CN110643781A - 一种转炉炼钢用co2-o2氧枪喷头及吹炼方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种转炉炼钢用CO2‑O2氧枪喷头及吹炼方法,属于炼钢技术领域。该氧枪喷头包括回水环缝、进水环缝、CO2环缝通道、02通道、CO2混合喷嘴、头冠和集气上部,喷头中部为O2通道,O2通道外部为CO2环缝通道,CO2环缝通道外部设置进水环缝,进水环缝外部设置回水环缝。该氧枪喷头为四通道结构,高压CO2气体经环缝通道由喷嘴喷出后与高压O2在拉瓦尔收缩段处预混后,经过拉瓦尔喷孔扩张段加速形成超音速射流。利用反应CO2+C=2CO的吸热特性,根据转炉金属料成分和冶炼过程的化学反应,分时段控制CO2与O2的混合比例,实现冶炼前期控温和增强搅拌,冶炼中期控制烟尘量,冶炼末期减少钢水过氧化。采用本发明,可以降低烟尘产生量,提高转炉脱磷效率。
Description
技术领域
本发明涉及炼钢技术领域,特别是指一种转炉炼钢用CO2-O2氧枪喷头及吹炼方法。
背景技术
随着能源消耗的增加,CO2排放已成为全球关注的重点。钢铁行业作为CO2排放大户,其CO2排放量已占工业排放约16%,因此,钢铁行业减少CO2排放或CO2资源化利用的新技术刻不容缓,以实现我国减排目标和降低钢铁生产成本。
近年来,CO2应用于转炉冶炼技术逐渐兴起,但是应用过程中所使用的氧枪枪头仍为纯氧喷头,由于CO2与O2的物理性质及高温反应特性的差异,且混合比例不同,若仍然采用原有氧枪喷头进行吹炼操作,对于超音速气体射流的特性影响很大,两种气体混合后加大了激波对于射流速度的影响,射流特性偏离设计参数,对转炉冶炼指标有很大影响。
目前,国内外关于CO2-O2混合喷吹的专用氧枪枪头设计及对应的吹炼方法鲜有报道,因此设计CO2-O2混合喷吹的专用喷头和制定相对应的吹炼模式对于CO2应用于转炉炼钢技术的发展和CO2资源化利用显得尤为重要。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种转炉炼钢用CO2-O2氧枪喷头及吹炼方法。
该氧枪喷头包括回水环缝、进水环缝、CO2环缝通道、02通道、CO2混合喷嘴、头冠和集气上部,喷头中部为O2通道,O2通道外部为CO2环缝通道,CO2环缝通道外部设置进水环缝,进水环缝外部设置回水环缝,CO2环缝通道和02通道之间设置CO2混合喷嘴,喷头的头冠和集气上部焊接;CO2气体进入CO2环缝通道,经过CO2混合喷嘴与O2通道进入的O2于拉瓦尔收缩段处预混,经过拉瓦尔喷孔扩张段的加速后形成超音速射流。实现氧枪喷头与CO2-O2混合喷吹工艺的配套,达到新工艺优良的冶炼效果。
其中,喷头上的喷孔数量根据转炉大小确定,对于30-150吨转炉,喷头孔数为3-6个,对于180-260吨转炉,喷头孔数为4-6个,对于300-350吨转炉,喷头孔数为4-8个,马赫数为1.5-2.4MPa。
喷孔中心线与氧枪喷头轴线夹角为6-20°;CO2混合喷嘴直径为3-40mm,且对应于每个氧柱的孔数为1-20个,与喷头轴线夹角为5-84°,流速为30-323m/s;氧枪喷头外管直径为108-426mm,O2通道钢管外径为73-377mm,CO2环缝通道钢管外径为76-377mm。
CO2混合喷嘴为直筒型,马赫数最大为1;CO2环缝通道的流量为O2通道流量的1%-30%,CO2环缝通道的流量为60-25500Nm3/h,O2通道的流量为6000-85000Nm3/h。
O2通道的支管压力为0.65-1.4MPa,CO2环缝通道的支管压力大于O2通道的支管压力0.05-0.3MPa,保证CO2与O2均匀混合。
该喷头为锻造二段式氧枪喷头结构,集气上部采用整体锻造,且氧气入口采用正锥型结构,有利于氧气分流和减少氧气阻力,CO2混合喷嘴加工完成后,头冠和集气上部再采用钎焊焊接,经机械加工后,O2通道钢管、CO2环缝通道外管和回水环缝外管采用焊接形式与喷头连接,进水环缝外管采用螺纹形式与喷头连接。
该氧枪喷头适用于直体氧枪和锥体氧枪,适用于30-350t转炉。
应用该CO2-O2氧枪喷头的吹炼方法,依据转炉冶炼过程的冶金反应,分时段控制CO2-O2混合比例,实现熔池温度和烟尘的有效控制,具体为:冶炼前期,控制CO2供气强度在0.08-0.5m3/t·min,O2供气强度在1.5-4.5m3/t·min,射流穿透比在30%-60%,满足脱磷动力学条件的同时,将熔池温度控制在1380-1450℃,提高冶炼前期的脱磷率;
冶炼中期,控制CO2供气强度在0.03-0.2m3/t·min,O2供气强度在1.6-4.8m3/t·min,射流穿透比在40%-65%,满足冶炼所需炉渣条件的同时,有效抑制冶炼中期由于脱碳反应产生的烟尘;
冶炼后期,控制CO2供气强度在0.1-1.0m3/t·min,O2供气强度在1.6-4m3/t·min,射流穿透比在55%-75%,满足出钢要求的温度、碳含量和磷含量的同时,实现冶炼后期快速脱碳,防止钢水过氧化,提高钢水品质。
其中,对于30-100t转炉,所述冶炼前期在0-4min,所述冶炼中期在4-10min,冶炼后期在10min至出钢时刻;对于120-350t转炉,所述冶炼前期在0-6min,所述冶炼中期在6-13min,冶炼后期在13min至出钢时刻;
该吹炼方法中CO2气体浓度大于99%,适用于转炉顶吹、底吹和顶底复吹;适用于30-350t脱磷转炉和脱碳转炉。
本方法在吹炼时,根据铁水中Si含量不同,采用不同的冶炼模型:
当铁水Si含量小于0.10%,冶炼前期CO2混入比例控制在5%以下,射流穿透比在40%-50%,冶炼中期CO2混入比例控制在1%-8%,射流穿透比在40%-60%,冶炼末期CO2混入比例控制在5%-20%,射流穿透比在55%-75%;
当铁水Si含量在0.10%-0.60%,冶炼前期CO2混入比例控制在2%-10%,射流穿透比在45%-60%,冶炼中期CO2混入比例控制在1%-8%,射流穿透比在40%-60%,冶炼末期CO2混入比例控制在5%-20%,射流穿透比在55%-75%;
当铁水Si含量大于0.60%,冶炼前期CO2混入比例控制在2%-15%,射流穿透比在50%-60%,冶炼中期CO2混入比例控制在2%-10%,射流穿透比在40%-60%,冶炼末期CO2混入比例控制在5%-20%,射流穿透比在55%-75%。
通过本发明设计的CO2-O2氧枪喷头及制定的吹炼方法,能够实现CO2与O2混合比例的高效、精确调节。喷吹不同比例的CO2,控制冶炼前期温度和射流对于熔池的搅拌能,改善冶炼的动力学条件和热力学条件,提高前期脱磷效率;冶炼中期,利用CO2与熔池中C反应的吸热效应,减少烟尘产生量;冶炼后期,实现快速脱碳,防止钢水过氧化,提高钢水品质。
本发明的上述技术方案的有益效果如下:
上述方案中,为转炉CO2-O2混合喷吹工艺技术的大规模应用推广提供技术设备基础,提高转炉冶炼脱磷率2%以上,渣中T.Fe降低5%以上,CO2减排2kgce/t以上。
附图说明
图1为本发明的转炉炼钢用CO2-O2氧枪喷头结构示意图;
图2为本发明的转炉炼钢用CO2-O2氧枪喷头俯视图;
图3为本发明实施例2中的喷吹气体流量和穿透深度曲线;
图4为本发明实施例3中的喷吹气体流量和穿透深度曲线。
其中:1-回水环缝;2-进水环缝;3-CO2环缝通道;4-02通道;5-CO2混合喷嘴;6-头冠;7-集气上部。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明提供一种转炉炼钢用CO2-O2氧枪喷头及吹炼方法。
如图1和图2所示,该氧枪喷头包括回水环缝1、进水环缝2、CO2环缝通道3、02通道4、CO2混合喷嘴5、头冠6和集气上部7,喷头中部为O2通道4,O2通道4外部为CO2环缝通道3,CO2环缝通道3外部设置进水环缝2,进水环缝2外部设置回水环缝1,CO2环缝通道3和02通道4之间设置CO2混合喷嘴5,喷头的头冠6和集气上部7焊接;CO2气体进入CO2环缝通道3,经过CO2混合喷嘴5与O2通道4进入的O2于拉瓦尔收缩段处预混,经过拉瓦尔喷孔扩张段的加速后形成超音速射流。
下面结合具体实施例予以说明。
实施例1
在本实施方式中,所述CO2-O2氧枪喷头应用于300t转炉,具体喷头设计的工艺参数为:
参见附图1,一种转炉炼钢用CO2-O2氧枪喷头CO2环缝通道3的流量为O2通道4流量的1%-30%;O2通道4的支管压力为0.65-1.4MPa,CO2环缝通道3的支管压力大于O2通道4的支管压力为0.05-0.3MPa;CO2环缝通道3的流量为60-25500Nm3/h,O2通道4的流量为6000-85000Nm3/h。
O2通道4的O2流量为58000Nm3/h,CO2环缝通道3的CO2流量为2000-6000Nm3/h。氧枪喷孔个数为6个,喉口直径为48.6mm,出口直径为64.7mm,马赫数为2.06,氧气支管操作压力为0.92MPa,喷孔夹角为16°。CO2喷嘴总个数为24个,喷嘴直径为12.8mm,二氧化碳支管压力为1.2MPa,喷孔夹角为40°。
实施例2
本发明应用于300吨脱磷转炉冶炼过程,CO2-O2气体总流量为40000Nm3/h,依据不同冶炼时期分别调整CO2与O2的供气流量和氧枪操作枪位。
1)冶炼开始阶段,在开氧点处,先打开CO2流量调节阀,再打开O2流量调节阀。
2)冶炼前期0-3min,O2支管压力0.75MPa,CO2支管压力0.80MPa,控制CO2比例为10%,枪位在1.4m,控制熔池前期升温速度,快速化渣,提高脱磷率。
3)冶炼后期3-6min,O2支管压力0.70MPa,CO2支管压力0.9MPa,控制CO2比例为20%,枪位由1.4m降至1.2m,增强熔池搅拌,抑制熔池中Si、Mn和C元素的氧化放热,控制熔池温度,提高脱磷效率。
4)冶炼结束,提枪,在关氧点处先关闭O2阀门再关闭CO2阀门,准备下一炉冶炼。
5)采用本发明所述的氧枪喷头及喷吹方法,脱磷率提高1%,钢铁料消耗降低1.7kg/t。本实施例中喷吹气体流量和穿透深度曲线如图3所示。
实施例3
本发明应用于300吨脱磷转炉冶炼过程,CO2-O2气体总流量为60000Nm3/h,依据不同冶炼时期分别调整CO2与O2的供气流量和氧枪操作枪位。
1)冶炼开始阶段,在开氧点处,先打开CO2流量调节阀,再打开O2流量调节阀。
2)冶炼前期0-6min,O2支管压力0.85MPa,CO2支管压力0.95MPa,控制CO2比例为5%,枪位在2.1m,控制熔池前期升温速度,快速化渣,提高前期脱磷率。
3)冶炼中期6-13min,O2支管压力0.87MPa,CO2支管压力0.92MPa,控制CO2比例为2%,枪位由2.1m降至1.8m,调节熔池温度,减少由于熔池中C元素的大量氧化而产生的烟尘。
4)冶炼后期13min-16min,O2支管压力0.83MPa,CO2支管压力0.98MPa,控制CO2比例为8%,枪位由1.8m降至1.6m,增强熔池搅拌,快速脱碳,抑制钢水过氧化,抑制熔池后期升温,提高脱磷效率。
5)冶炼结束,提枪,在关氧点处先关闭O2阀门再关闭CO2阀门,准备下一炉冶炼。
6)采用本发明所述的氧枪喷头及喷吹方法,脱磷率提高1.5%,钢铁料消耗降低2.1kg/t,转炉煤气量增加7.5m3/t。本实施例中喷吹气体流量和穿透深度曲线如图4所示。
以上所述是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明所述原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种转炉炼钢用CO2-O2氧枪喷头,其特征在于:包括回水环缝(1)、进水环缝(2)、CO2环缝通道(3)、02通道(4)、CO2混合喷嘴(5)、头冠(6)和集气上部(7),喷头中部为O2通道(4),O2通道(4)外部为CO2环缝通道(3),CO2环缝通道(3)外部设置进水环缝(2),进水环缝(2)外部设置回水环缝(1),CO2环缝通道(3)和02通道(4)之间设置CO2混合喷嘴(5),喷头的头冠(6)和集气上部(7)焊接;CO2气体进入CO2环缝通道(3),经过CO2混合喷嘴(5)与O2通道(4)进入的O2于拉瓦尔收缩段处预混,经过拉瓦尔喷孔扩张段的加速后形成超音速射流。
2.根据权利要求1所述的转炉炼钢用CO2-O2氧枪喷头,其特征在于:喷头上的喷孔数量根据转炉大小确定,对于30-150吨转炉,喷头孔数为3-6个,对于180-260吨转炉,喷头孔数为4-6个,对于300-350吨转炉,喷头孔数为4-8个,马赫数为1.5-2.4MPa。
3.根据权利要求2所述的转炉炼钢用CO2-O2氧枪喷头,其特征在于:所述喷孔中心线与氧枪喷头轴线夹角为6-20°;CO2混合喷嘴(5)直径为3-40mm,且对应于每个氧柱的孔数为1-20个,与喷头轴线夹角为5-84°,流速为30-323m/s;氧枪喷头外管直径为108-426mm,O2通道(4)钢管外径为73-377mm,CO2环缝通道(3)钢管外径为76-377mm。
4.根据权利要求1所述的转炉炼钢用CO2-O2氧枪喷头,其特征在于:所述CO2混合喷嘴(5)为直筒型,马赫数最大为1;CO2环缝通道(3)的流量为O2通道(4)流量的1%-30%,CO2环缝通道(3)的流量为60-25500Nm3/h,O2通道(4)的流量为6000-85000Nm3/h。
5.根据权利要求1所述的转炉炼钢用CO2-O2氧枪喷头,其特征在于:所述O2通道(4)的支管压力为0.65-1.4MPa,CO2环缝通道(3)的支管压力大于O2通道(4)的支管压力0.05-0.3MPa,保证CO2与O2均匀混合。
6.根据权利要求1所述的转炉炼钢用CO2-O2氧枪喷头,其特征在于:该喷头为锻造二段式氧枪喷头结构,集气上部(7)采用整体锻造,且氧气入口采用正锥型结构,CO2混合喷嘴(5)加工完成后,头冠(6)和集气上部(7)再采用钎焊焊接,经机械加工后,O2通道(4)钢管、CO2环缝通道(3)外管和回水环缝(1)外管采用焊接形式与喷头连接,进水环缝(2)外管采用螺纹形式与喷头连接。
7.根据权利要求1所述的转炉炼钢用CO2-O2氧枪喷头,其特征在于:该氧枪喷头适用于直体氧枪和锥体氧枪,适用于30-350t转炉。
8.应用权利要求1所述的转炉炼钢用CO2-O2氧枪喷头的吹炼方法,其特征在于:冶炼前期,控制CO2供气强度在0.08-0.5m3/t·min,O2供气强度在1.5-4.5m3/t·min,射流穿透比在30%-60%,满足脱磷动力学条件的同时,将熔池温度控制在1380-1450℃,提高冶炼前期的脱磷率;
冶炼中期,控制CO2供气强度在0.03-0.2m3/t·min,O2供气强度在1.6-4.8m3/t·min,射流穿透比在40%-65%,满足冶炼所需炉渣条件的同时,有效抑制冶炼中期由于脱碳反应产生的烟尘;
冶炼后期,控制CO2供气强度在0.1-1.0m3/t·min,O2供气强度在1.6-4m3/t·min,射流穿透比在55%-75%,满足出钢要求的温度、碳含量和磷含量的同时,实现冶炼后期快速脱碳,防止钢水过氧化,提高钢水品质。
9.根据权利要求8所述的转炉炼钢用CO2-O2氧枪喷头的吹炼方法,其特征在于:对于30-100t转炉,所述冶炼前期在0-4min,所述冶炼中期在4-10min,冶炼后期在10min至出钢时刻;对于120-350t转炉,所述冶炼前期在0-6min,所述冶炼中期在6-13min,冶炼后期在13min至出钢时刻;
该吹炼方法中CO2气体浓度大于99%,适用于转炉顶吹、底吹和顶底复吹;适用于30-350t脱磷转炉和脱碳转炉。
10.根据权利要求8所述的转炉炼钢用CO2-O2氧枪喷头的吹炼方法,其特征在于:吹炼时,根据铁水中Si含量不同,采用不同的冶炼模型:
当铁水Si含量小于0.10%,冶炼前期CO2混入比例控制在5%以下,射流穿透比在40%-50%,冶炼中期CO2混入比例控制在1%-8%,射流穿透比在40%-60%,冶炼末期CO2混入比例控制在5%-20%,射流穿透比在55%-75%;
当铁水Si含量在0.10%-0.60%,冶炼前期CO2混入比例控制在2%-10%,射流穿透比在45%-60%,冶炼中期CO2混入比例控制在1%-8%,射流穿透比在40%-60%,冶炼末期CO2混入比例控制在5%-20%,射流穿透比在55%-75%;
当铁水Si含量大于0.60%,冶炼前期CO2混入比例控制在2%-15%,射流穿透比在50%-60%,冶炼中期CO2混入比例控制在2%-10%,射流穿透比在40%-60%,冶炼末期CO2混入比例控制在5%-20%,射流穿透比在55%-75%。
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GR01 | Patent grant | ||
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