CN110343800A - 一种底吹砖分组吹气控制的转炉底吹工艺 - Google Patents

Abstract

本发明一种底吹砖分组吹气控制的转炉底吹工艺。包含以下两步：第一步，底吹砖分组：将位于同一个圆上的底吹砖分为两组；第二步，底吹砖分组气量控制：在转炉生产过程中，两组底吹砖分别进行气量控制，在底吹总气量不变的条件下，炉役的第一炉气量开启模式为：第一组气量与第二组气量之比为4:1～8：1，第二组气量保证底吹砖过程不堵塞；炉役第二炉气量开启模式与第一炉相反：第二组气量与第一组气量之比为4:1～8：1，第一组气量保证底吹砖过程不堵塞；之后炉次按照第一炉、第二炉气量开启模式交替进行。本发明使转炉熔池钢液流动加速，反应动力学条件改善，同时减缓底吹砖侵蚀，提高底吹砖的使用寿命，在延长转炉炉龄的同时保证了底吹效果。

Description

一种底吹砖分组吹气控制的转炉底吹工艺

技术领域

本发明属于炼钢技术领域，特别涉及一种底吹砖分组吹气控制的转炉底吹工艺。

背景技术

顶底复吹是转炉炼钢技术的一项革命性技术，利用转炉底吹强化了转炉内钢水的反应动力学条件，加快了反应速度，对于降低转炉终点碳氧积、降低终渣全铁、快速脱磷都产生了显著效果。然而，为了提高炉龄，炉役中、后期往往降低底吹气量，同时溅渣护炉技术的使用导致底吹元件常常在中、后期被堵塞，其使用难以与炉龄同步，从而影响了其中、后期实际使用效果。为此围绕底吹效果的发挥，出现了大量的研究成果，主要集中在底吹砖数量与分布位置；《氧气顶底复吹转炉设计参考》一书中，日本学者加藤嘉英等认为底吹布置同心圆直径非常关键，底部供气元件不能距离顶枪一次反应区过远；论文“300t转炉底吹布置优化研究”（《工业加热》，Vol.46,第3期）认为熔池平均速度与平均湍动能在数值上存在相反关系，而影响熔池混匀效果的主要因素是熔池的流动速度，即湍动能越大，内部能量损耗越大，流动速度就降低，熔池混匀效果就越差。在“Physical and metallurgicalcharacteristic of combined blowing process”（Steelmaking ConferenceProceeding,1982）论文中，Kyoji Nakanshi等认为底部供气元件增多，熔池被分割为等数量的小区，各小区的小环流搅拌强烈，但是在相同底吹气体流量下，各小区之间混合不充分，不能形成大循环回路，不利于整体流速的提高，混匀时间延长，但是这些研究没有得出获得最佳流场的措施。专利（CN 105603146A）公开了一种转炉底吹元件按强度分组、定时、轮转切换的供气方法，将同心圆上分布的底吹元件分成奇数、偶数两组，两组分别采用强、弱气量并能进行定时、轮转切换，轮转切换在吹炼周期内进行，20-180秒内快速自动切换，显然这种吹炼周期内频繁更换一定程度上对稳定流动产生干扰，存在能量耗散。

在转炉的实际生产过程中，气流的搅拌效率和混匀时间是不可测的，为了加强对转炉底吹技术的理论指导，上述研究结果大多借助数模或者水力学模拟来进行。基于相似原理设计相应的水力学模型，通过对模型溶体的混匀时间的检测来测算转炉的底枪搅拌效率。从上世纪70年代国外开始使用这样的研究方法到现在，已经经历近半个世纪，采用水力学模拟方法已经是成熟的技术手段，对于转炉底吹的设计以及转炉底吹效果的验证，经常采用水力学模拟实验进行研究。

随着国内钢铁产能的调整，大型转炉趋于增多，且多采用数量较多、低搅拌强度的底吹设计，底吹砖同时吹气，转炉生产2000～3000炉后，部分底吹元件开始堵塞，而为了追求转炉炉龄，经常采取降低后期底吹气量的操作，加上溅渣原因，从而进一步加剧了底吹元件的堵塞，导致底吹效果更差，难以保证底吹的效果；相反，“转型发展形势下的转炉炼钢科技进步” （炼钢，Vol.33,1）论文中，王新华等指出日、韩等国大型转炉朝着底吹砖数量少、搅拌强度大的方向发展，无溅渣护炉操作，在5000-7000炉经济炉龄内，底吹保持良好的效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种底吹砖分组吹气控制的转炉底吹工艺，使转炉熔池钢液流动加速，熔池流场效果更持久，反应动力学条件改善，同时减缓底吹砖侵蚀，提高底吹砖的使用寿命，在延长转炉炉龄的同时保证了底吹效果。

为了达到上述目的，本发明的技术方案为：

一种底吹砖分组吹气控制的转炉底吹工艺，包含以下两步：

第一步，底吹砖分组：将位于同一个圆上的底吹砖分为两组；

第二步，底吹砖分组气量控制：在转炉生产过程中，两组底吹砖分别进行气量控制，在底吹总气量不变的条件下，炉役的第一炉气量开启模式为：第一组气量与第二组气量之比为4:1～8：1，第二组气量保证底吹砖过程不堵塞；炉役第二炉气量开启模式与第一炉相反：第二组气量与第一组气量之比为4:1～8：1，第一组气量保证底吹砖过程不堵塞；之后炉次按照第一炉、第二炉气量开启模式交替进行。

上述的一种底吹砖分组吹气控制的转炉底吹工艺，所述第一步中底吹砖分组方式包括两种，第一种分组方式为：将位于同一个圆上的底吹砖按照奇数组、偶数组分为两组；以位于同一个圆上的任意一块底吹砖为奇数组的第一块，相邻的底吹砖即为偶数组的第一块，以此类推；

第二种分组方式为：将位于同一个圆上的底吹砖按照相邻原则分为两组，当位于同一个圆上的底吹砖总数为偶数时，以该圆的任一条直径为中分线，中分线两侧相邻的底吹砖分别为第一组和第二组，第一组和第二组的底吹砖数量相同；当位于同一个圆上的底吹砖总数为奇数时，以该圆的任一条直径为中分线，中分线两侧相邻的底吹砖分别为第一组和第二组，第一组和第二组的底吹砖数量相差1块。

当前国内容量大于200吨以上的大型转炉一般具有8块或多于8块底吹砖，在炉底按同心圆一圈或一圈以上进行均匀分布，所有底吹砖都具有单独分别进行气量控制的条件，当然实际操作中并不一定每块底吹砖都分别控制；本发明将分布在同一半径圆上的底吹砖按照序号的奇数、偶数分成两组，即按照顺序进行编号，然后将奇数号底吹砖归为第1组，偶数号底吹砖归为第2组；如果底吹砖分布在两圈上，第二圈同样进行奇、偶分组；或者，将位于同一个圆上的底吹砖按照相邻的两半分为两组；

第二步是底吹砖分组气量控制：在转炉生产过程中，两组底吹砖分别进行气量控制，即在底吹总气量不变的条件下，炉役的第一炉开启气量模式为：第一组气量与第二组气量之比为4:1~8：1，第二组气量微弱，保证第二组底吹砖过程不堵塞即可；第二炉则反过来，开启第二组，按照第二组气量与第一组气量之比为4:1~8：1模式进行底吹；以后第三、四炉、n炉次依次进行。

本发明中，两组底吹砖吹气量比例控制在4:1~8：1范围内，其控制原则是弱吹气的底吹砖有少量的气压与气流，不至于被堵塞，同时其气流不足以干扰强吹底砖的环流，而削弱环流的搅拌能。

本发明采用分组底吹的控制模式，其特点是将总吹气点减少了一半，而底吹总气量不变，实际是单块砖气量增加了近一倍；由于转炉底吹的流场特征是每块底吹砖都形成一个小环流，相邻两块底吹砖的小环流之间相互碰撞，能量耗散，本发明通过减少一半底吹砖，从而减少了一半的小环流，并且出现的是大环流，大气量减少了底吹砖堵塞的概率；由于同一组的底吹砖间距增加，因相互之间搅拌干扰引起的能耗减少，实际搅拌能增加，导致熔池混匀时间缩短，分组底吹模式比底砖全部开启模式具有更好的动力学条件；以相邻原则分为两半的底吹模式，底吹砖间距不变，主要依靠单块砖气量的增加而改善熔池动力学条件。

本发明在转炉整个炉役采用炉次间底吹砖分组底吹轮换模式，可以有效减少炉底耐材的冲刷损耗，大量研究与生产实践表明，炉底寿命由炉底钢流的冲刷与底吹砖出口（底吹砖在炉底的喇叭状出口）的侵蚀决定的，底吹砖通过分组轮换吹气，炉次间一半底吹砖可以得到间隙调整，比较所有底吹砖都开启的情况，分组开启的总气量不变，及总搅拌能不变，因此对炉膛、炉底的冲刷影响不大，而分组进行轮换底吹时，由于底吹砖在整个炉役期间一半时间处于微小气量吹气状态（以不堵塞为原则），因侵蚀减缓而延长使用寿命。相比专利CN 105603146A的吹气不连续性和在一个冶炼周期内频繁地更换底吹位置，本专利操作方便，避免了因底吹气流方向变化导致的熔池流场的频繁变化，确保底吹的高效率、持久性。总体看，从炉膛、炉底的变化与底吹砖的使用，本发明在提高底吹砖的使用寿命的同时，使转炉全炉役底吹有效。

本发明的特征在于：

1、本发明提供一种底吹砖分组吹气控制的转炉底吹工艺，两组底吹砖在整个炉役轮换吹气，熔池混匀时间较短，有利于提高转炉底砖使用寿命，全炉役底吹有效；

2、本发明的分组方法为：将分布同一半径圆上的底吹砖按照序号的奇数、偶数分成两组，即按照顺序进行编号，然后将奇数号底吹砖归为第1组，偶数号底吹砖归为第2组；如果底吹砖分布在两圈上，第二圈进行同样分组；或者，将位于同一个圆上的底吹砖按照相邻的两半分为两组。

3、本发明的两组底吹砖在同一炉中采取不同的底吹气量，强吹组与弱吹组的气量之比控制在4:1~8:1范围内，在一个转炉炉役炉次间底吹气量轮流调整；

4、本发明底吹气体总流量与全部开启的总量相同。

本发明的有益效果为：

1、本发明采用底吹砖大气量、远间隔的特点，提高钢流速度，改善了搅拌效果；保证了底吹效果；

2、本发明底吹砖两组轮流吹气，减少了底吹砖强吹时间，减缓了被侵蚀的速度，提高了底吹砖使用寿命，同时延长了转炉炉龄；

3、本发明采用大气量底吹搅拌，有利于提高脱磷效率，有利于降低终点氧含量；

4、本发明避免了因底吹气流方向变化导致的熔池流场的频繁变化，熔池流场效果更持久，确保底吹的高效率、持久性。

5、本发明对于当前大型转炉的多底吹砖特点，无需硬件上改动，底吹控制软件精简，实用方便，提高了精确性与可靠性。

附图说明

图1为转炉模型底吹砖俯视分布图；

图2为现有技术中底吹砖全部开启时溶体停留时间RTD曲线；

图3为本发明底吹砖分组开启时(奇数组全开、偶数组开1/4)溶体停留时间RTD曲线。

具体实施方式

以下通过具体实施例对本发明做进一步详细说明：

本实施例以260吨转炉1/10水模拟实验结果进行描述。

转炉实际生产条件下，难以观察底吹流场，反应动力学状况更是难以判定，水力学模拟作为研究炼钢反应容器的高温溶体反应机制的方法，已经被视作常规的可靠方法。国内某钢厂260吨转炉采用8块底吹砖，底吹砖为毛细管结构，其均匀分布在转炉炉底0.6R的圆周上（R为炉底半径），底吹强度前、中、后期分别为0.05 Nm³/t.min、0.02 Nm³/t.min、0.07Nm³/t.min，最大0.15 Nm³/t.min，顶枪供氧量为50000 Nm³/h,顶枪枪头到液面的典型高度（枪位）为2米。

图1所示，按照1/10几何比例加工模型，共有1～8八块底吹砖，均匀分布于炉底0.6R的圆周上（R为炉底半径）；常规生产是8块底吹砖同时吹气，本发明将8块底吹砖进行顺序编号1～8，然后将其按照奇数（1、3、5、7号底吹砖）、偶数（2、4、6、8号底吹砖）分为两组，吹气按照两组分别进行控制。

按照转炉操作典型工况，分别以水、空气模拟钢水、氮气，在保证原型、模型的相似准数Fr相等的条件下，计算模型顶吹、底吹流量等工艺参数，转炉原型、模型的结构参数与试验参数分别见表1、表2。

表1 原型和模型的几何尺寸

表2 原型与模型顶吹、底吹参数

用盐水作为导电介质测量导电率以测量混匀时间，以8块砖同时底吹、底吹砖两组分别控制两种模式进行实验并比较，每组条件实验3次，以3次混匀时间的平均值作为该组条件下的最终混匀时间。

两种模式（底吹砖全部开启、分组开启）下溶体中停留时间RTD曲线分别见图2、图3，比较结果见表3。

表3 对比实验结果

同时底吹、底吹砖两组分别控制条件下，混匀时间分别为73、69秒；结果表明，两组分别控制时混匀时间略微短一些，即动力学条件略好，即两组分别控制进行底吹时，整个转炉炉役期间，不仅具有更好的底吹效果，同时由于炉次间轮换使用，每块底吹砖实际上轮换休整，从而延长了使用寿命。

在本发明指导下，本实施例通过采用新的底吹工艺，改善了底吹效果，延长了底吹寿命，力争与炉龄同步。

Claims (2)

1.一种底吹砖分组吹气控制的转炉底吹工艺，其特征在于：包含以下两步：

第一步，底吹砖分组：将位于同一个圆上的底吹砖分为两组；

第二步，底吹砖分组气量控制：在转炉生产过程中，两组底吹砖分别进行气量控制，在底吹总气量不变的条件下，炉役的第一炉气量开启模式为：第一组气量与第二组气量之比为4:1～8：1，第二组气量保证底吹砖过程不堵塞；炉役第二炉气量开启模式与第一炉相反：第二组气量与第一组气量之比为4:1～8：1，第一组气量保证底吹砖过程不堵塞；之后炉次按照第一炉、第二炉气量开启模式交替进行。

2.如权利要求1所述的一种底吹砖分组吹气控制的转炉底吹工艺，其特征在于：所述第一步中底吹砖分组方式包括两种，第一种分组方式为：将位于同一个圆上的底吹砖按照奇数组、偶数组分为两组；以位于同一个圆上的任意一块底吹砖为奇数组的第一块，相邻的底吹砖即为偶数组的第一块，以此类推；

第二种分组方式为：将位于同一个圆上的底吹砖按照相邻原则分为两组，当位于同一个圆上的底吹砖总数为偶数时，以该圆的任一条直径为中分线，中分线两侧相邻的底吹砖分别为第一组和第二组，第一组和第二组的底吹砖数量相同；当位于同一个圆上的底吹砖总数为奇数时，以该圆的任一条直径为中分线，中分线两侧相邻的底吹砖分别为第一组和第二组，第一组和第二组的底吹砖数量相差1块。