CN111235348B - 复合枪体、不锈钢冶炼系统和钢包顶吹还原及脱硫工艺 - Google Patents

复合枪体、不锈钢冶炼系统和钢包顶吹还原及脱硫工艺 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种复合枪体、不锈钢冶炼系统和钢包顶吹还原及脱硫工艺，该复合枪体包括枪体上部分及枪体下部分，所述枪体上部分包括一端封闭的第一无缝钢管、第一套管及密封法兰上段；所述枪体下部分包括密封法兰下段、第二无缝钢管、第二套管、隔离板、支撑杆以及若干喷吹管；靠近所述第二无缝钢管第二端的外壁上设置有若干向下的喷吹管，若干所述喷吹管与所述第二无缝钢管相连通；所述第二无缝钢管外壁自所述隔离板下及所述支撑杆外壁均包覆有耐火材料，所述耐火材料包覆若干所述喷吹管，且若干所述喷吹管的出气口露于所述耐火材料外。

Description

复合枪体、不锈钢冶炼系统和钢包顶吹还原及脱硫工艺
技术领域
本发明涉及一种复合枪体、不锈钢冶炼系统和钢包顶吹还原及脱硫工艺，属于不锈钢冶炼技术领域。
背景技术
目前不锈钢冶炼所用的装备分为初炼设备和精炼设备两大类，初炼设备包括：电弧炉(EAF)、非真空感应炉(一般用于小规模生产)、矿热炉、转炉。精炼设备主要包括钢包型精炼设备(如VOD、SS-VOD、VOD-PB等)、转炉型精炼设备(如AOD、VODC、VCR、CLU、KCB-S、KOBMS、K-BOP、MRP-L、GOR等)及RH功能扩展型精炼设备(如RH-OB、RH-KTB、RH-KPB等)三大类。
通常而言，冶炼原料为废钢时，初炼设备采用电弧炉+精炼设备的短流程工艺；
原料是铁水时，初炼设备采用转炉+精炼设备的工艺；
原料是废钢+铁水时，初炼设备采用电弧炉+转炉+精炼设备的工艺；
原料是铬矿石时，初炼设备采用熔融还原转炉+脱碳转炉+精炼设备的工艺；
国内采用红土镍矿为原料时，初炼设备采用干燥窑+回转窑+矿热炉+转炉+精炼设备的工艺。
而有些没有高炉及矿热炉的企业为了降低原料使用成本，开发使用含镍生铁替代镍合金降低原料费；含镍生铁一般情况磷硫偏高，而作为AOD炼钢的母液，EAF的熔汤中S含量偏高，而且铬的氧化物含量达到15％-20％，铬的氧化损失较大，AOD脱S负荷增加。AOD作业时为了确保还原S达到目标成分，可能会使用高碱度作业，进而可能导致钢水夹杂物增加，品质不良的发生。
根据炼钢学原理：提高电炉出汤温度有利于熔汤的还原及脱硫能力，炉渣碱度高，有利于渣中铬的还原，炉渣氧化性强，促进钢水中铬的氧化。温度高、CO分压低，可达到脱碳保铬的目的。同时硫在金属液中存在三种形式：即[FeS]、[S]和S2-。FeS既溶于钢液，也溶于熔渣。渣钢间进行脱硫反应时：首先钢液中硫扩散至熔渣中即[FeS]→(FeS)，进入熔渣中的(FeS)与游离的CaO结合成稳定的CaS。
以下几种因素会对脱硫产生显著影响。
炼钢温度的影响：钢渣间的脱硫反应属于吸热反应，吸热在108.2-128kJ/mol之间，因此，高温有利于脱硫反应进行。温度的重要影响主要体现在高温能促进石灰溶解和提高炉渣流动性。
炉渣碱度的影响：炉渣碱度高，游离CaO多，或(O2-)增大，有利于脱硫。但过高的碱度，常出现炉渣粘度增加，反而降低脱硫效果。
炉渣中(FeO)的影响：从热力学角度可以知道，(FeO)高不利于脱硫。当炉渣碱度高时、流动性差时，炉渣中有一定量的(FeO)，可助熔化渣。
金属液成分的影响：金属液中[C]、[Si]能增加硫的活度系数f[S]，降低氧活度，有利于脱硫。
综上，脱硫的有利条件为高温，高碱度，低(FeO)，好流动性。此外，反应界面积越大，脱硫速率就越快。熔池沸腾程度，渣钢间的乳化状况，喷吹搅拌的程度等均对渣、钢界面的大小产生影响。炉渣粘度低、熔池活跃、钢水和炉渣的含硫量差值大时，脱硫速率快。炉渣碱度、炉渣氧化性和熔池温度等操作工艺条件均会对硫的分配系数(Ls)产生影响，一切旨在提高Ls的措施均可促进脱硫反应。
为了有效减少铬的氧化发生，提高铬的实收率，降低AOD装入熔汤S含量，降低AOD作业碱度，有效提高产品品质，提供一种新的不锈钢熔汤预处理方法已经成为本领域亟需解决的技术问题。
发明内容
为了解决上述的缺点和不足，本发明的一个目的在于提供一种复合枪体。
本发明的另一个目的在于提供一种不锈钢冶炼系统，其包括以上所述的复合枪体。
本发明的又一个目的还在于提供一种不锈钢钢包顶吹搅拌还原及预脱硫工艺，其利用以上所述的不锈钢冶炼系统进行。本发明所提供的该工艺为在AOD炉外对熔渣及熔汤分别进行还原处理及脱硫处理的工艺，其在现有扒渣站的基础上，有效降低了电弧炉熔渣中铬的氧化物含量，降低了铬的氧化损失，提高了铬的实收率；还有效降低了AOD炉所用原料中的硫含量，降低了AOD作业碱度，减少了AOD作业负荷。
为了实现以上目的，一方面，本发明提供了一种复合枪体，其中，所述复合枪体包括枪体上部分及枪体下部分，所述枪体上部分包括一端封闭的第一无缝钢管、第一套管及密封法兰上段；所述第一无缝钢管外壁靠近其封闭端沿着周向固定有固定板，所述第一套管套设于所述第一无缝钢管外，且所述第一套管的一端固定于所述固定板下，所述第一套管的另一端固定于所述密封法兰上段；于所述第一无缝钢管、第一套管侧壁相同位置处开设有气体入口，所述气体入口连接有气体管路；
所述枪体下部分包括密封法兰下段、第二无缝钢管、第二套管、隔离板、支撑杆以及若干喷吹管；
所述第二无缝钢管的第一端及所述第一无缝钢管的开口端位于所述密封法兰下段内，以使所述第一无缝钢管及所述第二无缝钢管贯通；且所述密封法兰上段及密封法兰下段通过螺栓连接；所述第二无缝钢管的第二端固定连接有实心的支撑杆，以封闭所述第二无缝钢管的开口；
所述第二无缝钢管外壁沿着周向固定有所述隔离板，所述第二套管套设于所述第二无缝钢管外，且所述第二套管的第一端与所述密封法兰下段固定连接，第二套管的第二端与所述隔离板固定连接；
靠近所述第二无缝钢管第二端的外壁上设置有若干向下的喷吹管，若干所述喷吹管与所述第二无缝钢管相连通；
所述第二无缝钢管外壁自所述隔离板下及所述支撑杆外壁均包覆有耐火材料，所述耐火材料包覆若干所述喷吹管，且若干所述喷吹管的出气口露于所述耐火材料外。
在以上所述的复合枪体中，优选地，所述枪体上部分还包括吊耳，所述吊耳固定于所述固定板上。
在以上所述的复合枪体中，优选地，所述气体管路的入口连接有快速接头。
在以上所述的复合枪体中，优选地，所述枪体下部分还包括吊挂钩，所述吊挂钩套设于所述密封法兰下段并与密封法兰下段通过螺栓连接。以上所述的复合枪体中设置的该吊挂钩主要起行车吊运的作用。
在以上所述的复合枪体中，优选地，所述枪体下部分还包括吊挂法兰，所述吊挂法兰固定于所述第二套管。
在本发明具体实施方式中，所述吊挂法兰可采用焊接方式固定于所述第二套管。在存放以上所述的复合枪体时，该吊挂法兰可以起到支撑作用。
在本发明一具体实施方式中，复合枪体中，吊挂法兰与密封法兰、隔离板之间可以通过螺栓进行连接。
在以上所述的复合枪体中，优选地，所述耐火材料包括莫来石或者高铝黏土。
在以上所述的复合枪体中，优选地，所述耐火材料以变径形式包覆于所述第二无缝钢管外壁及所述支撑杆外壁，且自隔离板下依次为上部细径段、中部粗径段及下部细径段；
更优选地，所述上部细径段、中部粗径段及下部细径段的直径之比为5-4:10-9:9-8。
在以上所述的复合枪体中，上部细径段耐火材料主要起到保护钢管作用，以防止热变形，中部粗径段耐火材料与钢渣接触，属于侵蚀位置所以此段耐火材料需要加粗，下部细径段耐火材料主要在钢水内侵蚀，比在渣线少，故为了节省耐火材料而将以此段耐火材料变细。
在以上所述的复合枪体中，优选地，所述第二无缝钢管外壁自所述隔离板下及所述支撑杆外表面设置有若干锚固件，用以支撑固定所述耐火材料；
更优选地，若干所述锚固件等间距且交错分布于所述第二无缝钢管及所述支撑杆外表面；
进一步优选地，所述锚固件包括Y型锚固件和/或柱型锚固件。
在以上所述的复合枪体中，优选地，所述耐火材料与所述第二无缝钢管同心设置；
更优选地，所述耐火材料与所述第二无缝钢管二者的同轴度误差不大于3mm/m。
在以上所述的复合枪体中，所述隔离板用于固定第一套管及第二套管。
在以上所述的复合枪体中，所述第一套管为无缝管，用于加强固定及密封。
在以上所述的复合枪体中，所述支撑杆用于防止耐火材料脱落，并固定该耐火材料。
在以上所述的复合枪体中，所述耐火材料可通过浇筑的方式形成于复合枪体，浇筑结束后，需要对该耐火材料进行干燥，再经300-450℃烘烤，以使耐火材料表面不出现裂纹、凹坑等缺陷。
另一方面，本发明还提供了一种不锈钢冶炼系统，包括电弧炉、钢包、AOD炉及扒渣站，所述扒渣站上设置有移动烟罩，其中，所述不锈钢冶炼系统还包括以上所述的复合枪体，所述复合枪体穿过所述移动烟罩并插入到所述钢包盛装的熔汤中。
优选地，以上所述系统还包括升降装置，用以升降所述复合枪体。
在以上所述的不锈钢冶炼系统中，优选地，所述钢包净空大于500mm。
在以上所述的不锈钢冶炼系统中，其不限于包括电弧炉、钢包、AOD炉及扒渣站，还可包括VOD(真空炉)、LT(钢包处理设备)、LF(钢包精炼炉)及CCP(连铸设备)等；其中，所用电弧炉、钢包、AOD炉、扒渣站、移动烟罩及升降装置等等均为常规设备。
又一方面，本发明还提供了一种不锈钢钢包顶吹搅拌还原及预脱硫工艺，其中，所述工艺利用以上所述的不锈钢冶炼系统进行，其包括：
(1)将电弧炉所出含熔渣熔汤装入钢包中，再将复合枪体插入钢包中的熔汤内，通过所述复合枪体向钢包内吹入氮气或氩气并进行搅拌，使熔汤产生旋涡；再向所述钢包内添加还原剂对熔汤中的熔渣进行还原处理，以将所述熔渣中的铬的氧化物还原；
(2)还原处理结束后对钢包进行扒渣作业；
(3)继续通过所述复合枪体向钢包内吹入氮气或氩气并进行搅拌，使熔汤产生旋涡；再向所述钢包内添加脱硫剂以对熔汤进行脱硫处理。
在以上所述的工艺中，可将电弧炉所出含熔渣熔汤提前吊运至AOD扒渣站，以给还原处理及脱硫处理充分时间，确保效果。
在以上所述的工艺中，步骤(1)及步骤(3)中具体选用氮气还是氩气需要根据目标钢种要求进行选择，如果该钢种有含氮要求，则选用氩气，如其没有含氮要求，则选用氮气，以节约气体成本。
在以上所述的工艺中，所述还原剂的使用量根据熔渣量确定。通常情况下，还原剂使用量为40-50kg/每吨渣；
所述脱硫剂的使用量根据钢水(钢包内熔汤)量确定。通常情况下，所述脱硫剂的使用量为10-15kg/每吨钢水。
在以上所述的工艺中，优选地，电弧炉所出含熔渣熔汤的温度为1550-1600℃。其中，控制电弧炉所出含熔渣熔汤的温度为1550-1600℃，可确保还原处理及脱硫处理于合适温度下进行。
在以上所述的工艺中，还原处理过程中，所用钢包(本领域常规使用的熔汤钢包)倾动≤5°，以便于还原反应时熔渣从流渣槽流出，防止钢渣从包沿溢出。
在以上所述的工艺中，优选地，所述还原剂包括硅铁和/或SiC。
在以上所述的工艺中，优选地，还原处理过程中，熔渣碱度控制在1.2-1.5。
在以上所述的工艺中，优选地，还原处理过程中，搅拌时间大于等于8min。
在以上所述的工艺中，优选地，还原处理过程中，所述复合枪体采用高枪位低流量作业；更优选地，所述复合枪体的顶枪压力(气体在复合枪体内的压力)≥4.0bar；进一步优选地，所述复合枪体的顶枪压力为4.0-5.0bar。即还原处理过程中采用弱搅拌进行作业。
在以上所述的工艺中，由于电弧炉熔渣的氧化性较强，不利于脱硫，所以还原处理结束后必须先对钢包进行扒渣作业然后再进行脱硫处理。
在以上所述的工艺中，渣子中氧化物含量高对脱硫作业影响大，所以脱硫处理过程要求残渣量越少越好，因此扒渣作业要求残留渣量越少越好；优选地，步骤(2)扒渣作业后，残留渣量≤500kg。
在以上所述的工艺中，优选地，所述脱硫剂包括萤石、化渣剂、石灰、萤石或者化渣剂与石灰的组合以及复合脱硫剂。
在以上所述的工艺中，优选地，当所述脱硫剂包括石灰和萤石时，萤石比(萤石占石灰的质量比值)为20％-25％。其中，所述石灰和萤石必须按照一定比例使用才可以确保化渣效果，如果萤石比太小不利于石灰融化，萤石比太高，石灰可以加速融化，但化渣太好会严重侵蚀钢包耐材，影响钢包使用寿命。
在以上所述的工艺中，优选地，以所述复合脱硫剂的总重量为100％计，其含有5-8％的Al、70-75％的CaO、11-16％的CaF2及3-8％的Na。
在以上所述的工艺中，优选地，以所述化渣剂的总重量为100％计，其含有30-40％的F、15-20％的Na及20-25％的Al；脱硫作业过程中，化渣剂可以替代萤石进行作业，其经济性比萤石高。
在以上所述的工艺中，优选地，当所述脱硫剂为萤石或者化渣剂与石灰的组合时，萤石或者化渣剂先于石灰加入，以利于石灰融化。
在以上所述的工艺中，优选地，脱硫处理过程中，搅拌时间大于等于15min，以确保脱硫效果。
在以上所述的工艺中，优选地，脱硫处理过程中，熔渣碱度(是指渣子中CaO的重量百分数与SiO2的重量百分数之间的比值)控制在1.8-2.3。
在以上所述的工艺中，优选地，脱硫处理过程中，所述复合枪体采用低枪位高流量作业；更优选地，所述复合枪体的顶枪压力≥5.0bar。即脱硫处理过程中采用强搅拌进行作业。
在以上所述的工艺中，优选地，脱硫处理前，熔汤的温度≥1550℃。
优选地，该工艺还包括于脱硫处理结束后进行二次扒渣作业；同样地，二次扒渣作业也要求残留渣量越少越好，并且如果二次扒渣作业后残留渣量较大还会影响AOD脱碳作业；更优选地，二次扒渣作业后，残留渣量≤500kg。
在以上所述的工艺中，还原处理过程及脱硫处理过程中，通过复合枪体进行搅拌，以增加反应界面，提高反应速度。
在以上所述的工艺中，还原处理过程及脱硫处理过程中，可以根据钢种成分需求选择相应气体介质为氮气还是氩气。
在以上所述的工艺中，还原处理过程及脱硫处理过程中，可通过AOD炉现有料仓向钢包中加入还原剂或者脱硫剂。
在以上所述的工艺步骤(2)及步骤(3)中，复合枪体开始搅拌作业后，必须把握还原剂及脱硫剂的投入时机，时刻观察渣子状态，根据钢包内反应状态适时投入还原剂及脱硫剂，通过监控观察防止反应剧烈引起沸腾，根据钢包内渣子的实际流动性判断还原剂及脱硫剂的投入时机以及投入量。如：切勿在渣子未化好之前继续投入Cao或在渣子流动性不好(钢包内有明显块状物)时追加CaO投入量，以避免导致脱硫效果不佳。
在以上所述的工艺中，脱硫处理结束后，可以通过沾渣样分析判断脱硫效果并对渣子进行调整；
具体可按照以下操作进行：根据现场作业经验确定钢包内渣子碱度，如果渣子偏稀可以适当加入石灰调整；如果渣子偏粘，可以适当增加萤石使用量，调整渣子流动性，以利于脱硫进行，进而确保脱硫效果。
本发明所提供的不锈钢冶炼系统所用设备简单，投资少；
与本领域常规AOD作业方法相比，本发明所提供的不锈钢钢包顶吹搅拌还原及预脱硫工艺因包括还原处理可有效降低电弧炉熔渣中铬的氧化物含量，降低铬的氧化损失，提高铬的实收率；因包括脱硫处理可有效降低AOD炉所用原料中的硫含量，降低AOD作业碱度，减少AOD作业负荷；采用该不锈钢钢包顶吹搅拌还原及预脱硫工艺所得到的熔汤进行后续精炼，所得到的钢的品质缺陷可有效降低；此外，采用本发明所提供的工艺对电弧炉所出含熔渣熔汤进行还原及脱硫处理，可大量提高含镍生铁使用量，降低原料成本，具有良好的经济效益。
总之，本发明所提供的工艺具有非常良好的经济效果，扩大了原料的使用范围，有效降低了原料成本；同时还降低了AOD作业碱度，减少了AOD作业负荷，对生产工艺也不产生负作用；还提高了金属实收率，提升了制钢品质。
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他的附图。
图1为本发明实施例1所提供的复合枪体的结构示意图。
图2为本发明实施例1所提供的复合枪体(未设置耐火材料)的结构示意图。
图3为图1中H的放大示意图。
图4为本发明实施例1提供的复合枪体中吊耳的结构示意图。
图5为图2中M的放大示意图。
图6为本发明实施例1提供的复合枪体中吊挂钩的结构示意图。
图7为吊挂钩设置于密封法兰下段的结构示意图。
图8a-图8b为本发明实施例1提供的复合枪体中密封法兰上段的结构示意图。
图9a-图9b为本发明实施例1提供的复合枪体中密封法兰下段的结构示意图。
主要附图标号说明：
0、枪体上部分；
1、吊耳；
2、快速接头；
3、第一无缝钢管；
4、固定板；
5、第一套管；
51、第二套管；
6、密封法兰上段；
7、密封法兰下段；
8、Y型锚固件；
9、枪体下部分；
10、外六角螺栓；
11、耐火材料；
111、上部细径段；
112、中部粗径段；
113、下部细径段；
12、第二无缝钢管；
13、隔离板；
14、柱型锚固件；
15、短丝；
16、吊挂法兰；
17、吊挂钩；
18、支撑杆；
19、喷吹管。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现结合以下具体实施例对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”以及其任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
在本发明中，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“中”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本发明及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。
并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本发明中的具体含义。
此外，术语“设置”、“连接”应做广义理解。例如，“连接”可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
本实施例提供了一种复合枪体，其结构示意图如图1-图2所示，图1中H的放大示意图如图3所示，图2中M的放大示意图如图5所示，从图1-图3及图5中可以看出，所述复合枪体包括枪体上部分0及枪体下部分9，所述枪体上部分0包括一端封闭(可采用封堵板进行封闭)的第一无缝钢管3、第一套管5及密封法兰上段6，如图8a-图8b所示；所述第一无缝钢管3外壁靠近其封闭端沿着周向固定有固定板4，所述第一套管5套设于所述第一无缝钢管3外，且所述第一套管5的一端固定于所述固定板4下，所述第一套管5的另一端固定于所述密封法兰上段6；于所述第一无缝钢管3、第一套管5侧壁相同位置处开设有气体入口，所述气体入口通过短丝15连接有气体管路；
所述枪体下部分9包括密封法兰下段7，如图9a-图9b所示、第二无缝钢管12、第二套管51、隔离板13、支撑杆18以及若干喷吹管19；
所述第二无缝钢管12的第一端及所述第一无缝钢管3的开口端位于所述密封法兰下段7内，以使所述第一无缝钢管3及所述第二无缝钢管12贯通；且所述密封法兰上段6及密封法兰下段7通过螺栓(如外六角螺栓10)连接；所述第二无缝钢管12的第二端固定连接有实心的支撑杆18，以封闭所述第二无缝钢管12的开口；
所述第二无缝钢管12外壁沿着周向固定有所述隔离板13，所述第二套管51套设于所述第二无缝钢管12外，且所述第二套管51的第一端与所述密封法兰下段7固定连接，第二套管51的第二端与所述隔离板13固定连接；
靠近所述第二无缝钢管12第二端的外壁上设置有若干向下的喷吹管19，若干所述喷吹管19与所述第二无缝钢管12相连通；
所述第二无缝钢管12外壁自所述隔离板13下及所述支撑杆18外壁均包覆有耐火材料11，所述耐火材料11包覆若干所述喷吹管19，且若干所述喷吹管19的出气口露于所述耐火材料11外。
本实施例的复合枪体中，所述枪体上部分还包括吊耳1，如图4所示，所述吊耳1固定于所述固定板4上。
本实施例的复合枪体中，所述气体管路的入口连接有快速接头2。
本实施例的复合枪体中，所述枪体下部分9还包括吊挂钩17，如图6-图7所示，所述吊挂钩17套设于所述密封法兰下段7并与密封法兰下段7通过螺栓连接。复合枪体中设置的该吊挂钩主要起行车吊运的作用。
本实施例的复合枪体中，所述枪体下部分9还包括吊挂法兰16，所述吊挂法兰16固定于所述第二套管51。所述吊挂法兰16可采用焊接方式固定于所述第二套管51。在存放以上所述的复合枪体时，该吊挂法兰可以起到支撑作用。
本实施例的复合枪体中，所述耐火材料为莫来石(Al2O3含量为70wt％)；
所述耐火材料以变径形式包覆于所述第二无缝钢管外壁及所述支撑杆外壁，且自隔离板下依次为上部细径段111、中部粗径段112及下部细径段113；且所述上部细径段111、中部粗径段112及下部细径段113的直径之比为5-4:10-9:9-8；本实施例中，所述上部细径段111的直径为200mm，中部粗径段112的直径为400mm，下部细径段113的直径为360mm；
本实施例的复合枪体中，上部细径段耐火材料主要起到保护钢管作用，以防止热变形，中部粗径段耐火材料与钢渣接触，属于侵蚀位置所以此段耐火材料需要加粗，下部细径段耐火材料主要在钢水内侵蚀，比在渣线少，故为了节省耐火材料而将以此段耐火材料变细；
所述耐火材料可通过浇筑的方式形成于复合枪体，浇筑结束后，需要对该耐火材料进行干燥，再经300-450℃烘烤，以使耐火材料表面不出现裂纹、凹坑等缺陷。
本实施例的复合枪体中，所述第二无缝钢管12外壁自所述隔离板13下及所述支撑杆18外表面设置有若干锚固件，用以支撑固定所述耐火材料；
若干所述锚固件等间距且交错分布于所述第二无缝钢管12及所述支撑杆18外表面；所述锚固件包括Y型锚固件8和/或柱型锚固件14。
本实施例中，所述Y型锚固件8可采用4#尺寸的Y型锚固件及8#尺寸的Y型锚固件；具体地，所述上部细径段采用4#尺寸的Y型锚固件，中部粗径段及下部细径段采用8#尺寸的Y型锚固件；其中，4#尺寸的Y型锚固件的尺寸参数为：42(a)×17(b)×5(c)mm，8#尺寸的Y型锚固件的尺寸参数为：90(a)×40(b)×4(c)mm，a为Y型锚固件的总高度、b为Y型锚固件中垂直部分(即Y型下端垂直部分)的高度，c为Y型锚固件的厚度。
本实施例的复合枪体中，所述耐火材料与所述第二无缝钢管同心设置；所述耐火材料与所述第二无缝钢管二者的同轴度误差不大于3mm/m。
实施例2
本实施例提供了一种不锈钢冶炼系统，包括电弧炉、钢包、AOD炉及扒渣站，所述扒渣站上设置有移动烟罩，其中，所述不锈钢冶炼系统还包括以上实施例1提供的所述复合枪体，所述复合枪体穿过所述移动烟罩并插入到所述钢包盛装的熔汤中；
本实施例中，所述系统还包括升降装置，用以升降所述复合枪体；
本实施例中，所述钢包净空大于500mm。
实施例3
本实施例提供了一种不锈钢钢包顶吹搅拌还原及预脱硫工艺，其中，所述工艺利用实施例2提供的所述不锈钢冶炼系统进行，其包括：
(1)将电弧炉所出含熔渣(其量为9-11吨)熔汤装入钢包中，电弧炉所出含熔渣熔汤的温度为1550-1600℃；再将复合枪体插入钢包中的熔汤内，通过所述复合枪体向钢包内吹入氮气或氩气并进行搅拌，使熔汤产生旋涡；再向所述钢包内添加还原剂对熔汤中的熔渣进行还原处理，以将所述熔渣中的铬的氧化物还原；
(2)还原处理结束后对钢包进行扒渣作业，扒渣作业后，残留渣量≤500kg；
(3)继续通过所述复合枪体向钢包内吹入氮气或氩气并进行搅拌，使熔汤产生旋涡；再向所述钢包内添加脱硫剂以对熔汤进行脱硫处理，脱硫作业过程中钢水量基本在135-140吨；脱硫处理结束后进行二次扒渣作业；二次扒渣作业后，残留渣量≤500kg；
电弧炉所用的原料可为含镍生铁、高碳铬铁及废钢等，实际作业过程中，可根据钢种别成分需求按一定配比合理搭配以上原料进行使用；作业过程中，将配好的原料加入电弧炉中，通电吹氧熔解，达到一定温度后出汤，所出熔汤经本发明所提供的工艺处理后作为AOD生产的母液，生产不锈钢；
本实施例中，电弧炉所用的原料为含镍生铁，该含镍生铁以及电弧炉所出熔汤的成分如下表1所示，表1中各组分含量均为重量含量，以含镍生铁或者电弧炉所出熔汤总重为基准计算得到。
表1
Figure GDA0003226378880000121
本实施例步骤(1)还原处理过程中，所涉及的实验数据见如下表2所示。
表2
Figure GDA0003226378880000122
注：还原作业过程中，为了确保还原作业过程渣子的碱度，也可以向体系中加入石灰。
表2中，气体开度即为阀门开启度，单位为％，流量单位为m3/h，压力单位为bar。
本实施例步骤(3)脱硫处理过程中，所涉及的实验数据见如下表3所示。
表3
Figure GDA0003226378880000131
注：表3中，钢种是指脱硫处理后精炼炉的最终产品；
脱硫作业过程中也需要使用还原剂(300-500kg)，以去除钢水中残余氧含量；
电炉出汤S含量越低，越有利于降低精炼作业碱度；
气体开度即为阀门开启度，单位为％，流量单位为m3/h，压力单位为bar。
2019年，于浦项(张家港)不锈钢股份有限公司实施本发明所提供的不锈钢钢包顶吹搅拌还原及预脱硫工艺，因所述工艺包括还原处理，可有效降低电弧炉熔渣中铬的氧化物含量，降低铬的氧化损失，提高铬的实收率，实验数据如下表4所示；因所述工艺还包括脱硫处理可有效降低AOD炉所用原料中的硫含量，降低AOD作业碱度，减少AOD作业负荷；采用该不锈钢钢包顶吹搅拌还原及预脱硫工艺所得到的熔汤进行后续精炼，所得到的钢的品质缺陷(品质不良发生率)可有效降低，如表5所示。
表4
Figure GDA0003226378880000132
从表4中可以看出，还原作业后可将钢渣中金属氧化铬还原，提高了铬实收率。
表5
Figure GDA0003226378880000133
Figure GDA0003226378880000141
从表5中可以看出，脱硫作业后，精炼炉所装入的产品中硫含量降低，精炼作业碱度降低，制钢性缺陷减少。
2019年，于浦项(张家港)不锈钢股份有限公司实施本发明所提供的不锈钢钢包顶吹搅拌还原及预脱硫工艺，其中，还原及脱硫作业启动率数据如下表6所示。
表6
Figure GDA0003226378880000142
注：表6中，Q为季度。
结合表4至表6可以看出，启动率越高，作业炉数越多，铬实收率增加，品质改善越明显
综上所述，本发明所提供的发明所提供的不锈钢钢包顶吹搅拌还原及预脱硫工艺因包括还原处理可有效降低电弧炉熔渣中铬的氧化物含量，降低铬的氧化损失，提高铬的实收率；因包括脱硫处理可有效降低AOD炉所用原料中的硫含量，降低AOD作业碱度，减少AOD作业负荷；采用该不锈钢钢包顶吹搅拌还原及预脱硫工艺所得到的熔汤进行后续精炼，所得到的钢的品质缺陷可有效降低；此外，采用本发明所提供的工艺对电弧炉所出含熔渣熔汤进行还原及脱硫处理，可大量提高含镍生铁使用量，降低原料成本，具有良好的经济效益(2017年至今，浦项(张家港)不锈钢股份有限公司采用本发明所提供的不锈钢钢包顶吹搅拌还原及预脱硫工艺，共计节约约1500万元)；最后，该工艺流程简单，设备投入少，不影响整体生产工艺及生产性。
以上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以其限定发明实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本发明中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术发明之间、技术发明与技术发明之间均可以自由组合使用。

Claims (36)

1.一种不锈钢钢包顶吹搅拌还原及预脱硫工艺，其特征在于，所述工艺利用不锈钢冶炼系统进行，其中，不锈钢冶炼系统包括电弧炉、钢包、AOD炉、扒渣站及复合枪体，所述扒渣站上设置有移动烟罩，所述复合枪体穿过所述移动烟罩并插入到所述钢包盛装的熔汤中；
所述复合枪体包括枪体上部分及枪体下部分，所述枪体上部分包括一端封闭的第一无缝钢管、第一套管及密封法兰上段；所述第一无缝钢管外壁靠近其封闭端沿着周向固定有固定板，所述第一套管套设于所述第一无缝钢管外，且所述第一套管的一端固定于所述固定板下，所述第一套管的另一端固定于所述密封法兰上段；于所述第一无缝钢管、第一套管侧壁相同位置处开设有气体入口，所述气体入口连接有气体管路；
所述枪体下部分包括密封法兰下段、第二无缝钢管、第二套管、隔离板、支撑杆以及若干喷吹管；
所述第二无缝钢管的第一端及所述第一无缝钢管的开口端位于所述密封法兰下段内，以使所述第一无缝钢管及所述第二无缝钢管贯通；且所述密封法兰上段及密封法兰下段通过螺栓连接；所述第二无缝钢管的第二端固定连接有实心的支撑杆，以封闭所述第二无缝钢管的开口；
所述第二无缝钢管外壁沿着周向固定有所述隔离板，所述第二套管套设于所述第二无缝钢管外，且所述第二套管的第一端与所述密封法兰下段固定连接，第二套管的第二端与所述隔离板固定连接；
靠近所述第二无缝钢管第二端的外壁上设置有若干向下的喷吹管，若干所述喷吹管与所述第二无缝钢管相连通；
所述第二无缝钢管外壁自所述隔离板下及所述支撑杆外壁均包覆有耐火材料，所述耐火材料包覆若干所述喷吹管，且若干所述喷吹管的出气口露于所述耐火材料外；
其中，所述工艺包括：
(1)将电弧炉所出含熔渣熔汤装入钢包中，再将复合枪体插入钢包中的熔汤内，通过所述复合枪体向钢包内吹入氮气或氩气并进行搅拌，使熔汤产生旋涡；再向所述钢包内添加还原剂对熔汤中的熔渣进行还原处理，以将所述熔渣中的铬的氧化物还原；
(2)还原处理结束后对钢包进行扒渣作业；
(3)继续通过所述复合枪体向钢包内吹入氮气或氩气并进行搅拌，使熔汤产生旋涡；再向所述钢包内添加脱硫剂以对熔汤进行脱硫处理。
2.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述还原剂包括硅铁和/或SiC。
3.根据权利要求1或2所述的工艺，其特征在于，还原处理过程中，熔渣碱度控制在1.2-1.5。
4.根据权利要求1或2所述的工艺，其特征在于，还原处理过程中，搅拌时间大于等于8min。
5.根据权利要求1或2所述的工艺，其特征在于，还原处理过程中，所述复合枪体采用高枪位低流量作业。
6.根据权利要求5所述的工艺，其特征在于，所述复合枪体的顶枪压力≥4.0bar。
7.根据权利要求6所述的工艺，其特征在于，所述复合枪体的顶枪压力为4.0-5.0bar。
8.根据权利要求1或2所述的工艺，其特征在于，电弧炉所出含熔渣熔汤的温度为1550-1600℃。
9.根据权利要求1或2所述的工艺，其特征在于，步骤(2)扒渣作业后，残留渣量≤500kg。
10.根据权利要求1或2所述的工艺，其特征在于，该工艺还包括于脱硫处理结束后进行二次扒渣作业。
11.根据权利要求10所述的工艺，其特征在于，二次扒渣作业后，残留渣量≤500kg。
12.根据权利要求1或2所述的工艺，其特征在于，所述脱硫剂包括萤石、化渣剂、石灰以及复合脱硫剂。
13.根据权利要求12所述的工艺，其特征在于，所述复合脱硫剂包括萤石或者化渣剂与石灰的组合。
14.根据权利要求13所述的工艺，其特征在于，当所述脱硫剂包括石灰和萤石时，萤石比为20％-25％。
15.根据权利要求12所述的工艺，其特征在于，以所述复合脱硫剂的总重量为100％计，其含有5-8％的Al、70-75％的CaO、11-16％的CaF2及3-8％的Na。
16.根据权利要求13所述的工艺，其特征在于，以所述化渣剂的总重量为100％计，其含有30-40％的F、15-20％的Na及20-25％的Al。
17.根据权利要求13所述的工艺，其特征在于，当所述脱硫剂为萤石或者化渣剂与石灰的组合时，萤石或者化渣剂先于石灰加入。
18.根据权利要求1或2所述的工艺，其特征在于，脱硫处理过程中，搅拌时间大于等于15min。
19.根据权利要求1或2所述的工艺，其特征在于，脱硫处理过程中，熔渣碱度控制在1.8-2.3。
20.根据权利要求1或2所述的工艺，其特征在于，脱硫处理过程中，所述复合枪体采用低枪位高流量作业。
21.根据权利要求20所述的工艺，其特征在于，所述复合枪体的顶枪压力≥5.0bar。
22.根据权利要求1或2所述的工艺，其特征在于，脱硫处理前，熔汤的温度≥1550℃。
23.根据权利要求1或2所述的工艺，其特征在于，所述不锈钢冶炼系统还包括升降装置，用以升降所述复合枪体。
24.根据权利要求1或2所述的工艺，其特征在于，所述钢包净空大于500mm。
25.根据权利要求1或2所述的工艺，其特征在于，所述枪体上部分还包括吊耳，所述吊耳固定于所述固定板上。
26.根据权利要求1或2所述的工艺，其特征在于，所述气体管路的入口连接有快速接头。
27.根据权利要求1或2所述的工艺，其特征在于，所述枪体下部分还包括吊挂钩，所述吊挂钩套设于所述密封法兰下段并与密封法兰下段通过螺栓连接。
28.根据权利要求1或2所述的工艺，其特征在于，所述枪体下部分还包括吊挂法兰，所述吊挂法兰固定于所述第二套管。
29.根据权利要求1或2所述的工艺，其特征在于，所述耐火材料包括莫来石或者高铝黏土。
30.根据权利要求1或2所述的工艺，其特征在于，所述耐火材料以变径形式包覆于所述第二无缝钢管外壁及所述支撑杆外壁，且自隔离板下依次为上部细径段、中部粗径段及下部细径段。
31.根据权利要求30所述的工艺，其特征在于，所述上部细径段、中部粗径段及下部细径段的直径之比为5-4:10-9:9-8。
32.根据权利要求30所述的工艺，其特征在于，所述第二无缝钢管外壁自所述隔离板下及所述支撑杆外表面设置有若干锚固件，用以支撑固定所述耐火材料。
33.根据权利要求32所述的工艺，其特征在于，若干所述锚固件等间距且交错分布于所述第二无缝钢管及所述支撑杆外表面。
34.根据权利要求33所述的工艺，其特征在于，所述锚固件包括Y型锚固件和/或柱型锚固件。
35.根据权利要求1或2所述的工艺，其特征在于，所述耐火材料与所述第二无缝钢管同心设置。
36.根据权利要求35所述的工艺，其特征在于，所述耐火材料与所述第二无缝钢管二者的同轴度误差不大于3mm/m。
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