CN105603146A - 转炉底吹元件按强度分组、定时、轮转切换的供气方法 - Google Patents

Abstract

一种转炉底吹元件按强度分组、定时、轮转切换的供气方法，属于转炉炼钢技术领域。根据转炉吨位和炉底情况将底吹元件布置在1～3个不同半径的同心圆上，或者在炉底双排或多排布置；将布置在每个同心圆上的底吹元件按照顺时针或逆时针编号，奇数为奇数组，偶数为偶数组；或者对双排或多排布置的底吹元件每排从左到右编号，奇数为奇数组，偶数为偶数组；奇数组底吹元件采用弱底吹强度，偶数组底吹元件采用强底吹强度范围，反之亦行。在复吹转炉底吹元件布局优化的基础上，通过对各个底吹元件的供气强度进行分组、定时、轮转切换的新调节方法，达到强化渣-钢界面高效率持续接触、增加渣-钢界面有效接触面积及提高有效传质系数的效果。

Description

转炉底吹元件按强度分组、定时、轮转切换的供气方法

技术领域

本发明属于转炉炼钢技术领域，特别是涉及一种转炉底吹元件按强度分组、定时、轮转切换的供气方法。

背景技术

随着中国钢铁工业的发展，规模化经营已经普遍，面临严峻的市场考验，钢铁企业越来越注重产品质量的提升，作为前道工序，钢水的质量直接影响着下道工序。顶底复吹转炉由于其良好的综合冶炼功能，受到广泛的应用。

为了进一步强化复吹转炉的冶炼效果，持续提高生产效率，降低成本，稳定工艺，升级产品质量，克服现有复吹技术中存在的局部渣料化不透，局部熔池搅拌死区等不足，一些研究者希望通过底吹方式的改善来解决上述问题。

申请号200820076946.6中国实用新型专利公开了一种中型顶底复吹转炉底吹透气砖布局结构，四块透气砖分布在炉底两个不同直径圆周上，分布位于耳轴连线两侧，采用非对称偏心布局结构，以此强化钢液在熔池中的搅拌，缩短熔池混匀时间，加快化渣速度，促进钢中夹杂物和有害气体上浮，提高了钢水纯净度，降低了铁损。但这种底吹布局结构仅适合中型转炉，并不一定适合小型、大型转炉所需的均匀搅拌及化渣冶炼。

申请号201020524185.3中国实用新型专利公开了一种复吹转炉旋流底吹供气元件，该底吹元件为螺旋型金属管，从螺旋型金属管喷嘴喷出的气体沿喷嘴边缘的切线方向进入金属熔池内，对熔池内的液态金属除产生轴向冲力外，还会产生径向冲力，使熔池产生旋转运动，改善喷入气体对熔池的作用条件，增加了对熔池的搅拌强度，并且能够避免钢水垂直灌入底枪气体通道，从而减少底枪的堵塞。但是此种供气元件的形状复杂在砌炉时和护砖的契合性困难增加。

申请号201220247413.6中国实用新型专利公开了一种小型顶底复吹转炉底吹透气砖布局结构，炉底布置三块透气砖，透气砖设置在0.45D(D为熔池直径)的同心圆周上，一块透气砖在耳轴连线上，另两块在相反侧与炉底耳轴连线中心的夹角为37度位置上，以此形成三维整体大循环搅拌，缩短钢液均混时间和冶金效果。但这种底吹布局结构仅适合小型转炉，并不一定适合大中型转炉所需的均匀搅拌及化渣冶炼。

申请号201420635479.1中国实用新型专利公开了一种用于转炉冶炼装置的底吹布局结构，熔池炉底布置六块供气元件，且六块供气元件以出钢侧的中心线对称分布，其中，两个供气元件设置在直径为0.42D同心圆周与耳轴线的相交处，另外四个供气元件设置在直径为0.6D同心圆周上，且每个供气元件与出钢侧的中心线成30度角。以此来形大环流来改善混合死区，促进钢中外来夹杂物的分离去除。但是这种底吹布局结构仅适合于中型转炉，并不一定适应大型转炉所需的均匀搅拌及化渣冶炼。

申请号201410338945.4中国发明专利公开了一种转炉底吹枪的布置方法及顶底复吹转炉，获取N组底吹枪，将N组底吹枪中的每一个底吹枪设置在转炉炉底的两个不同直径的同心圆上，且所述三组底吹枪中的所有底吹枪对称分布在出钢口与所述转炉炉底正中点连线的两侧，且每组底吹枪的长度不同，但在不同的吹炼阶段保证相对较长的一组底吹枪发挥作用，以此实现简化工艺，提高转炉产量，达到底吹效果优化的技术效果。但是这种布置结构仅适用于180吨以上的大型转炉，而且枪体型号多，埋枪部位分散，造成了砌炉装枪的复杂性和困难性。

上述几种方法均是通过底吹供气元件的布局结构改变或供气元件的结构改变来改善复吹转炉的底吹效果，改变原有熔池的流场，达到大环流搅拌目的。这种结构的变化与原有的转炉底吹相比，有一处共同点，即仅能改变熔池内部的流场变化，改善熔池内的元素从底部向渣-钢界面的迁移速度和方向，无法增加渣-钢界面的有效接触面积及传质系数，无法促进渣-钢界面的有效涌动。

实践证明，常规顶底复吹转炉吹炼过程的脱磷率一般在80％-90％之间，采用双联或双渣吹炼工艺，脱磷率有望稳定提高到93％以上。为满足市场上所需的低磷钢种冶炼要求(如成品钢水磷含量小于0.01％)，或应对铁水磷含量超过0.15％的原料条件，必须在复吹转炉原有正常脱磷能力基础上，进一步稳定提高其冶炼过程的脱磷率，并有效抑制钢水过氧化现象。若进一步提高转炉冶炼过程的脱磷率，必须在优化转炉底吹供气搅拌方式上进行改变，获得渣-钢界面持续、均衡、稳定的接触与搅拌条件，以强化磷在熔池中或渣-钢界面的快速氧化，以及磷氧化物在渣-钢界面被渣中氧化钙捕捉，固化为相对稳定的磷酸钙。

在常规复吹转炉固定底吹强度的吹炼方式下，每个底吹元件在某一固定吹炼阶段的供气强度一般都是固定不变，在这种吹炼方式下，由于各个底吹元件吹出的搅拌气体很容易造成渣-钢界面被吹成裸露钢液，形成了搅拌区域近似单纯对钢水搅拌的现象，反而削弱了炉渣与钢水之间的传质效果，造成底吹气体搅拌动能的“短路”，并不能完全施加在对熔池和渣-钢界面的搅拌上。

发明内容

本发明的目的在于提供一种转炉底吹元件按强度分组、定时、轮转切换的供气方法，改善现有顶底复吹转炉的底吹供气方式，提供一种用于复吹转炉复吹工艺的底吹供气方式，该底吹供气方式强化了底吹搅拌能力，增加了渣-钢界面的有效接触面积及传质系数，稳定、高效、持续的维持渣-钢界面的适度搅拌，并能有效控制渣-钢界面(关键脱磷区域)合适的温度，提高渣-钢界面的化学反应速率，促进渣-钢界面磷酸钙的持续稳定生成。

本发明根据转炉吨位和炉底情况将底吹元件优化布置在1～3个不同半径的同心圆上，或者在炉底双排或多排布置；将分布在每个同心圆上的底吹元件按照顺时针或逆时针编号，将编号为奇数的归为奇数组，将编号为偶数的归为偶数组，或者对双排或多排布置的底吹元件每排从左到右编号，奇数为奇数组，偶数为偶数组；底吹供气方法按照奇、偶数组不同底吹强度分组、定时轮转切换供气强度，即奇数组底吹元件若为弱底吹供气时，偶数组底吹元件即为强底吹供气，反之亦行；底吹元件按底吹强度分组供气，且定时轮转切换供气强度，定时切换动作由自动化控制模型独立控制。该自动化控制模型是钢铁研究总院自主开发的基于专家变参数PID相结合的底吹流量动态控制技术，采用西门子S7-300系列PLC+WINCC组态软件+工业计算机方案，并通过MPI网进行数据通讯，详见《顶底复吹转炉底吹流量优化控制技术》及《基于PLC和IPC的长寿复吹转炉底吹自动控制系统设计与应用》两篇文章。该技术根据复吹转炉的特点，把整个冶炼过程分成装料、吹炼、测温取样、补吹、出钢、溅渣、倒渣、等待等11个阶段。在不同阶段从转炉底部定时轮转吹入相应的气种及流量。

强底吹组底吹元件与弱底吹组底吹元件各自变底吹强度的切换时间取20秒至180秒之间的各种时段。

顶底复吹转炉底吹供气元件布局采取单环布置、双环布置、甚至三环布置，或采取双排布置或三排布置。

在吹炼周期内可以互相交换底吹供气强度，即原弱底吹组转变成强底吹组，原强底吹组转变为弱底吹组，但两组底吹强度的改变需同时、自动进行。

所有底吹元件的底吹强度可在0.01-0.6Nm³/t·min间变化；强底吹组(0.01-0.6Nm³/t·min)与弱底吹组(0.01-0.1Nm³/t·min)的底吹强度可以在设定值之间变化，但两组底吹强度之间要有明显的强度差异；即奇数组底吹元件与偶数组底吹元件各自底吹强度之比值取1：1至1：20之间任意数；同组内底吹强度亦可变化，但变化区间要小，与另一组的底吹强度有显著差异。

针对大型转炉(公称吨位≥200吨)，底吹元件可布置在≥2个同心圆上，可将位于同一同心圆上的底吹元件设置为同一组，在同一组内的底吹元件的底吹强度相同，但是组与组之间的底吹强度按照强、弱交替切换；或者将底吹元件布置在2排或多排，进行底吹强度的定时、轮转强弱切换。

强、弱底吹组在吹炼周期内可以选定合适的切换时间互相交换底吹供气强度，即原弱底吹组转变成强底吹组，则原强底吹组即刻转变为弱底吹组，各自变底吹强度的切换时间可以取20秒至180秒之间的各种时段。

所有底吹元件的底吹强度可在0.01-0.6Nm³/t·min间变化。强底吹组(0.01-0.6Nm³/t·min)与弱底吹组(0.01-0.1Nm³/t·min)的底吹强度可以在设定值之间变化，但两组底吹强度之间要有明显的强度差异。同组内底吹强度亦可变化，但变化区间要小，与另一组的底吹强度有显著差异。

可以采用多种组合方式，都属于本发明的保护范围。

本发明在不改变现有底吹布局结构的基础上，对底吹元件进行分组，将布置在每个同心圆上的底吹元件按照顺时针或逆时针编号，奇数为奇数组，偶数为偶数组；或者对双排或多排布置的底吹元件每排从左到右编号，奇数为奇数组，偶数为偶数组，且奇数组底吹元件供气强度与偶数组底吹元件供气强度不同并有明显差异，达到底吹强度强弱交替定时轮转切换的供气方式。

针对底吹元件在≥2个同心圆上的情况，不改变现有底吹布局结构的基础上，将位于同一同心圆上的底吹元件归为一组，在同一组内的底吹元件的底吹强度相同，但是组与组之间的底吹强度按照强、弱交替布置。

本发明改变了现有顶底复吹转炉的底吹供气方式，采用底吹强度强弱交替、定时轮转切换的底吹供气方法，该种底吹供气强度分布方法能够形成熔池的开合式波浪形搅拌，促进渣池搅拌，增加渣-钢界面的有效接触面积及传质系数，提高有害元素从熔池内部向渣-钢界面的迁移速度及渣-钢界面的化学反应速率，可以有效缩短供氧时间，降低辅料及钢铁料消耗等。多项指标表明，该供气方式具有更好的经济技术指标。

与其他方法相比本发明具有如下优点：

(1)优化顶底复吹转炉底吹供气元件布局结构，适用于单环布置、多环布置、或多排布置方式，实现底吹供气方式的多元化。

(2)采用强弱交替、定时、轮转切换的底吹供气方式，可以形成开合式波浪形熔池搅拌，强化熔池点火区和炉壁之间熔融金属及覆盖渣的搅拌，促进未熔渣料向点火区移动，增加渣-钢界面间的有效接触面积及传质系数。

(3)本方法可以实时改变两组底吹元件的供气强度，实现强弱转变，以此控制熔池流场的分布，改善死区流场，强化炉渣搅拌，促进熔池内部元素向渣-钢界面迁移及渣-钢界面的化学反应。

附图说明

图1为六支路底吹元件的单环布置结构。

图2为十支路底吹元件的双环布置结构。

图3为八支路底吹元件的双排布置结构。

具体实施方式

为了更清楚的说明本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细描述。

实施例1

如图1所示的一种传统复吹转炉的底吹元件布置结构，在炉底布置有6支底吹元件，六支底吹元件对称分布于出钢侧两侧，且分布于一个同心圆。将六支底吹元件分为两组，其中1、3、5奇数组为一组，剩余偶数组为一组。

吹炼开始后，可根据实际冶炼情况，设置奇数组为强底吹组，偶数组设置为弱底吹组，随着冶炼的进行，为了控制熔池流场的分布及渣-钢界面的搅拌，可调整底吹强度，偶数组变为强底吹组，奇数组变为弱底吹组。在整个冶炼过程中，可根据化渣情况，脱硅脱磷期和脱碳期等不同时期，实时调整底吹强度的的分布。其中，底吹强度在0.01-0.6Nm³/t·min间变化，但强弱底吹强度按照权利要求来安排。

实验表明，与改进前的底吹方式相比，该种底吹方法能够形成开合式波浪形底吹搅拌，加速熔池内部元素向渣-钢界面的迁移，增加渣-钢界面之间的有效接触面积，提高渣-钢间的传质系数，促进吹炼死区间的熔体及覆盖其上的炉渣向反应区转移，提高化渣效率及有害元素脱除速率。

实施例2

如图2所示的一种传统复吹转炉的底吹元件布置结构，在炉底布置有10支底吹元件，10支底吹元件对称分布于出钢侧两侧，但分布于两个直径不同的同心圆。将10支底吹元件分为两组，其中分布在外圆上的为A组，分布于内圆上的为B组，A组有6支底吹元件，B组有4支底吹元件。同时将A组的奇数底吹元件A1、A3、A5设置为强底吹组，偶数底吹元件设置为弱底吹组，同理，将B组的4支底吹元件也如此设置。而且，也可以将A组统一设置为强底吹组，B组统一设置为弱底吹组。

吹炼开始后，可根据实际冶炼情况，设置A组为强底吹组，B组为弱底吹组，随着冶炼的进行，为了控制熔池流场的分布及渣-钢界面的搅拌，可调整底吹强度，B组变为强底吹组，A组变为弱底吹组。在整个冶炼过程中，可根据化渣情况，脱硅脱磷期和脱碳期等不同时期，实时调整底吹强度的分布。包括把A组的奇数组底吹元件设置为强底吹，偶数组底吹元件设置为弱底吹；B组的奇数组底吹元件设置为强底吹，偶数组底吹元件设置为弱底吹。也可以把A组的奇数组底吹元件设置为弱底吹，偶数组底吹元件设置为强底吹，以此来配合B组底吹元件。具体采用哪种配合方式，需要根据冶炼所处的时期，顶枪的位置及氧流量等来确定，以便更好的控制熔池的流场及渣-钢界面的搅拌，达到提高渣-钢间的传质系数，化渣快，渣-钢界面间化学反应迅速，搅拌无死区等目的。其中，底吹强度在0.01-0.6Nm³/t·min间变化，但强弱底吹强度按照权利要求来安排。

实验表明，与改进前的底吹方式相比，该种底吹方法能够形成开合式波浪形底吹搅拌，加速熔池内部元素向渣-钢界面的迁移，增加渣-钢之间的有效接触面积，提高渣-钢间的传质系数，促进吹炼死区间的熔体及覆盖其上的炉渣向反应区转移，提高化渣效率及有害元素脱除速率。

实施例3

如图3所示的一种传统复吹转炉的底吹元件非常规布置结构，在炉底布置有2排8支底吹元件，2排8支底吹元件对称分布于出钢侧两侧。将8支底吹元件分为两组，其中分布在上侧的为A组，分布于下侧的为B组，A组有4支底吹元件，B组有4支底吹元件。同时将A组的奇数底吹元件A1、A3设置为强底吹组，偶数底吹元件设置为弱底吹组，同理，将B组的4支底吹元件也如此设置。而且，也可以将A组统一设置为强底吹组，B组统一设置为弱底吹组。

吹炼开始后，可根据实际冶炼情况，设置A组为强底吹组，B组为弱底吹组，随着冶炼的进行，为了控制熔池流场的分布及渣-钢界面的搅拌，可调整底吹强度，B组变为强底吹组，A组变为弱底吹组。在整个冶炼过程中，可根据化渣情况，脱硅脱磷期和脱碳期等不同时期，实时调整底吹强度的分布。包括把A组的奇数组底吹元件设置为强底吹，偶数组底吹元件设置为弱底吹；B组的奇数组底吹元件设置为强底吹，偶数组底吹元件设置为弱底吹。也可以把A组的奇数组底吹元件设置为弱底吹，偶数组底吹元件设置为强底吹，以此来配合B组枪。具体采用哪种配合方式，需要根据冶炼所处的时期，顶枪的位置及氧流量等来确定，以便更好的控制熔池的流场及渣-钢界面的搅拌，达到提高渣-钢界面间的传质系数，化渣快，渣-钢界面间化学反应迅速，搅拌无死区等目的。其中，底吹强度在0.01-0.6Nm³/t·min间变化，但强弱底吹强度按照权利要求来安排。

实验表明，与改进前的底吹方式相比，该种底吹方法能够形成开合式波浪形底吹搅拌，加速熔池内部元素向渣-钢界面的迁移，增加渣-钢之间的有效接触面积，提高渣-钢界面间的传质系数，促进吹炼死区间的熔体及覆盖其上的炉渣向反应区转移，提高化渣效率及有害元素脱除速率。

尽管上述实施例对本发明做出了比较详尽的说明，但也只是其中有代表性的三种底吹布局结构，因此，它们只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，其他研究者可根据本实施例，做出不同的调整，获取其它实施例，这些实施例都属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种转炉底吹元件按强度分组、定时、轮转切换的供气方法，其特征在于：根据转炉吨位和炉底情况将底吹元件优化布置在1～3个不同半径的同心圆上，或者在炉底双排或多排布置；将分布在每个同心圆上的底吹元件按照顺时针或逆时针编号，将编号为奇数的归为奇数组，将编号为偶数的归为偶数组，或者对双排或多排布置的底吹元件每排从左到右编号，奇数为奇数组，偶数为偶数组；底吹供气方法按照奇、偶数组不同底吹强度分组、定时轮转切换供气强度，即奇数组底吹元件若为弱底吹供气时，偶数组底吹元件即为强底吹供气，反之亦行；底吹元件按底吹强度分组供气，且定时轮转切换供气强度，定时切换动作由自动化控制模型独立控制。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：顶底复吹转炉底吹供气元件布局采取单环布置、双环布置、甚至三环布置，或采取双排布置或三排布置。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：强、弱底吹元件分组，在吹炼周期内互相交换底吹供气强度，即原弱底吹组转变成强底吹组，原强底吹组转变为弱底吹组，但两组底吹强度的改变需同时、自动进行。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所有底吹元件的底吹强度可在0.01-0.6Nm³/t·min间变化；强底吹组(0.01-0.6Nm³/t·min)与弱底吹组(0.01-0.1Nm³/t·min)的底吹强度在设定值之间变化，但两组底吹强度之间要有明显的强度差异；即奇数组底吹元件与偶数组底吹元件各自底吹强度之比值取1：1至1：20之间任意数；同组内底吹强度亦能变化，但变化区间要小，与另一组的底吹强度有显著差异。

5.如权利要求1或4所述的方法，其特征在于：针对公称吨位≥200吨的大型转炉，底吹元件布置在≥2个同心圆上，可将位于同一同心圆上的底吹元件设置为同一组，在同一组内的底吹元件的底吹强度相同，但是组与组之间的底吹强度按照强、弱交替切换；或者将底吹元件布置在2排或多排，进行底吹强度的定时、轮转强弱切换。

6.如权利要求4或5所述的方法，其特征在于：强、弱底吹组在吹炼周期内可以选定合适的切换时间互相交换底吹供气强度，即原弱底吹组转变成强底吹组，则原强底吹组即刻转变为弱底吹组，各自变底吹强度的切换时间可以取20秒至180秒之间的各种时段。

7.如权利要求5所述的方法，其特征在于：所有底吹元件的底吹强度可在0.01-0.6Nm³/t·min间变化。强底吹组(0.01-0.6Nm³/t·min)与弱底吹组(0.01-0.1Nm³/t·min)的底吹强度可以在设定值之间变化，但两组底吹强度之间要有明显的强度差异；同组内底吹强度变化区间要小，与另一组的底吹强度有显著差异。