸余钢水混合后液态金属的温度大于其熔点并有一定的过热度，防止凝固，提高铸余钢水的回收炉数；但另一方面垫底铁水质量不能太多，不利于增加单个铁水包的铸余钢水回收炉数，增加等待过程的铁水热量损失，不利于提高转炉废钢比；单个铁水包的铸余钢水回收炉数不能太多，应控制在3炉以下，因为在转炉总装入量不变时，须减少另外一个铁水包的翻铁量，会导致铁水包内铁水液面高度不够而无法测温取样和铁水脱硫后扒渣，从而无法满足转炉冶炼，若转炉总装入量变化，则会导致转炉终点钢水质量大幅增加，会有穿包风险，影响设备运行安全。

2、步骤3)中根据钢水密度显著大于钢包渣、钢水粘度显著小于钢包渣的特性，钢水始终位于钢包渣下方，当钢包从垂直状态变为水平状态后，钢水先于钢包渣流出而进入铁水包，实现钢和渣的分离，从而大幅降低进入铁水包的钢包渣量，避免倒铸余钢水过程较为激烈的碳氧反应所引起的溢渣和喷溅问题，减少Al₂O₃对转炉脱磷的影响；利用倒铸余钢水过程中钢包质量的变化，判断炉渣的倒出量，通过大量研究发现，钢包质量减少量控制在浇钢结束后钢包内铸余钢水及热态钢渣总质量的40％～60％时，可最大限度的增加钢水倒出量而减少钢包渣倒出量，当大于60％时钢包渣倒出量显著增加。

3、步骤4)中转炉装入制度应满足转炉冶炼所需的热量要求，减少或避免发热剂加入质量，同时尽可能提高转炉废钢比，废钢质量为转炉公称容量的18％～22％，脱硫前铁水质量为转炉公称容量的80％～84％时，转炉热量正好满足冶炼终点所需。

4、步骤5)中采用“留渣+双渣”冶炼工艺，在脱磷期，采用低枪位170～190cm冶炼以加强熔池搅拌、促进炉内反应进行，避免转炉渣中FeO聚集而产生喷溅，同时控制渣中w(CaO)/(w(SiO₂)+w(Al₂O₃))的值为1.6～2.1、不加镁质辅料，实现较高的w(CaO)/w(SiO₂)和w(CaO)/w(Al₂O₃)、较低的w(MgO)，以增加2CaO·SiO₂的活度、提高磷的富集能力，防止镁铝尖晶石生成、提高炉渣流动性，从而提高脱磷期脱磷率；在中间排渣期，采用高流量氮气对渣面进行吹扫，提高炉渣泡沫化，快速促进渣中铁珠沉降，降低中间排渣铁损，但是枪位应控制合理，使氮气流股只对液态渣进行搅拌，若枪位太低，冲击就太深，会有大量的金属铁被裹进渣中，若枪位太高，对液渣层的搅拌作用减弱，铁珠沉降效果差；在脱碳期，采用高碱度、较低MgO炉渣，控制转炉终点渣中碱度w(CaO)/w(SiO₂)为3.5～4.5、MgO质量百分含量为7.0％～8.0％，可以进一步消除Al₂O₃和MgO对脱磷不利的影响。

本发明相比现有技术具有如下积极效果：1、本发明方法操作简单、安全可靠，通过确定合理的垫底铁水量、减少热态钢渣进入铁水包、控制转炉不同冶炼阶段合适的转炉渣成分、实施氮气吹扫渣面，解决了铸余钢水返转炉冶炼过程中出现的铁水凝固、铁水喷溅、铁水包大量溢渣及转炉喷溅等问题，解决了Al₂O₃对转炉脱磷的不利影响，实现了每次转炉冶炼可回收多炉铸余钢水，生产效率高。2、本发明方法减少了钢渣处理成本、钢铁料消耗和热量损失，平均降低钢铁料消耗41kg/t。

具体实施方式

下面结合具体实施例1～5对本发明作进一步说明，如表1～5所示。

实施例1～5中，铁水包受铁速度6t/min、铁水包从倒罐站运输至翻渣区域的时间16min、公称容量为250t的转炉、连铸浇铸周期40min。

一种铸余钢水返转炉冶炼的方法，包括以下步骤：

1)翻垫底铁水，当浇钢钢包内的钢种为非含铜钢、非含镍钢或非含钼钢时，浇钢结束前21～32.7min在铁水倒罐站向铁水包内倒入垫底铁水，垫底铁水质量为铁水包公称容量的8％～12％；

2)将盛有垫底铁水的铁水包运输至连铸机大包回转台下方的钢包翻渣区；当浇钢钢包内的钢种为超低碳钢时，向盛有垫底铁水的铁水包内加入高铝渣脱氧剂0.12～0.20kg/t；

3)倒出钢包内铸余钢水，在钢包浇钢结束后，将钢包吊运至钢包翻渣区盛有垫底铁水的铁水包正上方，把钢包由垂直状态变为水平状态，将钢包内的铸余钢水倒入盛有垫底铁水的铁水包内，铸余钢水倒入质量为浇铸结束后钢包内铸余钢水及热态钢渣总质量的40％～60％；一个铁水包承接1～3炉铸余钢水；

4)转炉加金属料，依次向留有上炉炉渣的转炉内加入废钢、兑入经脱硫扒渣后的铁水以及兑入混有铸余钢水的垫底铁水，其中废钢质量为45t～55t、脱硫前铁水质量为200t～210t；

5)转炉进行留渣吹炼，转炉脱磷期冶炼，氧枪枪位为170～190cm，供氧强度为3.2～3.4Nm³/(t·min)，当吹氧量为200～300Nm³时，一次性加入石灰，控制脱磷渣中w(CaO)/(w(SiO₂)+w(Al₂O₃))的值为1.6～2.1，当吹氧量为总吹氧量的22％～26％时，停止吹炼；

转炉脱磷期脱磷渣排出，用氮气对渣面进行吹扫，供氮强度为3.6～4.0Nm³/(t·min)，氧枪枪位为400～550cm，吹扫时间50～90s后，将脱磷期炉渣足量排出；

转炉脱碳期冶炼，氧枪枪位为190～240cm，供氧强度为3.4～3.75Nm³/(t·min)，石灰分三批加入，轻烧白云石一次性加入，开吹后加入轻烧白云石和首批石灰，控制转炉终点渣中w(CaO)/w(SiO₂)的值为3.5～4.5，转炉终点渣中MgO质量百分含量为7.0％～8.0％，控制转炉吹炼终点钢水温度为1610～1660℃，钢水中碳质量百分含量为0.035％～0.065％；

6)转炉吹炼结束后出钢；

7)转炉出钢结束后进行溅渣护炉，转炉溅渣护炉结束后不倒渣。

表1本发明实施例的转炉主原料参数

表2本发明实施例的铸余回收参数

表3本发明实施例的转炉脱磷期冶炼和脱磷渣排出控制参数

表4本发明实施例的转炉脱碳期冶炼控制参数

表5本发明实施例的转炉终点成分和钢铁料消耗参数

表1～5示出了本发明实施例1-5的转炉主原料参数、铸余回收参数、转炉脱磷期冶炼和脱磷渣排出控制参数、转炉脱碳期冶炼控制参数、转炉终点成分和钢铁料消耗，钢铁料消耗计算公式为实施例1-5的平均脱磷率为89.97％，平均钢铁料消耗为1043.79kg/t，较常规工艺平均钢铁料消耗1085kg/t降低41kg/t，从而大幅降低了炼钢生产成本，具有广泛的应用前景。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种铸余钢水返转炉冶炼的方法，其特征是，所述的方法包括以下步骤：

1)翻垫底铁水，当浇钢钢包内的钢种为非含铜钢、非含镍钢或非含钼钢时，在铁水倒罐站向铁水包内倒入垫底铁水，垫底铁水质量为m₁，单位为t，m₁的最小值根据公式(1)～(7)计算，

T₀＝1536-(w[C]*100+w[Si]*8.5+w[Mn]*5+w[P]*30)-7 (1)

T≥T₀+ΔT₁ (3)

公式(1)～(7)中，T为倒完铸余钢水后铁水包内铁水的温度，单位为℃，T₀为倒完铸余钢水后铁水包内铁水的熔点，单位为℃；T₁为倒入铸余钢水前铁水包内铁水的温度，单位为℃；T₂为铸余钢水的温度，单位为℃；ΔT₁为铁水过热度，单位为℃；k为一个铁水包内铸余钢水的返回利用的炉数，1≤k≤3；ΔT₂为第k-1炉倒铸余钢水结束至第k炉倒铸余钢水开始期间铁水包内铁水温降，单位为℃，m₂为每炉的铸余钢水倒入铁水包内的质量，单位为t；w[C]、w[Si]、w[Mn]、w[P]分别为倒完铸余钢水后铁水包内铁水中碳质量百分含量、硅质量百分含量、锰质量百分含量、磷质量百分含量，单位为％；w[C]_铁、w[Si]_铁、w[Mn]_铁、w[P]_铁分别为铁水包内垫底铁水中碳质量百分含量、硅质量百分含量、锰质量百分含量、磷质量百分含量，单位为％；w[C]_钢、w[Si]_钢、w[Mn]_钢、w[P]_钢分别为钢包内铸余钢水中碳质量百分含量、硅质量百分含量、锰质量百分含量、磷质量百分含量，单位为％；

2)将盛有垫底铁水的铁水包运输至连铸机大包回转台下方的钢包翻渣区；

3)倒出钢包内铸余钢水，在钢包浇钢结束后，将钢包吊运至钢包翻渣区盛有垫底铁水的铁水包正上方，把钢包由垂直状态变为水平状态，将钢包内的铸余钢水倒入盛有垫底铁水的铁水包内，铸余钢水倒入质量为浇钢结束后钢包内铸余钢水及热态钢渣总质量的40％～60％；一个铁水包承接k炉铸余钢水；

4)转炉加金属料，依次向留有上炉炉渣的转炉内加入废钢、兑入经脱硫扒渣后的铁水以及兑入含有k炉铸余钢水的垫底铁水，其中废钢质量为转炉公称容量的18％～22％，脱硫前铁水质量为转炉公称容量的80％～84％；

5)转炉进行留渣吹炼，转炉脱磷期冶炼，氧枪枪位为170～190cm，供氧强度为3.2～3.4Nm³/(t·min)，当吹氧量为200～300Nm³时，一次性加入石灰，控制渣中w(CaO)/(w(SiO₂)+w(Al₂O₃))为1.6～2.1，当吹氧量为总吹氧量的22％～26％时，停止吹炼；

冶炼前期脱磷渣排出，用氮气对渣面进行吹扫，供氮强度为3.6～4.0Nm³/(t·min)，氧枪枪位为400～550cm，吹扫时间50～90s后，将脱磷期炉渣足量排出；

转炉脱碳期冶炼，氧枪枪位为190～240cm，供氧强度为3.4～3.75Nm³/(t·min)，石灰分三批加入，轻烧白云石一次性加入，开吹后加入轻烧白云石和首批石灰，控制转炉终点渣中w(CaO)/w(SiO₂)的值为3.5～4.5，转炉终点渣中MgO质量百分含量为7.0％～8.0％，控制转炉吹炼终点钢水温度为1610～1660℃，钢水中碳质量百分含量为0.035％～0.065％；

6)转炉吹炼结束后出钢；

7)转炉出钢结束后进行溅渣护炉，转炉溅渣护炉结束后不倒渣。

2.如权利要求1所述的铸余钢水返转炉冶炼的方法，其特征是，步骤1)中，所述在铁水倒罐站向铁水包内倒入垫底铁水，铁水包开始受铁的时间应控制在待回收钢水浇钢结束前s～(s+10)min，s＝s₀+m₁/v，式中，s₀为铁水包从铁水倒罐站运输至钢包翻渣区的时间，单位为min；m₁为铁水包内垫底铁水质量，单位为t；v为铁水包在倒罐站的受铁速度，单位为t/min。

3.如权利要求1所述的铸余钢水返转炉冶炼的方法，其特征是，步骤1)中，所述的垫底铁水质量m₁为铁水包公称容量的8％～12％。

4.如权利要求1所述的铸余钢水返转炉冶炼的方法，其特征是，当浇钢钢包内的钢种为超低碳钢时，在向盛有垫底铁水的铁水包内倒入铸余钢水前，先向铁水包内加入高铝渣脱氧剂0.12～0.20kg/t。

5.如权利要求4所述的铸余钢水返转炉冶炼的方法，其特征是，所述高铝渣脱氧剂化学成分的质量百分含量为：CaO 20％～30％，Al₂O₃ 5％～10％，SiO₂ 0％～5％，Al≥41％，CaF₂ 2％～6％。