CN102643946A - 采用超音速氧枪喷粉脱磷的转炉炼钢方法及超音速氧枪 - Google Patents

采用超音速氧枪喷粉脱磷的转炉炼钢方法及超音速氧枪 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种采用超音速氧枪喷粉脱磷的转炉炼钢方法及超音速氧枪，用于解决炼钢过程成渣慢及脱磷期搅拌强度小导致脱磷率低的问题。本发明通过超音速氧枪装置输送脱磷用造渣材料，造渣材料以超音速粉气射流状态喷入熔池并充分接触，实现炼钢过程快速成渣，提高脱磷反应的热力学和动力学条件，提高炼钢脱磷率。本超音速氧枪的进粉管与吹氧中心管连接，供粉管出口位于氧枪上部到喷头出口之间，内径10-150mm，喷粉流量30-500kg/min，载气流量50-3000Nm3/h，压力0.4-1.4MPa。氧枪喷头易损处采用耐磨材料，马赫数为1.5-2.1。本发明适用于30-350吨转炉炼钢脱磷工艺，与传统炼钢工艺相比，使用本发明脱磷率提高5％以上，造渣材料消耗量降低10％以上，金属收得率提高0.5％以上。

Description

采用超音速氧枪喷粉脱磷的转炉炼钢方法及超音速氧枪
技术领域
本发明属于钢铁冶金技术领域，特别涉及一种采用超音速氧枪喷粉提高脱磷率的转炉炼钢方法以及所使用的超音速氧枪。
背景技术
脱磷是炼钢过程最重要的任务之一，脱磷的关键是控制转炉前期温度和造渣速度，同时提供良好的动力学条件。随着转炉供氧强度的提高和底吹技术的应用，转炉炼钢的吹炼节奏不断加快，如何快速成渣完成炼钢脱磷任务已成为目前转炉高效冶炼的关键问题。
脱磷主要采用CaO系造渣剂，石灰在熔渣中的渣化过程是由外表面到内部逐步进行的。冶炼初期，由各元素的氧化产物FeO、SiO2、MnO、Fe2O3与加入的石灰等造渣材料形成了初期熔渣。氧化物从石灰表面向其内部渗透，并在高温下与CaO作用，生成一些低熔点的化合物。
目前，为提高造渣材料的熔化速度，通常采用化渣剂及强化搅拌(顶吹或底吹)的方法。强化搅拌主要依靠顶吹氧气射流，底吹作为辅助手段，但还是难以满足快速成渣的脱磷要求。
本发明提出一种采用超音速氧枪喷粉的转炉炼钢方法，以达到提高脱磷率，降低造渣料消耗和金属铁损，满足炼钢过程脱磷要求。
发明内容
本发明的目的是通过顶吹超音速氧枪装置输送脱磷用造渣材料，造渣材料以超音速粉气流状态喷入转炉熔池，超音速喷粉对炼钢熔池产生强烈的冲击搅拌作用，使粉状造渣材料与熔池充分接触，实现炼钢过程快速化渣，为熔池钢渣界面的脱磷反应创造良好的热力学和动力学条件，有利于提高转炉炼钢脱磷率，降低造渣材料消耗和铁损。
为了实现本发明的目的，提出一种采用超音速氧枪喷粉脱磷的转炉炼钢方法，所使用的设备包括供粉系统和供氧系统，所述方法使用供粉系统和供氧系统，通过顶吹超音速氧枪输送脱磷用粉状造渣材料，造渣材料以超音速粉气流状态喷入转炉熔池，使粉状造渣材料与熔池充分接触并增强熔池搅拌能力，改善转炉炼钢脱磷效果。
所述造渣材料为石灰粉、石灰石粉、萤石粉、铁矿粉及锰矿粉或上述多种粉状材料混合。
所述粉状造渣材料的喷粉流量控制在30-500kg/min，输送粉剂的载气流量为50-3000Nm3/h，压力0.4-1.4MPa，喷头马赫数为1.5-2.1。
所述供氧系统的喷吹氧气和供粉系统的粉状造渣材料采用分段控制：冶炼炉加完铁水和废钢摇正炉体后，开始喷吹氧气和粉状造渣材料，输送粉剂的载气为氧气、二氧化碳、氮气或氩气，采用高枪位操作；当转炉内化渣良好时，调节喷吹造渣材料流量，降低喷枪枪位，利于脱磷脱碳反应进行；当脱磷期结束且炉渣状况良好时，停止喷吹造渣材料，出钢过程载气和氧气均停吹。
本发明还提出实施例1，用于120吨转炉，冶炼分段控制过程为：
冶炼前期：喷吹石灰石粉流量为200～220kg/min，输送载气流量为1500Nm3/h，同时加入部分石灰，加完镁球、化渣剂、萤石造渣材料，采用高枪位1.8-2.0m操作；
冶炼中期：喷吹石灰石粉流量为100～150kg/min，载气流量为1200Nm3/h，采用低枪位1.6-1.8m操作，当脱磷期结束且炉渣状况良好时停止喷吹石灰石粉；
冶炼后期：载气流量为1200Nm3/h，强化搅拌，均匀熔池温度及成分，降低枪位至1.4-1.6m，降低炉渣铁损，提高金属收得率；
出钢过程载气和氧气均停吹。
其中，所述供粉管8采用φ60×5mm的耐磨不锈钢管，通过弧形弯道引入吹氧中心管6；所述供粉管8出口位于氧枪喷头14处；氧枪喷头14马赫数为1.9；氧气流量为25000-28000Nm3/h，压力为0.65-0.85MPa；所述粉状造渣材料为石灰石粉，粒径小于2mm。
实施例2用于300吨转炉，冶炼分段控制过程为：
冶炼前期：喷吹石灰粉流量为450～500kg/min，输送石灰粉的载气流量为3000Nm3/h，同时加入部分石灰，加完镁球、化渣剂造渣材料，采用高枪位2.4-2.6m操作；
冶炼中期：喷吹石灰粉流量为400kg/min，输送石灰粉的载气流量为2800Nm3/h，当炉渣化好且脱碳反应剧烈进行时，停止喷吹石灰粉，操作枪位为2.0-2.4m；
冶炼后期：气体流量为1500Nm3/h，降低枪位至1.8-2.0m，加强熔池搅拌，均匀钢液温度及成分，降低炉渣铁损，提高金属收得率；
其中，供粉管8采用耐磨不锈钢材质，尺寸φ120×5mm，通过弧形弯道引入氧枪内管，长度180mm，供粉管8的进粉口位于进氧管下端100mm处；喷头马赫数为2.05。进氧管氧气流量为65000-69000Nm3/h，压力为0.80-0.95MPa，喷吹石灰粉粒径小于5mm。
本发明还提出一种喷粉脱磷的转炉炼钢方法中使用的超音速氧枪，所述超音速氧枪包括吹氧中心管6、供粉管8、氧枪喷头14、进水管7和回水管13，其中，所述供粉管8与氧枪吹氧中心管6连接，供粉管8的出口在位于吹氧中心管6上部到氧枪喷头14的出口之间设置，所述氧枪喷头14具有采用钨铜合金材料的收缩段15和喉口16，所述供粉管8的内径为10-150mm。
所述氧枪喷头14的易损处采用包括钨铜合金、刚玉质、铬质或不锈钢的耐磨材料。
本发明适用于30-350吨转炉炼钢脱磷工艺，与传统炼钢工艺相比，脱磷率提高5％以上，造渣材料消耗量降低10％以上，金属收得率提高0.5％以上。
附图说明
图1、图2为本发明炼钢过程采用的超音速氧枪喷粉脱磷工艺连接图。
图3、图4为本发明炼钢过程喷粉采用的超音速氧枪装置。
1.喷粉设备        9.氧枪枪体
2.出粉口          10.炼钢转炉
3.载气流          11.超音速粉气流
4.陶瓷软管        12.钢液
5.进粉口          13.回水管
6.吹氧中心管      14.氧枪喷头
7.进水管          15.耐磨材料收缩段
8.供粉管          16.耐磨材料喉口
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进一步详细说明。
图1、图2为本发明炼钢过程采用的超音速氧枪喷粉脱磷工艺连接图。如图1和图2所示，供粉管8与氧枪的吹氧中心管6连接，供粉管出口位于枪身上部或氧枪喷头14的出口处，供粉管8出来的粉气流与氧气混合后，以超音速粉气流的状态冲击熔池。
本发明将传统炼钢造渣使用的块状造渣材料部分或全部用粉状造渣材料代替，超音速喷吹的粉状造渣材料比表面积远大于块状造渣材料，增大了各元素氧化产物与造渣材料的反应接触面积，消除了石灰或石灰石等块状造渣材料熔化时表面形成的致密高熔点的2CaO·SiO2外壳，使喷吹的粉状造渣材料在熔渣中的渣化和反应速度加快。
本发明喷吹的粉状造渣材料可以是石灰粉、石灰石粉、萤石粉、铁矿粉及锰矿粉，也可多种粉状造渣材料混合喷吹。超音速喷粉脱磷要求造渣材料粒径不大于5mm。供粉管与氧枪吹氧中心管连接，供粉管道内径为10-150mm。供粉管出口位于氧枪枪体上部到喷头出口之间，供粉管道均采用耐磨材料，通过弧形弯头引入吹氧中心管，减少粉气流对供粉管道的摩擦阻力。为提高喷头寿命，氧枪喷头易损处采用钨铜合金、刚玉质、铬质或不锈钢等耐磨材料，喷头马赫数为1.5-2.1。
根据冶炼渣况和炉内反应程度，本发明分段控制冶炼过程：加完铁水和废钢摇正炉体后，开始喷吹氧气和粉状造渣材料，喷吹造渣材料流量为30-500kg/min，输送粉剂的载气为氧气、二氧化碳、氮气或氩气，流量为50-3000Nm3/h，压力0.4-1.4MPa，采用高枪位操作，利于炼钢过程造渣脱磷；随着冶炼过程的进行，当转炉内化渣良好时，调节喷吹造渣材料流量，降低喷枪枪位，利于脱磷脱碳反应进行；当脱磷期结束且炉渣状况良好时，停止喷吹造渣材料。
实施例1
本实施例用于120吨转炉，采用耐磨陶瓷软管将喷粉设备出粉口与氧枪枪体上的进粉口连接，供粉管道采用φ60×5mm的耐磨不锈钢管，通过弧形弯道引入吹氧中心管，供粉管道出口位于喷头处。喷头马赫数为1.9。进氧管氧气流量为25000-28000Nm3/h，压力为0.65-0.85MPa。超音速喷吹粉剂为石灰石粉，粒径小于2mm。
具体冶炼操作过程：
冶炼前期：喷吹石灰石粉流量为200～220kg/min，输送载气流量为1500Nm3/h，同时加入部分石灰，加完镁球、化渣剂、萤石等造渣材料，采用高枪位1.8-2.0m操作，利于炼钢过程造渣脱磷；
冶炼中期：喷吹石灰石粉流量为100～150kg/min，载气流量为1200Nm3/h，采用低枪位1.6-1.8m操作，当脱磷期结束且炉渣状况良好时停止喷吹石灰石粉，利于脱碳反应进行；
冶炼后期：载气流量为1200Nm3/h，强化搅拌，均匀熔池温度及成分，降低枪位至1.4-1.6m，降低炉渣铁损，提高金属收得率。
出钢过程载气和主氧气均停吹。
实施结果表明：120t转炉炼钢采用超音速喷吹石灰石粉造渣脱磷工艺，较传统冶炼工艺脱磷率提高约6％，石灰石消耗量降低20％，金属收得率提高1％。
实施例2
本实施例用于300吨转炉，采用耐磨陶瓷软管将喷粉设备出粉口与氧枪枪体进粉口连接，供粉管道采用耐磨不锈钢材质，尺寸φ120×5mm，通过弧形弯道引入氧枪内管，长度180mm，供粉管道进粉口位于进氧管下端100mm处。氧枪喷头具有采用钨铜合金材料的收缩段和喉口，喷头马赫数为2.05。进氧管氧气流量为65000-69000Nm3/h，压力为0.80-0.95MPa。喷吹石灰粉粒径小于5mm。
具体冶炼操作过程：
冶炼前期：喷吹石灰粉流量为450～500kg/min，输送石灰粉的载气流量为3000Nm3/h，同时加入部分石灰，加完镁球、化渣剂等造渣材料，采用高枪位2.4-2.6m操作，利于炼钢过程造渣脱磷；
冶炼中期：喷吹石灰粉流量为400kg/min，输送石灰粉的载气流量为2800Nm3/h，当炉渣化好且脱碳反应剧烈进行时，停止喷吹石灰粉，操作枪位为2.0-2.4m，利于脱碳反应进行；
冶炼后期：气体流量为1500Nm3/h，加强熔池搅拌，均匀钢液温度及成分，降低枪位至1.8-2.0m，降低炉渣铁损，提高金属收得率。
出钢过程载气和主氧气均停吹。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种采用超音速氧枪喷粉脱磷的转炉炼钢方法，所使用的设备包括供粉系统和供氧系统，其特征在于，所述方法使用供粉系统和供氧系统，通过顶吹超音速氧枪输送脱磷用粉状造渣材料，造渣材料以超音速粉气流状态喷入转炉熔池，使粉状造渣材料与熔池充分接触并增强熔池搅拌能力，改善转炉炼钢脱磷效果。
2.根据权利要求1所述的转炉炼钢方法，其特征在于，所述造渣材料为石灰粉、石灰石粉、萤石粉、铁矿粉及锰矿粉或上述多种粉状材料混合。
3.根据权利要求2所述的转炉炼钢方法，其特征在于，所述粉状造渣材料的喷粉流量控制在30-500kg/min，输送粉剂的载气流量为50-3000Nm3/h，压力0.4-1.4MPa，喷头马赫数为1.5-2.1。
4.根据权利要求3所述的转炉炼钢方法，其特征在于，所述转炉炼钢方法适用于30-350吨转炉炼钢脱磷工艺，所述供氧系统的喷吹氧气和供粉系统的粉状造渣材料采用分段控制：冶炼炉加完铁水和废钢摇正炉体后，开始喷吹氧气和粉状造渣材料，输送粉剂的载气为氧气、二氧化碳、氮气或氩气，采用高枪位操作；当转炉内化渣良好时，调节喷吹造渣材料流量，降低喷枪枪位，利于脱磷脱碳反应进行，当脱磷期结束且炉渣状况良好时，停止喷吹造渣材料，出钢过程载气和氧气均停吹。
5.根据权利要求1-4所述的转炉炼钢方法，其特征在于，所述转炉炼钢方法用于120吨转炉和喷吹石灰石粉，冶炼分段控制过程为：
冶炼前期：喷吹石灰石粉流量为200～220kg/min，输送载气流量为1500Nm3/h，同时加入部分石灰，加完镁球、化渣剂、萤石造渣材料，采用高枪位1.8-2.0m操作；
冶炼中期：喷吹石灰石粉流量为100～150kg/min，载气流量为1200Nm3/h，采用低枪位1.6-1.8m操作，当脱磷期结束且炉渣状况良好时停止喷吹石灰石粉；
冶炼后期：载气流量为1200Nm3/h，降低枪位至1.4-1.6m，强化搅拌，均匀熔池温度及成分，降低炉渣铁损，提高金属收得率；
出钢过程载气和氧气均停吹；
其中，所述供粉管8采用φ60×5mm的耐磨不锈钢管，通过弧形弯道引入吹氧中心管6；所述供粉管8出口位于氧枪喷头14处；氧枪喷头14马赫数为1.9；氧气流量为25000-28000Nm3/h，压力为0.65-0.85MPa；所述粉状造渣材料为石灰石粉，粒径小于2mm。
6.根据权利要求1-4所述的转炉炼钢方法，其特征在于，所述转炉炼钢方法用于300吨转炉，冶炼分段控制过程为：
冶炼前期：喷吹石灰粉流量为450～500kg/min，输送石灰粉的载气流量为3000Nm3/h，同时加入部分石灰，加完镁球、化渣剂造渣材料，采用高枪位2.4-2.6m操作；
冶炼中期：喷吹石灰粉流量为400kg/min，输送石灰粉的载气流量为2800Nm3/h，当炉渣化好且脱碳反应剧烈进行时，停止喷吹石灰粉，操作枪位为2.0-2.4m；
冶炼后期：气体流量为1500Nm3/h，降低枪位至1.8-2.0m，加强熔池搅拌，均匀钢液温度及成分，降低炉渣铁损，提高金属收得率；
其中，供粉管8采用耐磨不锈钢材质，尺寸φ120×5mm，通过弧形弯道引入氧枪内管，长度180mm，供粉管8的进粉口位于进氧管下端100mm处；所述氧枪喷头14具有采用钨铜合金材料的收缩段15和喉口16；喷头马赫数为2.05。进氧管氧气流量为65000-69000Nm3/h，压力为0.80-0.95MPa，喷吹石灰粉粒径小于5mm。
7.一种喷粉脱磷的转炉炼钢方法中使用的超音速氧枪，其特征在于，所述超音速氧枪包括吹氧中心管(6)、供粉管(8)、氧枪喷头(14)、进水管(7)和回水管(13)，其中，所述供粉管(8)与氧枪吹氧中心管(6)连接，供粉管(8)的出口在位于吹氧中心管(6)上部到氧枪喷头(14)的出口之间设置，所述供粉管(8)的内径为10-150mm；所述氧枪喷头14具有采用钨铜合金材料的收缩段15和喉口16。
8.根据权利要求7所述的超音速氧枪，其特征在于，所述氧枪喷头(14)的易损处采用包括钨铜合金、刚玉质、铬质或不锈钢的耐磨材料。
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