CN112501378A - 一种顶底复吹转炉及炼钢方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种顶底复吹转炉及炼钢方法，其中，顶底复吹转炉包括：炉体，包括炉壁、与所述炉壁底部连接的炉底以及与所述炉底相连接的座砖；吹气组件，包括设在所述炉底上的至少4个底吹元件，所述底吹元件的轴线相对于所述炉壁轴线的平行线方向倾斜设置，使所述炉体内的液体在从所述底吹元件吹入到所述炉体内的气体的带动下形成水平环流和上下环流。本发明提供的顶底复吹转炉通过将底吹元件的轴线相对于炉壁的轴线方向倾斜设置，可有使从底吹元件进入的气体进入炉体后不仅沿垂直方向运动，而且也沿水平方向对液体进行搅拌，进而转炉在液体内形成了整体大环流，减弱熔池内各搅拌子区域间的相互干扰，有利于改善炉体内液体的搅拌效果。

Description

一种顶底复吹转炉及炼钢方法

技术领域

本发明属于钢铁冶金技术领域，特别涉及一种顶底复吹转炉及炼钢方法。

背景技术

在顶底复吹转炉炼钢过程中，通过氧枪将氧气吹入熔池对钢液中的碳、硅、锰、磷等元素进行氧化，并在底部吹如惰性气体加强熔池内的搅拌，达到提高钢液温度、去除磷硫等有害元素含量、调整钢液中碳硅锰等的含量的目的。由于顶底复吹顶底复吹转炉具有反应速率快、热效率高、化渣快、脱磷强、易脱碳、吹炼平稳及易控制终点等优势，已成为广泛应用的炼钢方法。

在顶底复吹转炉吹炼过程中，转炉熔池主要是依靠顶枪与底吹元件吹入的气体带动熔池的液体形成上下循环流动进行熔池搅拌的，在熔池内的底吹元件上方形成一个个搅拌子区域，若底吹元件布置不佳，易造成搅拌子区域相互独立，不能在整个熔池中形成水平流动，不利于整个熔池中溶质与温度的混匀。

近年来，随着炼铁技术的进步，高炉的生产效率逐渐提高；同时，连铸技术的快速发展，使铸机的通钢量有较大幅度的提升。上述两方面的进步，对转炉炼钢的周期提出了更高的要求，即在较短的冶炼周期内使钢液成分与温度达到冶炼要求。另一方面，随着社会快速发展对钢铁产品质量的要求日益提升，对钢液洁净度提出了更加严格的要求。此外，钢铁行业的竞争日趋激烈，对钢铁生产过程中的成本造成了一定的压力。故提高转炉生产效率与钢液质量与降低生产成本已成为转炉冶炼技术的共性问题，减少吹炼时间不但可以有效降低氧气使用量，还可降低终点钢液的碳氧积，进而减少合金的用量与钢液内的氧化夹杂物含量，这与当下“优质、高效、环保、低成本”的钢铁工业发展路线相契合。因此，开发新型高效的转炉炼钢技术具有重要的经济与社会效益。

申请号为201210467199.X的专利申请公开了一种将旋流氧枪应用于转炉提钒的方法及旋流氧枪，氧气射流通过旋流氧枪射向转炉熔池液面，并对液面造成水平方向剪切力引起液面与熔池内部的水平环流，但该方法的水平搅拌主要经由液面向熔池内部传递的过程中快速耗散，故此方法效果有限；申请号为200810126344.1的专利申请公开了一种顶底侧吹转炉炼钢方法，该方法在常规顶底复吹转炉基础上在转炉炉壁安装喷枪对转炉内熔池进行水平搅拌，但该方法不但会对加快转炉炉壁耐火砖的侵蚀，而且会增加设备的复杂程度进而显著提升成本，另外侧吹也是在上部熔池中上部进行搅拌，对熔池下部的作用效果有限；申请号为95213362.8的专利公开了一种氧气侧吹转炉，但其仅适用于中小型转炉，不适用于现代化的大型转炉。同时，因侧吹转炉摇炉操作频繁，不利于除尘设备的安装，故污染较严重，与绿色环保的发展趋势不符。申请号为200820076946.6的专利申请公开了一种适用于中型转炉的底吹透气元件非对称布置，但大型转炉底吹透气元件数量较多而无需采用非对称的底吹透气元件布置，故底吹透气元件的非对称布置仅适用于中小型转炉。

发明内容

针对上述现有技术存在的不足之处，本发明提供了一种顶底复吹转炉及炼钢方法。

本发明一方面提供的一种顶底复吹转炉，包括：

炉体，包括炉壁、与所述炉壁底部连接的炉底、以及与所述炉底连接的座砖；

吹气组件，包括设在所述炉底上的至少4个底吹元件，所述底吹元件的轴线相对于所述炉壁轴线的平行线方向倾斜设置，使所述炉体内的液体在从所述底吹元件吹入到所述炉体内的气体的带动下形成水平环流和上下环流。

进一步的，所述底吹元件包括：

进气口，设在所述炉底的下表面，用于与供气组件连接；

出气口，设在所述炉底的上表面并与所述炉体的内腔连通；

气体通道，设在所述底吹元件内并与所述底吹元件的轴线方向平行设置，所述气体通道与连接所述进气口和所述出气口分别连接；

其中，所述供气组件向所述底吹元件提供的气体为氮气、氩气、二氧化碳、水蒸气、天然气中的一种或多种气体的混合气体。

进一步的，所述底吹元件的轴线与所述炉壁轴线的平行线之间的夹角为5-60°。

进一步的，全部所述底吹元件上的出气口均设在以所述炉底的中心为圆心的同一圆周上。

进一步的，全部所述底吹元件上的出气口在以所述炉底的中心为圆心的同一圆周上均匀设置；或

全部所述底吹元件上的出气口在以所述炉底的中心为圆心的同一圆周上非均匀设置。

进一步的，全部所述底吹元件上的出气口分别设在以所述炉底的中心为圆心的2-5个半径不同的同心圆上。

进一步的，位于一同心圆的圆周上的所述底吹元件上的出气口在此圆周上均匀设置；和/或位于一同心圆的圆周上的所述底吹元件上的出气口在此圆周上非均匀设置。

进一步的，位于半径不同的同心圆周上的所述底吹元件上的出气口在半径不同的同心圆周上均匀设置；和/或

位于半径不同的同心圆周上的所述底吹元件上的出气口在半径不同的同心圆周上非均匀设置。

进一步的，所述包壁、包底、底吹元件及座砖均由耐火材料与金属制品中一种或两种制备而成。

本发明另一方面提供的一种炼钢方法，通过从如上述所述的顶底复吹转炉上的底吹元件向所述炉体内吹入气体，实现对所述炉体内的钢水的搅拌。

进一步的，所述底吹元件连接的供气组件的供气压力为0.7-3.0MPa。

本发明提供的一种顶底复吹转炉及炼钢方法，其中，顶底复吹转炉通过将底吹元件的轴线相对于炉壁的轴线方向倾斜设置，可有使从底吹元件进入的气体进入炉体后不仅沿垂直方向运动，而且也沿水平方向对液体进行搅拌，进而转炉在液体内形成了整体大环流，减弱熔池内各搅拌子区域间的相互干扰，有利于改善炉体内液体的搅拌效果，加快炉体内反应的进行，使冶炼效果得到改善，并提高了冶炼效率。同时，倾斜设置的底吹元件还能够减少了转炉生产过程中所需气量，并减少泡沫渣与铁损，使钢液的碳氧积降低，进而达到提高冶炼效率及降低冶炼成本的目的。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明示例性实施例的一种顶底复吹转炉的结构示意图；

图2为本发明示例性实施例的一种顶底复吹转炉的俯视图；

图3为图2中A-A处的局部剖面图；

图4为本发明示例性实施例的出气口的上表面结构示意图；

图5为本发明示例性实施例2的出气口的布置示意图；

图6为本发明示例性实施例3的出气口的布置示意图；

图7为本发明示例性实施例4的出气口的布置示意图。

图中：

1-炉壁；

2-炉底；

3-底吹元件，301-进气口，302-出气口，303-气体通道；

4-座砖。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供的一种顶底复吹转炉，参见图1，包括炉体和吹气组件，炉体包括炉壁1、与炉壁1底部连接的炉底2以及与炉底连接的座砖4；吹气组件包括设在炉底2上的至少4个底吹元件3，底吹元件3设在座砖4内，底吹元件3的轴线相对于炉壁1轴线的平行线方向倾斜设置，使炉体内的液体在从底吹元件3吹入到炉体内的气体的带动下形成水平环流和上下环流；作为优选的，吹气组件包括设在炉底2上的4-24个底吹元件3。

针对现有顶底复吹转炉技术现状与存在的问题，本发明提出了一种顶底复吹转炉，不同于传统的底吹元件3轴线指向炉体轴线的布置方式，本发明使底吹元件3的轴线相对于炉壁1轴线的平行线方向倾斜设置，可有使从底吹元件3进入的气体进入炉体后不仅沿垂直方向运动，而且也沿水平方向对液体进行搅拌，进而液体在转炉内形成了整体大环流，减弱熔池内各搅拌子区域间的相互干扰，有利于改善炉体内液体的搅拌效果，加快炉体内反应的进行，使冶炼效果得到改善，并提高了冶炼效率。同时，倾斜设置的底吹元件3还能够减少了转炉生产过程中所需气量，并减少泡沫渣与铁损，使钢液的碳氧积降低，进而达到提高冶炼效率及降低冶炼成本的目的。

作为一优选实施方式，底吹元件3包括进气口301、出气口302和气体通道303，进气口301设在炉底2的下表面，用于与供气组件连接；出气口302设在炉底2的上表面并与炉体的内腔连通；气体通道303设在底吹元件3内并与底吹元件3的轴线方向平行设置，气体通道303与连接进气口301和出气口302分别连接；其中，供气组件向底吹元件3提供的气体为氮气、氩气、二氧化碳、水蒸气、天然气中的一种或多种气体的混合气体。

作为优选的，参见图4，气体通道303包括多个孔径相同并在底吹元件3中均匀分布的气孔，且每一气孔的轴线均与底吹元件3的轴线平行，通过这种气孔分布方式不仅便于提高气体流量，还可使从进气口301进入的气体以大小均匀的气泡向预设方向稳定地流动进入钢包，从而使气体对钢液的搅拌效率提高。

作为优选的，底吹元件3的轴线与炉壁1轴线的平行线之间的夹角为5-60°。在本实施方式中，通过使底吹元件3与炉壁1轴线的平行线的夹角为5-60°，可使从出气口302吹入钢水中的气体同时在水平和垂直方向流动，进而可显著改善转炉吹气搅拌效果，有效地缩短吹气时间，促进生产效率和钢水洁净度提高。

进一步的，全部底吹元件3上的出气口302均设在以炉底2的中心为圆心的同一圆周上。在本实施例中，通过将全部底吹元件3上的出气口302均设在以炉底2的中心为圆心的同一圆周上，使炉体内的钢水在从底吹元件3出入的气体的搅拌作用下，形成一组水平环流和上下环流，有利于增加底吹效率，进一步改善吹气搅拌效果。

其中，全部底吹元件3上的出气口302在以炉底2的中心为圆心的同一圆周上均匀设置；例如，吹气组件包括20个底吹元件3，20个底吹元件3可均匀分布在以炉底2的中心为圆心的圆周上。

全部底吹元件3上的出气口302还可在以炉底2的中心为圆心的同一圆周上非均匀设置。例如，吹气组件包括20个底吹元件3，20个底吹元件3可非均匀分布在以炉底2的中心为圆心的圆周上。

进一步的，全部底吹元件3上的出气口302分别设在以炉底2的中心为圆心的2-5个半径不同的同心圆上。例如，吹气组件包括20个底吹元件3，20个底吹元件3可分散在以炉底2的中心为圆心的2-5个半径不同的同心圆上，使钢水在从20个底吹元件3吹入到炉体内的气体的作用下，形成2-5组水平环流和上下环流，进而减小炉体内的死区体积。

其中，位于一半径相同的同心圆的圆周上的底吹元件3上的出气口302在此圆周上均匀设置；和/或位于半径相同的一同心圆的圆周上的底吹元件3上的出气口302在此圆周上非均匀设置。

此外，位于半径不同的同心圆周上的底吹元件3上的出气口302在半径不同的同心圆周上均匀设置；位于半径不同的同心圆周上的底吹元件3上的出气口302在半径不同的同心圆周上非均匀设置。

作为一优选实施方式，底吹元件、炉壁1、炉底2、底吹元件3及座砖4均由耐火材料与金属制品中一种或两种制备而成。

进一步的，底吹元件3的类型包括但不限定为单层管式喷嘴,双层套管喷嘴,环缝管喷嘴，弥散型透气砖,缝隙式组合砖,直孔型透气砖,多孔塞型透气转,环缝管式直孔砖及类环缝式喷嘴。

本发明提供的一种炼钢方法，通过从如上所述的顶底复吹转炉上的底吹元件3向所述炉体内吹入气体，实现对炉体内的钢水的搅拌。

作为具体的，本发明提供的炼钢方法，包括：

通过底吹元件3向炉体内吹入气体搅拌液体，供气压力为0.1-0.8MPa，其中，底吹元件3先以0.03-1.2Nm³/min t钢的底吹流量向转炉内吹气1-2min，而后底吹流量降为0.02-0.6Nm³/min t钢；

转炉铁水兑入后，摇正炉体，下降氧枪，开吹时以75-210Nm³/h t钢的供氧强度进行吹炼，吹炼前期结束前供氧强度逐渐增加至150-300Nm³/h t钢；

吹炼15-20min后，停止吹氧，倒炉取样测温，完成炼钢。

作为一优选实施方式，底吹元件3连接的供气组件的供气压力为0.7-3.0MPa。

其中，氩气为纯氩，成分按重量百分比氩含量≥99.99％，余项为杂质成分；氮气为工业氮气，成分按重量百分比为氮含量≥99.6％，氧含量≤0.5％，余项为杂质成分。

实施例1

一种顶底复吹转炉，包括在120t炉底2设置4个底吹元件3，其中，2个底吹元件3的出气口302设置在0.6R上，另外2个底吹元件3的出气口302设置在0.67R上，使不同圆周上的两个出气口302中心与炉底2中心连线之间的夹角为95°，气体通道的轴线与炉壁1轴线的平行线之间的夹角为θ＝60°，如图1-3所示。

其中，顶吹供氧压力为0.75-1.0MPa，底吹元件3的底吹供气压力为0.8-1.2MPa。

一种钢水炼钢方法，包括如下步骤：

(1)铁水兑入炉体后，摇正炉体，下降氧枪并以18000Nm³/h的供氧强度进行吹炼，底吹元件以1530Nm³/h向转炉内吹入氮气；

(2)通过底吹元件3喷吹氮气2min后，将底吹气体切换为氩气并将底吹流量降至1020Nm³/h继续喷吹；

(3)吹炼前期结束前，供氧强度逐渐调整至30000Nm³/h，并持续至吹炼结束；

(4)吹炼15min后，停止吹氧，倒炉取样测温，测得碳氧积为0.0023，出钢，钢液收得率为96.4％。

实施例2

一种顶底复吹转炉，包括在120t炉底2设置6个底吹元件3，其中，6个底吹元件3的出气口302设置均匀的设置在0.6R上，使相邻两个出气口302中心与炉底2中心连线之间的夹角为60°，气体通道的轴线与炉壁1轴线的平行线之间的夹角为θ＝45°，如图5所示。

其中，顶吹供氧压力为0.75-1.0MPa，底吹元件3的底吹供气强度为0.8-1.2MPa。

一种钢水炼钢方法，包括如下步骤：

(1)铁水兑入炉体后，摇正炉体，下降氧枪并以16000Nm³/h的供氧强度进行吹炼，底吹元件以1530Nm³/h向转炉内吹入氮气；

(2)通过底吹元件3喷吹氮气1min后，将底吹气体切换为氩气并将底吹流量降至1020Nm³/h继续喷吹；

(3)吹炼前期结束前，供氧强度逐渐调整至30000Nm³/h，并持续至吹炼结束；

(4)吹炼15min后，停止吹氧，倒炉取样测温，测得碳氧积为0.0020，出钢，钢液收得率为96.5％。

实施例3

一种顶底复吹转炉，包括在300t炉底2设置12个底吹元件3，其中，4个底吹元件3的出气口302设置在0.5R上，4个底吹元件3的出气口302设置在0.6R上，4个底吹元件3的出气口302设置在0.65R上，使不同圆周上的相邻两个出气口302中心与炉底2中心连线之间的夹角为30°，在同一圆周上的相邻两个出气口302中心与炉底2中心连线之间的夹角为90°，气体通道的轴线与炉壁1轴线的平行线之间的夹角为θ＝30°，如图6所示。

其中，顶吹供氧压力为0.75-1.0MPa，底吹元件3的底吹供气强度为0.8-1.2MPa。

一种钢水炼钢方法，包括如下步骤：

(1)铁水兑入炉体后，摇正炉体，下降氧枪并以35000Nm³/h的供氧强度进行吹炼，底吹元件以2400Nm³/h向转炉内吹入氮气；

(2)通过底吹元件3喷吹氮气2min后，将底吹气体切换为氩气并将底吹流量降至1600Nm³/h继续喷吹；

(3)吹炼前期结束前，供氧强度逐渐调整至60000Nm³/h，并持续至吹炼结束；

(4)吹炼16min后，停止吹氧，倒炉取样测温，测得碳氧积为0.0018，出钢，钢液收得率为96.1％。

实施例4

一种顶底复吹转炉，包括在300t炉底2设置6个底吹元件3，其中，2个底吹元件3的出气口302设置在0.42R上，2个底吹元件3的出气口302设置在0.53R上，2个底吹元件3的出气口302设置在0.67R上，使在0.53R上的圆周上的出气口302中心和在0.67R上的圆周上的出气口302中心分别与炉底2中心连线之间的夹角为95°，气体通道的轴线与炉壁1轴线的平行线之间的夹角为θ＝45°，如图7所示。

其中，顶吹供氧压力为0.75-1.0MPa，底吹元件3的底吹供气强度为0.8-1.2MPa。

一种钢水炼钢方法，包括如下步骤：

(1)铁水兑入炉体后，摇正炉体，下降氧枪并以40000Nm³/h的供氧强度进行吹炼，底吹元件以2400Nm³/h向转炉内吹入氮气；

(2)通过底吹元件3喷吹氮气2min后，将底吹气体切换为氩气并将底吹流量降至1600Nm³/h继续喷吹；

(3)吹炼前期结束前，供氧强度逐渐调整至60000Nm³/h，并持续至吹炼结束；

(4)吹炼16min后，停止吹氧，倒炉取样测温，测得碳氧积为0.0020，出钢，钢液收得率为95.8％。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (11)

1.一种顶底复吹转炉，其特征在于，包括：

炉体，包括炉壁(1)、与所述炉壁(1)底部连接的炉底(2)、以及与所述炉底(1)连接的座砖；

吹气组件，包括设在所述炉底(2)上的至少4个底吹元件(3)，所述底吹元件(3)的轴线相对于所述炉壁(1)轴线的平行线方向倾斜设置，使所述炉体内的液体在从所述底吹元件(3)吹入到所述炉体内的气体的带动下形成水平环流和上下环流。

2.根据权利要求1所述的顶底复吹转炉，其特征在于，所述底吹元件(3)包括：

进气口(301)，设在所述炉底(2)的下表面，用于与供气组件连接；

出气口(302)，设在所述炉底(2)的上表面并与所述炉体的内腔连通；

气体通道(303)，设在所述底吹元件(3)内并与所述底吹元件(3)的轴线方向平行设置，所述气体通道(303)与连接所述进气口(301)和所述出气口(302)分别连接；

其中，所述供气组件向所述底吹元件(3)提供的气体为氮气、氩气、二氧化碳、水蒸气、天然气中的一种或多种气体的混合气体。

3.根据权利要求2所述的顶底复吹转炉，其特征在于，所述底吹元件(3)的轴线与所述炉壁(1)轴线的平行线之间的夹角为5-60°。

4.根据权利要求3所述的顶底复吹转炉，其特征在于，全部所述底吹元件(3)上的出气口(302)均设在以所述炉底(2)的中心为圆心的同一圆周上。

5.根据权利要求4所述的顶底复吹转炉，其特征在于，全部所述底吹元件(3)上的出气口(302)在以所述炉底(2)的中心为圆心的同一圆周上均匀设置；或

全部所述底吹元件(3)上的出气口(302)在以所述炉底(2)的中心为圆心的同一圆周上非均匀设置。

6.根据权利要求3所述的顶底复吹转炉，其特征在于，全部所述底吹元件(3)上的出气口(302)分别设在以所述炉底(2)的中心为圆心的2-5个半径不同的同心圆上。

7.根据权利要求6所述的顶底复吹转炉，其特征在于，位于一同心圆的圆周上的所述底吹元件(3)上的出气口(302)在此圆周上均匀设置；和/或位于一同心圆的圆周上的所述底吹元件(3)上的出气口(302)在此圆周上非均匀设置。

8.根据权利要求6所述的顶底复吹转炉，其特征在于，位于半径不同的同心圆周上的所述底吹元件(3)上的出气口(302)在半径不同的同心圆周上均匀设置；和/或

位于半径不同的同心圆周上的所述底吹元件(3)上的出气口(302)在半径不同的同心圆周上非均匀设置。

9.根据权利要求1至8任一所述的钢水精炼装置，其特征在于，所述包壁(1)、包底(2)、底吹元件(3)及座砖(4)均由耐火材料与金属制品中一种或两种制备而成。

10.一种炼钢方法，其特征在于，通过从如权利要求1至9任一所述的顶底复吹转炉上的底吹元件(3)向所述炉体内吹入气体，实现对所述炉体内的钢水的搅拌。

11.根据权利要求10所述炼钢方法，其特征在于，所述底吹元件(3)连接的供气组件的供气压力为0.7-3.0MPa。

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