CN115418433B - 一种转炉开新炉高温烘炉方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种转炉开新炉高温烘炉方法，采用包括顶吹氧燃枪、热电偶和转炉的烘炉装置对新砌筑的转炉进行预烘炉快速升温至750℃，待炉衬水分完全蒸发并形成一高温层后兑入铁水冶炼第一炉钢并利用铁水烧结炉衬，将炉衬升温到1400℃高温，使炉衬耐火材料形成碳素骨架，最后渣化固化烘炉。本发明操作方便灵活，完全不使用焦炭，氧气消耗低，预烘炉步骤避免了全铁水烘炉温度骤然升高发生应力对炉衬的损害又大幅缩短烘炉时间；铁水烧结烘炉步骤克服了焦炭法烘炉时炉底烘烤效果差的缺陷，炉衬强度及耐冲刷性均大幅提高；渣化固化烘炉步骤在炉衬上形成一致密的保护层，消除炉衬砖缝间隙，炉衬在高温作用下渣化迅速形成一个整体，取得了更好的烘炉效果。
Description
技术领域
本发明属于钢铁冶炼技术领域，具体是一种转炉开新炉高温烘炉方法及烘炉装置。
背景技术
烘炉是转炉开新炉前的重要环节，转炉烘炉可以脱除耐火砖、耐火填料内部的水分，避免炉膛急剧升温时，因水分大量汽化膨胀而损坏炉衬，同时使耐火填料得到充分烧结，以获得耐火材料的高温使用性能。正确的烘炉操作是缓慢地驱逐砌体内水分，不使之骤然产生应力，消除应热膨胀造成的应力，延长镁碳质、镁铬质等耐火材料使用寿命。如果烘炉效果不佳，势必会造成冶炼产品不正常、技术指标不佳、事故多、炉龄低等一系列的问题，因此烘炉效果对整个炉役期转炉的稳定运行起决定性作用。
目前，国内转炉通常采用焦炭烘炉，烘炉时焦炭一次性或分批加入炉内，使用氧枪进行吹氧助燃烘烤炉衬。该烘炉方法存在烘炉时氧枪枪位控制过低、氧压高时容易造成炉底烧损；而枪位控制高、氧压低时焦炭燃烧不充分，炉底烘烤效果差；焦炭加入后烘炉时间长，氧气消耗、焦炭消耗高等问题。
专利号为201110077607.6的中国专利公开了一种转炉多步骤烘炉方法，新炉体开炉前先向炉内加入点燃后的焦炭、枕木或木材，然后分阶段对新开炉体进行烘烤，由于分步烘炉过程中有针对性地对重点部位进行多次加强性烘烤，减少了后期炉体维护次数和工作量、降低物料消耗和费用支出；专利号为201510289759.0的中国专利公开了一种顶底复吹转炉的烘炉方法，通过将焦炭分别加入废钢斗、转炉高位料仓，开新炉烘炉时提前引燃废钢斗中的焦炭先中火烘烤，烘烤过程中每隔一分钟由转炉高位料仓向转炉内补加适量焦炭烘炉，采用该方法时焦炭燃烧充分，有利于提升炉底烘烤效果；专利号为201710576527.2的中国专利公开的120吨转炉更换炉衬耐火材料后的烘炉方法，也通过加焦炭烘炉，后期炉衬温度达到780～820℃，实现烘炉匀速升温。但以上三种方法实质均是加焦炭法烘炉，均无法避免烘炉时间长，氧气及焦炭消耗高、后期高温区间炉衬受热不均匀等问题。专利号为2016106778719.X的中国专利公开了一种80吨转炉开新炉冶炼方法，通过兑铁后在转炉内分批加入焦炭下枪吹氧烘炉，并加入造渣剂直接冶炼的方法烘炉，能提高转炉的效率，缩短烘炉时间，但该方法存在直接兑铁水冶炼会造成炉膛急剧升温，耐火材料中水分大量汽化应热膨胀产生应力而损坏炉衬，以及未充分烘炉前频繁摇炉造成塌炉的风险。专利号为201911132263.7的中国专利公开了一种基于全铁水开炉的炼钢转炉及其吹炼方法，通过电机输出端带动丝杆转动，丝杆带动滑块和偏转架前后运动，偏转架通过挤压挡板带动其以套筒为中心进行旋转，挡板带动支撑架旋转，从而带动转炉前后转动，能够将转炉内部的物质混合均匀，使化学反应进行的更加充分。但该转炉结构较为复杂，操作繁琐，前期升温速度过快，不能避免骤然发生应力损坏炉衬等问题，实用性不高。
发明内容
针对现有技术的缺陷与不足，本发明提供了一种转炉开新炉高温烘炉方法，在750℃以下低温烘炉区间采用顶吹氧燃枪快速升温；高温烘炉区间采用铁水冶炼，烘炉温度达到 1400℃以上，快速形成碳素骨架；最后渣化固化烘炉，在烘炉后期利用高温炉渣形成一致密的保护层，消除炉衬砖缝间隙，以取得更好的烘炉效果。
本发明所采用的技术方案为：
一种转炉开新炉高温烘炉方法，该高温烘炉方法通过烘炉装置实现，所述烘炉装置包括转炉，转炉顶部氧枪滑道上设有氧燃枪，转炉出钢口内设有热电偶，热电偶与PLC控制器输入端电连接；所述氧燃枪尾部分别与燃气连接管、氧气连接管、进水连接管和排水连接管相连通；所述燃气连接管与燃气总管相连通，燃气总管出口端设有燃气调节阀，燃气调节阀与PLC控制器输出端电连接；
所述高温烘炉方法包括以下步骤：
S1、材料准备：将热电偶测温端插入转炉的出钢口内；从转炉的氮封口分别投入柴油 20～40升，火把 5～10支，木材 0.5～1m3、纸板 10～20Kg并点火；
S2、氧燃枪预烘炉：降枪前将氧气流量设定在 5000～10000m3/h，降枪至氧燃枪头部一端进入转炉顶部后吹氧，待木材着火后，将氧气流量设定在 8000～13000m3/h，燃气流量设定为3000～6000m3/h，然后通过燃气调节阀调节燃气流量至 5000～10000m3/h；降枪至氧燃枪头部一端距炉底1m处烘烤5min，然后上下移动氧燃枪，观察热电偶传输的炉衬温度情况，以通过转炉炉衬的升温规律得到的烘炉升温曲线为依据通过燃气调节阀调节燃气流量，直至炉衬温度稳定至 750±50℃，关闭燃气与氧气，并将氧燃枪提出炉口，将转炉氧枪安装于氧枪滑道上，同时从出钢口移除所述热电偶；
S3、铁水烧结烘炉：转炉中兑入铁水，并降转炉氧枪至吹炼枪位，以 0.7～0.85MPa氧压点火吹炼，吹炼 2min后，每隔 3min 分批加入造渣剂，吹炼终点前 2min加完，吹炼至终点出钢；
S4、渣化固化烘炉：钢水出尽后，将转炉摇到零位，从高位料仓加入镁球或轻烧白云石稠化炉渣，并反复摇炉，直至高温炉渣均匀覆盖炉底及炉内壁，倒出剩余炉渣，结束烘炉作业。
作为本发明技术方案的进一步优选，铁水烧结烘炉步骤中，所述造渣剂为石灰，石灰加入量按照终渣碱度 3.5～4.0控制。
进一步地，铁水烧结烘炉时，所述转炉终点出钢温度为1700～1750℃。
进一步地，所述热电偶设置2支，一支安装在出钢口伸入所述转炉内 100～200mm处，另一支安装在出钢口内 50～100mm处，转炉炉衬温度为2支热电偶温度的平均值。
进一步地，所述氧燃枪是在转炉氧枪的中心管与中层管之间增加一层钢管，由四层无缝钢管同心套装而成，由内到外第一层钢管构成氧气流道，氧气流道连接氧气连接管输送氧气，第一层钢管与第二层钢管之间构成燃气流道，燃气流道连接燃气连接管输送燃气，第二层钢管与第三层钢管之间构成冷却水进水通道，冷却水进水通道连接进水连接管供水，第三层钢管与第四层钢管之间构成冷却水回水通道，冷却水回水通道连接排水连接管排水，进水通道与回水通道在枪体喷头处相互连通。
进一步地，所述燃气流道燃气介质为冶金自产焦炉煤气、转炉煤气、高炉煤气的一种或几种的混合气体，压力在 0.6～1.5MPa之间调节。
进一步地，所述氧燃枪的喷头部位还设有若干个与氧气流道连通的氧气喷孔和若干个与燃气通道连通的燃气喷孔。
进一步地，所述氧气喷孔和所述燃气喷孔均以氧燃枪的轴线为中心周向设置。
进一步地，所述燃气连接管通过金属软管与燃气总管相连通。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1、本方法采用包括顶吹氧燃枪、热电偶和转炉组成的装置预烘炉，该装置自动调节炉衬升温速度，操作方便灵活；完全不使用焦炭，氧气消耗低，在 750℃以下低温烘炉区间均匀快速升温，避免了全铁水烘炉温度骤然升高发生应力对炉衬的损害，而且大幅缩短了烘炉时间。
2、本方法在750℃以上高温烘炉区间采用铁水烧结烘炉，克服了焦炭法烘炉氧枪枪位控制过低、氧压高时容易造成炉底烧损，而枪位控制高、氧压低时焦炭燃烧不充分，炉底烘烤效果差的缺陷。在完成低温预烘炉后，高温烘炉区间，利用铁水冶炼第一炉钢水高达1700～1750℃的终点温度，使炉衬升温到 1400℃高温下形成碳素骨架，炉衬强度及耐冲刷性均大幅提高，炉底烘炉效果良好。
3、本方法在烘炉末期采用渣化固化烘炉，利用调质后的高温炉渣在烘炉后期形成一致密的保护层，消除炉衬砖缝间隙，炉衬在高温作用下渣化迅速形成一个整体，取得了更好的烘炉效果。
附图说明
图1为本发明烘炉步骤与烘炉升温曲线对应图；
图2为本发明所采用的烘炉装置结构示意图；
图3为本发明所采用的烘炉装置中氧燃枪的结构示意图；
图4为本发明所采用的烘炉装置中氧燃枪的喷孔布置示意图；
图中：1、氧燃枪；2、热电偶；3、转炉；11、氧气连接管；12、燃气连接管；13、进水连接管；14、排水连接管；15、金属软管；16、燃气总管；17、燃气调节阀；21、氧气流道；22、燃气流道；23、进水通道；24、回水通道；31、氧气喷孔；32、燃气喷孔。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施方式进行详细说明。此处所描述的实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
现有转炉3炉衬材质为耐火砖、耐火填料，如图1所示，采用本发明烘炉方法各烘炉步骤与烘炉升温曲线之间的对应关系如图1所示，将750℃以下设定为低温烘炉区间，750℃以上设定为高温烘炉区间，低温烘炉区间采用氧燃枪预烘炉，高温烘炉区间采用渣化固化烘炉。
如图2-4所示，本发明所述烘炉装置包括转炉3，转炉3顶部氧枪滑道上设有氧燃枪1，转炉3出钢口内设有热电偶2，热电偶2与PLC控制器输入端电连接；所述氧燃枪1尾部分别与燃气连接管12、氧气连接管11、进水连接管13和排水连接管14相连通；燃气连接管12通过金属软管15与燃气总管16相连通，燃气总管16出口端设有燃气调节阀17，燃气调节阀17与PLC控制器输出端电连接。
将本发明方法应用于某厂120吨顶底复吹转炉开新炉烘炉。在φ245转炉氧枪中心管与中层管之间增加一层钢管，第一层钢管与第二层钢管之间构成燃气流道22，第二层钢管与第三层钢管之间构成冷却水进水通道23，冷却水进水通道23连接进水连接管13供水，第三层钢管与第四层钢管之间构成冷却水回水通道24，冷却水回水通道24连接排水连接管14排水，进水通道23与回水通道24在枪体喷头处相互连通，在喷头部位还设有3个与氧气流道21连通的氧气喷孔31和6个与燃气通道连通的燃气喷孔32，氧气喷孔31和燃气喷孔32均以φ245转炉氧枪的轴线为中心周形设置，构成氧燃枪1。
烘炉作业前，氧燃枪1安装在转炉氧枪位置，氧气流道21所用介质为炼钢用氧气，纯度≥99.5%，氧气压力调节根据烘炉曲线在0.6～1.5MPa之间调节，燃气流道22燃气介质为炼钢自产转炉煤气，燃气压力根据烘炉曲线在0.6～1.5MPa之间调节。热电偶2设置2支，一支安装在出钢口伸入转炉内100mm处，另一支安装在出钢口内50mm处，热电偶2还设有补偿导线和显示仪表，信号传输到转炉操作室上位机通过PLC控制器控制，转炉炉衬温度为2支热电偶温度的平均值。
烘炉过程中，将炉底供底吹氮气打开，供气强度设置为0.02m3/(min·t)，比正常吹炼的供气强度略低，保证了低温区间采用氧燃枪1烘炉不堵底吹，又不因底吹气影响烘炉效果，然后从转炉氮封口分别投入柴油20升，火把5支，木材0.5m3、纸板10Kg并点火。
将氧气流量设定在6000m3/h，降下氧燃枪1吹氧待木材着火后，将氧气流量设定在8000m3/h，燃气流量设定在4000m3/h，通过燃气调节阀17调节燃气流量至5000m3/h，将氧燃枪1降到枪头距炉底高度为1m处烘烤5min，然后通过转炉氧枪升降机构（现有技术，图中未示出）在炉内上下移动氧燃枪1烘炉，观察热电偶2传输的炉衬温度情况，根据烘炉升温曲线通过燃气调节阀17调节燃气流量，直到炉衬温度稳定到750±50℃，关闭燃气与氧气，并将氧燃枪1提出炉口，使用转炉氧枪横移小车装置，将顶吹氧燃枪1横移到备用氧枪位置，转炉氧枪横移到使用枪位置，从出钢口移除热电偶2。由于使用顶吹氧燃枪1烘炉，完全不加焦炭，升温到750℃时间约为35min，比使用焦炭烘炉达到750℃的时间缩短近1/2，能快速均匀升温，避免了全铁水烘炉温度骤然升高发生应力对炉衬的损害，大幅缩短了烘炉时间。
铁水烧结烘炉环节，在转炉3中兑入铁水120吨，开新炉不加废钢，冶炼普碳钢，以烧结炉衬为主并炼出合格钢水。降转炉氧枪到吹炼枪位，以0.7MPa氧压点火吹炼，前2min不加入任何渣料，以使炉衬进一步烧结，吹炼2min后，每隔3min分批加入造渣剂石灰，吹炼终点前2min加完，石灰的加入量按照终渣碱度3.5控制，未加铁皮球、矿石等冷却剂。当转炉吹氧到20min24s，观察炉口火焰收缩后拉碳，取样检验钢水含[C]0.05%，测温终点温度1728℃，摇炉出钢。由于高温区间采用铁水烧结烘炉，终点高温出钢保证了炉衬升温到1400℃高温下形成碳素骨架，克服了焦炭法烘炉氧枪枪位控制过低、氧压高时容易造成炉底烧损，而枪位控制高、氧压低时焦炭燃烧不充分，炉底烘烤效果差的缺陷，炉衬强度及耐冲刷性均大幅提高，炉底烘炉效果良好。
钢水出尽后，将转炉摇到零位，从高位料仓调入镁球或轻烧白云石稠化炉渣，并前后反复摇炉3次，直到高温炉渣均匀覆盖炉底及炉内壁，倒出剩余炉渣，结束烘炉作业。由于利用调质后的高温炉渣在烘炉后期形成一致密的保护层，消除炉衬砖缝间隙，炉衬在高温作用下渣化迅速形成一个整体，取得了更好的烘炉效果。
倒出剩余炉渣后，迅速兑铁冶炼下一炉钢，前10炉钢连续冶炼，加强了铁水对炉衬的烧结效果。
120吨转炉采用本发明方法烘炉与采用焦炭法和全铁水法对比见下表1。
表1 120吨转炉采用本发明方法烘炉与采用焦炭法和全铁水法烘炉对比
由表1数据可见，采用本发明所提供的方法，除增加消耗了少量冶金工厂自产的燃气，其它消耗均下降，烘炉时间大幅缩短，烘炉效果大幅提升。
Claims (8)
1.一种转炉开新炉高温烘炉方法，其特征在于，该高温烘炉方法通过烘炉装置实现，所述烘炉装置包括转炉（3），转炉（3）顶部氧枪滑道上设有氧燃枪（1），转炉（3）出钢口内设有热电偶（2），热电偶（2）与PLC控制器输入端电连接；所述氧燃枪（1）尾部分别与燃气连接管（12）、氧气连接管（11）、进水连接管（13）和排水连接管（14）相连通；所述燃气连接管（12）与燃气总管（16）相连通，燃气总管（16）出口端设有燃气调节阀（17），燃气调节阀（17）与PLC控制器输出端电连接；
所述氧燃枪（1）是在转炉氧枪的中心管与中层管之间增加一层钢管，由四层无缝钢管同心套装而成，由内到外第一层钢管构成氧气流道（21），氧气流道（21）连接氧气连接管（11）输送氧气，第一层钢管与第二层钢管之间构成燃气流道（22），燃气流道（22）连接燃气连接管（12）输送燃气，第二层钢管与第三层钢管之间构成冷却水进水通道（23），冷却水进水通道（23）连接进水连接管（13）供水，第三层钢管与第四层钢管之间构成冷却水回水通道（24），冷却水回水通道（24）连接排水连接管（14）排水，进水通道（23）与回水通道（24）在枪体喷头处相互连通；
所述高温烘炉方法包括以下步骤：
S1、材料准备：将热电偶（2）测温端插入转炉（3）的出钢口内；从转炉（3）的氮封口分别投入柴油 20～40升，火把 5～10支，木材 0.5～1m3、纸板 10～20Kg并点火；
S2、氧燃枪（1）预烘炉：降枪前将氧气流量设定在 5000～10000m3/h，降枪至氧燃枪（1）头部一端进入转炉（3）顶部后吹氧，待木材着火后，将氧气流量设定在 8000～13000m3/h，燃气流量设定为3000～6000m3/h，然后通过燃气调节阀（17）调节燃气流量至 5000～10000m3/h；降枪至氧燃枪（1）头部一端距炉底1m处烘烤5min，然后上下移动氧燃枪（1），观察热电偶（2）传输的炉衬温度情况，以通过转炉炉衬的升温规律得到的烘炉升温曲线为依据通过燃气调节阀（17）调节燃气流量，直至炉衬温度稳定至750±50℃，关闭燃气与氧气，并将氧燃枪（1）提出炉口，将转炉氧枪安装于氧枪滑道上，同时从出钢口移除所述热电偶（2）；
S3、铁水烧结烘炉：转炉（3）中兑入铁水，并降转炉氧枪至吹炼枪位，以 0.7～0.85MPa氧压点火吹炼，吹炼 2min后，每隔 3min 分批加入造渣剂，吹炼终点前 2min加完，吹炼至终点出钢；
S4、渣化固化烘炉：钢水出尽后，将转炉（3）摇到零位，从高位料仓加入镁球或轻烧白云石稠化炉渣，并反复摇炉，直至高温炉渣均匀覆盖炉底及炉内壁，倒出剩余炉渣，结束烘炉作业。
2.根据权利要求1所述的一种转炉开新炉高温烘炉方法，其特征在于，铁水烧结烘炉步骤中，所述造渣剂为石灰，石灰加入量按照终渣碱度 3.5～4.0控制。
3.根据权利要求1所述的一种转炉开新炉快速高温烘炉方法，其特征在于，铁水烧结烘炉时，转炉终点出钢温度为1700～1750℃。
4.根据权利要求1所述的一种转炉开新炉高温烘炉方法，其特征在于，所述热电偶(2)设置2支，一支安装在出钢口伸入所述转炉（3）内 100～200mm处，另一支安装在出钢口内50～100mm处，转炉炉衬温度为2支热电偶（2）温度的平均值。
5.根据权利要求 1所述的一种转炉开新炉高温烘炉方法，其特征在于，所述燃气流道（22）燃气介质为冶金自产焦炉煤气、转炉煤气、高炉煤气的一种或几种的混合气体，压力在0.6～1.5MPa之间调节。
6.根据权利要求 1-5任一项所述的一种转炉开新炉高温烘炉方法，其特征在于，所述氧燃枪（1）的喷头部位还设有若干个与氧气流道（21）连通的氧气喷孔（31）和若干个与燃气流道（22）连通的燃气喷孔（32）。
7.根据权利要求6所述的一种转炉开新炉高温烘炉方法，其特征在于，所述氧气喷孔（31）和所述燃气喷孔（32）均以氧燃枪（1）的轴线为中心周向设置。
8.根据权利要求1-5、7任一项所述的一种转炉开新炉高温烘炉方法，其特征在于，所述燃气连接管（12）通过金属软管（15）与燃气总管（16）相连通。
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