CN110846459B - 一种转炉及其冶炼方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种转炉，包括炉体，炉体底部设有多个底吹孔，各底吹孔分布于两个底吹圆中，两个底吹圆的圆心均位于炉体的中轴线上，其中一个底吹圆的直径为0.48D，另一个底吹圆的直径为0.33D，其中D为转炉炉底直径。通过各底吹孔流量的控制，转炉吹炼前期在转炉熔池内形成小环流，促进熔剂融化并加强前期脱磷；转炉吹炼中期可加强脱碳并减少金属喷溅。转炉吹炼后期在转炉熔池内形成大回路环流，以缩短熔池混匀时间。本发明提供的转炉及其冶炼方法，对转炉底吹孔数量及布局进行特定设计及严格限制，可以使转炉熔池动力学条件最优化，熔池混匀时间降低，减小死区面积，也可以促进钢渣充分混匀，提高转炉终点的脱磷、硫效果，改善转炉终点各项技术指标。

Description

一种转炉及其冶炼方法
技术领域
本发明涉及一种控制系统，尤其涉及一种转炉及其冶炼方法。
背景技术
近几年来，随着钢铁市场产能过剩，同时对钢的品质要求逐步提高，钢水产量已不再是钢厂利润最大化的需求，而产品质量成为了钢厂核心竞争力的重点，以汽车板、镀锡板为代表的高品质钢对洁净度的要求更加苛刻，使得洁净钢的生产技术成为影响利润的主要因素。转炉终点各项指标，如钢水氧含量、磷含量及温度等，是控制成品各项性能的源头，特别是钢液的氧含量是脱氧合金加入量的唯一依据，是钢水中夹杂物的主要来源，是决定炼钢后续工序稳定及生产高品质钢的直接影响因素。
转炉底吹控制对转炉冶炼各项指标，如钢水氧含量、磷含量和硫含量均有直接影响。目前，国内钢铁企业底吹均采用等量控制，其脱磷和碳氧积等均有很大的提升空间。
发明内容
本发明涉及一种转炉及其冶炼方法，至少可解决现有技术的部分缺陷。
本发明涉及一种转炉，包括炉体，所述炉体底部设有底吹结构，所述底吹结构包括多个底吹孔，各所述底吹孔分布于两个底吹圆中，两个底吹圆的圆心均位于炉体的中轴线上，其中一个底吹圆的直径为0.48D，另一个底吹圆的直径为0.33D，其中D为转炉炉底直径。
作为实施方式之一，大直径底吹圆上等分布置有8个底吹孔，小直径底吹圆上等分布置有4个底吹孔。
作为实施方式之一，大直径底吹圆上的各底吹孔与小直径底吹圆上的各底吹孔错位布置。
作为实施方式之一，各所述底吹孔均独立供气。
作为实施方式之一，各所述底吹孔所配置的气源均为惰性气体源。
作为实施方式之一，各底吹孔处均布置有双环式底吹元件，所述双环式底吹元件包括中央实心管以及同轴套设于所述中央实心管之外的两个环管，两个环管之间以及中央实心管与内环管之间分别形成供底吹气体流通的环缝。
作为实施方式之一，所述环缝的宽度在1～2.5mm范围内。
另外还涉及如上所述的转炉的冶炼方法，在转炉吹炼前期，所有12个底吹孔流量均控制在150～250Nm3·h-1范围内，并且与顶吹氧气相配合，在转炉熔池内形成小环流，促进熔剂融化并加强前期脱磷。
另外还涉及如上所述的转炉的冶炼方法，在转炉吹炼中期，大直径底吹圆上的各底吹孔流量均控制在100～150Nm3·h-1范围内，小直径底吹圆上的各底吹孔流量均控制在50～80Nm3·h-1范围内，以加强脱碳并减少金属喷溅。
另外还涉及如上所述的转炉的冶炼方法，在转炉吹炼后期，调整单一象限内4个底吹孔流量在350～450Nm3·h-1范围内，其他8个底吹孔流量控制在50～80Nm3·h-1范围内，在转炉熔池内形成大回路环流，以缩短熔池混匀时间。
本发明至少具有如下有益效果：
本发明提供的转炉及其冶炼方法，对转炉底吹孔数量及布局进行特定设计及严格限制，在吹炼过程中根据熔池冶金过程，按照冶炼前、中、后期分段分别调整各个底吹孔流量，使熔池形成小环流或大环流等现象，可以使转炉熔池动力学条件最优化，熔池混匀时间降低，减小死区面积，也可以促进钢渣充分混匀，提高转炉终点的脱磷、硫效果，改善转炉终点各项技术指标。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1和图2为本发明实施例提供的底吹结构的底吹孔分布示意图，其中图1和图2示出了两种不同的象限划分方式；
图3为本发明实施例提供的双环式底吹元件的结构示意图。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
如图1和图2，本发明实施例提供一种转炉，包括炉体1，所述炉体1底部设有底吹结构，所述底吹结构包括多个底吹孔2，各所述底吹孔2分布于两个底吹圆中，两个底吹圆的圆心均位于炉体1的中轴线上，其中一个底吹圆的直径为0.48D，另一个底吹圆的直径为0.33D，其中D为转炉炉底直径。
为方便描述，将直径为0.48D的底吹圆定义为大直径底吹圆，将直径为0.33D的底吹圆定义为小直径底吹圆。可以理解地，两个底吹圆是同圆心的。
一般地，每个底吹圆上分布有多个底吹孔2，每个底吹圆上的各底吹孔2优选为等分布置，即均匀间隔布置，便于控制。
上述底吹结构优选为向熔池内吹入惰性气体，即各底吹孔2所配置的气源均为惰性气体源。其中，优选为在转炉冶炼前、中期吹入氮气，转炉冶炼后期吹入氩气。
在转炉冶炼时，通过底吹孔2吹入惰性气体，可以为转炉内碳氧化学反应提供良好的动力学条件，使转炉内的金属溶液的化学成分更均匀，提高碳氧反应速度，生成的一氧化碳气体溢出熔池，进入转炉烟气回收管道，降低转炉冶炼终点的碳含量和氧含量，从而降低碳氧积。而且，碳氧反应生成的一氧化碳气泡，在炉底吹入的大量惰性气体的条件下，惰性气体在金属熔池内形成小气泡，相对于一氧化碳气体来讲，这个小气泡是一个真空环境，为小气泡周围的金属液体中的碳和氧发生化学反应提供了良好的热力学条件，促进金属液体中的碳和氧生成一氧化碳气体，降低钢液中的碳含量和氧含量，从而降低转炉冶炼终点的碳氧积，提高转炉冶炼终点钢水的洁净度，为冶炼高品质钢种提供良好的原料条件。另外，转炉冶炼时，通过底吹惰性气体，还能增加钢渣的相对接触面积，改善钢渣中的CaO与金属溶液中的P发生化学反应的动力学条件；同时碳氧反应生成的一氧化碳气体溢出熔池的过程，一氧化碳气泡会搅拌熔池，也为钢渣中的CaO与金属溶液中的P发生化学反应的动力学条件，提高了脱磷率。
进一步优选地，如图1和图2，大直径底吹圆上等分布置有8个底吹孔2，也即该8个底吹孔2在该大直径底吹圆上均匀间隔环设，相邻两个底吹孔2之间所对应的圆心角为45°；小直径底吹圆上等分布置有4个底吹孔2，也即该4个底吹孔2在该小直径底吹圆上均匀间隔环设，相邻两个底吹孔2之间所对应的圆心角为90°。上述大直径底吹圆上的8个底吹孔2以及小直径底吹圆上的4个底吹孔2可任意布置；在其中一个优选的实施例中，如图1和图2，大直径底吹圆上的各底吹孔2与小直径底吹圆上的各底吹孔2错位布置，便于底吹结构工作模式的调节，保证能够在熔池内形成小环流或大环流等现象，从而提高转炉冶炼效果及效率。以大直径底吹圆上的各底吹孔2为外环底吹孔2，以小直径底吹圆上的各底吹孔2为内环底吹孔2，则可以理解地，每个内环底吹孔2位于相邻两个外环底吹孔2之间，也即不存在外环底吹孔2与内环底吹孔2位于同一径向线上的情况，任意两个底吹孔2之间所对应的圆心角都大于0°；进一步优选地，每个内环底吹孔2位于相邻两个外环底吹孔2所对应的圆心角的角平分线上，进一步便于底吹结构流量及气流分布的控制。
进一步优选地，各所述底吹孔2均独立供气，便于各底吹孔2流量及气流压力的控制，保证底吹结构各工作模式的稳定性和可靠性。在其中一个实施例中，可以配置一个底吹气体供应总管，每个底吹孔2通过一个底吹支路与该底吹气体供应总管连通，12个底吹孔2即对应有12个底吹支路，在各底吹支路上分别设置调节阀实现各底吹支路供气量的控制。其中，本实施例中，每个底吹支路供气流量范围在0～400Nm3·h-1范围内，可满足底吹结构各工作模式下的供气要求。
进一步优化上述实施例，一般地，各底吹孔2处均布置底吹元件21，本实施例中，底吹元件21采用双环式底吹元件21，如图3，该双环式底吹元件21包括中央实心管211以及同轴套设于所述中央实心管211之外的两个环管212，两个环管212之间以及中央实心管211与内环管212之间分别形成供底吹气体流通的环缝。在转炉冶炼时，底吹气体通过底吹元件21吹入转炉熔池内的铁水中，由于转炉冶炼会使金属液体或者炉渣堵塞底吹元件21，一般情况下底吹气体压力可以将底吹元件21内堵塞的金属或炉渣冲开，但当底吹元件21使用次数超过一定时长后，底吹元件21堵塞愈加严重，底吹气体的压力无法冲开；本实施例中，采用双环缝设计可以在一个环缝或者一部分环缝堵塞的情况下，底吹元件21仍然具有底吹惰性气体的功能，可以延长底吹元件21的使用寿命。作为优选，所述环缝的宽度在1～2.5mm范围内。
对于上述转炉的冶炼方法，优选地，包括：
在转炉吹炼前期，所有12个底吹孔2流量均控制在150～250Nm3·h-1范围内，并且与顶吹氧气相配合，在转炉熔池内形成小环流，将熔池分隔成一个个单独的循环区间，采用中等流量的底吹流量从而实现中等流量的小环流，可提高熔池的脱硅速率，并且促进熔剂融化而快速形成前期渣，延长脱磷时间，从而能加强前期脱磷。其中，各底吹孔2的流量优选为相同，流量差异控制在15Nm3·h-1以下，本实施例中，底吹孔2流量优选为设定在200Nm3·h-1左右；顶吹氧气的流量优选为在60000Nm3·h-1左右，可在58000～63000Nm3·h-1动态调节。
对于上述转炉的冶炼方法，优选地，包括：
在转炉吹炼中期，大直径底吹圆上的各底吹孔2流量均控制在100～150Nm3·h-1范围内，小直径底吹圆上的各底吹孔2流量均控制在50～80Nm3·h-1范围内，以加强脱碳并减少金属喷溅。顶吹气体流股主要集中在熔池中心，在吹炼中期，因熔池温度上升至一定值后，脱碳反应上升至最高强度，这时炉渣中FeO含量持续降低，导致炉渣流动性变差，在上述方法中，一方面，降低底吹流量，可以减缓炉渣中FeO含量降低的速率，改善炉渣的流动性，另一方面，差异化设定两个底吹圆上的底吹孔2流量并且采用相对较大的大直径底吹圆上的底吹孔2流量，可以提高熔池内钢水及炉渣的均匀性(包括温度均匀性和成分均匀性等)。在其中一个实施例中，大直径底吹圆上的各底吹孔2流量均控制在120Nm3·h-1左右，小直径底吹圆上的各底吹孔2流量均控制在50Nm3·h-1左右。
对于上述转炉的冶炼方法，优选地，包括：
在转炉吹炼后期，调整单一象限内4个底吹孔2流量在350～450Nm3·h-1范围内，其他8个底吹孔2流量控制在50～80Nm3·h-1范围内，在转炉熔池内形成大回路环流，以缩短熔池混匀时间；例如，单一象限内4个底吹孔2流量控制在400Nm3·h-1左右，其他8个底吹孔2流量控制在50Nm3·h-1左右。基于底吹孔2的特殊布置设计，通过单一象限内4个底吹孔2的大流量控制和其他8个底吹孔2的小流量控制，相较于其他方式的底吹孔2流量控制(例如以耳轴轴线一侧的各底吹孔2流量设计为大流量，或者外环底吹孔2流量设计为大流量等)，本实施例可获得的回路环流更大，钢水均匀性更好，而且由于是单一象限的大流量底吹，钢水对炉衬的侵蚀也较小。在其中一个实施例中，如图2，以上述小直径底吹圆上的4个内环底吹孔2划分象限，由于该小直径底吹圆上相邻两个内环底吹孔2之间所对应的圆心角为90°，则该小直径底吹圆上的4个内环底吹孔2均位于极轴上，每个象限内有两个外环底吹孔2，则将其中一个象限Q内的两个外环底吹孔2以及该象限极轴上的两个内环底吹孔2的流量设定在350～450Nm3·h-1范围内；在另外一个实施例中，如图1，以大直径底吹圆上的外环底吹孔2划分象限，则8个外环底吹孔2中，有4个外环底吹孔2位于极轴上，每个象限内有一个外环底吹孔2和一个内环底吹孔2，则将其中一个象限Q内的外环底吹孔2和内环底吹孔2以及该象限极轴上的两个外环底吹孔2的流量设定在350～450Nm3·h-1范围内。其中，以前种象限划分方式为佳(即一个象限内有两个外环底吹孔2，该象限极轴上有两个内环底吹孔2)，大环流形成的效果更好，熔池内温度、成分均匀性更好，死区面积更容易消除。
本实施例提供的转炉及其冶炼方法，对转炉底吹孔2数量及布局进行特定设计及严格限制，在吹炼过程中根据熔池冶金过程，按照冶炼前、中、后期分段分别调整各个底吹孔2流量，使熔池形成小环流或大环流等现象，可以使转炉熔池动力学条件最优化，熔池混匀时间降低，减小死区面积，也可以促进钢渣充分混匀，提高转炉终点的脱磷、硫效果，改善转炉终点各项技术指标。
实施例二
本实施例采用上述实施例一所提供的转炉及冶炼方法，并且设置有对比例；实施例与对比例冶炼钢种均为IF钢，转炉冶炼中使用的铁水、废钢、石灰等各种原料均为同等水平，冶炼过程工艺参数控制及转炉终点钢水经过检测所得结果如下表所示。
表一不同孔数生产数据对比
上述实施例与对比例采用的是相同的底吹圆直径布置方式，但采用了不同的底吹孔2数量。显然地，3个对比例中，分别采用了4个内环底吹孔2+4个外环底吹孔2、4个内环底吹孔2+6个外环底吹孔2、8个内环底吹孔2+8个外环底吹孔2的布置方式。本实施例冶炼所得的钢水碳氧积以及重点氧含量明显低于各对比例。
表二12孔数不同流量控制方式数据对比
经过对比，可知本实施例冶炼所得的钢水碳氧积可达到15.5×10-4，而不采用本发明之冶炼方法的对比例所得的钢水碳氧积在20×10-4水平左右。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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 (5)

1.一种转炉的冶炼方法，其特征在于：该转炉包括炉体，所述炉体底部设有底吹结构，所述底吹结构包括多个底吹孔，各所述底吹孔分布于两个底吹圆中，两个底吹圆的圆心均位于炉体的中轴线上，其中一个底吹圆的直径为0.48D，另一个底吹圆的直径为0.33D，其中D为转炉炉底直径；大直径底吹圆上等分布置有8个底吹孔，小直径底吹圆上等分布置有4个底吹孔；大直径底吹圆上的各底吹孔与小直径底吹圆上的各底吹孔错位布置；
在转炉吹炼前期，所有12个底吹孔流量均控制在150～250Nm3·h-1范围内，并且与顶吹氧气相配合，在转炉熔池内形成小环流，促进熔剂融化并加强前期脱磷；
在转炉吹炼中期，大直径底吹圆上的各底吹孔流量均控制在100～150Nm3·h-1范围内，小直径底吹圆上的各底吹孔流量均控制在50～80Nm3·h-1范围内，以加强脱碳并减少金属喷溅；
在转炉吹炼后期，调整单一象限内4个底吹孔流量在350～450Nm3·h-1范围内，其他8个底吹孔流量控制在50～80Nm3·h-1范围内，在转炉熔池内形成大回路环流，以缩短熔池混匀时间。
2.如权利要求1所述的转炉的冶炼方法，其特征在于：各所述底吹孔均独立供气。
3.如权利要求1或2所述的转炉的冶炼方法，其特征在于：各所述底吹孔所配置的气源均为惰性气体源。
4.如权利要求1所述的转炉的冶炼方法，其特征在于：各底吹孔处均布置有双环式底吹元件，所述双环式底吹元件包括中央实心管以及同轴套设于所述中央实心管之外的两个环管，两个环管之间以及中央实心管与内环管之间分别形成供底吹气体流通的环缝。
5.如权利要求4所述的转炉的冶炼方法，其特征在于：所述环缝的宽度在1～2.5mm范围内。
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