CN111455127A - 一种维护底喷粉转炉蘑菇头的吹炼控制方法 - Google Patents

一种维护底喷粉转炉蘑菇头的吹炼控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于底喷粉转炉炼钢技术领域，具体涉及一种维护底喷粉转炉蘑菇头的吹炼控制方法。综合考虑底吹喷嘴端部蘑菇头的实际状态、吹炼过程中实时的钢水过热度变化、不同吹炼阶段的工艺需求以及转炉的宏观热量平衡，在底喷粉转炉冶炼过程中动态调节底吹喷嘴内管的氧气‑二氧化碳‑石灰粉喷吹参数，从而控制底吹喷嘴端部的冷却强度，实现对蘑菇头尺寸的精准调控。本发明能够维持底吹喷嘴端部蘑菇头尺寸的基本稳定，避免蘑菇头尺寸过大导致喷嘴堵塞，以及蘑菇头尺寸过小导致喷嘴快速侵蚀，实现蘑菇头对底吹喷嘴的有效保护，延长底吹喷嘴的使用寿命。

Description

一种维护底喷粉转炉蘑菇头的吹炼控制方法
技术领域
本发明属于底喷粉转炉炼钢技术领域，具体涉及一种维护底喷粉转炉蘑菇头的吹炼控制方法。
背景技术
底喷粉转炉是将炼钢所需石灰以粉剂形式由底部喷入金属熔池的先进炼钢方法，能够大幅提高冶金反应效率，在降低炼钢原辅料消耗、提升钢水纯净度、减少炼钢过程固废产生量等方面具有显著优势。
底喷粉转炉虽然具有优异的冶金效果，但是底吹喷嘴侵蚀快、炉底寿命短的问题从根本上阻碍了其工程应用。大量实验研究和工程实践表明，覆盖在底吹喷嘴端部的蘑菇头是保护底吹喷嘴抵御高温钢液侵蚀的关键屏障，蘑菇头的大小和形貌直接决定了底吹喷嘴的侵蚀速率和工作状态，蘑菇头过小将会加速底吹喷嘴的侵蚀，蘑菇头过大易造成喷嘴堵塞，将蘑菇头尺寸控制在合理范围内尤为重要。在底喷粉转炉炼钢过程中，钢水的成分和温度、炉内的反应状态都是随时间不断变化的，蘑菇头的状态也将随之变化，因此必须要制定动态的喷吹工艺制度来控制蘑菇头的生长速率落。
发明内容
本发明的目的是提供一种控制底喷粉转炉蘑菇头生长速率的方法，基于蘑菇头的实际状态、吹炼过程的钢水过热度变化、不同吹炼阶段的工艺需求以及转炉的宏观热量平衡，在吹炼过程中分阶段动态调节底吹喷嘴内管的氧气、二氧化碳和石灰粉喷吹参数，维持蘑菇头尺寸的基本稳定，实现蘑菇头对底吹喷嘴的有效保护。
底吹喷嘴端部的蘑菇头是由钢水冷凝而成，石灰粉和二氧化碳都具有冷却底吹喷嘴的效果，但是石灰粉和二氧化碳的用量对转炉冶金效果有明显影响，且石灰粉的喷吹总量和喷吹时机需要结合炼钢工艺需求，而喷吹二氧化碳会增加转炉的热量损失；本发明在喷吹石灰粉后采用等量二氧化碳替代氧气，并创造性地通过钢水过热度与钢水冷凝所需冷却强度的相关关系来限定二氧化碳的喷吹强度，公开的方法对底喷粉转炉蘑菇头生长有非常好的维护作用，尤其是在满足蘑菇头维护需求的前提下二氧化碳用量少。
由于蘑菇头覆盖在底吹喷嘴端部，本发明利用底吹喷嘴环缝通道气体流量与气体压力的比值表征蘑菇头的实际大小；石灰是转炉造渣所必需的辅料，转炉喷吹石灰粉的主要目的是脱除铁水中的硅、锰、磷、硫等杂质元素，本发明限定在吹炼前期喷吹石灰粉。
本发明的技术方案是：
一种维护底喷粉转炉蘑菇头的吹炼控制方法，包括以下步骤：
（1）在底喷粉转炉开始冶炼之前，测量底吹喷嘴环缝通道气体流量与气体压力，计算获得蘑菇头状态系数；
（2）底喷粉转炉开始冶炼之后，以氧气为载气喷吹石灰粉，待石灰粉喷吹结束后，以二氧化碳等量替代氧气形成二氧化碳-氧气混合气体持续吹气至冶炼结束，完成底喷粉转炉蘑菇头生长速率的控制；二氧化碳的喷吹强度根据步骤（1）的蘑菇头状态系数和冶炼过程中的钢水过热度确定；钢水过热度
Figure DEST_PATH_IMAGE001
根据式1计算：
Figure 312466DEST_PATH_IMAGE002
（式1）
其中，T为冶炼过程中的钢水温度；
Figure DEST_PATH_IMAGE003
根据式1计算：
Figure 134666DEST_PATH_IMAGE004
（式2）
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE005
为钢水中碳的质量分数、
Figure 102620DEST_PATH_IMAGE006
为钢水中硅的质量分数、
Figure DEST_PATH_IMAGE007
为钢水中锰的质量分数、
Figure 405819DEST_PATH_IMAGE008
为钢水中磷的质量分数。
随着转炉炼钢的控制模型日益完善并已广泛应用，通过炼钢控制系统可以准确地获得吹炼过程中实时的钢水温度和钢水成分，从而计算出实时的钢水过热度。
在底喷粉转炉开始冶炼之前，以底吹喷嘴环缝通道气体流量与气体压力的比值来表征喷嘴端部的蘑菇头大小，获得蘑菇头状态系数；在底喷粉转炉冶炼过程中，利用炼钢控制系统获得实时的钢水成分和钢水温度，底喷粉控制系统根据所述钢水成分实时计算钢水凝固温度，并根据所述钢水温度实时计算钢水过热度；底喷粉转炉开始冶炼之后，首先以氧气为载气喷吹石灰粉，石灰粉的总量由炼钢控制系统计算得到，待石灰粉喷吹结束后，以二氧化碳等量替代氧气，二氧化碳喷吹强度是根据开始冶炼前的蘑菇头状态系数和冶炼过程中的实时钢水过热度而确定的；本发明在底喷粉转炉吹炼过程中分阶段动态调节底吹喷嘴内管通道的氧气、二氧化碳和石灰粉喷吹参数，能够在高效完成冶炼目标的同时实现蘑菇头大小的稳定控制。
本发明具体包括以下步骤：
（1）在底喷粉转炉开始冶炼之前，读取底吹喷嘴环缝通道的气体流量
Figure DEST_PATH_IMAGE009
和气体压力
Figure 859672DEST_PATH_IMAGE010
，将气体流量
Figure 432867DEST_PATH_IMAGE009
与气体压力
Figure 441844DEST_PATH_IMAGE010
的比值定义为实际流压比
Figure 391476DEST_PATH_IMAGE012
，将实际流压比
Figure 339316DEST_PATH_IMAGE012
与基准流压比
Figure 348992DEST_PATH_IMAGE014
的比值定义为蘑菇头状态系数
Figure 856983DEST_PATH_IMAGE016
；
（2）在底喷粉转炉开始冶炼之前，炼钢控制系统根据炉料结构和炉料成分计算本炉次所需的石灰粉总量
Figure 79148DEST_PATH_IMAGE018
；
（3）在底喷粉转炉冶炼过程中，利用炼钢控制系统获得实时的钢水成分和钢水温度
Figure 615915DEST_PATH_IMAGE020
，所述钢水成分包括钢水中碳的质量分数
Figure 62071DEST_PATH_IMAGE005
、硅的质量分数
Figure 803498DEST_PATH_IMAGE006
、锰的质量分数
Figure 360513DEST_PATH_IMAGE007
和磷的质量分数
Figure 17366DEST_PATH_IMAGE008
，底喷粉控制系统根据所述钢水成分计算钢水凝固温度
Figure 306527DEST_PATH_IMAGE003
（式2），并根据所述钢水温度
Figure 320269DEST_PATH_IMAGE022
计算实时的钢水过热度
Figure 618657DEST_PATH_IMAGE001
（式1）；
Figure 598858DEST_PATH_IMAGE002
（式1）
Figure 386817DEST_PATH_IMAGE004
（式2）
（4）底喷粉转炉开始吹炼之后，底吹喷嘴的内管以氧气为载气喷吹石灰粉，氧气喷吹强度为0.8~1.2Nm3/t/min，石灰粉喷吹强度为4~6kg/t/min，待石灰粉喷吹量达到所述炼钢控制系统计算出的石灰粉总量
Figure 344978DEST_PATH_IMAGE018
时，停止喷吹石灰粉；
（5）在停止喷吹石灰粉的同时开始喷吹二氧化碳，以二氧化碳等量替代氧气；根据蘑菇头状态系数
Figure 243795DEST_PATH_IMAGE016
和实时钢水过热度
Figure 688289DEST_PATH_IMAGE001
调节二氧化碳的喷吹强度，具体如下：如果钢水过热度
Figure 912728DEST_PATH_IMAGE001
≤100℃，二氧化碳的喷吹强度
Figure 369904DEST_PATH_IMAGE024
，如果钢水过热度100℃<
Figure 72412DEST_PATH_IMAGE001
≤150℃，二氧化碳的喷吹强度
Figure 558364DEST_PATH_IMAGE026
，如果钢水过热度150℃<
Figure 953704DEST_PATH_IMAGE001
，二氧化碳的喷吹强度
Figure 987974DEST_PATH_IMAGE028
，其中
Figure 228594DEST_PATH_IMAGE030
为二氧化碳基准喷吹强度。
进一步地，所述基准流压比
Figure 303473DEST_PATH_IMAGE032
，其中
Figure 869714DEST_PATH_IMAGE034
为底吹喷嘴端部完全通畅状态下的环缝通道气体流压比，在底吹喷嘴安装在底喷粉转炉之前通过实验测量得到，
Figure 567062DEST_PATH_IMAGE036
为折算系数，取值为0.6~0.7。
进一步地，所述二氧化碳基准喷吹强度的取值范围为0.2~0.3Nm3/t/min。
本发明的有益效果是：（1）本发明利用蘑菇头状态系数调节吹炼过程中的冷却介质喷吹强度，能够有效地维持蘑菇头尺寸稳定，避免蘑菇头过大或者过小；（2）在吹炼过程中根据钢水过热度动态调节冷却介质的喷吹强度，能够在降低冷却介质用量的情况下获得优异的冷却效果；（3）本发明根据蘑菇头状态系数和冶炼过程中的钢水过热度调节二氧化碳的喷吹强度，有利于增强冶炼后期的喷嘴冷却，形成低碳含量、高熔点的金属蘑菇头，增强蘑菇头的抗侵蚀能力。
具体实施方式
本发明基于蘑菇头的实际状态、吹炼过程的钢水过热度变化和炼钢工艺需求，分阶段动态调节底吹喷嘴端部的冷却强度，从而控制蘑菇头的生长速率。本发明根据钢水过热度的变化动态调节底吹喷嘴的冷却强度，既能有效地稳定蘑菇头尺寸，又能减少二氧化碳的使用量。
底喷粉转炉的底吹喷嘴为双层套管式结构，其中内管用于喷吹二氧化碳、氧气和石灰粉，内管和外管之间的环缝用于喷吹天然气、氮气等冷却介质。内管喷吹的氧气为主要的放热源，内管喷吹的二氧化碳和石灰粉具有不同程度的冷却效应，本发明通过调节内管的氧气、二氧化碳和石灰粉混合喷吹参数来调节底吹喷嘴端部的冷却强度；但是二氧化碳和石灰粉的混入比例和混入时机是至关重要的，否则将破坏转炉炼钢的热量平衡、增加转炉炼钢的原辅料消耗。
实施例1
本发明应用在120吨底喷粉转炉上，底吹喷嘴为双层套管式结构，底吹喷嘴的内管通道用于喷吹氧气、二氧化碳和石灰粉，氧气和二氧化碳的总喷吹强度设计为1.0Nm3/t/min，石灰粉的喷吹强度设计为6kg/t/min；底吹喷嘴的环缝通道用于喷吹氮气作为冷却保护气体，氮气喷吹强度为0.2Nm3/t/min。此外，为了增大供氧强度，加快冶炼节奏，该转炉采用四孔超音速氧枪进行顶吹供氧，顶吹氧气强度为2.5Nm3/t/min。
在底吹喷嘴安装之前测试通畅状态下的环缝通道流量为24Nm3/min，压力为0.8MPa，通畅状态的流压比
Figure 80214DEST_PATH_IMAGE038
为30，氮气作为冷却保护气体，折算系数
Figure 681703DEST_PATH_IMAGE040
取0.6，则基准流压比
Figure 28633DEST_PATH_IMAGE042
为18，二氧化碳基准喷吹强度
Figure 670399DEST_PATH_IMAGE044
取0.3Nm3/t/min。
取该转炉任一炉次的冶炼步骤作为实施例，具体步骤如下：
（1）在开始冶炼之前，读取底吹喷嘴环缝通道的气体流量为24Nm3/min，气体压力为1.0MPa，实际流压比
Figure 987242DEST_PATH_IMAGE012
为24，则蘑菇头状态系数
Figure 302293DEST_PATH_IMAGE046
=24/18=4/3，说明蘑菇头尺寸较小；
（2）在开始冶炼之前，炼钢控制系统根据该转炉的炉料结构和炉料成分计算出本炉次所需的石灰粉总量
Figure 413599DEST_PATH_IMAGE018
为30kg/t钢；
底喷粉转炉开始吹炼之后，底吹喷嘴的内管以氧气为载气喷吹石灰粉，氧气喷吹强度为1.0Nm3/t/min，石灰粉喷吹强度为6kg/t/min，依靠石灰粉升温的物理吸热效应对底吹喷嘴进行冷却，持续喷粉5min后，石灰粉喷吹量达到炼钢控制系统计算出的石灰粉总量，此时停止喷吹石灰粉；
（3）在底喷粉转炉冶炼过程中，利用炼钢控制系统获得实时的钢水成分和钢水温度
Figure DEST_PATH_IMAGE048
，所述钢水成分包括钢水中碳的质量分数
Figure 305113DEST_PATH_IMAGE005
、硅的质量分数
Figure 891558DEST_PATH_IMAGE006
、锰的质量分数
Figure 16376DEST_PATH_IMAGE007
和磷的质量分数
Figure 829743DEST_PATH_IMAGE008
，底喷粉控制系统根据所述钢水成分计算钢水凝固温度
Figure 189311DEST_PATH_IMAGE003
（式1），并根据所述钢水温度
Figure 110606DEST_PATH_IMAGE048
计算实时的钢水过热度
Figure 609370DEST_PATH_IMAGE001
（式2）；
Figure 328059DEST_PATH_IMAGE004
（式1）
Figure 906414DEST_PATH_IMAGE002
（式2）
在停止喷吹石灰粉的同时开始喷吹二氧化碳，以二氧化碳等量替代氧气，此时得出的实时钢水过热度为90℃，因此此时二氧化碳的喷吹强度
Figure 103172DEST_PATH_IMAGE024
=4/3×0.3=0.4Nm3/t/min，相应地氧气喷吹强度由1.0Nm3/t/min下调至0.6Nm3/t/min；在转炉冶炼时间进行至11min时，底喷粉控制系统计算出的实时钢水过热度超过100℃，此时二氧化碳的喷吹强度增大至
Figure DEST_PATH_IMAGE050
=1.5×4/3×0.3=0.6Nm3/t/min，相应地氧气喷吹强度下调至0.4Nm3/t/min；在转炉冶炼时间进行至16.5min时，钢水成分和温度达到出钢标准，停止底吹氧气和二氧化碳，转炉出钢，由于在此期间实时钢水过热度均未超过150℃（超过100℃），所以二氧化碳喷吹强度保持为0.6Nm3/t/min。
冶炼结束后，环缝通道的实际流压比
Figure 726614DEST_PATH_IMAGE012
降低至19，实施结果表明，采用本发明的吹炼方法后，底吹喷嘴端部的蘑菇头尺寸增大，已接近基准状态，避免了因蘑菇头尺寸过小造成喷嘴严重侵蚀，及时有效地保护了底吹喷嘴。
对比例1
选择与实施例1同规格的120吨底喷粉转炉，底吹喷嘴规格型号一致，基准流压比
Figure DEST_PATH_IMAGE052
为18，实际流压比
Figure 98428DEST_PATH_IMAGE012
为23；冶炼钢液一致。
采用现有方法进行冶炼，底吹喷嘴的内管通道用于喷吹氧气和石灰粉，石灰粉的喷吹强度设计为6kg/t/min，氧气的喷吹强度设计为1.0Nm3/t/min，全程不喷吹二氧化碳；底吹喷嘴的环缝通道用于喷吹氮气作为冷却保护气体，氮气喷吹强度为0.2Nm3/t/min。此外，为了增大供氧强度，加快冶炼节奏，该转炉采用四孔超音速氧枪进行顶吹供氧，顶吹氧气强度为2.5 Nm3/t/min；在开始冶炼之前，炼钢控制系统根据该转炉的炉料结构和炉料成分计算出本炉次所需的石灰粉总量
Figure 701097DEST_PATH_IMAGE018
为30kg/t钢。冶炼结束后，环缝通道的实际流压比
Figure 232704DEST_PATH_IMAGE012
提升至29，实际流压比进一步增大，已接近通畅状态下的流压比，说明蘑菇头尺寸很小，几乎没有保护底吹喷嘴的效果。
对比例2
选择与实施例1同规格的120吨底喷粉转炉，底吹喷嘴规格型号一致，基准流压比
Figure 234289DEST_PATH_IMAGE052
为18，实际流压比
Figure 88588DEST_PATH_IMAGE012
为24；冶炼钢液一致。
底吹喷嘴的内管通道用于喷吹氧气、二氧化碳和石灰粉，石灰粉的喷吹强度设计为6kg/t/min，氧气和二氧化碳的总喷吹强度设计为1.0Nm3/t/min，其中氧气喷吹强度为0.4 Nm3/t/min，二氧化碳喷吹强度为0.6 Nm3/t/min，吹炼过程中氧气和二氧化碳的混合比例保持不变；底吹喷嘴的环缝通道用于喷吹氮气作为冷却保护气体，氮气喷吹强度为0.2Nm3/t/min。此外，为了增大供氧强度，加快冶炼节奏，该转炉采用四孔超音速氧枪进行顶吹供氧，顶吹氧气强度为2.5 Nm3/t/min；在开始冶炼之前，炼钢控制系统根据该转炉的炉料结构和炉料成分计算出本炉次所需的石灰粉总量
Figure 441203DEST_PATH_IMAGE018
为30kg/t钢。冶炼结束后，环缝通道的实际流压比
Figure 259990DEST_PATH_IMAGE012
降低至14，说明底吹喷嘴出现部分堵塞；与此同时，二氧化碳导致钢水热量损失增加，出钢时的钢水温度降低32℃。
实施例2
本发明应用在300吨底喷粉转炉上，底吹喷嘴为双层套管式结构，底吹喷嘴的内管通道用于喷吹氧气、二氧化碳和石灰粉，石灰粉的喷吹强度设计为5kg/t/min，氧气和二氧化碳的总喷吹强度设计为1.0Nm3/t/min；底吹喷嘴的环缝通道用于喷吹天然气作为冷却保护气体，天然气喷吹强度为0.1Nm3/t/min。此外，为了增大供氧强度，加快冶炼节奏，该转炉采用六孔超音速氧枪进行顶吹供氧，顶吹氧气强度为2.4Nm3/t/min。
在底吹喷嘴安装之前测试通畅状态下的环缝通道流量为30Nm3/min，压力为0.65MPa，通畅状态的流压比
Figure DEST_PATH_IMAGE054
为46，选用天然气作为冷却保护气体，折算系数取0.7，则基准流压比
Figure 395043DEST_PATH_IMAGE052
为32，二氧化碳基准喷吹强度
Figure DEST_PATH_IMAGE056
取0.2Nm3/t/min。
取该转炉任一炉次的冶炼步骤作为实施例，具体步骤如下：
（1）在开始冶炼之前，读取底吹喷嘴环缝通道的气体流量为30Nm3/min，气体压力为1.2MPa，实际流压比
Figure 911256DEST_PATH_IMAGE012
为25，则蘑菇头状态系数
Figure DEST_PATH_IMAGE058
=25/32=0.78，说明蘑菇头尺寸过大；
（2）在开始冶炼之前，炼钢控制系统根据该转炉的炉料结构和炉料成分计算出本炉次所需的石灰粉总量
Figure 967812DEST_PATH_IMAGE018
为28kg/t钢；
（3）在底喷粉转炉冶炼过程中，利用炼钢控制系统获得实时的钢水成分和钢水温度
Figure DEST_PATH_IMAGE060
，所述钢水成分包括钢水中碳的质量分数
Figure 786427DEST_PATH_IMAGE005
、硅的质量分数
Figure 231445DEST_PATH_IMAGE006
、锰的质量分数
Figure 365230DEST_PATH_IMAGE007
和磷的质量分数
Figure 895700DEST_PATH_IMAGE008
，底喷粉控制系统根据所述钢水成分计算钢水凝固温度
Figure 310150DEST_PATH_IMAGE003
（式1），并根据所述钢水温度
Figure DEST_PATH_IMAGE062
计算实时的钢水过热度
Figure 91899DEST_PATH_IMAGE001
（式2）；
Figure 930673DEST_PATH_IMAGE004
（式1）
Figure 963088DEST_PATH_IMAGE002
（式2）
（4）底喷粉转炉开始吹炼之后，底吹喷嘴的内管以氧气为载气喷吹石灰粉，氧气喷吹强度为1.0Nm3/t/min，石灰粉喷吹强度为5kg/t/min，依靠石灰粉升温的物理吸热效应对底吹喷嘴进行冷却，持续喷粉5.6min后，石灰粉喷吹量达到炼钢控制系统计算出的石灰粉总量，此时停止喷吹石灰粉；
（5）在停止喷吹石灰粉的同时开始喷吹二氧化碳，以二氧化碳等量替代氧气，此时底喷粉控制系统计算出的实时钢水过热度为83℃，因此此时二氧化碳的喷吹强度
Figure 178299DEST_PATH_IMAGE024
=0.78×0.2=0.156Nm3/t/min，相应地氧气喷吹强度由1.0Nm3/t/min下调至0.844Nm3/t/min；在转炉冶炼时间进行至10.5min时，底喷粉控制系统计算出的实时钢水过热度超过100℃，此时二氧化碳的喷吹强度增大至
Figure DEST_PATH_IMAGE064
=1.5×0.78×0.2=0.234Nm3/t/min，相应地氧气喷吹强度下调至0.766Nm3/t/min；在转炉冶炼时间进行至16min时，底喷粉控制系统计算出的实时钢水过热度超过150℃，此时二氧化碳的喷吹强度增大至
Figure DEST_PATH_IMAGE066
=2×0.78×0.2=0.312Nm3/t/min，相应地氧气喷吹强度下调至0.688Nm3/t/min；在转炉冶炼时间进行至17.5min时，钢水成分和温度达到出钢标准，停止底吹氧气和二氧化碳，转炉出钢。
冶炼结束后，环缝通道的实际流压比
Figure 568217DEST_PATH_IMAGE012
提高至31，实施结果表明，采用本发明的吹炼方法后，底吹喷嘴端部的蘑菇头尺寸减小，已接近基准状态，避免了因蘑菇头尺寸过大造成喷嘴堵塞，维持了蘑菇头尺寸的基本稳定。
实施例3
本发明应用在120吨底喷粉转炉上，底吹喷嘴为双层套管式结构，底吹喷嘴的内管通道用于喷吹氧气、二氧化碳和石灰粉，氧气和二氧化碳的总喷吹强度设计为1.0Nm3/t/min，石灰粉的喷吹强度设计为6kg/t/min；底吹喷嘴的环缝通道用于喷吹氮气作为冷却保护气体，氮气喷吹强度为0.2Nm3/t/min。此外，为了增大供氧强度，加快冶炼节奏，该转炉采用四孔超音速氧枪进行顶吹供氧，顶吹氧气强度为2.5Nm3/t/min。
在底吹喷嘴安装之前测试通畅状态下的环缝通道流量为24Nm3/min，压力为0.8MPa，通畅状态的流压比
Figure DEST_PATH_IMAGE068
为30，折算系数取0.6，则基准流压比
Figure DEST_PATH_IMAGE070
为18，二氧化碳基准喷吹强度
Figure DEST_PATH_IMAGE072
取0.3Nm3/t/min。
取该转炉更换新底吹喷嘴之后冶炼的第一炉作为实施例，具体步骤如下：
（1）由于是新更换的底吹喷嘴，在第一炉冶炼之前，底吹喷嘴端部没有蘑菇头覆盖，处于通畅状态，所以实际流压比
Figure 21633DEST_PATH_IMAGE012
为30，蘑菇头状态系数
Figure DEST_PATH_IMAGE074
=30/18=5/3；
（2）在开始冶炼之前，炼钢控制系统根据该转炉的炉料结构和炉料成分计算出本炉次所需的石灰粉总量
Figure 274498DEST_PATH_IMAGE018
为30kg/t钢；
底喷粉转炉开始吹炼之后，底吹喷嘴的内管以氧气为载气喷吹石灰粉，氧气喷吹强度为1.0Nm3/t/min，石灰粉喷吹强度为6kg/t/min，依靠石灰粉升温的物理吸热效应对底吹喷嘴进行冷却，持续喷粉5min后，石灰粉喷吹量达到炼钢控制系统计算出的石灰粉总量，此时停止喷吹石灰粉；
（3）在底喷粉转炉冶炼过程中，利用炼钢控制系统获得实时的钢水成分和钢水温度
Figure 293401DEST_PATH_IMAGE062
，所述钢水成分包括钢水中碳的质量分数
Figure 101606DEST_PATH_IMAGE005
、硅的质量分数
Figure 813341DEST_PATH_IMAGE006
、锰的质量分数
Figure 68349DEST_PATH_IMAGE007
和磷的质量分数
Figure 625363DEST_PATH_IMAGE008
，底喷粉控制系统根据所述钢水成分计算钢水凝固温度
Figure 299794DEST_PATH_IMAGE003
（式1），并根据所述钢水温度
Figure 916852DEST_PATH_IMAGE048
计算实时的钢水过热度
Figure 662085DEST_PATH_IMAGE001
（式2）；
Figure 754281DEST_PATH_IMAGE004
（式1）
Figure 268570DEST_PATH_IMAGE002
（式2）
在停止喷吹石灰粉的同时开始喷吹二氧化碳，以二氧化碳等量替代氧气，此时得出的实时钢水过热度为90℃，因此此时二氧化碳的喷吹强度
Figure 59459DEST_PATH_IMAGE024
=5/3×0.3=0.5Nm3/t/min，相应地氧气喷吹强度由1.0Nm3/t/min下调至0.5Nm3/t/min；在转炉冶炼时间进行至11min时，底喷粉控制系统计算出的实时钢水过热度超过100℃，此时二氧化碳的喷吹强度增大至
Figure DEST_PATH_IMAGE076
=1.5×5/3×0.3=0.75Nm3/t/min，相应地氧气喷吹强度下调至0.25Nm3/t/min；在转炉冶炼时间进行至16.5min时，钢水成分和温度达到出钢标准，停止底吹氧气和二氧化碳，转炉出钢，由于在此期间实时钢水过热度均未超过150℃，所以二氧化碳喷吹强度保持为0.75Nm3/t/min。
冶炼结束后，环缝通道的实际流压比
Figure 243053DEST_PATH_IMAGE012
降低至22，表明底吹喷嘴端部已被蘑菇头覆盖，蘑菇头可对底吹喷嘴形成保护，抑制其侵蚀；此外，第一炉冶炼结束后的实际流压比仍略大于基准流压比，在后续炉次中继续采用本发明的吹炼控制方法，可以有效地将蘑菇头尺寸调控至基准状态，并基本保持稳定。
采用本发明的吹炼方法后，该底喷粉转炉的底吹喷嘴寿命达到2000炉以上（2000炉时还可以用），较传统吹炼方式（同样的新底吹喷嘴转炉）提高500炉以上。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果作了定量的详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，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。
本发明中，在底吹喷嘴附近，热源为内管O2与钢水间的反应放热、高温钢水的对流传热，冷源为内管CO2与钢水间的反应吸热、内管石灰粉升温的物理吸热、环缝天然气裂解的反应吸热、环缝氮气升温的物理吸热，通过限定冷源与热源的喷吹参数，促使钢水冷凝成金属蘑菇头；大量研究和生产实践表明，在转炉吹炼过程中，钢水过热度存在变化，本发明根据钢水过热度的变化动态调节底吹喷嘴的冷却强度，既能有效地稳定蘑菇头尺寸，又能减少二氧化碳的使用量，解决了现有技术由于CO2的反应吸热特性，喷吹CO2将会减少转炉的富余热量的问题。

Claims (8)

1.一种维护底喷粉转炉蘑菇头的吹炼控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）在底喷粉转炉开始冶炼之前，测量底吹喷嘴环缝通道气体流量与气体压力，计算获得蘑菇头状态系数；
（2）底喷粉转炉开始冶炼之后，以氧气为载气喷吹石灰粉，待石灰粉喷吹结束后，以二氧化碳等量替代氧气形成二氧化碳-氧气混合气体持续吹气至冶炼结束，完成底喷粉转炉蘑菇头的维护；根据步骤（1）的蘑菇头状态系数和冶炼过程中的钢水过热度调节二氧化碳的喷吹强度；钢水过热度
Figure 515842DEST_PATH_IMAGE002
根据式1计算：
Figure 187608DEST_PATH_IMAGE004
（式1）
其中，T为冶炼过程中的钢水温度；
Figure 359262DEST_PATH_IMAGE006
根据式2计算：
Figure 409743DEST_PATH_IMAGE008
（式2）
其中，
Figure 118547DEST_PATH_IMAGE010
为钢水中碳的质量分数、
Figure 287484DEST_PATH_IMAGE012
为钢水中硅的质量分数、
Figure 454591DEST_PATH_IMAGE014
为钢水中锰的质量分数、
Figure 147744DEST_PATH_IMAGE016
为钢水中磷的质量分数。
2.根据权利要求1所述维护底喷粉转炉蘑菇头的吹炼控制方法，其特征在于，步骤（1）中，读取底吹喷嘴环缝通道的气体流量
Figure 513216DEST_PATH_IMAGE018
和气体压力
Figure 636373DEST_PATH_IMAGE020
，将气体流量
Figure 641995DEST_PATH_IMAGE018
与气体压力
Figure 11313DEST_PATH_IMAGE022
的比值定义为实际流压比
Figure 130058DEST_PATH_IMAGE024
，将实际流压比
Figure 807638DEST_PATH_IMAGE024
与基准流压比
Figure 763256DEST_PATH_IMAGE026
的比值定义为蘑菇头状态系数
Figure 248681DEST_PATH_IMAGE028
。
3.根据权利要求2所述维护底喷粉转炉蘑菇头的吹炼控制方法，其特征在于，所述基准流压比
Figure 426026DEST_PATH_IMAGE030
，其中
Figure 132730DEST_PATH_IMAGE032
为底吹喷嘴端部完全通畅状态下的环缝通道气体流压比；
Figure 381453DEST_PATH_IMAGE034
为0.6~0.7。
4.根据权利要求1所述维护底喷粉转炉蘑菇头的吹炼控制方法，其特征在于，步骤（2）中，利用炼钢控制系统获得实时的钢水成分和钢水温度T；所述钢水成分包括钢水中碳的质量分数
Figure 162414DEST_PATH_IMAGE036
、硅的质量分数
Figure 252821DEST_PATH_IMAGE012
、锰的质量分数
Figure 349566DEST_PATH_IMAGE014
和磷的质量分数
Figure 934698DEST_PATH_IMAGE016
。
5.根据权利要求1所述维护底喷粉转炉蘑菇头的吹炼控制方法，其特征在于，步骤（2）中，以氧气为载气喷吹石灰粉时，氧气喷吹强度为0.8~1.2Nm3/t/min，石灰粉喷吹强度为4~6kg/t/min。
6.根据权利要求1所述维护底喷粉转炉蘑菇头的吹炼控制方法，其特征在于，步骤（2）中，石灰粉喷吹结束的同时喷吹二氧化碳。
7.根据权利要求1所述维护底喷粉转炉蘑菇头的吹炼控制方法，其特征在于，步骤（2）中，二氧化碳的喷吹强度的调节方法如下：如果钢水过热度
Figure 552011DEST_PATH_IMAGE002
≤100℃，二氧化碳的喷吹强度
Figure 973327DEST_PATH_IMAGE038
；如果钢水过热度为100℃<
Figure 326292DEST_PATH_IMAGE002
≤150℃，二氧化碳的喷吹强度
Figure 532106DEST_PATH_IMAGE040
；如果钢水过热度
Figure 820915DEST_PATH_IMAGE002
>150℃，二氧化碳的喷吹强度
Figure 713536DEST_PATH_IMAGE042
；其中
Figure DEST_PATH_IMAGE044
为二氧化碳基准喷吹强度。
8.根据权利要求1所述维护底喷粉转炉蘑菇头的吹炼控制方法，其特征在于，所述二氧化碳基准喷吹强度的取值范围为0.2~0.3Nm3/t/min。
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