[发明专利]一种减少渣量和炉渣成分在线改质的炼钢方法

说明书

一种适用于铁水“三脱”预处理与转炉脱碳双联工艺采用的炼钢工艺方法。其特征是采用铁水“三脱”预处理工艺，提高钢渣反应效率，实现炉渣阶梯循环利用和在线炉渣改质，大幅减少炼钢渣量和彻底消除排出渣中的自由氧化钙(CaO_f)含量。将脱碳炉和三脱炉脱硫期所形成的高碱度终渣按与石灰2:1的置换比代替石灰全部在脱硅期加入，[Si]氧化生成大量SiO₂与加入的高碱度终渣混合、熔化，实现在线改质。将高碱度富含CaO_f的炉渣转变为低碱度(R≤1.8)，完全消除CaO_f的泡沫渣，连续排出炉外。和传统炼钢造渣工艺相比，可降低石灰消耗50～60％；降低其它造渣辅料(如白云石、矿石或氧化铁皮等)消耗30～40％；排出的炼钢废渣量从100～120kg/t降低到40kg/t；彻底解决了炼钢渣因CaO_f≥2.0％所造成的粉化问题。

技术领域

本发明属于转炉炼钢领域，特别是提供一种适用于铁水“三脱”预处理与转炉脱碳“双联”工艺采用的炼钢方法。通过提高渣钢反应效率、炉渣阶梯循环利用和在线炉渣改质，大幅减少炼钢炉渣量和完全消除排出渣中的自由氧化钙(CaO_f)含量。

技术背景

炼钢的本质是一个氧化提纯过程，即通过吹氧和造渣，使铁水中碳、磷、硅、锰、铬、钛、钒等杂质发生氧化反应，反应生成物(除C以外)进入炉渣，达到钢水提纯的目的。这种传统的炼钢方法存在以下技术问题：

(1)钢渣反应效率低，渣量大。以脱磷为例，脱磷效果和渣量决定于渣钢间磷的分配比(L_P＝(％P)/[％P])：当L_P＝100和200时，对相同磷含量的铁水达到相同的终点[P]要求，前者的渣量比后者大1倍。同样，还原条件下脱硫，渣钢间硫分配比(L_S＝(％S)/[％S])为1000；氧化条件下脱硫，L_S仅为4～6，意味着在相同脱硫效果的前提下，氧化脱硫的渣量约比还原脱硫高160～200倍。

(2)倒渣不方便，无法实现炉渣阶梯利用。炼钢渣量决定于化学反应的容量因子和强度因子，即渣量＝容量因子×强度因子。通常，铁水硅含量是磷、硫含量的10～20倍，硅为容量因子；但脱磷、脱硫要求高碱度(R≥3.5)是脱硅渣碱度要求的2.5倍，为强度因子。所以，常规转炉炼钢为最大的容量因子与最高的强度因子的乘积，造成渣量很大，为100～120kg/t钢。日本开发的MURC工艺将炼钢过程分为脱硅、磷期和脱碳期两个阶段，中间倒渣，如图1所示^[1]。脱碳期渣全部留在炉内供下一炉冶炼使用，比传统炼钢工艺可减少渣量20～30％。但仍存在反应效率不高(L_P提高不明显)，中间倒渣延长5min吹炼时间，降低了转炉生产效率等问题。

(3)转炉排出的终渣难以应用。为保证脱磷、脱硫效果，通常碱度R≥3.5，炉渣岩相结构以C₃S为主。C₃S不稳定，低温下转变为CaO·SiO₂或2CaO·SiO₂和自由氧化钙CaO_f，造成废弃转炉渣中存在大量CaO_f，极易吸潮，与水反应CaO_f+H₂O＝Ca(HO)₂，体积膨胀，造成粉化，限制了转炉渣的应用前景和使用价值。为解决这一问题，国内多采用“闷渣工艺”处理钢渣，效果较好。但对脱除CaO_f的效果不佳(处理后CaO_f为2.63～3.27％)^[2]；日本开发出“蒸压工艺”，采用密闭容器提高蒸汽压力，进一步降低CaO_f，但渣处理成本高，生产效率低。德国曾试验在电炉出钢后向炉内熔渣喷吹SiO₂粉末，将高碱度渣在线改质为低碱度渣，如图2所示，但未实现工业化生产^[3]。