一种高效脱磷的电炉冶炼方法与流程

1.本发明属于电炉炼钢领域，更具体地说，涉及一种高效脱磷的电炉冶炼方法。


背景技术：

2.与转炉相比，电炉炼钢对钢水终点温度、碳、磷控制能力比较高，但目前全国电炉炼钢比例并不高，主要原因在于废钢成本以及成本和电炉冶炼周期比较长等。其中冶炼周期过长对后续的高效连铸影响最大，大大制约了连浇炉数和拉速，降低了生产效率，提高了生产成本。为缩短电炉冶炼周期，冶金行业进行了超高功率供电、强供氧、废钢预热以及加铁水冶炼等增加化学热和物理热的电炉冶炼技术的开发与应用，可有效缩短电炉的冶炼周期，目前基本可以实现40min的周期，但随着对冶炼周期进一步缩短，遇到的瓶颈问题是冶炼过程中的快速脱磷。
3.现有技术中采用底吹电炉，通过工艺控制，底吹气体加强熔池搅拌，确实可以有效做到快速脱磷，有利于脱磷和缩短冶炼周期，但电炉底吹元件维护相对于转炉来说难度很大，因为没有溅渣护炉，底吹电炉炉龄寿命要远低于转炉，其成本、安全等不利因素多。因此没有底吹系统的脱磷方法应用更广泛。
4.国内绝大部分电炉没有底吹系统，脱磷过程需要良好的动力学条件，因此为避免因强化脱磷引起的电炉周期延长问题，需要在炉内有一定脱碳反应速率时，保证良好的脱磷热力学和动力学条件，也就是强化电炉前中期脱磷。目前针对该问题，对于电炉来说，要实现在前中期进行高效脱磷主要的做法是留渣排渣法，保证比较大的渣量以及合适的钢渣碱度和氧化性，但排渣工艺控制不当的情况下，容易产生石灰消耗、钢铁料消耗偏高不良以及脱磷效果不高的结果，对生产效率和成本影响很大。
5.目前针对电炉冶炼过程的脱磷问题，现有技术如电炉炼钢脱磷方法(cn 102251072 a)、一种电炉排渣脱磷的方法(cn101619377a)，其主要是在解决脱磷问题，如留渣、排渣操作，主要是为脱磷提供良好的热力学条件，但会带来石灰消耗高，冶炼周期延长或无明显改善。
6.一种电炉喷吹石灰粉脱磷的方法(cn 112301184 a)、《60t电炉留碳控制工艺的研究与应用》、《eaf生产弹簧钢的成分控制分析》、《电炉热装铁水冶炼的留碳操作技术》、《70t电炉生产82b工艺实践》。其采用吹渣工艺虽然可以脱磷，但是从动力学角度上来说，在没有底吹的电炉条件下，仅采用吹渣操作，电炉熔池中下部钢水基本上不进行脱碳反应，电炉熔池中部和下部钢水的脱磷动力学条件较差，该操作会增加电炉冶炼周期，降低生产效率。
7.因此，现有技术电炉冶炼过程的脱磷仍存在脱磷效率低导致冶炼周期长的问题。


技术实现要素：

8.1.要解决的问题
9.针对现有电炉冶炼脱磷效率低导致冶炼周期长的问题，本发明提供一种高效脱磷的电炉冶炼方法，利用本发明的电炉冶炼方法，可强化电炉前中期的脱磷速率，在保证终点
p含量不超过0.005％的前提下，缩短冶炼周期至36min以内。
10.2.技术方案
11.为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
12.本发明要解决的技术问题是去除铁水中的磷，通过控制三者的匹配性，能够稳定且高效地去除磷，降低重点磷的含量。铁水成分满足：c含量为3.90％～4.80％，si含量为0.1％～0.9％，p含量不超过0.150％，铁水比为45％～60％，铁水温度为1250～1400℃。
13.本发明提供一种高效脱磷的电炉冶炼方法，其具体包括以下步骤：
14.步骤s1、留渣：电炉入炉铁水比占总装入质量的40～60％，电炉留渣量为吨钢65～85kg。
15.步骤s2、造渣、冶炼：根据入炉铁水成分、废钢以及留渣情况，入炉第一批料加入情况为：石灰吨钢13～18kg、镁球吨钢1.8～2.4kg、铝矾土吨钢1.2～1.7kg；
16.从冶炼开始至排渣供氧强度为：1.0～1.3m3/(min
·
t)；
17.从冶炼开始至排渣，起弧后供电强度为：740～810kva/t。
18.步骤s3、排渣：当钢水温度升至1480℃时开始进行排渣操作，排渣量为吨钢55～65kg，排渣结束温度不高于1500℃。
19.排渣时钢渣成分要求为：碱度(cao/sio2)为2.4～2.9、mgo为4％～5％、al2o3为3.5％～4.5％、tfe为23％～29％。
20.步骤s4、二次造渣：完成排渣后加入第二批造渣料，石灰吨钢15～22kg、镁球吨钢3.2～3.8kg。该步骤中无需加入铝矾土，后期温度已升高，炉渣已可以充分融化，无需加入铝矾土促进化渣。
21.步骤s5、排渣：排渣后供氧强度为：1.1～1.2m3/(min
·
t)，供电强度为：770～835kva/t。其中，供氧强度和供电强度相较于步骤s2中更大，该步骤的作用在于快速脱碳升温，为了快速达到终点温度和碳含量的要求，缩短冶炼周期。
22.步骤s6、出钢：出钢采用留渣留钢操作，具体留钢量以稳定吹炼时钢水液位为准。
23.其中石灰中有效cao质量比不低于85％，镁球中mgo质量比不低于70％，铝矾土al2o3质量比不低于80％。
24.本发明构建了两个阶段的匹配，第一阶段：从冶炼开始到排渣，供氧强度、起弧后供电强度与造渣量的匹配；第二阶段：二次造渣到排渣的供氧强度、供电强度与造渣量的匹配。
25.从热力学和动力学两个方面进行考虑，热力学方面，通过加入造渣材料，利用cao作为脱磷的主要活性组分，同时控制钢渣的组分的碱度和tfe，使其冶炼时高效脱磷；动力学方面，通过加入mgo和al2o3降低炉渣的熔点，提高化渣性能，通过合适的供氧强度，使炉渣在氧气的搅拌下，快速且充分地融化、反应。
26.其中，供电强度过高，磷的去除速率会降低，过低则炉渣无法熔融，造渣材料无法熔融去除铁水中磷；供氧强度过高虽然升温快，但炉渣氧化性差，过低则温度低，炉渣氧化性过高，不利用脱磷，本发明通过构建造渣反应、温度制度和供氧制度的之间的匹配，建立良好的脱磷热力学和动力学条件。
27.本发明提供一种高效脱磷的电炉冶炼方法，设计合理的装入制度，采用留渣排渣工艺，稳定每一炉的留渣条件，在电炉吹炼过程中，提高供电、供氧、造渣制度三者之间的匹
配性，建立良好的脱磷热力学和动力学条件，强化前中期的脱磷反应，制定合理的排渣工艺，确定合适的排渣时机、排渣量等，减少渣中的磷含量，避免冶炼过程回磷的同时，提高留渣在下一炉前中期脱磷的效果。为进一步缩短电炉冶炼周期，匹配连铸浇铸拉速，以提高电炉—连铸炼钢流程中连铸工序的产能，本方案采用留渣排渣工艺。
28.利用本发明的电炉冶炼方法可明显提高电炉前中期脱磷速率，在保证终点p含量不超过0.005％的前提下，缩短冶炼周期至35min左右，且吨钢石灰消耗小于36kg，可进一步释放连铸工序产能，有效降低钢铁料消耗和吨钢成本，同时降低冶金渣等固废的排放量，绿色环保，符合国家节能减排的发展要求。
29.3.有益效果
30.相比于现有技术，本发明的有益效果为：
31.(1)本发明提供一种高效脱磷的电炉冶炼方法，根据装入制度，设计合理的留渣排渣工艺，稳定每一炉的留渣条件，制定合理的排渣工艺，在电炉吹炼过程中，提高供电、供氧、造渣制度三者之间的匹配性，建立良好的脱磷热力学和动力学条件，强化前中期的脱磷反应，在保证终点p含量的条件下，缩短电炉冶炼周期；
32.(2)本方案采用留渣排渣工艺，建立了良好的脱磷热力学和动力学条件，吨钢石灰消耗小于36kg，可进一步释放连铸工序产能，有效降低钢铁料消耗和吨钢成本，同时降低冶金渣等固废的排放量，绿色环保，良好的统筹解决了电炉冶炼的脱磷、周期、成本等问题。
具体实施方式
33.下文作为示例示出了本发明可实施的示例性实施例。尽管这些示例性实施例被充分详细地描述以使得本领域技术人员能够实施本发明，但应当理解可实现其他实施例且可在不脱离本发明的精神和范围的情况下对本发明作各种改变。下文对本发明的实施例的更详细的描述并不用于限制所要求的本发明的范围，而仅仅为了进行举例说明且不限制对本发明的特点和特征的描述，以提出执行本发明的最佳方式，并足以使得本领域技术人员能够实施本发明。因此，本发明的范围仅由所附权利要求来限定。
34.以某厂120吨电炉生产42crmo为实施例，进一步说明本发明。在生产过程中分别开展8炉试验，其中前6炉为实施例，后2炉为对比例。实施例的主要工艺控制过程为：电炉入炉铁水比占总装入质量的40～60％，电炉采用留渣排渣操作。
35.步骤s1、留渣：留渣量约为吨钢65～85kg。
36.步骤s2、造渣、冶炼：入炉第一批料加入情况为：石灰吨钢13～18kg、镁球吨钢1.8～2.4kg、铝矾土吨钢1.2～1.7kg；其中石灰中有效cao质量比不低于85％，镁球中mgo质量比不低于70％，铝矾土al2o3质量比不低于80％；
37.从冶炼开始至排渣供氧强度为：1.0～1.3m3/(min
·
t)；从冶炼开始至排渣，起弧后供电强度为：740～810kva/t。
38.步骤s3、排渣：当钢水温度升至1480℃时开始进行排渣操作，排渣量为吨钢55～65kg，排渣结束温度不高于1500℃，排渣时钢渣成分要求为：碱度为2.4～2.9、mgo为4％～5％、al2o3为3.5％～4.5％、tfe为23％～29％。
39.步骤s4、二次造渣：完成排渣后加入第二批造渣料，石灰吨钢15～22kg、镁球吨钢3.2～3.8kg。
40.步骤s5、排渣：排渣后供氧强度为：1.1～1.2m3/(min
·
t)，供电强度为：770～835kva/t。
41.步骤s6、出钢：出钢采用留渣留钢操作，具体留钢量以稳定吹炼钢水液位为准。
42.主要过程及终点控制情况如下表所示，其中，表1为铁水中的成分参数；表2为电炉冶炼过程工艺参数；表3为电炉留碳脱磷实施例与对比例过程冶炼具体情况。
43.表1入炉铁水参数
[0044] 实施例1实施例2实施例3实施例4实施例5实施例6对比例1对比例2温度/℃12651381131413671344129213421339c/wt％4.243.984.154.684.364.514.454.39si/wt％0.810.600.420.150.320.270.350.61p/wt％0.1150.1400.1230.1130.1300.1040.1190.134铁水比/％45％48％49％54％55％57％48％54％
[0045]
表2电炉冶炼过程工艺参数
[0046][0047]
表3电炉留碳脱磷实施例与对比例过程冶炼具体情况
[0048] 吨钢石灰消耗/kg钢铁料消耗/kg冶炼周期/min终点p/％留渣量/吨实施例1291077360.0048.3实施例2341076350.00510.1实施例3361075340.0049.7
实施例4301077360.0058.5实施例5331078350.0059.0实施例6361076350.0059.4对比例1421081410.0062.4对比例2401080420.0065.8
[0049]
由实施例结果可以看出，本方法可明显提高电炉前中期脱磷速率，在保证终点p含量不超过0.005％的前提下，缩短冶炼周期至36min以内，且吨钢石灰消耗小于36kg，可进一步释放连铸工序产能，有效降低钢铁料消耗和吨钢成本，同时降低冶金渣等固废的排放量，绿色环保，符合国家节能减排的发展要求。

技术特征：
1.一种高效脱磷的电炉冶炼方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤s1、留渣；步骤s2、造渣、冶炼：铁水入炉，加入一次造渣材料，包括石灰吨钢13～18kg、镁球吨钢1.8～2.4kg、铝矾土吨钢1.2～1.7kg；从冶炼开始至排渣供氧强度为1.0～1.3m3/(min
·
t)；起弧后供电强度为：740～810kva/t；步骤s3、排渣；步骤s4、二次造渣：完成排渣后加入二次造渣材料，包括石灰吨钢15～22kg、镁球吨钢3.2～3.8kg；步骤s5、排渣：排渣后供氧强度为：1.1～1.2m3/(min
·
t)，供电强度为：770～835kva/t；步骤s6、出钢：出钢采用留渣留钢操作。2.根据权利要求1所述一种高效脱磷的电炉冶炼方法，其特征在于，步骤s1中电炉入炉铁水比占总装入质量的40～60％，电炉留渣量为吨钢65～85kg。3.根据权利要求2所述一种高效脱磷的电炉冶炼方法，其特征在于，步骤s2中铁水满足：c含量为3.90％～4.80％，si含量为0.1％～0.9％，p含量不超过0.150％，铁水比为45％～60％。4.根据权利要求3所述一种高效脱磷的电炉冶炼方法，其特征在于，铁水温度为1250～1400℃。5.根据权利要求4所述一种高效脱磷的电炉冶炼方法，其特征在于，步骤s3中排渣操作开始温度为1480℃时，排渣结束温度不高于1500℃。6.根据权利要求5所述一种高效脱磷的电炉冶炼方法，其特征在于，步骤s3中排渣时钢渣成分要求：碱度为2.4～2.9、mgo为4％～5％、al2o3为3.5％～4.5％、tfe为23％～29％。7.根据权利要求6所述一种高效脱磷的电炉冶炼方法，其特征在于，步骤s3中排渣量为吨钢55～65kg。8.根据权利要求7所述一种高效脱磷的电炉冶炼方法，其特征在于，石灰中有效cao质量比不低于85％；镁球中mgo质量比不低于70％；铝矾土al2o3质量比不低于80％。

技术总结
本发明公开了一种高效脱磷的电炉冶炼方法，属于电炉炼钢领域。本发明的一种高效脱磷的电炉冶炼方法，根据装入制度，设计合理的留渣排渣工艺，稳定每一炉的留渣条件，制定合理的排渣工艺，在电炉吹炼过程中，提高供电、供氧、造渣制度三者之间的匹配性，建立良好的脱磷热力学和动力学条件，强化前中期的脱磷反应，在保证终点P含量不超过0.005％的前提下，缩短冶炼周期至36min以内，降低石灰消耗和冶金渣排放，节能减排。节能减排。


技术研发人员：陆强 徐飞 芮学飞 沈昶 郭俊波 汪国才 丁长江 鲁方志 金友林 何云龙 张诚 荣光平 常正昇 车晓建 韩东
受保护的技术使用者：马鞍山钢铁股份有限公司
技术研发日：2023.06.30
技术公布日：2023/10/5