CN104498664A - 一种喷吹水蒸气控制转炉熔池温度及烟尘生成量的方法 - Google Patents

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苍大强
李子亮
倪松明
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Abstract

本发明涉及钢铁冶金领域，特别涉及一种利用水蒸气控制转炉熔池温度以及烟尘生成量的方法。本发明提出转炉氧枪喷吹氧气和水蒸气进行混合吹炼替代现有的纯氧吹炼，降低了吨钢耗氧量；通过调节水蒸气的混入比例来控制转炉熔池升温速率，改善吹炼前期脱磷的热力学条件，提高脱磷率。水蒸气参与的熔池反应吸热，缓解射流冲击区的局部过热，可有效抑制铁的蒸发损失，同时也降低了吹炼过程的烟尘生成量，本发明引入水蒸气作为一种控温气体进行吹炼并参与熔池反应，从转炉生产的源头实现节能减排。

Description

一种喷吹水蒸气控制转炉熔池温度及烟尘生成量的方法
技术领域
本发明涉及钢铁冶金领域，特别涉及一种利用水蒸气控制转炉熔池温度以及烟尘生成量的方法。
技术背景
目前，在转炉炼钢过程中，通常用氧枪喷吹纯氧进行吹炼。氧气射流与熔池相互作用，在熔池表面形成冲击凹坑，在冲击凹坑区，C和Fe等元素与O2发生剧烈的氧化反应，放出大量的热，该区域的温度最高可达3000℃。已知在常压下铁的蒸发温度为2750℃，当凹坑区的温度高于2750℃时，铁蒸发进入炉气，造成铁损。此外，熔池内剧烈的放热反应，使钢液升温过快，不利于脱磷等放热反应的进行。
中国发明专利200910088822.9提出一种喷吹CO2控制转炉炼钢熔池温度的方法，该方法通过喷吹CO2或O2中混入不同比例的CO2控制吹炼过程中熔池升温速率，促进了吹炼前期脱硅和脱磷反应。然而相对于水蒸气，CO2获取成本偏高。
转炉吹炼过程中伴随着强烈的熔池搅拌，有很好的脱磷动力学条件；由脱磷的热力学条件可知：脱磷反应放热，低温有利于脱磷，脱磷过程主要发生在熔池温度较低的吹炼前期。熔池升温过快会抑制脱磷的顺利进行，最终影响脱磷效果。提高转炉吹炼前期的脱磷率，冶炼出满足要求的低磷或超低磷钢，一直转炉炼钢过程中的一个技术难点。与此同时，吹炼过程中一直存在熔池局部温度过高导致一部分铁蒸发进入炉气以烟尘的形式损失掉的问题，在钢铁企业经济形势严峻的背景下，如何降低转炉吹炼过程的铁损，提高最终产品的成材率，也是钢铁企业普遍需要解决的问题。
发明内容
为了控制转炉熔池升温速率，改善脱磷效果，降低吹炼过程的蒸发铁损，本发明提出一种通过氧枪喷吹水蒸气控制熔池温度的方法，钢铁生产过程中(包括转炉工序)会产生大量蒸汽，将一部分水蒸汽混入氧气中实现正常吹炼。由于蒸汽是钢铁工序的副产品，获取便利且成本低廉。
一种利用水蒸气控制转炉熔池温度以及烟尘生成量的方法，其特征在于转炉氧枪吹炼过程中，氧气与水蒸气混合吹炼，水蒸气混入比例为5～15％；水蒸气作为控温气体，在吹炼过程中，尤其是吹炼开始后的3～5min，通过调节水蒸气的混入比例，控制转炉熔池温度在1300～1400℃内，改善脱磷效果；；水蒸气参与射流冲击区的反应，吸收一部分热量，缓解射流冲击区的过热度，使射流冲击区的温度降低至铁的蒸发温度以下。
与传统的喷吹纯氧相比，水蒸气混入比例为5～15％时，吹炼终点熔池温度下降20～110℃，烟尘产生量减少10％～30％。
在射流冲击区，O2与H2O共同参与熔池的化学反应，O2参与的反应均为放热反应，而H2O与C反应吸热，并且在1500℃时H2O与C反应的吸热量为134627.32KJ/mol。氧气中混入合适比例的水蒸气进行混合吹炼，在吹炼前期，得到较低的熔池升温速率，改善脱磷热力学条件，提高脱磷率；整个吹炼过程中射流冲击区的温度控制在铁的蒸发温度(2750℃)以下，避免因铁蒸发而造成的铁损。
有益效果：
1、本发明在炼钢转炉上采用水蒸气和氧气混合吹炼取代纯氧吹炼，水蒸气代替一部分氧气参与熔池反应，降低了转炉吨钢耗氧量和吹炼成本；
2、混合吹炼过程中通过控制水蒸气比例，控制吹炼前期的升温速率，可以改善脱磷效果；
3、水蒸气参与熔池脱碳反应吸热，降低射流冲击区温度，避免了该区域因温度过高而导致铁的蒸发损失，同时也降低了烟尘生成量。
综上，本发明可以从源头实现转炉工序的节能减排。
附图说明
图1实验室热态试验装置图。
图2水蒸气混入比例与吹炼终点钢水降低值。
图3水蒸气混入比例与所收集烟尘量。
具体实施方式
下面结合实验室热态试验结果对本发明技术方案进行进一步说明。
本实验原料为生铁，用石灰造渣，通过感应炉加热。以不同的氧气、水蒸气混合比例进行吹炼，总流量保持在不变；使用快速测温热电偶进行测温，用石英管取样，布袋收集炉尘，具体实验装置见图1。
实例1氧气中混入不同比例水蒸气进行吹炼时，吹炼终点钢液温度的变化。
从图2可以看出随着水蒸气混入比例的增加，吹炼终点钢液的温度也随之下降；当混入比例小于10％时钢液的温降在合理范围内，可以满足出钢温度的要求。实例2水蒸气混入比例为5％时，终点钢液中的磷含量变化。
表1 混入5％水蒸气后终点磷含量变化
气体体积比 初始磷含量/％ 终点磷含量/％
100％O2 0.172 0.145
5％H2O+95％O2 0.172 0.114
实验室试验中通过100％O2喷吹与5％H2O+95％O2混合喷吹两组试验，验证了混入水蒸气后对吹炼终点钢液中磷含量的影响。从表1可以看到，一定比例的氧气和水蒸气混合喷吹可以降低终点磷含量，改善脱磷效果。
实例3氧气中混入不同比例水蒸气进行吹炼时，收集的烟尘量变化。
从图3可以看出，水蒸气在0～15％的混入范围内，烟尘生成量随着水蒸气混入比例的增加而降低，混吹水蒸气可以起到减少铁损和烟尘排放量的效果。
如以上所述，仅仅为本发明的一些实际实施例子而已，不能以此来限定本发明的权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的类比实验，仍属于本发明所涵盖的内容。

Claims (1)

1.一种利用水蒸气控制转炉熔池温度以及烟尘生成量的方法，其特征在于转炉氧枪吹炼过程中，氧气与水蒸气混合吹炼，水蒸气混入比例为5～15％；水蒸气作为控温气体，在吹炼过程中，尤其是吹炼开始后的3～5min，通过调节水蒸气的混入比例，控制转炉熔池温度在1300～1400℃内；水蒸气参与射流冲击区的反应，吸收一部分热量，缓解射流冲击区的过热度，使射流冲击区的温度降低至铁的蒸发温度以下。
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