CN112094980B - 一种转炉顶底复合喷粉高效冶炼的系统及冶炼方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于钢铁冶炼技术领域，特别涉及一种转炉顶底复合喷粉高效冶炼的系统和方法，适用于30‑400吨转炉炼钢。该系统主要包含转炉、氧枪、中心输粉管路、顶吹喷粉罐、顶吹载气管路、氧枪主吹气管路、顶吹气管路、底喷粉元件、分配器、底喷粉管路、底吹喷粉罐、底吹气管路、缓冲罐，所述转炉冶炼开始前，计算顶底复合喷吹的喷粉量，并设置冶炼不同时期顶吹主吹气、顶吹喷粉载气和底吹气的介质类型。冶炼过程中，顶部石灰粉通过中心输粉管路喷射至转炉内，底部石灰粉经底喷粉管路由底喷粉元件喷射至转炉内。有益效果在于，与传统炼钢工艺相比，实现石灰消耗降低20％以上，钢铁料消耗降低4kg以上，碳氧积降低至20×10‑4以内，可实现吨钢效益18元以上。

Description

一种转炉顶底复合喷粉高效冶炼的系统及冶炼方法
技术领域
本发明属于钢铁冶炼技术领域，特别涉及一种转炉顶底复合喷粉高效冶炼的系统和方法。
背景技术
我国2019年粗钢产量达到9.96亿吨，其中以高炉-转炉长流程为主，为实现提升产量、高效冶炼、提升产品质量和降低工序能耗，钢铁企业在转炉工序采取了多种优化措施，如钢包加盖、高效供氧等，以上措施均从优化现有转炉工序为起点，一定程度改善了转炉工序的工序能耗，但改善程度有限。
转炉冶炼过程主要完成脱碳、脱磷和升温等任务，其中脱磷是通过渣钢界面反应，即要求炉渣具有一定的碱度和氧化性。国内外目前转炉冶炼的石灰加入主要是通过料仓加入，由于石灰的块度尺寸和熔池动力学条件，对转炉前期造渣有一定影响，因此增大石灰的比表面积和改善熔池的动力学条件，是实现高效率脱磷和高效冶金的关键。
近年来，国内外关于转炉底喷氧气+石灰粉炼钢有少量报导，但关于转炉顶底复合喷粉的冶炼系统和方法却鲜有报导，因此发明转炉顶底复合喷粉高效冶炼的系统和方法对于转炉工序降低石灰消耗、降低钢铁料消耗、降低碳氧积、降低工序能耗和提升产品质量显得尤为重要。
发明内容
本发明的目的，提供一种转炉顶底复合喷粉高效冶炼的系统和方法，通过顶底复合喷粉和气体介质的切换，实现降低石灰消耗、降低钢铁料消耗、降低碳氧积和提高钢水质量的目的。
为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种转炉顶底复合喷粉高效冶炼系统，其特征在于，该系统包含转炉，氧枪，中心输粉管路，顶吹喷粉罐，顶吹喷粉缓冲罐，顶喷粉氮气管路，顶喷粉氩气管路，顶喷粉氧气管路，顶喷粉二氧化碳管路，氧枪主吹气管路，氧枪主吹气缓冲罐，顶吹氮气管路，顶吹氧气管路，顶吹二氧化碳管路，底喷粉元件，分配器，底喷粉管路，底吹喷粉罐，底吹缓冲罐，底吹氮气管路，底吹氩气管路，底吹氧气管路，底吹二氧化碳管路，底吹天然气管路，其特征在于所述氧枪主吹气管路一端与所述氧枪连接，另一端与所述氧枪主吹气缓冲罐连接，所述氧枪主吹气缓冲罐与所述顶吹氮气管路、所述顶吹氧气管路、所述顶吹二氧化碳管路连接，所述中心输粉管路一端与所述氧枪连接，另一端与所述顶吹喷粉缓冲罐连接，所述顶吹喷粉缓冲罐与所述顶喷粉氮气管路、所述顶喷粉氩气管路、所述顶喷粉氧气管路、所述顶喷粉二氧化碳管路连接，所述顶吹喷粉罐与所述中心输粉管路连接，所述转炉与所述底喷粉元件连接，所述底喷粉元件与所述分配器连接，所述分配器与底喷粉管路连接，所述底喷粉管路与所述底吹喷粉罐、所述底吹缓冲罐连接，所述底吹缓冲罐与所述底吹氮气管路、所述底吹氩气管路、所述底吹氧气管路、所述底吹二氧化碳管路、所述底吹天然气管路连接。
进一步，所述氧枪为四通道结构，包含氧枪喷头，氧枪本体，中心喷粉通道，主吹气通道，冷却水进水通道，冷却水回水通道，所述氧枪外径为108-630mm，所述中心喷粉通道直径为10-325mm。
进一步，所述顶吹喷粉罐和底吹喷粉罐的数量为1-10个，额定装粉量为100-100000kg，罐体额定压力为0.3-5.0MPa，送粉能力为0-100000kg/h。
进一步，所述底喷粉元件材质为碳钢、铜或不锈钢，形式为单管式或环缝式，数量为2-16支。
进一步，所述系统适用于30-400吨转炉炼钢。
本发明的另一目的提供使用上述系统的一种转炉顶底复合喷粉高效冶炼方法，该方法根据冶炼工艺和装入制度情况，计算并分配所述顶吹喷粉罐和底吹喷粉罐的喷射量，顶部喷粉量占比总量的0-100％，底部喷粉量占比总量的0-100％，根据冶炼不同阶段的要求，调节所述中心喷粉通道、所述主吹气通道和所述底喷粉管路的气体介质类型、流量和粉气比，实现降低石灰消耗、降低钢铁料消耗、降低碳氧积和提高钢水质量的目的。
进一步，该方法具体包括下述步骤：
步骤一：根据转炉金属料装入情况和冶炼工艺条件，计算石灰消耗总量后，分配顶吹喷入石灰粉量和底吹喷入石灰粉量，充填喷粉罐，顶吹喷粉罐罐内压力大于1.4MPa，底吹喷粉罐罐内压力大于1.2MPa，并设置不同阶段的喷吹气体介质类型和流量；
步骤二：转炉装入废钢等冷料后，兑入铁水，摇正转炉至炉口垂直，下降氧枪开始吹炼；
步骤三：冶炼前期，氧枪主吹气通道喷吹氧气或氧气与二氧化碳的混合气，中心喷粉通道载气为氧气、氩气、氮气、二氧化碳或几种气体的混合气，喷粉量为顶部喷粉量的40％-100％，底喷粉管路载气为氧气、氩气、氮气、二氧化碳、天然气或几种气体的混合气，喷粉量为底部喷粉量的10％-60％；
步骤四：冶炼中期，氧枪主吹气通道喷吹氧气或氧气与二氧化碳的混合气，中心喷粉通道载气为氧气、氩气、二氧化碳或几种气体的混合气，喷粉量为顶部喷粉量的0％-60％，底喷粉管路载气为氧气、氩气、氮气、二氧化碳、天然气或几种气体的混合气，喷粉量为底部喷粉量的40％-90％；
步骤五：冶炼后期，停止喷粉，氧枪主吹气通道喷吹氧气或氧气与二氧化碳的混合气，中心喷粉通道气体介质为氧气或氧气与二氧化碳的混合气，底喷粉管路气体介质为氧气、氩气、二氧化碳、天然气或几种气体的混合气；
步骤六：确认达到出钢条件后，提升氧枪，到达一定高度后停止供气，准备出钢，底吹气体介质切换为氩气、二氧化碳或两种气体的混合气，出钢过程中，底吹气体介质为氩气、二氧化碳或两种气体的混合气；
步骤七：出钢后，摇正转炉至垂直位置，降枪溅渣护炉，氧枪主吹气通道和中心喷粉通道气体介质均为氮气，底喷粉管路气体介质切换为氮气，且增大供气强度；
步骤八：溅渣护炉后，倒渣，摇动转炉至装料位，开始下一炉冶炼。
进一步，所述顶吹喷粉罐罐内压力高于所述中心输粉管路压力0.2MPa以上，所述底吹喷粉罐压力高于所述底喷粉管路压力0.2MPa以上。
进一步，所述主吹气通道气体介质为氮气、氧气、二氧化碳或几种气体的混合气，气体流量为0-105000Nm3/h，所述中心喷粉通道气体介质为氮气、氩气、氧气、二氧化碳或几种气体的混合气，气体流量为0-50000Nm3/h，粉剂流量为0-100000kg/h，石灰粉粒度为20-500目。
进一步，所述底喷粉管路气体介质为氮气、氩气、氧气、二氧化碳、天然气或几种气体的混合气，气体流量为0-30000Nm3/h，粉剂流量为0-60000kg/h，石灰粉粒度为20-500目。
该方法适用于30-400吨转炉炼钢。通过本发明设计的一种转炉顶底复合喷粉高效冶炼的系统和方法，根据转炉金属料装入情况和冶炼工艺条件，计算并分配顶底复合喷吹的喷粉量，并设置冶炼不同时期顶吹主吹气、顶吹喷粉载气和底吹气的介质类型和流量。冶炼过程中，顶部石灰粉通过中心输粉管路喷射至转炉内，底部石灰粉经底喷粉管路由底喷粉元件喷射至转炉内。本发明的有益效果：相比传统炼钢工艺，本发明对于冶炼工艺条件的适应性更强，实现石灰消耗降低20％以上，钢铁料消耗降低4kg以上，碳氧积降低至20×10-4以内，可实现吨钢效益18元以上。
附图说明
图1为转炉顶底复合喷粉高效冶炼系统图。
图2为氧枪剖面图。
图中，1-转炉，2-氧枪，2-1-氧枪喷头，2-2-氧枪本体，2-3-中心喷粉通道，2-4-主吹气通道，2-5-冷却水进水通道，2-6-冷却水回水通道，3-中心输粉管路，4-顶吹喷粉罐，5-顶吹喷粉缓冲罐，6-顶喷粉氮气管路，7-顶喷粉氩气管路，8-顶喷粉氧气管路，9-顶喷粉二氧化碳管路，10-氧枪主吹气管路，11-氧枪主吹气缓冲罐，12-顶吹氮气管路，13-顶吹氧气管路，14-顶吹二氧化碳管路，15-底喷粉元件，16-分配器，17-底喷粉管路，18-底吹喷粉罐，19-底吹缓冲罐，20-底吹氮气管路，21-底吹氩气管路，22-底吹氧气管路，23-底吹二氧化碳管路，24-底吹天然气管路。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实例，对本发明进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。
实施例1：
本发明应用于300吨转炉冶炼，平均出钢量300吨，供氧时间16min，氧枪外径406mm，使用6+1孔氧枪喷头，主吹气供气强度3.5Nm3/t.min，马赫数为2.1，主吹气气体介质为氧气和二氧化碳混合气。顶吹喷粉罐选用2个5吨喷粉罐，底吹喷粉罐选用2个3吨喷粉罐，石灰粉粒度为180目；
1)根据表1铁水成分计算石灰总消耗值，以常规冶炼造渣碱度3核算，本发明冶炼造渣碱度2.3核算，则吨钢石灰消耗22.1kg，石灰消耗降低23.8％，共计消耗石灰6630kg，设定顶吹喷粉总量4310kg，底吹喷粉总量2320kg，将顶吹和底吹喷粉罐进行充填石灰粉，增压值1.3MPa以上；
表1铁水成分
C/％ Si/％ Mn/％ P/％ S/％
4.22 0.40 0.56 0.097 0.033
2)根据表2出钢条件判断冶炼钢种为低碳钢，参数设置：
冶炼前期氧枪主吹气喷吹氧气和二氧化碳混合气，二氧化碳混合比例8％，中心喷粉通道喷吹二氧化碳和石灰粉，喷粉强度为575kg/min，粉气比为4，底喷粉载气选用氧气和天然气混合气，天然气混合比例20％，喷粉强度为233kg/min，粉气比为3；
冶炼中期氧枪主吹气喷吹氧气和二氧化碳混合气，二氧化碳混合比例5％，中心喷粉通道喷吹二氧化碳和石灰粉，喷粉强度为144kg/min，粉气比为3，底喷粉载气选用氧气和二氧化碳混合气，二氧化碳混合比例50％，喷粉强度为155kg/min，粉气比为3；
冶炼后期停止喷粉，氧枪主吹气喷吹氧气和二氧化碳混合气，二氧化碳混合比例10％，中心喷粉通道喷吹氧气，底喷粉载气选用二氧化碳和氧气，氧气混合比例30％；
表2钢水成分
C/％ Mn/％ P/％ S/％
＜0.06 ＜0.20 ＜0.015 ＜0.010
3)将转炉摇至兑铁位，完成兑铁后摇正转炉至垂直位置，降低氧枪枪位准备冶炼；
4)冶炼前期(0-6min)，顶吹和底吹按照设定参数和介质进行喷吹冶炼；
5)冶炼中期(7-13min)，按照设定参数调整顶吹和底吹的相关参数和气体介质；
6)冶炼后期(14-16min)，停止喷粉，顶吹按照设定参数和介质进行冶炼，供气强度设定3.5Nm3/t.min，底吹切换为设定参数和介质进行冶炼，底吹供气强度为0.5Nm3/t.min。
7)满足出钢条件后，将喷粉罐填充满，准备下一炉喷粉，提升氧枪至一定高度后，停止供氧，底吹气体切换为氮气，底吹供气强度为0.3Nm3/t.min，出钢。
8)摇正转炉至垂直位置，降低氧枪枪位开始溅渣护炉；
9)溅渣护炉后再次兑入铁水，准备下一炉冶炼；
10)采用本发明所述的一种转炉顶底复合喷粉高效冶炼的系统和方法，实现石灰消耗减少23.8％，钢铁料消耗降低4.4kg/t，碳氧积降低至18×10-4，综合成本节约23元/t钢。

Claims (8)

1.一种转炉顶底复合喷粉高效冶炼系统，其特征在于，所述系统包含转炉(1)，氧枪(2)，中心输粉管路(3)，顶吹喷粉罐(4)，顶吹喷粉缓冲罐(5)，顶喷粉氮气管路(6)，顶喷粉氩气管路(7)，顶喷粉氧气管路(8)，顶喷粉二氧化碳管路(9)，氧枪主吹气管路(10)，氧枪主吹气缓冲罐(11)，顶吹氮气管路(12)，顶吹氧气管路(13)，顶吹二氧化碳管路(14)，底喷粉元件(15)，分配器(16)，底喷粉管路(17)，底吹喷粉罐(18)，底吹缓冲罐(19)，底吹氮气管路(20)，底吹氩气管路(21)，底吹氧气管路(22)，底吹二氧化碳管路(23)，底吹天然气管路(24)；所述氧枪主吹气管路(10)一端与所述氧枪(2)连接，另一端与所述氧枪主吹气缓冲罐(11)连接，所述氧枪主吹气缓冲罐(11)与所述顶吹氮气管路(12)、所述顶吹氧气管路(13)、所述顶吹二氧化碳管路(14)连接，所述中心输粉管路(3)一端与所述氧枪(2)连接，另一端与所述顶吹喷粉缓冲罐(5)连接，所述顶吹喷粉缓冲罐(5)与所述顶喷粉氮气管路(6)、所述顶喷粉氩气管路(7)、所述顶喷粉氧气管路(8)、所述顶喷粉二氧化碳管路(9)连接，所述顶吹喷粉罐(4)与所述中心输粉管路(3)连接，所述转炉(1)与所述底喷粉元件(15)连接，所述底喷粉元件(15)与所述分配器(16)连接，所述分配器(16)与底喷粉管路(17)连接，所述底喷粉管路(17)与所述底吹喷粉罐(18)、所述底吹缓冲罐(19)连接，所述底吹缓冲罐(19)与所述底吹氮气管路(20)、所述底吹氩气管路(21)、所述底吹氧气管路(22)、所述底吹二氧化碳管路(23)、所述底吹天然气管路(24)连接；
所述氧枪(2)为四通道结构，包含氧枪喷头(2-1)，氧枪本体(2-2)，中心喷粉通道(2-3)，主吹气通道(2-4)，冷却水进水通道(2-5)，冷却水回水通道(2-6)，所述氧枪(2)外径为108-630mm，所述中心喷粉通道(2-3)直径为10-325mm；
所述底喷粉元件(15)材质为碳钢、铜或不锈钢，形式为单管式或环缝式，数量为2-16支。
2.根据权利要求1所述的一种转炉顶底复合喷粉高效冶炼系统，其特征在于，所述顶吹喷粉罐(4)和底吹喷粉罐(18)的数量为1-10个，额定装粉量为100-100000kg，罐体额定压力为0.3-5.0MPa，送粉能力为0-100000kg/h。
3.根据权利要求1所述的一种转炉顶底复合喷粉高效冶炼系统，其特征在于，所述系统适用于30-400吨转炉炼钢。
4.一种采用权利要求1所述系统实现转炉顶底复合喷粉高效冶炼方法，其特征在于，所述方法根据冶炼工艺和装入制度情况，计算并分配所述顶吹喷粉罐(4)、中心输粉管路(3)和底吹喷粉罐(18)的喷射量，根据冶炼不同阶段的要求，调节中心喷粉通道、主吹气通道和所述底喷粉管路(17)的气体介质类型、流量和粉气比，实现降低石灰消耗、降低钢铁料消耗、降低碳氧积和提高钢水质量的目的。
5.根据权利要求4所述的转炉顶底复合喷粉高效冶炼方法，其特征在于，所述方法操作步骤如下：
步骤一：根据转炉金属料装入情况和冶炼工艺条件，计算石灰消耗总量后，分配顶吹喷入石灰粉量和底吹喷入石灰粉量，顶部喷粉量占比总量的0-100％，底部喷粉量占比总量的0-100％，充填喷粉罐，顶吹喷粉罐罐内压力大于1.4MPa，底吹喷粉罐罐内压力大于1.2MPa，并设置不同阶段的喷吹气体介质类型和流量；
步骤二：转炉装入废钢冷料后，兑入铁水，摇正转炉至炉口垂直，下降氧枪开始吹炼；
步骤三：冶炼前期，氧枪主吹气通道喷吹氧气或氧气与二氧化碳的混合气，中心喷粉通道载气为氧气、氩气、氮气、二氧化碳或几种气体的混合气，喷粉量为顶部喷粉量的40％-100％，底喷粉管路载气为氧气、氩气、氮气、二氧化碳、天然气或几种气体的混合气，喷粉量为底部喷粉量的10％-60％；
步骤四：冶炼中期，氧枪主吹气通道喷吹氧气或氧气与二氧化碳的混合气，中心喷粉通道载气为氧气、氩气、二氧化碳或几种气体的混合气，喷粉量为顶部喷粉量的0％-60％，底喷粉管路载气为氧气、氩气、氮气、二氧化碳、天然气或几种气体的混合气，喷粉量为底部喷粉量的40％-90％；
步骤五：冶炼后期，停止喷粉，氧枪主吹气通道喷吹氧气或氧气与二氧化碳的混合气，中心喷粉通道气体介质为氧气或氧气与二氧化碳的混合气，底喷粉管路气体介质为氧气、氩气、二氧化碳、天然气或几种气体的混合气；
步骤六：确认达到出钢条件后，提升氧枪，到达一定高度后停止供气，准备出钢，底吹气体介质切换为氩气、二氧化碳或两种气体的混合气，出钢过程中，底吹气体介质为氩气、二氧化碳或两种气体的混合气；
步骤七：出钢后，摇正转炉至垂直位置，降枪溅渣护炉，氧枪主吹气通道和中心喷粉通道气体介质均为氮气，底喷粉管路气体介质切换为氮气，且增大供气强度至3.5Nm3/t.min以上；
步骤八：溅渣护炉完成后，倒渣，摇动转炉至装料位，开始下一炉冶炼。
6.根据权利要求4所述的转炉顶底复合喷粉高效冶炼方法，其特征在于，所述顶吹喷粉罐(4)罐内压力高于所述中心输粉管路(3)压力0.2MPa以上，所述底吹喷粉罐(18)压力高于所述底喷粉管路(17)压力0.2MPa以上。
7.根据权利要求4所述的转炉顶底复合喷粉高效冶炼方法，其特征在于，所述主吹气通道气体介质为氮气、氧气、二氧化碳或几种气体的混合气，气体流量为0-105000Nm3/h，所述中心喷粉通道气体介质为氮气、氩气、氧气、二氧化碳或几种气体的混合气，气体流量为0-50000Nm3/h，粉剂流量为0-100000kg/h，石灰粉粒度为20-500目。
8.根据权利要求4所述的一种转炉顶底复合喷粉高效冶炼方法，其特征在于，所述底喷粉管路(17)气体介质为氮气、氩气、氧气、二氧化碳、天然气或几种气体的混合气，气体流量为0-30000Nm3/h，粉剂流量为0-60000kg/h，石灰粉粒度为20-500目。
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