CN1027290C

CN1027290C - 一种顶吹氧气转炉炼钢法及该方法使用的氧枪

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Publication number: CN1027290C
Application number: CN 89103227
Authority: CN
Inventors: 李远洲; 黄永兴; 温昌才; 刘学星; 蔡兆陵; 张萍; 史荣贵; 汤克庆
Original assignee: HUADONG METALLURGICAL COLLEGE; Shanghai Second Metallurgical College; No 3 Shanghai Iron & Steel Works
Current assignee: HUADONG METALLURGICAL COLLEGE; Shanghai Second Metallurgical College; No 3 Shanghai Iron & Steel Works
Priority date: 1989-05-10
Filing date: 1989-05-10
Publication date: 1995-01-04
Anticipated expiration: 2004-05-10
Also published as: CN1048562A

Abstract

本发明是一种顶吹氧气转炉炼钢方法及该方法使用的氧枪，它是为解决顶吹氧气转炉吹炼前、后期熔池搅拌强度不足等存在的问题而提出的一种解决方法。此方法比顶吹法吹炼平稳、去磷效果好，钢铁料和石灰消耗量低等。氧枪包括枪身和喷头，喷头由中心孔和具有内旋角的四周孔组成。该工艺主要是供氧制度采用变氧压变枪位法，从而实现“硬吹”与“软吹”相结合的复合吹炼和使钢、渣旋转达到类似底吹小气量顶底复合吹法的冶金效果。

Description

本发明是一种顶吹氧气转炉炼钢方法及该方法使用的氧枪。

1952年奥地利联合钢铁公司开发了顶吹氧气转炉炼钢法（LD，也有称之为BOF和BOP），因其生产率高等一系列优点，此方法在全世界得到迅速发展。至1978年，氧气转炉钢产量占世界总产钢量（7.15亿吨）的54.5%，在各种炼钢方法中居于首位。但由于LD转炉吹炼前期熔池热量和搅拌强度不足，以及后期熔池搅拌强度不足，因而在冶金上存在一些严重缺点，如：前期渣碱度低，易过氧化、过泡沫化和诱发喷溅，脱磷效率低，后期脱碳反应机理的转变早，钢渣间反应离平衡远，氧的脱碳利用率低等，致使钢水质量较差，原材料消耗较高，并难以冶炼超低碳钢。

到七十年代初期出现了氧气底吹工艺（OBM，也有称之为θ-BOP和LWS等），此工艺有一系列优点，如：熔池中渣铁氧化度降低，提高了钢的和铁合金的收得率，吹炼平稳，容易控制吹炼状态，消除了喷溅，适合于冶炼超低碳钢等。但它也存在不足，如：有限的废钢利用能力，熔池中氢含量高，底部喷吹需要相当复杂的喷射设备，每个喷嘴周围的热平衡是苛刻的，因此喷孔的寿命有限。

七十年代后期，为了解决LD和OBM转炉存在的问题，国外发展了顶底复合吹炼工艺，因其具有灵活性的顶吹与纯底吹的优越冶金特性，使其迅速在世界各国推广。（参见“氧气炼钢的现状和展望”《Lronmaking and Steelmaking》1984.Vol.11.No.3）我国自1979年以来，也在大力研究和发展顶底复吹转炉炼钢法，但由于底吹气源、底气强度、底吹供气元件等问题，至今炉底寿命尚未与炉身寿命同步，复吹率低，技术经济效果尚不十分理想。

LD转炉广泛采用带拉瓦尔喷头的水冷氧枪供氧，这种供氧方式简单，通过改变氧枪的高度，可以控制氧进入钢水和渣水的程度。申请号为85108323的“带有付吹口转炉炼钢氧枪”，申请号为86207587的“用于炼钢装置的三流道多孔喷枪”和申请号为87208616的“二次燃烧氧枪”的中国专利都对传统的氧枪进行了一定的改进，目的在于提高LD炉的热效率，可以多吃废钢。

本发明为解决LD转炉吹炼前、后期熔池搅拌强度不足等存在的问题而提出的一种解决方法，它采用双流氧枪，即：核心搅拌流[氧或氧十二氧化碳，或氧+氩气，或氧+（CaCO₃，或CaO或两者混合）粉]和四周主氧流组成的氧枪，在转炉顶部进行“硬吹”（即：射流冲击熔池面较小，深度较大）和“软吹”（即：射流冲击熔池面较小，深度较大）相结合的复合吹炼，使熔池的钢、渣旋转，在吹炼前期通过调节核心氧流和四周主氧流，实现“硬吹”和“软吹”一定比例关系的复合吹炼，以达到界面反应与体相搅拌相结合和一次反应区不断更新的冶金效果。在吹炼后期，通过降低枪位和对核心流与四周流流量比的调节来实现降低总供氧强度的同时提高熔池搅拌强度，以达到促进钢、渣反应平衡和按脱碳扩散反应模型控制后期冶金反应的作用。因此本发明可用“硬、软”复合顶吹达到类似底吹小气量（底部供气量≤0.08米³/分·吨）顶底复吹法的冶金效果。

本发明是一种顶吹氧气转炉炼钢方法，它采用一种双流氧枪进行吹炼。该氧枪的枪身由四层无缝钢管组成，中心管通高压搅拌气流，中套管通中压主氧流，内套管进冷却水，外套管出冷却水。喷头由紫铜制造，包括中心孔和四周孔。中心孔通高压搅拌气流，四周孔通中压主氧流。四周孔的中心线与铅直线之间的倾角θ为10°～15°;内旋角（垂直于中心孔圆心和四周孔入口圆心的连线之间的垂线与该四周孔中心线水平投影偏向中心孔的夹角）β为0～60°。中心孔为一个，四周孔为3～4个，具体视转炉大小而定，一般中、小型转炉取3，120吨以上的转炉取4。中心孔的马赫数为1.95～2.10，四周孔的马赫数为1.80～1.85。中心孔的面积（A中）与中心孔和四周孔总面积（∑A）之比（A中/∑A）为0.20～0.25。

双流复合顶吹炼钢法在装料制度、温度制度等方面基本同顶吹氧气转炉炼钢法。炉渣碱度前期控制在2.0～2.5，终期控制在3.0～4.0（低磷铁水偏下限，中磷铁水偏上限）。主要区别在其供氧制度采用变氧压变枪位法。通过变动枪位或中心流与四周流的流量来控制吹炼过程。供氧强度曲线采用高、低、再低或高、低、高、低

，曲线上的（1）供氧强度∑qo₂＝4.0～5.0标米³/分·吨（q中心孔＝0.8～1.0标米³/分·吨，q四周孔＝3.2～3.5标米³/分·吨）

（2）∑qo₂＝3.8～4.2标米³/分·吨（q中＝0.8～1.0标米³/分·吨，q四＝3.0～3.2标米³/分·吨）

（3）∑qo₂＝3.0～3.5标米³/分·吨（q中＝1.0～1.4标米³/分·吨，q四＝2.0～2.5标米³/分·吨）枪位操作曲线采用高高低或高低高低的方案。射流冲击熔池深度比曲线采用0.3。终点操作为：（1）LT/dt＝20左右（LT为喷头端部离熔池面的高度，d_T为总的喷孔当量喉口直径，d_T＝dt²（中心孔）+n×dt²（四周孔）（n为四周孔数目dt为喷孔喉口直径）（2）射流冲击熔池深度比ho/h＝0.6（ho为射流冲击熔池深度，h为熔池深度）;（3）压枪时间为熔池搅拌混匀时间的1～1.5倍（约45～60秒）。

双流复合顶吹炼钢法在吹炼前期采用高枪位，大的四周流供氧量和适当的中心流供氧量（保持中心流为总流量的1/5～1/4）。并随铁水含Si量的增大而增大总供氧量的供氧制度是较理想的。吹炼中期，在开吹后3～4分钟，即Si氧化结束时，一般来说应适当降低枪位和四周流流量，使渣中FeO适当降低些，以免熔池温度上升后因产生强烈的C-O反应而造成喷溅。吹炼后期。

当C＜1.0%后，先提枪因脱C速度减慢，产生喷溅的威胁较小，这时的基本任务是进一步调整好炉渣的氧化性和流动性，继续去除P、S，准确控制终点成分，其操作特征是在[C]＜1.0%后进行，时间控制在一分钟左右，不能太长，以炉渣熔清为极限，即渣中（TFe）＝20～22%视加入的萤石量决定，一般加入少量萤石-1～2公斤萤石/100公斤石灰时可取（TFe）为20%。当炉渣基本熔清后，再降低枪位和对核心流和四周流流量比进行调节，来实现降低总供氧强度的同时提高熔池搅拌强度，控制L_T/d_T＝20左右和h./h＝0.6，这样，熔池混匀时间最短，另外钢、渣可完全混合，从而可达到促进钢、渣反应平衡和按脱碳扩散反应模型控制终期冶金反应的作用。

本发明与顶底复吹法相比，炉底结构不用改动，无炉底寿命之忧和钢水不出则底吹气体不断之虑，亦无底吹气体随兑铁水、吹炼、取样、出钢和空炉等不同操作而变化的复杂性。它与LD法相比，具有：吹炼平稳，吹炼时间较短，起渣早，去磷效果好，钢水残锰量高，终渣氧化铁低，钢铁料和石灰消耗量低等优点。

图1是氧枪喷头的俯视图。

图2是喷头的A-A视图。

图3是喷头的B-B视图。

图4是喷头部位Ⅰ，Ⅱ的放大视图。

实施例：顶吹转炉的公称容量为25吨，实际平均出钢量为30吨，新炉时的炉容比为0.9米³/吨，熔池直径为2500毫米，深度为1000毫米。双流氧枪的喷头尺寸为：中心孔喉口直径dt（中）＝2.0厘米，出口直径de（中）＝2.55厘米;四周孔为3个，dt（四）＝2.2厘米，de（四）＝2.7厘米，铅直倾角θ＝12°，水平内旋角β＝20°。LD氧枪的喷头尺寸为：3孔，dt＝24.5厘米，de＝30厘米，采用的主要原料及冶金工艺如表1。

（表1见文后）

双流法的实际供氧制度为表2所示。

（表2见文后）

LD法的供氧制度基本上为恒氧压变枪位，供氧量Q＝6800～7200标米³/时。按上述试验装置、试验条件，在造渣制度等其他工艺不变的情况下，将双流法与LD法进行对比试验，取得如下冶金效果。

1.根据吹炼状态及吹炼时间进行比较：双流法的吹炼平稳性较好，不喷率达63.1%，而LD法为14.3%;大喷率为0，而LD法高达28.6%。由于双流法吹炼平稳，氧的利用率较高，所以双流法的纯供氧时间约缩短3秒/吨，按每炉装入铁水30吨计算，则每炉吹炼时间可缩短1.5分钟。

2.根据起渣时间及一次拉碳去磷合格率进行比较：以流法起渣时间比LD法提前了约半分钟，某一次拉碳去磷合格率（[P]≤0.022%）比LD法提高了25.7%。

3.根据去磷特性参数进行比较：双流法的去磷分配比（P）/[P]为79.1，比LD法提高了7.9;双流法的去磷分配比偏离平衡值np为1.17，比LD法降低了

0.09(n_p= (L_e(P)/〔P〕(Healy))/(L_g(P)/〔P〕_(实际)) )

可见，双流法比LD法的去磷效果好。

4.根据去硫特性进行比较：实验表明在炉渣碱度R和∑（FeO）相同的条件下，双流法的去硫分配比较LD法高。

5.根据钢水残锰量进行比较：在[C]或∑（FeO）相同时，双流法的残锰量约比LD法高0.02%。

6.根据终渣∑FeO进行对比：在终点[C]相同时，双流法的∑（FeO）比LD法约降低5%。

7.根据脱碳特性进行比较：实验表明双流法的前期降碳量与供氧量成规律性变化，而LD法的规律性则较差;双流法一倒至终点吨铁耗氧量的脱碳率较LD法高，∑（FeO）升高率则较低，这说明双流法更有利于吹炼终期按脱碳扩散模型操作。

8.双流法的钢铁料和石灰消耗量低：根据上钢三厂采用化铁炉，历史较好水平1984年的钢铁料消耗为1127公斤/吨钢，双流法的钢铁料消耗比LD法降低10.1公斤/吨钢，石灰消耗降低9.17公斤/吨钢。

表1.主要原料及冶金工艺

铁水成分，% 温度，℃

C Si Mn P S 1300～1450

3.8～4.78 0.32～0.52 0.35～0.72，0.12～0.30 0.01～0.06

硬烧石灰 CaO 85～90%; SiO₂2～3%; 块度 5～40mm

生白云石 MgO ＞20%; CaO ＞30%; 块度 10～40mm

冶炼工艺单渣不留渣法，高拉碳一次补吹，出钢温度1680～1720℃

浇注方法连铸和模铸

主要钢种碳素钢（BY₁，BY₂，BY₃，Y₀B）及低合金钢（20MnSi）

表2.双流法的供氧制度

前期中期末期

供氧量中心孔 1350～1850 1350～1750 1800～2550

（标米³/时）四周孔 5000～6030 5000～5900 4000～5200

总氧流 6400～7550 6450～7650 6120～7200

枪位（米） 1.1～1.15 0.8～0.95

1.2 1～1.1 1.1～1.2 0.9

Claims

1、一种顶吹氧气转炉炼钢法，该方法包括：

(1)采用具有中心孔和三至四个带有内旋角的四周孔的双流道顶吹氧枪；

(2)在吹炼前期采用高枪位，中心孔的供氧量(标米³/时，以下同)为1350～1850，四周孔的供氧量为5000～6030，总氧流为6400～7550；

(3)吹炼中期采用高枪位，中心孔的供氧量为1350～1750，四周孔的供氧量为5000～5900，总氧流为6450～7650；

(4)吹炼后期降低枪位，中心孔的供氧量为1800～2550，四周孔的供氧量为4000～5200，总氧流为6120～7200。

2、一种顶吹氧气转炉炼钢法，该方法包括：

（1）采用具有中心孔和三至四个带有内旋角的四周孔的双流道顶吹氧枪;

（2）在吹炼前期采用高枪位，中心孔的供氧量为1350～1850，四周孔的供氧量为5000～6030，总氧流为6400～7550;

（3）吹炼中期采用低枪位，中心孔的供氧量为1350～1750，四周孔的供氧量为5000～5900，总氧流为6450～7650;

（4）当C＜1.0%以后，提枪，时间控制在一分钟左右，炉渣基本熔清后，再降低枪位，中心孔的供氧量为1800～2550，四周孔的供氧量为4000～5200，总氧流为6120～7200。

3、权利要求1或2的方法所用的顶吹氧枪，其特征为所述氧枪的喷头有一中心孔及3-4个带内旋角的四周孔。

4、如权利要求3所述的顶吹氧枪，其特征在于所述的中心孔是一马赫数为1.95～2.1的拉乌尔喷孔，其中通高压搅拌气流-O₂，或O₂+CO₂，或O₂+Al，或O₂+（CaCO₃，或CaO、或两者混合）粉末，所述的四周孔是马赫数为1.80～1.85的拉乌尔喷孔，其中通主氧流，它的喷孔中心线与铅直线之间的倾角θ＝10～15°，内旋角β＝0～60°，所述中心孔的面积A_中与中心孔的面积和四周孔面积总和∑A之比为0.2～0.25，所述中心孔喉口直径dt_中与四周孔喉口直径dt_四之比（dt_中/dt_四）等于0.9～1.1，所述的中心流和四周流单独调控。