CN101492755B - 蘑菇头气体流量控制与防堵塞的方法 - Google Patents
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Abstract
一种蘑菇头气体流量控制与防堵塞的方法，属于氧气转炉炼钢技术领域，以开新炉炉底高度为0mm的条件下，控制金属炉渣复合蘑菇头小于200mm高度，通过调节气体压力实现流量控制，在蘑菇头临界高度条件下，气体流量与气体压力呈线性正比关系；蘑菇头的临界高度尺寸为400mm。控制蘑菇头临界高度的工艺为：a.以开新炉时的炉底厚度作为原始零位标定蘑菇头的高度；b.全炉役内控制炉底上涨或熔损的变化量为-200～200mm；c.冶炼过程中发现蘑菇头上涨＞200mm时应及时采取措施减薄蘑菇头高度。优点在于，解决了采用蘑菇头技术后如何精确调节气体流量等目前尚未完全解决的技术难题。
Description
技术领域
本发明专利属于氧气转炉炼钢技术领域，特别是提供了一种蘑菇头气体流量控制与防堵塞的方法，用于复合吹炼转炉采用金属炉渣复合蘑菇头技术保护底吹供气元件，采用的气体流量调节控制方法和防止金属炉渣复合蘑菇头堵塞。
背景技术
转炉炼钢是世界上最主要的炼钢方法，约占我国粗钢产量的90％以上。采用复合吹炼工艺从转炉底部通过底吹供气元件向熔池喷射惰性气体搅拌熔池，可以促进钢渣反应平衡，提高钢水质量，具有明显的经济效益。但由于底吹供气元件寿命偏低，致使复吹转炉炉龄较低。为了提高底吹供气元件寿命常采用各种类型的蘑菇头保护底吹供气元件获得较好的效果，可以大幅度提高底吹供气元件的寿命。
由于采用蘑菇头保护底吹供气元件增加了气体流动阻力，如果蘑菇头过于发达会造成堵塞，使气体无法进入熔池，造成底吹供气元件失效。同时，在复吹转炉冶炼过程中需要根据冶炼进程不断调节底吹供气流量，采用蘑菇头技术后如何精确调节气体流量是目前尚未完全解决的技术难题。
本项发明通过对金属炉渣复合蘑菇头气体流动的特点和规律进行冷态测试和热态试验研究，提出了控制蘑菇头底吹气体流量的工艺方法和防止蘑菇头堵塞的技术措施。
发明内容
本发明的目的在于提供一种蘑菇头气体流量控制与防堵塞的方法，解决了采用蘑菇头技术后如何精确调节气体流量等目前尚未完全解决的技术难题。
技术原理是通过研究气流流经金属炉渣复合蘑菇头时的流动阻力变化，经冷态测定和热态试验确定气流流过蘑菇头时的压力、流量变化曲线(P-Q曲线)。根据实测的P-Q曲线在冶炼过程中通过调节压力控制气体流量，以满足冶炼工艺的要求。
本发明的技术方案如下：
以开新炉炉底高度为0mm的条件下，控制金属炉渣复合蘑菇头小于200mm高度，通过调节气体压力(0.2-1.5MPa)实现流量控制，在蘑菇头临界高度条件下，气体流量与气体压力呈线性正比关系；蘑菇头的临界高度尺寸为400mm；控制蘑菇头临界高度的工艺步骤如下：
a.以开新炉时的炉底厚度作为原始零位标定蘑菇头的高度；
b.全炉役内控制炉底上涨或熔损的变化量为-200～200mm；-200mm指炉底因烧损而降低的高度。
c.冶炼过程中发现蘑菇头上涨＞200mm时应及时采取措施减薄蘑菇头高度。
减薄蘑菇头高度的措施如下：
当蘑菇头高度＞200mm时，连续冶炼3～4炉高碳钢，利用高温高氧化铁、高氧化性渣氧化熔损炉底和蘑菇头直至200mm以内；
减少溅渣频率为2-3炉溅渣一次，实现间隔溅渣并缩短每次溅渣时间，每次小于2分钟，使炉底和蘑菇头熔损并不再长大。
当蘑菇头过大，采用以上两种方法难以处理可采用洗炉操作；洗炉操作是在出钢后留渣，用顶吹氧枪低枪位喷射氧气射流吹扫炉底，使炉底和蘑菇头熔化。
吹扫炉底时顶枪低枪位距离炉底500-1500米吹氧，低枪位喷射氧气吹扫炉底；氧气吹扫炉底时，供氧强度为0.2-1.5Nm3/t.min；吹扫炉底时炉内留渣量为总留量的1/5-1/2。
必要可以加入硅铁，以利在吹氧时提高渣温，促进炉底下降。
底吹供气元件的维护和吹扫炉底操作应采用“勤观察、轻处理”的原则，每次洗炉底操作不得超过15min。
金属炉渣复合蘑菇头的透气性与气体流量的控制
在炉役结束后将炉内底吹供气元件与蘑菇头同时取出进行冷态流量测定，图1给出蘑菇头透气性的水模型试验，从图1中可以看出大量细小的气流从蘑菇头表面流出，形成微小的气泡搅拌液体熔池。进一步冷态测定了不同气体流量下有、无蘑菇头喷嘴的流量与压力关系，即P-Q曲线，测量结果如图2所示。
根据图1、2的试验结果可以得出以下技术结论：
金属炉渣复合蘑菇头具有透气性，蘑菇头表面流出的微小气流以连续微小气泡流的形式喷入熔池，带动周围的钢水运动形成对熔池良好搅拌；
喷枪端面形成蘑菇头后，气体从喷管喷出，压力与流量的对应关系与无蘑菇头的喷管基本相同，随着入口气压的增大流量线性增大。因此，在实际炼钢过程中可根据压力调节流量，满足冶炼工艺的要求；
蘑菇头对气体流动产生较大的阻力，在相同的气压条件下，带蘑菇头的喷管流量比不带蘑菇头的同尺寸喷管流量降低15～20％。
蘑菇头的临界尺寸
在生产中经过大量现场试验测定了蘑菇头高度对已形成蘑菇头喷管流量的影响，如图3所示。从图3可以看出，在实际复吹转炉冶炼过程中随着蘑菇头高度的增长气流量逐渐降低；当蘑菇头高度未超过临界尺寸(为400mm)时，气体流量可通过适当提高喷吹压力保证所要求的供气强度。但当蘑菇头高度超过临界尺寸后，流量明显降低，说明蘑菇头已出现堵塞情况，难以用调节压力的方法保证复吹所要求的底吹供气强度。因此，为保证蘑菇头的透气性和气体调节性能，要求在整个炉役期内严格控制蘑菇头的高度不能大于临界尺寸。实际生产中通常要求蘑菇头高度控制在200mm以内。
优点与积极效果
目前，国际上尚未有人提出蘑菇头尺寸对气体流量的影响以及不同压力下蘑菇头流量变化的规律，本发明研究提出蘑菇头尺寸对流量的影响以及蘑菇头气体流动过程中压力和流量的关系，提出在蘑菇头临界尺寸条件下可通过调节气体压力控制流量的方法，精确控制底吹气体流量，满足吹炼工艺要求。
采用本发明的方法控制蘑菇头高度≤200mm完全可以满足吹炼过程中复吹工艺对冶炼的要求，图4为80吨转炉实际吹炼过程中底吹气体流量设定值与实际流量检测值的对应关系。从图4中可以看出，采用本发明的工艺气体流量的调节值与设定值完全相同，满足工艺要求。
表1给出210吨转炉吹炼过程中检测的气体流量与气体压力之间的关系，从表中可以看出，当吹炼压力达到1.6MPa时底吹供气强度可以达到0.13Nm3/t.min，完全可以满足底吹供气强度的设计要求。
表1 210吨转炉金属-炉渣蘑菇头底吹供气强度(6559炉)
| 压力/MPa | 0.3 | 0.4 | 0.6 | 0.8 | 1 | 1.2 | 1.4 | 1.6 |
| 流量/Nm<sup>3</sup>/h | 87.511 | 112.41 | 162.208 | 212.006 | 261.804 | 311.602 | 361.4 | 411.198 |
| 供气强度/Nm<sup>3</sup>/min.t | 0.0278 | 0.0357 | 0.0515 | 0.0673 | 0.0831 | 0.0989 | 0.1147 | 0.1305 |
附图说明
图1为本发明蘑菇头透气性能水模试验。
图2有、无蘑菇头供气元件流量压力关系。
图3底吹供气强度与蘑菇头高度的关系
图480吨转炉底吹流量实际控制曲线
具体实施方式
本发明已应用于国内109座大、中、小型转炉，使用效果很好。钢厂转炉上应用使底吹元件寿命与炉龄同步，炉龄超过10000炉，并取得了良好的经济效益。典型钢厂的使用效果如表2所示。
某钢厂110吨转炉应用实例：
(1)110吨复吹转炉安装了4支环缝式底吹供气元件；
(2)在开炉前实侧：单支元件冷态供气流量180Nm3/h(1.0Mpa背压下)；
(3)在开炉5炉后实侧：单支热态供气流量120Nm3/h(1.0Mpa背压下)；为冷态流量的71％，工作正常；
(4)在开炉6000炉后实侧：单支热态供气流量80Nm3/h(1.0Mpa背压下)，为冷态流量的44％，工作不正常；
(5)经测炉底(金属-炉渣蘑菇头)长高为250mm，出钢后空炉顶吹氧吹扫炉底，金属-炉渣蘑菇头减薄到120mm；
(6)实测单支热态供气流量为117Nm3/h(1.0Mpa背压下)，为冷态流量的61％，工作恢复正常。
表2 本发明在典型钢厂的使用情况
| 序号 | 转炉吨位 | 底吹元件支数 | 控制流量/Nm<sup>3</sup>/h | 控制蘑菇头高度/mm | 备注 |
| 1 | 160吨 | 6支/炉 | 120 | 100 | 正常 |
| 2 | 110吨 | 6支/炉 | 130 | 110 | 正常 |
| 3 | 30吨 | 2支/炉 | 115 | 120 | 正常 |
注：控制流量为单支元件的热态流量(1.0Mpa气源压力下)；
单支元件冷态供气流量180Nm3/h(1.0Mpa气源压力下)。
Claims (4)
1.一种蘑菇头气体流量控制与防堵塞的方法，其特征在于，以开新炉炉底高度为0mm的条件下，控制金属炉渣复合蘑菇头小于200mm高度，通过调节气体压力0.2-1.5MPa实现流量控制，在蘑菇头临界高度条件下，气体流量与气体压力呈线性正比关系；蘑菇头的临界高度尺寸为400mm；控制蘑菇头临界高度的工艺步骤如下：
a.以开新炉时的炉底厚度作为原始零位标定蘑菇头的高度；
b.全炉役内控制炉底上涨或熔损的变化量为-200～200mm；-200mm指炉底因烧损而降低的高度；
c.冶炼过程中发现蘑菇头上涨＞200mm时应及时采取措施减薄蘑菇头高度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，减薄蘑菇头高度的措施如下：
当蘑菇头高度＞200mm时，连续冶炼3～4炉高碳钢，利用高温高氧化铁、高氧化性渣氧化熔损炉底和蘑菇头直至200mm以内；
减少溅渣频率为2-3炉溅渣一次，实现间隔溅渣并每次溅渣时间缩短到2分钟之内，使炉底和蘑菇头熔损并不再长大。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，当蘑菇头过大，采用以上两种方法难以处理采用洗炉操作；洗炉操作是在出钢后留渣，用顶吹氧枪低枪位喷射氧气射流吹扫炉底，使炉底和蘑菇头熔化。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，每次洗炉底操作不得超过15min。
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