CN110760639A - 一种转炉底喷石灰石粉炼钢的系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种转炉底喷石灰石粉炼钢的系统及其方法，包括粉罐车、环缝阀组、主吹阀组、喷粉罐、转炉，所述喷粉罐进料端设有安全阀和泄压阀，所述喷粉罐中下部设有流态化装置，所述流态化装置通过流态化管与环缝阀组连接，所述喷粉罐的底部出料端设有喷射器，所述喷射器与喷粉罐之间设有下料控制阀，所述喷射器一端通过主吹气管与主吹阀组连接，所述喷射器的另一端通过输料管道与转炉底部安装的双层套管式底吹喷枪连接，通过双层套管式底吹喷枪将制备的钝化石灰石粉由转炉底部喷入转炉内，根据转炉冶炼前、中、后期冶炼过程调整石灰石粉喷吹量，石灰石与钢水直接接触面积大大增加，极大地改善转炉的搅拌条件，从而大大提高石灰石的利用效率。

Description

一种转炉底喷石灰石粉炼钢的系统及其方法

技术领域

本发明属于冶金工艺技术领域，具体涉及一种转炉底喷石灰石粉炼钢的方法。

背景技术

随着国家对钢铁企业采取节能减排政策，作为炼钢产业中心环节的转炉工序，如何更好地担负低能耗和低污染任务成为人们逐渐关注的焦点，基于节能减排理念，北京科技大学李宏提出的“转炉石灰石替代石灰造渣炼钢”的方法则正好满足了低成本、低能耗、低排放的冶炼诉求，国内已有数十家钢铁公司应用此方法炼钢，并取得了良好冶炼效果和经济效益。

现代转炉炼钢普遍采用活性石灰作为造渣材料，而石灰则是由石灰石煅烧而来，石灰石的主要成分为CaCO₃，CaCO₃在900K～1200K之间标准自由能的变化与温度的关系如下：

由式（2）计算，碳酸钙的分解温度在896℃左右，如果在转炉内直接加入石灰石造渣相当于将石灰石的煅烧过程放在了转炉炉内集中进行，转炉开吹后熔池温度在1200℃～1400℃之间，石灰石在加入转炉后瞬间承受1200℃～1400℃的高温，表层碳酸钙的分解激烈进行，原本在炉外需要煅烧3h～5h的石灰石分解反应在转炉冶炼过程，只需要几分钟便可分解完成，由于石灰石分解会生成大量的CO₂气体，使得炉内熔渣泡沫化程度提高，有利于增加石灰与熔渣反应的表面积，同时CO₂气体的逸出会在石灰石煅烧生成的石灰表面形成诸多气孔，生成的石灰具有极高的活性，有效地促进了石灰的快速熔化，有利于高碱度转炉熔渣的快速形成。

吹炼初期Si、Mn的快速氧化，产生的SiO₂与石灰中CaO在其表面形成高熔点物质2CaO·SiO₂进而影响石灰的熔化速度，采用石灰石作为造渣材料，煅烧过程不断生成CO₂气体并逸出，可有效限制SiO₂进入石灰内部，避免高熔点物质2CaO·SiO₂的生成，从而有利于石灰的熔化，CO₂气体的排出以及石灰的快速熔化是相互促进的，从化学反应动力学角度分析，这两种生成物的排出和熔化促进石灰煅烧反应的进行，因此在保证了转炉炉内温度的前提下，石灰石的热分解熔化速度并不低于石灰在转炉的熔化速度。

石灰石加入转炉炉内发生分解反应，所产生的CO₂气体与C发生反应，应式如下：

石灰石分解和CO₂气体与C反应均为吸热反应，石灰石的密度在2.7g/cm³～2.95g/cm³，具备作为炼钢“压喷剂”的条件，可抑制泡沫型喷溅的产生。

但是，将石灰石由顶部料仓加入转炉炼钢，一方面石灰石的煅烧在转炉炉渣界面完成，无法与钢液直接接触，加上石灰石分解产生的CO₂气体对熔池的搅拌作用没有充分发挥，导致石灰石利用率较低，另一方面，石灰石由顶部料仓加入转炉时，对石灰石粒度要求一般为10-80mm，以块状石灰石为主，石灰石在开采、加工及运输过程产生的石灰石粉无法有效利用。

专利号为200910082071.X、名称为一种在顶吹氧气转炉内用石灰石代替石灰造渣炼钢的方法的中国发明专利，通过高位料仓加入石灰石块进行造渣，有效减少了能量浪费，节省了生产成本。但是，通过高位料仓加入的块状石灰石因为粒度一般为10-80mm，石灰石块的分解速度较为缓慢，石灰石的煅烧在转炉炉渣中或在钢渣界面完成，与钢水直接接触面积小，石灰石分解反应产生的CO₂气体在钢渣界面以上，CO₂气体对熔池的搅拌作用没有充分发挥，导致石灰石利用率较低，石灰石在开采、加工及运输过程产生的石灰石粉无法有效利用。

专利号201210298401.0、名称为一种在顶底复吹转炉中侧吹粉粒石灰石造渣炼钢的方法的中国发明专利，在转炉耳轴处侧面向转炉熔池喷吹石灰石粉，一定程度上促进了熔池搅拌效果和石灰石利用效率，从侧面喷吹入石灰粉，载体气体及石灰粉在熔池内滞留深度和时间有限，喷吹范围仅限于局部，无法充分利用转炉冶炼的富裕热量以及对熔池进行充分搅拌。

发明内容

本发明的目的是提供一种转炉底喷石灰石粉炼钢的系统。

本发明的另一目的是提供一种转炉底喷石灰石粉炼钢的方法，以解决上述现有技术中存在的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种转炉底喷石灰石粉炼钢的系统，包括粉罐车、环缝阀组、主吹阀组、喷粉罐、转炉，所述粉罐车通过上料管道与喷粉罐进料端连接，所述喷粉罐进料端设有安全阀和泄压阀，所述喷粉罐中下部设有流态化装置，所述流态化装置通过流态化管与环缝阀组连接，所述喷粉罐的底部出料端设有喷射器，所述喷射器与喷粉罐之间设有下料控制阀，所述喷射器一端通过主吹气管与主吹阀组连接，所述喷射器的另一端通过输料管道与转炉底部安装的双层套管式底吹喷枪连接。

进一步地，所述转炉的耳轴上设有旋转接头，所述输料管道与旋转接头相连后穿过转炉的耳轴与双层套管式底吹喷枪的内管连接连接。

进一步地，所述输料管道与双层套管式底吹喷枪之间设有分配器。

进一步地，所述环缝阀组与喷粉罐进料端设有加压管。

进一步地，所述环缝阀组与双层套管式底吹喷枪之间设有环缝气管，所述环缝气管与旋转接头相连后穿过转炉的耳轴与双层套管式底吹喷枪的外层管连接。

一种转炉底喷石灰石粉炼钢的方法，通过双层套管式底吹喷枪将制备的钝化石灰石粉由转炉底部喷入转炉内，石灰石粉喷吹速度为100-200kg/min，石灰石粉喷吹总量为800-2500kg/炉钢，根据转炉冶炼前、中、后期冶炼过程调整石灰石粉喷吹量，

在转炉冶炼前期，石灰石粉喷吹量为总喷吹量的2/3，喷吹量为533-1667kg，碳氧反应开始前30s-45s停止喷吹；

在转炉冶炼中期，碳氧反应开始后的2-3min内不喷吹石灰石粉；

在转炉冶炼后期，石灰石喷吹量为总喷吹量的1/3，喷吹量为267-833kg，转炉终点前90-120s喷吹结束。

进一步地，所述制备的钝化石灰石粉为石灰石块或石灰石在开采、加工、运输过程中产生的石灰石粉在破碎、研磨的过程中加入钝化剂二甲基硅油，其成分为： CaO：45-56%，SiO2：0.50-2.85%，P：≤0.011%，S：≤0.050%，H2O：≤2%。

进一步地，所述双层套管式底吹喷枪喷吹石灰石粉的载气为氧气、氮气、氩气的混合气体，载气总流量为1500-2500Nm³/h，在转炉冶炼前期，喷吹石灰石粉的载气中，氧气混入比例为0-75%，氧气流量为0-1875Nm³/h，氮气混入比例为0-25%，氮气流量为0-625Nm³/h，氩气混入比例为0-10%，氩气流量为0-250Nm³/h；

在转炉冶炼中期，喷吹石灰石粉的载气中，氧气混入比例为0-50%，氧气流量为0-1250Nm³/h，氮气混入比例为0-65%，氮气流量为0-1625Nm³/h，氩气混入比例为0-10%，氩气流量为0-250Nm³/h；

在转炉冶炼后期，喷吹石灰石粉的载气中，氧气混入比例为0-75%，氧气流量为0-1875Nm³/h，氮气混入比例为0-5%，氮气流量为0-125Nm³/h，氩气混入比例为0-30%，氩气流量为0-750Nm³/h。

进一步地，所述制备的钝化石灰石粉中200目以下粒度比例大于88%，自然对角小于25°。

进一步地，所述双层套管式底吹喷枪采用的环缝保护气体为氮气和氩气，转炉冶炼前期以氮气作为环缝保护气体，转炉冶炼后期为氩气，环缝保护气体气源压力为1.3-1.6Mpa，喷吹过程压力为0.8-1.3Mpa，喷吹过程流量为120-240Nm3/h。

本发明的有益效果为：

（1）本系统上料系统占地面积小且上料灵活投资小，主吹气和环缝保护气采用不同的管路，分别由主吹气阀组和环缝阀组单独控制，互不干扰，喷粉管下部设置流态化装置，便于石灰石粉流态化后喷吹，旋转接口与喷枪之间设置分配器可将输料管道内石灰石粉及载气分配至多支底吹喷粉枪，实现一路输粉管道供应多支底吹喷枪的功能，可根据转炉容量大小布置单支或多支底吹喷枪，同时起到缓冲及稳压的作用。

（2）本发明将喷吹的石灰石粉经过钝化处理，石灰石粉中200目以下粒度比例大于88%，自然对角小于25°，石灰石粉流动性良好，上料及喷吹时石灰石粉输送顺畅，杜绝了石灰石粉喷吹管道堵塞的情况，底吹喷粉枪采用双层套管式底吹喷枪，杜绝了底吹喷粉枪堵塞的情况。

（3）本发明通过双层套管式底吹喷枪将经过钝化处理的石灰石粉喷入转炉，石灰石粉可与钢水直接接触，而且由于喷吹的石灰石粒度小于200目的占88%以上，石灰石与钢水直接接触面积大大增加，且由于石灰石煅烧分解的CO₂气体与铁液中的C发生反应生成CO气体，在原惰性气体底吹搅拌的基础上增加化学反应搅拌，极大地改善转炉的搅拌条件，从而大大提高石灰石的利用效率，高效脱除铁水中的磷和硫，并减少钢铁料和造渣料的消耗。

（4）石灰石粉价格远低于石灰粉价格，喷吹石灰石粉可显著降低炼钢成本，在满足炼钢生产需求的同时，减少因石灰石在石灰窑煅烧过程产生的粉尘和CO₂，给企业带来经济效益，减轻环境污染，提高钢铁企业市场竞争力。

（5）喷吹石灰石粉可有效利用石灰石在开采、加工及运输过程产生的石灰石粉，解决石灰石粉无法有效利用堆积的问题，同时减少了转炉石灰消耗，增加石灰石矿山服役年限。

附图说明

图1是本发明一种转炉底喷石灰石粉炼钢的系统示意图。

图中：1、粉罐车；2、上料管；3、环缝阀组；4、主吹阀组；5、加压管；6、流化气管；7、主吹气管；8、环缝气管；9、喷射器；10、喷粉管；11、安全阀；12、旋转接头；13、耳轴；14、分配器；15、底吹喷枪；16、转炉；17、炉渣；18、钢液；19.泄压阀；20.下料控制阀；21.流态化装置；22、输料管道。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的详细描述。

如图1所示，一种转炉底喷石灰石粉炼钢的系统，包括粉罐车1、环缝阀组3、主吹阀组4、喷粉罐10、转炉16，所述粉罐车1通过上料管道2与喷粉罐10进料端连接，所述喷粉罐10进料端设有安全阀11和泄压阀19，所述喷粉罐10中下部设有流态化装置21，所述流态化装置21通过流态化管6与环缝阀组3连接，所述喷粉罐10的底部出料端设有喷射器9，所述喷射器9与喷粉罐10之间设有下料控制阀20，所述喷射器9一端通过主吹气管7与主吹阀组4连接，所述喷射器9的另一端通过输料管道22与转炉16底部安装的双层套管式底吹喷枪15连接，所述转炉16的耳轴上设有旋转接头12，所述输料管道22与旋转接头12相连后穿过转炉16的耳轴与双层套管式底吹喷枪15的内管连接连接。

所述输料管道22与双层套管式底吹喷枪15之间设有分配器14，可将输料管道22内石灰石粉及载气分配至多支底吹喷粉枪，实现一路输粉管道供应多支底吹喷枪的功能，可根据转炉容量大小布置单支或多支底吹喷枪，同时起到缓冲及稳压的作用。

所述环缝阀组3与喷粉罐10进料端设有加压管5，在喷吹石灰石粉时可控制喷粉管内压力在0.3-0.8Mpa，通过调整喷粉管内压力调整喷吹石灰石粉的流量。

所述环缝阀组3与双层套管式底吹喷枪15之间设有环缝气管8，所述环缝气管8与旋转接头12相连后穿过转炉16的耳轴与双层套管式底吹喷枪15的外层管连接，外层管内气体经过双层套管式底吹喷枪15进入钢液时，高速气流对双层套管式底吹喷枪15起到冷却作用。

一种转炉底喷石灰石粉炼钢的方法，本方法适用于50-300吨的底吹喷粉转炉。

实施例1

50吨转炉底喷石灰石粉炼钢

该转炉炉底布置2支双层套管式底吹喷粉枪，以氧气、氮气、氩气为载气喷吹石灰石粉，环缝喷吹氮气和氩气进行冷却保护，转炉兑铁加废钢后，通过双层套管式底吹喷枪向转炉内喷吹钝化石灰石粉，载气为氧气和氮气的混合气体，氧气喷吹比例为75%，氮气喷吹比例为25%，以氮气作为环缝保护气，石灰石粉喷吹速度为150kg/min，头批料石灰加入量减少800kg，轻烧白云石和生白云石按照渣中MgO含量大于8%的要求加入，喷吹至碳氧反应开始前45s时，停止喷吹石灰石粉，只吹气，载气中氧气比例调整为50%，氮气比例调整为50%，待转炉内反应平稳后，开始喷吹石灰石粉，石灰石粉喷吹速度为100kg/min，载气中氧气比例调整为75%，氮气比例调整为25%，喷吹至转炉冶炼终点前120s时停止喷粉只吹气，环缝保护气切换为氩气，载气中氧气比例仍为75%，氩气比例调整为25%，不喷吹氮气，直至吹炼至终点，总喷吹石灰石粉量达到了800kg。

结果表明：采用本方法后，转炉吹炼至终点，终点温度及成分达到出钢要求，可实现一倒出钢，转炉石灰消耗降低了15kg/t，炼钢成本降低2.4元/t。

实施例2：

120吨转炉底喷石灰石粉炼钢

该转炉炉底布置2支双层套管式底吹喷粉枪，以氧气、氮气、氩气为载气喷吹石灰石粉，环缝喷吹氮气和氩气进行冷却保护。转炉兑铁加废钢后，通过底吹喷枪向转炉内喷吹钝化石灰石粉，载气为氧气和氮气的混合气体，氧气喷吹比例为75%，氮气喷吹比例为25%，以氮气作为环缝保护气，石灰石粉喷吹速度为180kg/min，头批料石灰加入量减少1200kg，轻烧白云石和生白云石按照渣中MgO含量大于8%的要求加入，喷吹至碳氧反应开始前30s时，停止喷吹石灰石粉，只吹气，载气中氧气比例调整为50%，氮气比例调整为50%，待转炉内反应平稳后，开始喷吹石灰石粉，石灰石粉喷吹速度为150kg/min，载气中氧气比例调整为75%，氮气比例调整为25%，喷吹至转炉冶炼终点前90s时停止喷粉只吹气，环缝保护气切换为氩气，载气中氧气比例仍为75%，氩气比例调整为25%，不喷吹氮气，直至吹炼至终点，总喷吹石灰石粉量达到了1200kg。

结果表明：采用本方法后，转炉吹炼至终点，终点温度及成分达到出钢要求，可实现一倒出钢，转炉石灰消耗降低了10kg/t，炼钢成本降低1.5元/t。

实施例3：

300吨转炉底喷石灰石粉炼钢

该转炉炉底布置2支双层套管式底吹喷粉枪，以氧气、氮气、氩气为载气喷吹石灰石粉，环缝喷吹氮气和氩气进行冷却保护。转炉兑铁加废钢后，通过底吹喷枪向转炉内喷吹钝化石灰石粉，载气为氧气和氮气的混合气体，氧气喷吹比例为75%，氮气喷吹比例为25%，以氮气作为环缝保护气，石灰石粉喷吹速度为200kg/min，头批料石灰加入量减少1400kg，轻烧白云石和生白云石按照渣中MgO含量大于8%的要求加入，喷吹至碳氧反应开始前38s时，停止喷吹石灰石粉，只吹气，载气中氧气比例调整为50%，氮气比例调整为50%，待转炉内反应平稳后，开始喷吹石灰石粉，石灰石粉喷吹速度为180kg/min，载气中氧气比例调整为75%，氮气比例调整为25%，喷吹至转炉冶炼终点前105s时停止喷粉只吹气，环缝保护气切换为氩气，载气中氧气比例仍为75%，氩气比例调整为25%，不喷吹氮气，直至吹炼至终点，总喷吹石灰石粉量达到了1450kg。

结果表明：采用本方法后，转炉吹炼至终点，终点温度及成分达到出钢要求，可实现一倒出钢，转炉石灰消耗降低了7kg/t，炼钢成本降低1.1元/t。

以上所述仅为发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种转炉底喷石灰石粉炼钢的系统，其特征在于：包括粉罐车（1）、环缝阀组（3）、主吹阀组（4）、喷粉罐（10）、转炉（16），所述粉罐车（1）通过上料管道（2）与喷粉罐（10）进料端连接，所述喷粉罐（10）进料端设有安全阀（11）和泄压阀（19），所述喷粉罐（10）中下部设有流态化装置（21），所述流态化装置（21）通过流态化管（6）与环缝阀组（3）连接，所述喷粉罐（10）的底部出料端设有喷射器（9），所述喷射器（9）与喷粉罐（10）之间设有下料控制阀（20），所述喷射器（9）一端通过主吹气管（7）与主吹阀组（4）连接，所述喷射器（9）的另一端通过输料管道（22）与转炉（16）底部安装的双层套管式底吹喷枪（15）连接。

2.根据权利要求1所述的一种转炉底喷石灰石粉炼钢的系统，其特征在于：所述转炉（16）的耳轴上设有旋转接头（12），所述输料管道（22）与旋转接头（12）相连后穿过转炉（16）的耳轴与双层套管式底吹喷枪（15）的内管连接连接。

3.根据权利要求1或2所述的一种转炉底喷石灰石粉炼钢的系统，其特征在于：所述输料管道（22）与双层套管式底吹喷枪（15）之间设有分配器（14）。

4.根据权利要求1或2所述的一种转炉底喷石灰石粉炼钢的系统，其特征在于：所述环缝阀组（3）与喷粉罐（10）进料端设有加压管（5）。

5.根据权利要求2所述的一种转炉底喷石灰石粉炼钢的系统，其特征在于：所述环缝阀组（3）与双层套管式底吹喷枪（15）之间设有环缝气管（8），所述环缝气管（8）与旋转接头（12）相连后穿过转炉（16）的耳轴与双层套管式底吹喷枪（15）的外层管连接。

6.一种转炉底喷石灰石粉炼钢的方法，其特征在于：通过双层套管式底吹喷枪将制备的钝化石灰石粉由转炉底部喷入转炉内，石灰石粉喷吹速度为100-200kg/min，石灰石粉喷吹总量为800-2500kg/炉钢，根据转炉冶炼前、中、后期冶炼过程调整石灰石粉喷吹量，

在转炉冶炼前期，石灰石粉喷吹量为总喷吹量的2/3，喷吹量为533-1667kg，碳氧反应开始前30s-45s停止喷吹；

在转炉冶炼中期，碳氧反应开始后的2-3min内不喷吹石灰石粉；

在转炉冶炼后期，石灰石喷吹量为总喷吹量的1/3，喷吹量为267-833kg，转炉终点前90-120s喷吹结束。

7.根据权利要求6所述的一种转炉底喷石灰石粉炼钢的方法，其特征在于：所述制备的钝化石灰石粉为石灰石块或石灰石在开采、加工、运输过程中产生的石灰石粉在破碎、研磨的过程中加入钝化剂二甲基硅油，其成分为：CaO：45-56%，SiO2：0.50-2.85%，P：≤0.011%，S：≤0.050%，H2O：≤2%。

8.根据权利要求6所述的一种转炉底喷石灰石粉炼钢的方法，其特征在于：所述双层套管式底吹喷枪喷吹石灰石粉的载气为氧气、氮气、氩气的混合气体，载气总流量为1500-2500Nm³/h，在转炉冶炼前期，喷吹石灰石粉的载气中，氧气混入比例为0-75%，氧气流量为0-1875Nm³/h，氮气混入比例为0-25%，氮气流量为0-625Nm³/h，氩气混入比例为0-10%，氩气流量为0-250Nm³/h；

在转炉冶炼中期，喷吹石灰石粉的载气中，氧气混入比例为0-50%，氧气流量为0-1250Nm³/h，氮气混入比例为0-65%，氮气流量为0-1625Nm³/h，氩气混入比例为0-10%，氩气流量为0-250Nm³/h；

在转炉冶炼后期，喷吹石灰石粉的载气中，氧气混入比例为0-75%，氧气流量为0-1875Nm³/h，氮气混入比例为0-5%，氮气流量为0-125Nm³/h，氩气混入比例为0-30%，氩气流量为0-750Nm³/h。

9.根据权利要求6所述的一种转炉底喷石灰石粉炼钢的方法，其特征在于：所述制备的钝化石灰石粉中200目以下粒度比例大于88%，自然对角小于25°。

10.根据权利要求6所述的一种转炉底喷石灰石粉炼钢的方法，其特征在于：所述双层套管式底吹喷枪采用的环缝保护气体为氮气和氩气，转炉冶炼前期以氮气作为环缝保护气体，转炉冶炼后期为氩气，环缝保护气体气源压力为1.3-1.6Mpa，喷吹过程压力为0.8-1.3Mpa，喷吹过程流量为120-240Nm³/h。

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