CN109371195B - 一种与炉役同步转炉底喷粉枪的制作装配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种与炉役同步转炉底喷粉枪的制作装配方法，通过在喷粉枪包裹耐火材料层，从小到大的增大座砖钻孔的直径，对应的包裹耐火材料层直径也增大，使喷粉枪的直径与钻孔配套，并控制喷粉枪体与座砖间隙控制在5mm左右，保证刚玉耐火泥的均匀填入，保证结合部位的具有较高的强度。随着每一阶段喷枪的更换，同步改变钻孔孔道和喷枪的直径，将座砖的氧化层切削消除，在保证喷枪使用安全的基础上，达到了底喷粉工艺与转炉炉役同步使用，对于转炉底喷粉工艺的规模化应用具有重要意义。

Description

一种与炉役同步转炉底喷粉枪的制作装配方法

技术领域

本发明属于炼钢生产技术领域，涉及转炉炼钢，具体是一种与炉役同步转炉底喷粉枪的制作装配方法。

背景技术

转炉底喷粉工艺是将粉剂与载气通过炉底的喷枪喷射到熔池内，进行转炉冶炼的新型工艺。该工艺由于粉剂从底部喷入，显著地扩大了粉剂与金属液的接触面积，增加了粉剂的局部浓度；同时，由于气体的搅拌作用，加速了传质过程，从而极大地改善了熔池中反应的动力学条件，加快了反应速度。该工艺可实现连续的、可控的配料和供料，能更合理地控制钢液内的反应和熔池温度，避免了传统加料方式引起的炉渣成分和熔池温度突变，可有效抑制转炉喷溅等事故的发生。

目前转炉冶炼采用复合吹炼的方法，即顶吹超音速氧气射流，底吹氮气或氩气进行强化搅拌。常规复合吹炼转炉炼钢过程中，主要存在以下问题：难以高效、经济的将磷降低到100ppm，特别是磷含量低于50ppm的高品质洁净钢，造成冶炼周期长，原辅料消耗高，成本增加；冶炼低碳钢时钢水严重过氧化，碳氧积偏高，钢水质量难以保证；传统底吹强度难以满足转炉炉内动力学搅拌的要求，炉内化学反应难以达到平衡。

转炉底喷粉工艺技术从理论上来说完全能够解决以上问题，但事实上由于各个环节的影响，造成该工艺实施难度非常之大，其中就底喷枪而言，由于顶端与钢水接触造成熔损，过程中高速粉剂的不断地磨损，造成喷枪的寿命无法与转炉炉役同步。为了解决该问题通过引进专利号为：201210164923.1的“转炉底吹透气砖、专用钻孔机及透气砖的快速热更换方法，”该技术可对于底吹砖进行更换，但在更换底喷枪过程中，单点多次钻孔后表面氧化层逐步深入，造成座砖位置强度下降；另外由于更换过程刚玉火泥的均匀度无法保证，在拆卸过程出现缝隙中渗铁，渗铁严重时可能造成漏炉；以上情况说明该专利技术还是无法彻底解决底喷枪多次更换后与炉役同步的问题。

发明内容

为了能够通过多次更换喷枪，安全稳定的使炉龄达标，提出一种与炉役同步转炉底喷粉枪的制作装配方法，为转炉底喷粉技术的工程应用起到良好的作用，该技术目前尚属空白。

本发明的技术方案：一种与炉役同步转炉底喷粉枪的制作装配方法，喷粉枪的制作：喷粉枪的原有结构不变，喷粉枪的钢结构部分使用不锈钢材质，通过渗氮工艺处理后加工而成，在喷粉枪枪体的外表面包覆耐火材料构成耐火材料包覆层，厚度不小于10mm，耐火材料包覆层外壁呈规则的圆柱形，耐火材料包覆层的直径与座砖钻孔的直径相适应，当座砖钻孔直径变化时，耐火材料包覆层的直径相应改变，座砖钻孔的直径比耐火材料包覆层的直径大，保证耐火泥能够均匀填入，根据转炉的使用次数的增加，座砖钻孔直径变化趋势是先小后大；

装配过程：将耐火材料包覆层每隔15～20mm用石棉绳环绕喷枪一圈打死结，石棉绳高度不大于3mm；耐火材料包覆层表面均匀饱满的涂抹刚玉耐火泥，将喷粉枪装配到定位装置上面，保证与座砖钻孔同心后，将喷枪装入，保证刚玉耐火泥能够填满枪体跟座砖之间缝隙；每一个座砖钻孔的直径先后用两支喷粉枪，两支喷粉枪使用后，该直径弃用，然后在旧孔基础上用钻机钻出直径比上一个座砖钻孔直径大的座砖钻孔，同样在该直径的座砖钻孔先后用两支喷粉枪，两支喷粉枪使用后，该直径弃用，按上述方法继续钻出扩大直径的新座砖钻孔、先后用两支喷粉枪、弃用的过程，直到转炉使用时间达到转炉的炉龄要求。

座砖钻孔所在的座砖是高强压机按照设计的模具压制而成的，其强度要求在钻孔过程不会出现掉料或者疏松，座砖是四棱柱状，柱长度与喷粉枪枪体长度相同，截面边长需满足大于底喷粉枪多次增大直径后的最大直径，同时满足耐火材料的安全厚度要求；座砖的芯部位置使用电炉重熔刚玉料，保证足够的使用强度及抗氧化性；转炉砌炉时，按照预留位置将座砖砌入，保证座砖的位移≤5mm；按照预留的法兰孔进行初次钻孔，初次钻孔孔径比新炉初次使用的喷粉枪直径大5mm；同一直径的座砖钻孔第一支喷粉枪达到寿命后，通过转炉底喷粉枪快速热更换法，更换第二支喷粉枪。

优选的是座砖钻孔的直径比耐火材料包覆层的直径大5mm，即平均间隙为2.5mm，为刚玉耐火泥流动性比较理想的间隙。

优选的是：座砖钻孔直径变化呈现等差数列形式，差值40mm，由小到大增加；座砖钻孔直径变化六次，共使用12支喷粉枪，转炉使用时长基本能够达到转炉的设计炉龄。

本发明通过分阶段改变喷粉枪的直径和与之匹配的座砖钻孔直径，解决了座砖钻孔表面氧化脱碳后强度下降问题，同时解决了使用转炉底喷粉工艺炉龄下降的问题。座砖钻孔过程是在转炉耐火材料具有较高温度的条件下进行的，钻孔过程孔道从外向内持续钻进，持续时间较长，先打开的孔道表面的碳与空气中的氧发生反应，造成孔道脱碳，结合后整体强度会有所下降；脱碳层越深，对于结合后的强度影响越大。

转炉底喷粉枪相比现有工艺的底吹砖，由于喷吹的粉剂及气量大幅度增加，造成枪体受到反方向的推力也大幅增加，一旦结合部位的氧化深度超过5mm以上，将对结合部位的强度造成非常大的影响，即使出现小的缝隙，也将造成钢水的渗漏，最终酿成恶性事故。

另外单支底喷枪即使在有保护气的条件下，其寿命在1000炉左右，若不使用分阶段更换喷粉枪的方法，将造成转炉炉龄寿命大幅下降，生产连续性受到明显的影响，转炉的生产成本将大幅上升。

通过对高温条件下各种耐火材料的脱碳及氧化研究，可以通过座砖制造过程中钻孔位置的材质选择，减缓氧化速度和强度衰减趋势，但由于结合部位的填充料的孔隙度较大，是无法完全消除。

为了保证使用安全，必须要求氧化层厚度不大于5mm以上。通过试验后的残砖切片来看，500炉左右时锆质氧化层的深度接近1.5mm左右，按照底喷枪枪龄1000炉，预计氧化层厚度在3mm左右；那么单个钻孔使用两次以后氧化层厚度将大于5mm。

本发明适用于采用底喷粉工艺的转炉，通过分阶段增大钻孔和喷枪的直径，把氧化层的厚度保证在安全范围之内，保证了结合部位的强度，避免了使用过程的安全风险，有利转炉底喷粉技术的稳定使用。

本发明通过每个钻孔直径使用两次，然后定量扩大钻孔直径将座砖的氧化层消除，继续更换底喷枪的方式，在保证使用安全的基础之上，通过在线热换的技术，将转炉底喷粉工艺的使用与炉役做到同步，保证转炉底喷粉工艺技术融入正常的生产组织，有利于技术的规模化应用。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明的变径底喷粉枪及座砖，以原有工艺为基础，喷枪的内部结构完全相同，喷枪外覆的耐材，相应阶段采用对应的直径，加工工艺较为简单，在生产加工过程较为容易实现；在对座砖钻孔过程，根据不同阶段，选用对应的钻头，通过钻头直径的增加量，将氧化层从座砖的本体上切削下来，保证每次座砖和喷枪耐火材料包覆层的结合位置的强度，对于保证底喷粉工艺技术的稳定、长寿使用，具有重要的意义，具体如下：

（1）本发明的底喷枪的加工，以原有的喷枪内部结构为主，分阶段增加喷枪耐火材料包覆层的直径，生产加工工艺相对简单，易于在现有的加工条件下实现；

（2）本发明的专用座砖加工，主要在混料和布料过程中，芯部主料为电炉重熔刚玉料，辅以抗氧化材料，保证芯部有足够的强度和抗氧化性，强度保证钻孔后孔道的完整，抗氧化性保证孔道内壁氧化深度达到要求；

（3）本发明的钻孔直径设计，是与喷枪的耐火材料包覆层尺寸相配套的，其直径较对应批次的直径大5-6mm左右，每次钻孔的所用的定位法兰为同一个法兰盘，保证了孔道的同心度；

（4）喷枪与钻孔孔道之间间隙要求在2.5～3.5mm之间，保证刚玉耐火泥能够饱满的填充到缝隙去；由于底喷粉枪较长，为了避免摩擦力将刚玉火泥剥落，喷枪枪体每隔15～20mm用石棉绳环绕喷枪一圈打死结，石棉绳高度不大于3mm；石棉绳的主要作用是分段固定刚玉耐火泥。

附图说明

图1是本发明的多级钻孔变径示意图；1-氧化层厚度、2-初次钻孔直径、3-第二次钻孔直径。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面以80吨转炉使用的底喷枪和座砖以及分级更换过程设计为例，通过具体实施方式对本发明作进一步说明。

一种与炉役同步的转炉底喷粉枪的制作方法，包括以下步骤：

步骤（1）以底喷粉枪的钢结构部分的轴心为圆心，以喷枪变径最大半径25mm再增加10mm为即35mm为半径，外覆耐火材料，完成后枪体为1200mm长、直径为70mm的圆柱状；

步骤（2）以底喷枪更换六次后的直径145mm，加上座砖边部到圆孔的最小强度要求120mm，那么底喷枪座砖的边长为385mm、座砖长度为1200mm；布料时芯部位置使用电炉重熔刚玉料及抗氧化剂，布料完成后采用压机进行压制，完成后座砖为长1200mm、边长为385mm的长方体；

步骤（3）在转炉炉役时将座砖按照法兰位置进行定位后砌炉，砌炉完成后将钻机装配到法兰盘上面，选用75mm的专用钻头进行钻孔，完成后孔道为75mm左右的孔道；

步骤（4）给喷枪枪体每隔150mm环绕一圈石棉绳，并打死结，石棉绳高度不大于3mm；在石棉绳的间隔中均匀涂抹刚玉耐火泥，保证耐火泥的合适的湿度；

步骤（5）使用氮气对钻好的孔道进行除扫，然后将摸好耐火泥的喷枪加持在定位装置上，保证枪体与孔道的同心度；然后将喷枪推入孔道，通过石棉绳的固定和阻挡作用将刚玉耐火泥填充到座砖和枪体的缝隙中；

步骤（6）喷枪装配到位后将枪体尾部法兰和定位法兰进行连接固定枪体，通过喷补设备从转炉内部对于喷枪口周围进行喷补，保证周围缝隙完全封闭；

步骤（7）第一支喷枪使用寿命到期后，通过钻机将枪体去除，钻孔的孔径继续选择75mm，钻孔完成后重复步骤3～6；第二支喷枪使用到寿命后，选择90mm的钻头进行钻孔，完成后孔道为90mm，选择二阶段配套的喷枪直径为85mm，重复步骤3～6；

步骤（8）通过每两支枪为一个阶段使用同一个孔径，并分阶段逐步扩大孔径的方法，将氧化层全部切削掉的方法，保证了结合部位的有足够的强度支撑喷枪的工作。通过六个阶段12支喷枪的更换，使转炉炉龄达到1万炉以上，满足炉龄要求。

Claims (4)

1.一种与炉役同步转炉底喷粉枪的制作装配方法，其特征如下：

喷粉枪的制作：喷粉枪的原有结构不变，喷粉枪的钢结构部分使用不锈钢材质，通过渗氮工艺处理后加工而成，在喷粉枪枪体的外表面包覆耐火材料构成耐火材料包覆层，厚度不小于10mm，耐火材料包覆层外壁呈规则的圆柱形，耐火材料包覆层的直径与座砖钻孔的直径相适应，当座砖钻孔直径变化时，耐火材料包覆层的直径相应改变，座砖钻孔的直径比耐火材料包覆层的直径大，保证耐火泥能够均匀填入，根据转炉的使用次数的增加，座砖钻孔直径变化趋势是先小后大；

装配过程：将耐火材料包覆层每隔15～20mm用石棉绳环绕喷枪一圈打死结，石棉绳高度不大于3mm；耐火材料包覆层表面均匀饱满的涂抹刚玉耐火泥，将喷粉枪装配到定位装置上面，保证与座砖钻孔同心后，将喷枪装入，保证刚玉耐火泥能够填满枪体跟座砖之间缝隙；每一个座砖钻孔的直径先后用两支喷粉枪，两支喷粉枪使用后，该直径弃用，然后在旧孔基础上用钻机钻出直径比上一个座砖钻孔直径大的座砖钻孔，同样在该直径的座砖钻孔先后用两支喷粉枪，两支喷粉枪使用后，该直径弃用，按上述方法继续钻出扩大直径的新座砖钻孔、先后用两支喷粉枪、弃用的过程，直到转炉使用时间达到转炉的炉龄要求。

2.根据权利要求1所述的一种与炉役同步转炉底喷粉枪的制作装配方法，其特征是：座砖钻孔所在的座砖是高强压机按照设计的模具压制而成的，其强度要求在钻孔过程不会出现掉料或者疏松，座砖是四棱柱状，柱长度与喷粉枪枪体长度相同，截面边长需满足大于底喷粉枪多次增大直径后的最大直径，同时满足耐火材料的安全厚度要求；座砖的芯部位置使用电炉重熔刚玉料，保证足够的使用强度及抗氧化性；转炉砌炉时，按照预留位置将座砖砌入，保证座砖的位移≤5mm；按照预留的法兰孔进行初次钻孔，初次钻孔孔径比新炉初次使用的喷粉枪直径大5mm；同一直径的座砖钻孔第一支喷粉枪达到寿命后，通过转炉底喷粉枪快速热更换法，更换第二支喷粉枪。

3.根据权利要求1所述的一种与炉役同步转炉底喷粉枪的制作装配方法，其特征是：座砖钻孔的直径比耐火材料包覆层的直径大5mm，即平均间隙为2.5mm，为刚玉耐火泥流动性比较理想的间隙。

4.根据权利要求1所述的一种与炉役同步转炉底喷粉枪的制作装配方法，其特征是：座砖钻孔直径变化呈现等差数列形式，差值40mm，由小到大增加；座砖钻孔直径变化六次。

Images