CN109234490B - 一种提钒-脱碳双联转炉高效长寿喷吹方法及系统 - Google Patents

一种提钒-脱碳双联转炉高效长寿喷吹方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种提钒‑脱碳双联转炉高效长寿喷吹方法及系统，属于含钒铁水炼钢技术领域。包括：将提钒转炉煤气和脱碳转炉煤气导入氧气燃烧器；通过提钒转炉煤气得到第一纯度CO2‑N2混合气；通过脱碳转炉煤气得到第二纯度CO2‑N2混合气；通过脱碳转炉煤气得到O2‑CO2‑N2混合气；通过第二纯度CO2‑N2混合气得到第一纯度CO2气体；第一纯度CO2‑N2混合气用于提钒转炉底吹，第二纯度CO2‑N2混合气用作提钒转炉喷吹铁矿粉载气，O2‑CO2‑N2混合气和第一纯度CO2气体用于脱碳转炉底吹和脱碳转炉底喷石灰粉载气。本发明提高提钒转炉的钒氧化率，改善脱碳转炉的脱磷效果，提高提钒转炉和脱碳转炉的使用寿命。

Description

一种提钒-脱碳双联转炉高效长寿喷吹方法及系统
技术领域
本发明属于含钒铁水炼钢技术领域，特别涉及一种提钒-脱碳双联转炉高效长寿喷吹方法及系统。
背景技术
为了回收含钒铁水中的钒，国内外通常采用提钒-脱碳的转炉双联工艺，首先将含钒铁水兑入专用的提钒转炉，通过吹氧将含钒铁水中的钒氧化，制取钒渣，提钒转炉得到的钒渣被用于生产钒化合物；而经过提钒处理的半钢钢水被兑入脱碳转炉，进行脱磷、脱碳和升温处理，得到合格钢水，用于正常的炼钢生产。提钒-脱碳的转炉双联炼钢工艺既能回收含钒铁水中的钒，也能合理利用经过提钒的半钢钢水，目前已成为国内外应用最广泛的含钒铁水处理工艺。
铁水提钒是一个选择性氧化的反应过程，提钒转炉要实现理想的钒氧化转化率、得到尽量高的半钢余碳，关键在于控制提钒转炉内的熔池温度和增强提钒转炉的熔池搅拌，为提钒保碳创造良好的热力学和动力学条件。为了控制熔池温度，研究人员提出了以氮气为载气向炉内喷吹铁矿粉的冶炼方法，但是，氮气为惰性气体，喷入炉内后不发生任何化学反应，不具备化学吸热的效果，既不能有效地控制熔池温度，也不能在喷粉枪端部形成稳定的蘑菇头来保护喷粉枪；而且，铁矿粉的主要成分为氧化铁，如果铁矿粉喷吹制度不合理，将导致终渣氧化铁含量高，降低了钒渣品位，也造成了资源浪费。目前，为了增强提钒转炉的熔池搅拌，提钒转炉通常在炉底安装有多块底吹透气砖，底吹气体为氮气，为了减缓单块底吹透气砖的侵蚀速率，每块底吹透气砖的供气流量都较小，导致底吹透气砖数量较多。
在提钒过程中，铁水中的硅和锰优先氧化，氧化后的硅和锰进入钒渣，经过提钒的半钢钢水中几乎不含硅，锰含量也很低，在随后的脱碳转炉冶炼过程中，由于缺少硅和锰，导致炉渣碱度高，化渣困难，脱磷难度大，甚至需要向炉内补加硅铁才能保证终点磷成分合格，而且炉渣碱度高易返干，导致氧枪易结瘤，造成氧枪寿命缩短，还有可能导致氧枪漏水从而引发爆炸事故，该问题至今难以得到有效的解决。解决该问题的最佳方法是脱碳转炉底吹石灰粉，将石灰粉由转炉底部直接喷入金属熔池，可以显著增大渣-金反应面积，极大地改善脱磷效果，增强熔池搅拌，氧枪枪位得到提高，寿命也得以延长。但是底吹石灰粉的载气通常为纯氧气，以纯氧气为载气导致炉底温度较高，炉底耐火材料的烧损加快，炉底寿命缩短。
大量研究表明，CO2作为底吹气体产生的搅拌能高于N2和Ar，而且CO2喷入熔池后发生吸热反应，有利于平抑熔池温度，保护底吹透气砖和喷粉枪，以O2-CO2代替纯氧气作为底吹石灰粉的载气可以降低炉底温度，减轻炉底耐火材料的烧损，延长炉底寿命。
但是绝大多数的钢铁企业并不具备CO2制备能力，无法获得CO2气源；而且常规的二氧化碳回收设备投资大、运行成本高，使得二氧化碳的获取成本较高，降低了二氧化碳应用的经济效益。
提钒转炉和脱碳转炉的煤气都主要由CO、CO2和N2组成，提钒转炉煤气中CO含量低，热值低，通常被直接放散，既造成能源浪费，也增加了碳排放；脱碳转炉煤气中CO含量较高，通常作为燃料燃烧后排放。
发明内容
为了解决以上问题，本发明结合CO2应用在炼钢中的原理和效果，提出一种提钒-脱碳双联转炉高效长寿喷吹方法及系统，利用提钒转炉和脱碳转炉产生的转炉煤气，经过不同燃烧工艺后获得多种纯度范围的CO2气体，分别用于提钒转炉喷吹和脱碳转炉喷吹，提高提钒转炉的钒氧化率，改善脱碳转炉的脱磷效果，同时提高提钒转炉和脱碳转炉的使用寿命，从解决了提钒-脱碳转炉双联工艺中存在的提钒转炉搅拌差、钒氧化率低和脱碳转炉脱磷效果差、氧枪寿命短的问题。
根据本发明的第一方面，提供一种提钒-脱碳双联转炉高效长寿喷吹方法，在提钒转炉和脱碳转炉冶炼过程中采取分阶段控制策略，分阶段调节不同气体介质的配比和流量，包括以下步骤：
将提钒转炉煤气和脱碳转炉煤气分别导入氧气燃烧器；
将提钒转炉煤气在氧气气氛中完全燃烧得到第一纯度CO2-N2混合气；
将脱碳转炉煤气在氧气气氛中完全燃烧得到第二纯度CO2-N2混合气；
将脱碳转炉煤气在氧气气氛中过氧燃烧得到O2-CO2-N2混合气；
将第一部分所述第二纯度CO2-N2混合气导入提纯装置得到第一纯度CO2气体；
将所述第一纯度CO2-N2混合气用于提钒转炉底吹，将第二部分所述第二纯度CO2-N2混合气用作提钒转炉喷吹铁矿粉的载气，将第三部分所述第二纯度CO2-N2混合气、O2-CO2-N2混合气和第一纯度CO2气体用于脱碳转炉底吹和脱碳转炉底喷石灰粉的载气。
进一步地，不同纯度的气体介质分别用于提钒转炉和脱碳转炉的不同冶炼阶段，具体如下：
由于提钒转炉出钢对钢水氮含量要求不高，在提钒转炉的冶炼过程中，全程底吹所述的第一纯度CO2-N2混合气，底吹强度为0.03～0.3Nm3/t/min；
在提钒转炉的冶炼前期和冶炼中期，以第二部分所述第二纯度CO2-N2混合气为载气向炉内喷吹铁矿粉，平抑熔池温度，供气强度为0.1～0.5Nm3/t/min，铁矿粉供粉强度为0～2kg/t/min；
在提钒转炉的冶炼后期，停止喷吹铁矿粉，避免钒渣中氧化铁含量过高，继续喷吹第二部分第二纯度CO2-N2混合气，供气强度为0.1～0.5Nm3/t/min，增强熔池搅拌，依靠CO2的吸热作用抑制熔池温度过快升高，提高钒的氧化率，降低钒渣中氧化铁含量；
由于脱碳转炉出钢对钢水氮含量要求较高，在脱碳转炉的冶炼前期和冶炼中期，在不喷吹石灰粉时，底吹第三部分所述第二纯度CO2-N2混合气，在喷吹石灰粉时，以所述O2-CO2-N2混合气为载气喷吹石灰粉，利用O2的放热作用抑制蘑菇头的过度生长，避免底吹喷枪堵塞，底吹供气强度为0.5～1.5Nm3/t/min，底吹喷粉强度为0～5kg/t/min，顶吹供氧强度为2.0～4.0Nm3/t/min，顶吹枪位为2.5～5.0m；
在脱碳转炉的冶炼后期，为了避免钢水氮含量超标，将所述第一纯度CO2气体和工业纯O2混合作为底吹气体，底吹供气强度为0.5～1.5Nm3/t/min，顶吹供氧强度为2.0～4.0Nm3/t/min，顶吹枪位为2.0～4.0m，在吹炼结束前1～2min，停止顶吹供氧，底吹第一纯度CO2气体和工业纯O2完成终点控制。
进一步地，
所述第一纯度CO2-N2混合气中，CO2的体积含量为30～50％，N2含量为50～70％，O2和CO的总含量不高于2％；
所述第二纯度CO2-N2混合气中，CO2的体积含量为50～80％，N2含量为20～50％，O2和CO的总含量不高于2％；
通过调节氧气燃烧气氛中氧气的过剩程度来控制所述O2-CO2-N2混合气的气体组成，其中O2的体积分数为20～60％，CO2含量为20～65％，N2含量为10～40％，CO含量低于0.1％；
所述第一纯度CO2气体中，CO2的体积含量高于99％，O2和CO的总含量不高于1％。
进一步地，由于相同底吹流量条件下，CO2的搅拌效果优于N2，采用所述的第一纯度CO2-N2混合气作为提钒转炉底吹气体后，在保持熔池搅拌效果不变的情况下，提钒转炉所需的底吹透气砖数量减少，在提钒转炉的炉底布置2～3组底吹座砖，每次使用一组底吹座砖，钻孔安装底吹透气砖，提供底吹搅拌，待该组底吹透气砖侵蚀至安全下限后，通过底吹快换的方式将该组底吹砖堵塞，使用另一组底吹座砖，钻孔安装底吹透气砖，提供底吹搅拌，多组底吹座砖交替使用。在保持提钒转炉搅拌效果的前提下，延长提钒转炉炉底的整体寿命。
根据本发明的另一方面，提供一种提钒-脱碳双联转炉高效长寿喷吹系统，包括氧气燃烧器(1)、CO2提纯装置(2)、提钒转炉(3)、脱碳转炉(4)、铁矿粉喷吹罐(5)和石灰粉喷吹罐(6)，
氧气燃烧器(1)包括第一燃烧室、第二燃烧室以及第三燃烧室，
提钒转炉煤气源通过第一管道与所述第一燃烧室连接，
脱碳转炉煤气源通过第二管道与所述第二燃烧室和所述第三燃烧室连通，
第一工业氧气源通过第三管道与所述第一燃烧室、第二燃烧室以及第三燃烧室连通，
所述第一燃烧室通过第一纯度CO2-N2混合气管道与提钒转炉(3)连通，
所述第二燃烧室通过O2-CO2-N2混合气管道与脱碳转炉(4)连通，在所述第二燃烧室与脱碳转炉(4)之间的O2-CO2-N2混合气管道上连通有第二工业氧气源和石灰粉喷吹罐(6)，
所述第三燃烧室通过第二纯度CO2-N2混合气管道与提钒转炉(3)连通，在所述第三燃烧室与提钒转炉(3)之间的第二纯度CO2-N2混合气管道上连通有铁矿粉喷吹罐(5)，
所述第三燃烧室还通过第二纯度CO2-N2混合气管道与脱碳转炉(4)连通，在所述第三燃烧室与脱碳转炉(4)之间的第二纯度CO2-N2混合气管道上连通有第二工业氧气源和石灰粉喷吹罐(6)，
所述第三燃烧室还通过第二纯度CO2-N2混合气管道与CO2提纯装置(2)连通，所述CO2提纯装置(2)通过第一纯度CO2气体管道与脱碳转炉(4)连通，在所述CO2提纯装置(2)与脱碳转炉(4)之间的第一纯度CO2气体管道上连通有第二工业氧气源和石灰粉喷吹罐(6)。
进一步的，所述第一纯度CO2-N2混合气管道与提钒转炉(3)的底吹装置连通。
进一步的，所述第二纯度CO2-N2混合气管道与所述铁矿粉喷吹罐(5)的进气入口连通，所述铁矿粉喷吹罐(5)的铁矿粉粉气流出口通过管道与提钒转炉(3)的铁矿粉喷吹装置连接。
进一步的，所述O2-CO2-N2混合气管道、第二纯度CO2-N2混合气管道、第一纯度CO2气体管道和第二工业氧气源与所述石灰粉喷吹罐(6)的进气入口连通，所述石灰粉喷吹罐(6)的石灰粉粉气流出口通过管道与脱碳转炉(4)的石灰粉喷吹装置连接。
进一步的，流量阀门组设置在所述第一管道、第二管道和第三管道上。
进一步地，在提钒转炉的炉底布置2～3组底吹座砖。
本发明的有益效果包括：
(1)高效率、低成本地利用提钒转炉煤气和脱碳转炉煤气制备不同浓度范围的CO2气体，既降低了CO2的获取成本，也能为不同冶金需求提供多元化的喷吹介质；
(2)针对提钒转炉和脱碳转炉的冶炼特点和冶炼需求，选用不同浓度的CO2气体，既改善了冶金效果，也降低了成本；
(3)利用CO2的强搅拌和控温效果，提高提钒转炉的钒氧化率，改善脱碳转炉的脱磷效果，同时提高提钒转炉和脱碳转炉的使用寿命。
附图说明
图1示出根据本发明的一种提钒-脱碳双联转炉高效长寿喷吹方法的流程图；
图2示出根据本发明的一种提钒-脱碳双联转炉高效长寿喷吹系统的示意图；
图3示出氧气燃烧器的结构示意图。
图2中：1—氧气燃烧器，2—CO2提纯装置，3—提钒转炉，4—脱碳转炉，5—铁矿粉喷吹罐，6—石灰粉喷吹罐。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合具体实施例和附图对本发明做进一步的描述。
本发明针对提钒-脱碳双联转炉炼钢工艺存在的问题，利用提钒转炉和脱碳转炉产生的提钒转炉煤气和脱碳转炉煤气，经过不同燃烧工艺后获得多种纯度范围的CO2气体，结合提钒转炉和脱碳转炉的喷吹工艺特点及需求，将不同纯度的CO2气体分别用于提钒转炉底吹搅拌、提钒转炉喷吹铁矿粉和脱碳转炉底吹石灰粉，并在提钒转炉和脱碳转炉冶炼过程中采取分阶段控制策略，分阶段调节不同纯度CO2气体的配比和流量。本发明适用于30～350吨的提钒-脱碳双联转炉，高效低成本地循环利用提钒转炉和脱碳转炉煤气，并分别应用于提钒转炉和脱碳转炉的不同喷吹工序，本发明能够提高提钒转炉的钒氧化率，改善脱碳转炉的脱磷效果，同时提高提钒转炉和脱碳转炉的使用寿命。
如图1所示，根据本发明的一种提钒-脱碳双联转炉高效长寿喷吹方法，包括：
步骤101，将提钒转炉煤气和脱碳转炉煤气分别导入氧气燃烧器。
步骤102，将提钒转炉煤气在氧气气氛中完全燃烧得到第一纯度CO2-N2混合气；将脱碳转炉煤气在氧气气氛中完全燃烧得到第二纯度CO2-N2混合气；将脱碳转炉煤气在氧气气氛中过氧燃烧得到O2-CO2-N2混合气；将第一部分所述第二纯度CO2-N2混合气导入提纯装置得到第一纯度CO2气体。
第一纯度CO2-N2混合气中，CO2的体积含量为30～50％，N2含量为50～70％，O2和CO的总含量不高于2％；第二纯度CO2-N2混合气中，CO2的体积含量为50～80％，N2含量为20～50％，O2和CO的总含量不高于2％；通过调节氧气的过剩程度来控制所述O2-CO2-N2混合气的气体组成，其中O2的体积分数为20～60％，CO2含量为20～65％，N2含量为10～40％，CO含量低于0.1％；第一纯度CO2气体中，CO2的体积含量高于99％，O2和CO的总含量不高于1％。
步骤103，将所述第一纯度CO2-N2混合气用于提钒转炉底吹，将第二部分所述第二纯度CO2-N2混合气用作提钒转炉喷吹铁矿粉的载气，将第三部分所述第二纯度CO2-N2混合气、O2-CO2-N2混合气和第一纯度CO2气体用于脱碳转炉底吹和脱碳转炉底喷石灰粉的载气。
如图2和图3所示，根据本发明的一种提钒-脱碳双联转炉高效长寿喷吹系统，包括氧气燃烧器(1)、CO2提纯装置(2)、提钒转炉(3)、脱碳转炉(4)、铁矿粉喷吹罐(5)和石灰粉喷吹罐(6)，提钒转炉煤气、脱碳转炉煤气和工业氧气通过管道与氧气燃烧器(1)相连，氧气燃烧器(1)产生第一纯度CO2-N2混合气、第二纯度CO2-N2混合气、O2-CO2-N2混合气，其中，一部分第二纯度CO2-N2混合气通过管道进入CO2提纯装置，生产第一纯度CO2气体；第一纯度CO2-N2混合气通过管道与提钒转炉(3)的底吹装置连接，一部分第二纯度CO2-N2混合气通过管道与铁矿粉喷吹罐(5)连接，铁矿粉粉气流通过管道与提钒转炉(3)的铁矿粉喷吹装置连接；一部分第二纯度CO2-N2混合气、O2-CO2-N2混合气、第一纯度CO2和工业氧气通过管道与石灰粉喷吹罐(6)连接，石灰粉粉气流通过管道与脱碳转炉(4)的石灰粉喷吹装置连接；所述系统中气体介质和固体粉剂的流量均可通过设置在管道上的阀门组进行调节和计量。
实施例1
在本实施例中，所述方法及系统应用在100吨提钒-脱碳双联转炉流程。
该提钒转炉产生的转炉煤气中含20％的CO和15％的CO2，其余为N2，由于该煤气热值低，在采用本发明之前，提钒转炉煤气被直接放散；该脱碳转炉的煤气中含60％的CO和20％的CO2，其余为N2，被储存于煤气柜中。在采用本发明前，该提钒转炉的炉底布置有8块底吹透气砖，供气强度为0.04Nm3/t/min，炉侧布置有2支喷吹铁矿粉的喷枪，供气强度为0.2Nm3/t/min，喷粉强度为1.0kg/t/min，底吹和侧吹的载气均为N2；该脱碳转炉的炉底布置有4支喷吹石灰粉的底吹喷枪，以纯O2作为喷粉载气，底吹供气强度为0.8Nm3/t/min，最大喷粉强度为3.0kg/t/min。
在应用本发明后，将提钒转炉煤气和脱碳转炉煤气分别导入氧气燃烧器，提钒转炉煤气在氧气气氛中完全燃烧(当量比为1.0)得到第一纯度CO2-N2混合气，第一纯度CO2-N2混合气中含CO2约35％，其余主要为N2，CO和O2的总含量不超过2％；脱碳转炉煤气在氧气气氛中完全燃烧(当量比为1.0)得到第二纯度CO2-N2混合气，第二纯度CO2-N2混合气中含CO2约80％，其余主要为N2，CO和O2的总含量不超过2％，第一部分第二纯度CO2-N2混合气被用于制备第一纯度CO2气体；脱碳转炉煤气在氧气气氛中过氧燃烧(当量比小于1.0)得到O2-CO2-N2混合气，通过调节氧气的过剩程度，使得O2-CO2-N2混合气中含O2约50％，CO2约40％，其余主要为N2，CO含量低于1％。
第一纯度CO2-N2混合气被用于提钒转炉底吹，第二部分第二浓度CO2-N2混合气被用作提钒转炉喷吹铁矿粉的载气，第三部分第二纯度CO2-N2混合气、O2-CO2-N2混合气和第一纯度CO2气体被用于脱碳转炉底吹和脱碳转炉底喷石灰粉的载气，具体的分阶段控制冶炼过程如下：
在提钒转炉的冶炼过程中，全程底吹所述的第一纯度CO2-N2混合气，底吹强度为0.03Nm3/t/min；
在提钒转炉的冶炼前期和冶炼中期，以第二部分第二纯度CO2-N2混合气为载气向炉内喷吹铁矿粉，平抑熔池温度，供气强度为0.2Nm3/t/min，铁矿粉供粉强度为1.0kg/t/min；
在提钒转炉的冶炼后期，停止喷吹铁矿粉，避免钒渣中氧化铁含量过高，继续喷吹第二部分第二纯度CO2-N2混合气，供气强度为0.2Nm3/t/min，增强熔池搅拌，依靠CO2的吸热作用抑制熔池温度过快升高，提高钒的氧化率，降低钒渣中氧化铁；
在脱碳转炉的冶炼前期和冶炼中期，在不喷吹石灰粉时，底吹第三部分第二纯度CO2-N2混合气，在喷吹石灰粉时，以所述的O2-CO2-N2混合气为载气喷吹石灰粉，利用O2的放热作用抑制蘑菇头的过度生长，避免底吹喷枪堵塞，底吹供气强度为0.8Nm3/t/min，底吹喷粉强度为3.0kg/t/min，顶吹氧枪的供氧强度为2.5Nm3/t/min，顶吹枪位为3.5m；
在脱碳转炉的冶炼后期，为了避免钢水氮含量超标，将第一纯度CO2气体和工业纯O2混合作为底吹气体，底吹供气强度为0.8Nm3/t/min，顶吹供氧强度为2.5Nm3/t/min，顶吹枪位为3.0m，在吹炼结束前1.5min，停止顶吹供氧，底吹第一纯度CO2和工业纯O2的混合气完成终点控制。
由于相同底吹流量条件下，CO2的搅拌效果优于N2，采用第一纯度CO2-N2混合气作为提钒转炉底吹气体后，在保持熔池搅拌效果不变的情况下，提钒转炉所需的底吹透气砖数量由8块减少至6块，底吹强度由0.04Nm3/t/min降低至0.03Nm3/t/min，在提钒转炉的炉底共计安装12块底吹座砖，分为2组，每次使用一组底吹座砖，钻孔安装底吹透气砖，提供底吹搅拌，待该组底吹透气砖侵蚀至安全下限后，通过底吹快换的方式将该组底吹砖堵塞，使用另一组底吹座砖，钻孔安装底吹透气砖，提供底吹搅拌，2组底吹座砖交替使用，在保持提钒转炉搅拌效果的前提下，延长提钒转炉炉底的整体寿命。
采用本发明后，提钒转炉煤气和脱碳转炉煤气得以高效、低成本地循环利用，为提钒转炉和脱碳转炉冶炼提供了多样化的CO2气源，分别满足提钒转炉和脱碳转炉的不同工艺要求，提钒转炉的钒氧化率由89.4％提高至92.0％，钒渣中T.Fe由32.1％降低至29.2％，脱碳转炉的平均终点磷含量由0.018％降低至0.012％，提钒转炉和脱碳转炉的炉底使用寿命均提高30％以上。
实施例2
在本实施例中，所述方法及系统应用在150吨提钒-脱碳双联转炉流程。
该提钒转炉产生的转炉煤气中含30％的CO和20％的CO2，其余为N2，由于该煤气热值低，在采用本发明之前，提钒转炉煤气被直接放散；该脱碳转炉的煤气中含55％的CO和25％的CO2，其余为N2，被储存于煤气柜中。在采用本发明前，该提钒转炉的炉底布置有9块底吹透气砖，供气强度为0.09Nm3/t/min，炉侧布置有4支喷吹铁矿粉的喷枪，供气强度为0.33Nm3/t/min，喷粉强度为2.0kg/t/min，底吹和侧吹的载气均为N2；该脱碳转炉的炉底布置有6支喷吹石灰粉的底吹喷枪，以纯O2作为喷粉载气，底吹供气强度为1.0Nm3/t/min，最大喷粉强度为5.0kg/t/min。
在应用本发明后，将提钒转炉煤气和脱碳转炉煤气分别导入氧气燃烧器，提钒转炉煤气在氧气气氛中完全燃烧(当量比为1.0)得到第一纯度CO2-N2混合气，第一纯度CO2-N2混合气中含CO2约50％，其余主要为N2，CO和O2的总含量不超过2％；脱碳转炉煤气在氧气气氛中完全燃烧(当量比为1.0)得到第二纯度CO2-N2混合气，第二纯度CO2-N2混合气中含CO2约80％，其余主要为N2，CO和O2的总含量不超过2％，第一部分第二纯度CO2-N2混合气被用于制备第一纯度CO2气体；脱碳转炉煤气在氧气气氛中过氧燃烧(当量比小于1.0)得到O2-CO2-N2混合气，通过调节氧气的过剩程度，使得O2-CO2-N2混合气中含O2约40％，CO2约48％，其余主要为N2，CO含量低于1％。
第一纯度CO2-N2混合气被用于提钒转炉底吹，第二部分第二浓度CO2-N2混合气被用作提钒转炉喷吹铁矿粉的载气，第三部分第二纯度CO2-N2混合气、O2-CO2-N2混合气和第一纯度CO2气体被用于脱碳转炉底吹和脱碳转炉底喷石灰粉的载气，具体的分阶段控制冶炼过程如下：
在提钒转炉的冶炼过程中，全程底吹所述的第一纯度CO2-N2混合气，底吹强度为0.06Nm3/t/min；
在提钒转炉的冶炼前期和冶炼中期，以第二部分第二纯度CO2-N2混合气为载气向炉内喷吹铁矿粉，平抑熔池温度，供气强度为0.33Nm3/t/min，铁矿粉供粉强度为2.0kg/t/min；
在提钒转炉的冶炼后期，停止喷吹铁矿粉，避免钒渣中氧化铁含量过高，继续喷吹第二部分第二纯度CO2-N2混合气，供气强度为0.33Nm3/t/min，增强熔池搅拌，依靠CO2的吸热作用抑制熔池温度过快升高，提高钒的氧化率，降低钒渣中氧化铁；
在脱碳转炉的冶炼前期和冶炼中期，在不喷吹石灰粉时，底吹第三部分第二纯度CO2-N2混合气，在喷吹石灰粉时，以所述的O2-CO2-N2混合气为载气喷吹石灰粉，利用O2的放热作用抑制蘑菇头的过度生长，避免底吹喷枪堵塞，底吹供气强度为1.0Nm3/t/min，底吹喷粉强度为5.0kg/t/min，顶吹氧枪的供氧强度为3.0Nm3/t/min，顶吹枪位为4.0m；
在脱碳转炉的冶炼后期，为了避免钢水氮含量超标，将第一纯度CO2气体和工业纯O2混合作为底吹气体，底吹供气强度为1.0Nm3/t/min，顶吹供氧强度为3.0Nm3/t/min，顶吹枪位为3.5m，在吹炼结束前1.0min，停止顶吹供氧，底吹第一纯度CO2和工业纯O2的混合气完成终点控制。
由于相同底吹流量条件下，CO2的搅拌效果优于N2，采用第一纯度CO2-N2混合气作为提钒转炉底吹气体后，在保持熔池搅拌效果不变的情况下，提钒转炉所需的底吹透气砖数量由9块减少至6块，底吹强度由0.09Nm3/t/min降低至0.06Nm3/t/min，在提钒转炉的炉底共计安装12块底吹座砖，分为2组，每次使用一组底吹座砖，钻孔安装底吹透气砖，提供底吹搅拌，待该组底吹透气砖侵蚀至安全下限后，通过底吹快换的方式将该组底吹砖堵塞，使用另一组底吹座砖，钻孔安装底吹透气砖，提供底吹搅拌，2组底吹座砖交替使用，在保持提钒转炉搅拌效果的前提下，延长提钒转炉炉底的整体寿命。
采用本发明后，提钒转炉煤气和脱碳转炉煤气得以高效、低成本地循环利用，为提钒转炉和脱碳转炉冶炼提供了多样化的CO2气源，分别满足提钒转炉和脱碳转炉的不同工艺要求，提钒转炉的钒氧化率由90.3％提高至92.8％，钒渣中T.Fe由30.8％降低至28.3％，脱碳转炉的平均终点磷含量由0.016％降低至0.009％，提钒转炉和脱碳转炉的炉底使用寿命均提高20％以上。
应当理解的是，以下描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。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内。

Claims (9)

1.一种提钒-脱碳双联转炉高效长寿喷吹方法，其特征在于，在提钒转炉和脱碳转炉冶炼过程中采取分阶段控制策略，分阶段调节不同纯度的气体介质的配比和流量，包括以下步骤：
将提钒转炉煤气和脱碳转炉煤气分别导入氧气燃烧器；
将提钒转炉煤气在氧气气氛中完全燃烧得到第一纯度CO2-N2混合气；
将脱碳转炉煤气在氧气气氛中完全燃烧得到第二纯度CO2-N2混合气；
将脱碳转炉煤气在氧气气氛中过氧燃烧得到O2-CO2-N2混合气；
将第一部分所述第二纯度CO2-N2混合气导入提纯装置得到第一纯度CO2气体；
将所述第一纯度CO2-N2混合气用于提钒转炉底吹，将第二部分所述第二纯度CO2-N2混合气用作提钒转炉喷吹铁矿粉的载气，将第三部分所述第二纯度CO2-N2混合气、O2-CO2-N2混合气和第一纯度CO2气体用于脱碳转炉底吹和脱碳转炉底喷石灰粉的载气，
其中，所述第一纯度CO2-N2混合气中，CO2的体积含量为30～50％，N2含量为50～70％，O2和CO的总含量不高于2％；
所述第二纯度CO2-N2混合气中，CO2的体积含量为50～80％，N2含量为20～50％，O2和CO的总含量不高于2％；
通过调节氧气燃烧气氛中氧气的过剩程度来控制所述O2-CO2-N2混合气的气体组成，其中O2的体积分数为20～60％，CO2含量为20～65％，N2含量为10～40％，CO含量低于0.1％；
所述第一纯度CO2气体中，CO2的体积含量高于99％，O2和CO的总含量不高于1％。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，不同纯度的气体介质分别用于提钒转炉和脱碳转炉的不同冶炼阶段，具体如下：
在提钒转炉的冶炼过程中，全程底吹所述的第一纯度CO2-N2混合气，底吹强度为0.03～0.3Nm3/t/min；
在提钒转炉的冶炼前期和冶炼中期，以第二部分所述第二纯度CO2-N2混合气为载气向炉内喷吹铁矿粉，平抑熔池温度，供气强度为0.1～0.5Nm3/t/min，铁矿粉供粉强度为0～2kg/t/min；
在提钒转炉的冶炼后期，停止喷吹铁矿粉，避免钒渣中氧化铁含量过高，继续喷吹第二部分第二纯度CO2-N2混合气，供气强度为0.1～0.5Nm3/t/min，增强熔池搅拌，依靠CO2的吸热作用抑制熔池温度过快升高，提高钒的氧化率，降低钒渣中氧化铁含量；
在脱碳转炉的冶炼前期和冶炼中期，在不喷吹石灰粉时，底吹第三部分所述第二纯度CO2-N2混合气，在喷吹石灰粉时，以所述O2-CO2-N2混合气为载气喷吹石灰粉，利用O2的放热作用抑制蘑菇头的过度生长，避免底吹喷枪堵塞，底吹供气强度为0.5～1.5Nm3/t/min，底吹喷粉强度为0～5kg/t/min，顶吹供氧强度为2.0～4.0Nm3/t/min，顶吹枪位为2.5～5.0m；
在脱碳转炉的冶炼后期，将所述第一纯度CO2气体和工业纯O2混合作为底吹气体，底吹供气强度为0.5～1.5Nm3/t/min，顶吹供氧强度为2.0～4.0Nm3/t/min，顶吹枪位为2.0～4.0m，在吹炼结束前1～2min，停止顶吹供氧，底吹第一纯度CO2气体和工业纯O2完成终点控制。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在提钒转炉的炉底布置2～3组底吹座砖，每次使用一组底吹座砖，钻孔安装底吹透气砖，提供底吹搅拌，待该组底吹透气砖侵蚀至安全下限后，通过底吹快换的方式将该组底吹砖堵塞，使用另一组底吹座砖，钻孔安装底吹透气砖，提供底吹搅拌，多组底吹座砖交替使用。
4.一种提钒-脱碳双联转炉高效长寿喷吹系统，其特征在于，包括氧气燃烧器(1)、CO2提纯装置(2)、提钒转炉(3)、脱碳转炉(4)、铁矿粉喷吹罐(5)和石灰粉喷吹罐(6)，
氧气燃烧器(1)包括第一燃烧室、第二燃烧室以及第三燃烧室，
提钒转炉煤气源通过第一管道与所述第一燃烧室连接，
脱碳转炉煤气源通过第二管道与所述第二燃烧室和所述第三燃烧室连通，
第一工业氧气源通过第三管道与所述第一燃烧室、第二燃烧室以及第三燃烧室连通，
所述第一燃烧室通过第一纯度CO2-N2混合气管道与提钒转炉(3)连通，
所述第二燃烧室通过O2-CO2-N2混合气管道与脱碳转炉(4)连通，在所述第二燃烧室与脱碳转炉(4)之间的O2-CO2-N2混合气管道上连通有第二工业氧气源和石灰粉喷吹罐(6)，
所述第三燃烧室通过第二纯度CO2-N2混合气管道与提钒转炉(3)连通，在所述第三燃烧室与提钒转炉(3)之间的第二纯度CO2-N2混合气管道上连通有铁矿粉喷吹罐(5)，
所述第三燃烧室还通过第二纯度CO2-N2混合气管道与脱碳转炉(4)连通，在所述第三燃烧室与脱碳转炉(4)之间的第二纯度CO2-N2混合气管道上连通有第二工业氧气源和石灰粉喷吹罐(6)，
所述第三燃烧室还通过第二纯度CO2-N2混合气管道与CO2提纯装置(2)连通，所述CO2提纯装置(2)通过第一纯度CO2气体管道与脱碳转炉(4)连通，在所述CO2提纯装置(2)与脱碳转炉(4)之间的第一纯度CO2气体管道上连通有第二工业氧气源和石灰粉喷吹罐(6)。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述第一纯度CO2-N2混合气管道与提钒转炉(3)的底吹装置连通。
6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述第二纯度CO2-N2混合气管道与所述铁矿粉喷吹罐(5)的进气入口连通，所述铁矿粉喷吹罐(5)的铁矿粉粉气流出口通过管道与提钒转炉(3)的铁矿粉喷吹装置连接。
7.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述O2-CO2-N2混合气管道、第二纯度CO2-N2混合气管道、第一纯度CO2气体管道和第二工业氧气源与所述石灰粉喷吹罐(6)的进气入口连通，所述石灰粉喷吹罐(6)的石灰粉粉气流出口通过管道与脱碳转炉(4)的石灰粉喷吹装置连接。
8.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，流量阀门组设置在所述第一管道、第二管道和第三管道上。
9.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，在提钒转炉的炉底布置2～3组底吹座砖。
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