CN115627317A - 一种氧枪喷头及缩短转炉冶炼周期的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及转炉炼钢技术领域，具体涉及一种氧枪喷头及缩短转炉冶炼周期的方法。氧枪喷头上设有一个中心孔和五个圆周孔，中心口喉口与各圆周孔喉口的夹角为14°～17°；缩短转炉冶炼周期的方法为使用设有圆周孔和中心孔的氧枪喷头进行吹炼。本发明通过设计一种“5+1”孔氧枪喷头，优化氧枪喷孔结构，提高氧枪的工作氧压和氧气流量，控制熔剂渣料的加入时机和加入量，调整吹炼枪位，形成一整套优化方案，使210t转炉纯吹炼时间由16～18分钟缩短至12～14分钟，每炉钢吹炼时间节约2～4分钟，每日可多产2200吨钢水，有助于炼钢成本节约、产能提升，进而提升整套炼钢作业的效益。
Description
技术领域
本发明涉及转炉炼钢技术领域，具体涉及一种氧枪喷头及缩短转炉冶炼周期的方法。
背景技术
转炉是冶金长流程炼钢冶炼生产的重要关键设备，而目前国内外以大中型转炉为发展趋势，转炉是以铁水、废钢为主要原料，不借助外加能源，通过铁水物理热和氧化反应化学热产生的热量在转炉中完成炼钢过程。
转炉冶炼周期一般包括吹炼时间和辅助时间，目前210t转炉纯吹炼时间为16～18分钟，吹炼时间偏长，影响生产节奏，制约产量提升，成本支出较大，影响企业效益。
发明内容
针对转炉纯吹炼时间偏长的技术问题，本发明提供一种氧枪喷头及缩短转炉冶炼周期的方法，特别适用于210t转炉。通过缩短转炉冶炼周期，有助于炼钢成本节约、产能提升，进而提升整套炼钢作业的效益。
第一方面，本发明提供一种氧枪喷头，氧枪喷头上设有五个圆周孔，氧枪喷头的中心设有一个中心孔，中心口喉口与各圆周孔喉口的夹角为14°～17°。此夹角范围使氧枪火点面积大，射流坑多，乳化期较早，冶炼的平稳性好，保证有较大的冲击深度，兼顾转炉初期有较大的冲击面积。
进一步的，中心孔的喉口直径为34.5～37.5mm，出口直径为45～50mm；
圆周孔的喉口直径为42.5～44mm，出口直径为56～59mm。
传统5孔的喉口直径为43.9mm，出口直径为58.7mm，缩小喉口直径和出口直径，使气流稳定，能量损失小，化渣良好，减少喷溅。
进一步的，中心孔的扩张角为4°～5.5°，扩张段长度为76～89mm，喉口段长度为30～36mm，收缩段长度为32～36mm；
圆周孔的扩张角为4°～5.5°，扩张段长度为83～104mm，喉口段长度为23～26mm，收缩段长度为15～17mm。
理论的气体膨胀角为4°～8°，喷孔扩张角也应为4°～8°。采用4°～5.5°扩张角，小扩张角具有控制膨胀作用，因而出口流股会有轻微膨胀，氧流贴近孔壁流动会出现层流，从而加重射流表面与炉氧混合，有利于提高热效率。
第二方面，本发明提供一种缩短转炉冶炼周期的方法，使用如上任一所述的氧枪喷头进行吹炼。
进一步的，氧枪喷头的工作氧压为0.86～0.92Mpa，中心孔的马赫数为2.03～2.05，圆周孔的马赫数为2.06～2.08。
提高氧枪的工作氧压，有助于保持出口氧射流，增强熔池搅拌，提高氧气利用率，缩短吹炼时间。如果操作氧压过高，氧流仍有部分压力能未转化为动能，离开喷孔后继续膨胀，射流产生激波，导致氧流不稳定，能量损失大，造成化渣不好，喷溅增加，不利于吹炼。结合实际冶炼情况，考虑管路损耗作用，设置“5+1”孔氧枪的工作氧压为0.86～0.92Mpa，兼顾出口氧气射流冲击力和稳定性，加大熔池搅拌力度同时避免喷溅；
中心孔的和圆周孔的马赫数较高，氧气射流冲击力强，熔池搅拌力度大，氧气利用率高，有效缩短冶炼时间。
进一步的，吹炼第0～1.5分钟，氧气流量为26000～28000Nm3/h，使石灰迅速熔化，快速成渣、提高碱度，有利于前期脱磷、脱硫；
吹炼第3～10分钟，氧气流量为49000～50000Nm3/h，使中期碳氧反应剧烈，增大反应界面，熔池搅拌能力加强，脱磷、脱硫动力学条件充足，加快成分和温度均匀化；
吹炼第10～13分钟，氧气流量为52000～53000Nm3/h，后期拉碳碳氧反应激烈，提供大量热，有效降低碳含量。
进一步的，吹炼1分钟加入第一批石灰，吹炼1.5分钟加入轻烧镁球，吹炼2分钟加入第二批石灰，吹炼3分钟加入第三批石灰，吹炼3分半加入生白云石。
进一步的，所述第一批石灰的加入量为3～5吨，所述轻烧镁球的加入量为2.5～3吨，所述第二批石灰的加入量为1～2吨，所述第三批石灰的加入量为1吨，所述生白云石的加入量为1～2吨。
前期加入第一批石灰，快速熔解，提高渣中氧化钙含量，有利于脱磷、脱硫反应进行；加入轻烧镁球，提高渣中MgO含量，防止冶炼过程MgO含量低侵蚀炉衬；加入第二批石灰，进一步提高炉渣碱度，使炉中酸性很强的SiO2从自由态的玻璃相转变为化合态的橄榄石相，SiO2稳定在2CaO·SiO2中，减轻渣中酸性氧化物对碱性炉讨的侵蚀，起到保护炉衬作用；加入第三批石灰，进一步提高炉渣碱度；加入生白云石，进一步提高渣量。
进一步的，吹炼第0～2分钟，枪位为2500～2600mm，前期化渣迅速、快速大量成渣，利于脱磷、脱硫；
吹炼第2～4分钟，枪位由2450mm逐渐降至2100mm，此阶段碳氧反应迅速，成渣后枪位逐渐降低，防止金属喷溅；
吹炼第4～8分钟，枪位保持2000～2100mm，此阶段持续升温，恒枪位有助于均匀成分、温度；
吹炼第8～11分钟，枪位由2100mm逐渐提升至2250mm，后期提升枪位，防止炉渣返干；
吹炼第11～14分钟，枪位保持1900mm拉碳，钢水脱碳、升温出钢。
本发明的有益效果在于：
本发明通过使用自主设计的“5+1”孔氧枪喷头，优化氧枪喷孔结构，提高氧枪的工作氧压和氧气流量，控制熔剂渣料的加入时机和加入量，调整吹炼枪位，形成一整套优化方案，使210t转炉纯吹炼时间由16～18分钟缩短至12～14分钟，每炉钢吹炼时间节约2～4分钟，每日可多产2200吨钢水。
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，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，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是本申请实施例1的“5+1”孔氧枪喷头的剖视图。
图2是本申请实施例1的“5+1”孔氧枪喷头的实物照片。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1、图2所示，一种氧枪喷头，氧枪喷头上设有五个圆周孔和一个中心孔，五个圆周孔均匀分布在喷头上，中心孔的轴线与氧枪喷头的中心线重合，中心口喉口与各圆周孔喉口的夹角为15.5°；中心孔的喉口直径为36mm，出口直径为47.7mm，扩张角为4°，扩张段长度为(47.7-36)/(2×tan4°)≈83.7mm，喉口段长度为30mm，收缩段长度为35mm；圆周孔的喉口直径为43.7mm，出口直径为58.2mm，扩张角为4°，扩张段长度为(58.2-43.7)/(2×tan4°)≈103.7mm，喉口段长度为25mm，收缩段长度为15mm。
在210t转炉中，使用上述氧枪喷头对Q234B钢进行冶炼，工艺路线采用CAS直上路线。设置氧枪喷头中心孔的马赫数为2.04，圆周孔的马赫数为2.06，氧枪的工作氧压设置为0.86Mpa。
下枪冶炼，控制氧气流量为26000Nm3/h，氧枪枪位为2600mm，吹炼至1分钟加入3吨石灰，采用高枪位大氧气射流，使炉渣前期快速熔解，提高渣中氧化钙含量，提高脱磷、脱硫率。
吹炼过程中控制吹炼氧气流量，吹炼1.5分钟内，保持氧气流量为26000Nm3/h，使石灰迅速熔化，快速成渣、提高碱度，有利于前期脱磷、脱硫；吹炼第3～10分钟，控制氧气流量为49000～50000Nm3/h，使中期碳氧反应剧烈，增大反应界面，熔池搅拌能力加强，脱磷、脱硫动力学条件充足，加快成分和温度均匀化；吹炼第10～13分钟，控制氧气流量为52000～53000Nm3/h，后期拉碳碳氧反应激烈，提供大量热，有效降低碳含量。
控制熔剂渣料的加入时机，1.5分钟时加入2.5吨轻烧镁球，提高渣中MgO含量，防止冶炼过程MgO含量低侵蚀炉衬；2分钟时加入2吨石灰，进一步提高炉渣碱度，使炉中酸性很强的SiO2从自由态的玻璃相转变为化合态的橄榄石相，SiO2稳定在2CaO·SiO2中，减轻渣中酸性氧化物对碱性炉讨的侵蚀，起到保护炉衬作用；3分钟时加入石灰1吨，进一步提高炉渣碱度，3分半钟时加入1吨生白云石，进一步提高渣量。
调整吹炼枪位，吹炼2分钟内，保持枪位为2600mm，前期化渣迅速、快速大量成渣，利于脱磷、脱硫；吹炼第2～4分钟，枪位由2450mm逐渐降至2100mm，此阶段碳氧反应迅速，成渣后枪位逐渐降低，防止金属喷溅；吹炼第4～8分钟，枪位保持2100mm，此阶段持续升温，恒枪位有助于均匀成分、温度；吹炼第8～11分钟，枪位由2100mm逐渐提升至2250mm，后期提升枪位，防止炉渣返干；吹炼第11～13分钟，枪位保持1900mm拉碳，钢水脱碳、升温出钢。
13分钟后，钢水状态：终点温度为1670℃，终点氧≤600ppm，碳含量为0.11％，磷含量为≤0.025％，符合出钢标准。
对比例1
在210t转炉中，使用传统的5孔氧枪喷头对Q234B钢进行冶炼，工艺路线采用CAS直上路线。5孔氧枪喷头马赫数设置为2.07，工作氧压设置为0.86Mpa。
开始下枪冶炼，设置氧气流量为24000Nm3/h，枪位为2400mm，吹炼至3分钟时加入石灰4吨。
由于5孔氧枪喷头前期易淤渣且对应配置批料加入集中，使用低枪位小流量氧气射流，熔池搅拌能力弱，导致前期脱磷、脱硫效果差。
吹炼4～13分钟，控制氧气流量为46000Nm3/h，枪位为2200～2000mm，碳氧反应激烈，为防止金属爆发性喷溅，低枪位炉渣易返干，脱磷、脱硫效果差，持续低枪位导致熔池搅拌不均匀，熔池上不炉衬侵蚀较严重。
吹炼14～16分钟，控制枪位为1800mm拉碳，钢水脱碳、升温出钢。
转炉冶炼16分钟后，钢水状态：终点温度为1670℃，终点氧≤600ppm，碳含量为0.12％，磷含量为≤0.025％，符合出钢标准。
达到同样出钢标准的前提下，实施例1与对比例1相比，一次吹炼作业时间节约了3分钟，每日可多产2200吨钢水。
实施例2
一种氧枪喷头，氧枪喷头上设有五个圆周孔和一个中心孔，五个圆周孔均匀分布在喷头上，中心孔的轴线与氧枪喷头的中心线重合，中心口喉口与各圆周孔喉口的夹角为14°；中心孔的喉口直径为34.5mm，出口直径为50mm，扩张角为5°，扩张段长度为(50-34.5)/(2×tan5°)≈88.6mm，喉口段长度为33mm，收缩段长度为32mm；圆周孔的喉口直径为42.5mm，出口直径为59mm，扩张角为5°，扩张段长度为(59-42.5)/(2×tan5°)≈94.3mm，喉口段长度为23mm，收缩段长度为16mm。
在210t转炉中，使用上述氧枪喷头对钢种DC01钢进行冶炼，工艺路线采用RH单联路线。设置氧枪喷头中心孔的马赫数为2.03，圆周孔的马赫数为2.06，氧枪的工作氧压设置为0.92Mpa。
下枪冶炼，控制氧气流量为28000Nm3/h，氧枪枪位为2500mm，吹炼至1分钟加入5吨石灰，采用高枪位大氧气射流，使炉渣前期快速熔解，提高渣中氧化钙含量，提高脱磷、脱硫率。
吹炼过程中控制吹炼氧气流量，吹炼1.5分钟内，保持氧气流量为28000Nm3/h，使石灰迅速熔化，快速成渣、提高碱度，有利于前期脱磷、脱硫；吹炼第3～10分钟，控制氧气流量为50000Nm3/h，使中期碳氧反应剧烈，增大反应界面，熔池搅拌能力加强，脱磷、脱硫动力学条件充足，加快成分和温度均匀化；吹炼第10～13分钟，控制氧气流量为53000Nm3/h，后期拉碳碳氧反应激烈，提供大量热，有效降低碳含量。
控制熔剂渣料的加入时机，1.5分钟时加入2.5吨轻烧镁球，提高渣中MgO含量，防止冶炼过程MgO含量低侵蚀炉衬；2分钟时加入2吨石灰，进一步提高炉渣碱度，使炉中酸性很强的SiO2从自由态的玻璃相转变为化合态的橄榄石相，SiO2稳定在2CaO·SiO2中，减轻渣中酸性氧化物对碱性炉讨的侵蚀，起到保护炉衬作用；3分钟时加入石灰1吨，进一步提高炉渣碱度，3分半钟时加入2吨生白云石，进一步提高渣量。
调整吹炼枪位，吹炼2分钟内，保持枪位为2500mm，前期化渣迅速、快速大量成渣，利于脱磷、脱硫；吹炼第2～4分钟，枪位由2450mm逐渐降至2100mm，此阶段碳氧反应迅速，成渣后枪位逐渐降低，防止金属喷溅；吹炼第4～8分钟，枪位保持2100mm，此阶段持续升温，恒枪位有助于均匀成分、温度；吹炼第8～12分钟，枪位由2100mm逐渐提升至2250mm，后期提升枪位，防止炉渣返干；吹炼第12～14分钟，枪位保持1900mm拉碳，钢水脱碳、升温出钢。
14分钟后，钢水状态：终点温度为1680℃，终点氧为500ppm，碳含量≤0.045％，磷含量为≤0.015％，符合出钢标准。
实施例3
一种氧枪喷头，氧枪喷头上设有五个圆周孔和一个中心孔，五个圆周孔均匀分布在喷头上，中心孔的轴线与氧枪喷头的中心线重合，中心口喉口与各圆周孔喉口的夹角为17°；中心孔的喉口直径为37.5mm，出口直径为50mm，扩张角为4.5°，扩张段长度为(50-37.5)/(2×tan4.5°)≈76.2mm，喉口段长度为36mm，收缩段长度为36mm；圆周孔的喉口直径为43mm，出口直径为57mm，扩张角为4.5°，扩张段长度为(57-43)/(2×tan4.5°)≈88.9mm，喉口段长度为26mm，收缩段长度为17mm。
在210t转炉中，使用上述氧枪喷头对610L钢进行冶炼，工艺路线采用LF单联路线。设置氧枪喷头中心孔的马赫数为2.05，圆周孔的马赫数为2.08，氧枪的工作氧压设置为0.89Mpa。
下枪冶炼，控制氧气流量为27000Nm3/h，氧枪枪位为2600mm，吹炼至1分钟加入4吨石灰，采用高枪位大氧气射流，使炉渣前期快速熔解，提高渣中氧化钙含量，提高脱磷、脱硫率。
吹炼过程中控制吹炼氧气流量，吹炼1.5分钟内，保持氧气流量为27000Nm3/h，使石灰迅速熔化，快速成渣、提高碱度，有利于前期脱磷、脱硫；吹炼第3～10分钟，控制氧气流量为50000Nm3/h，使中期碳氧反应剧烈，增大反应界面，熔池搅拌能力加强，脱磷、脱硫动力学条件充足，加快成分和温度均匀化；吹炼第10～13分钟，控制氧气流量为53000Nm3/h，后期拉碳碳氧反应激烈，提供大量热，有效降低碳含量。
控制熔剂渣料的加入时机，1.5分钟时加入3吨轻烧镁球，提高渣中MgO含量，防止冶炼过程MgO含量低侵蚀炉衬；2分钟时加入3吨石灰，进一步提高炉渣碱度，使炉中酸性很强的SiO2从自由态的玻璃相转变为化合态的橄榄石相，SiO2稳定在2CaO·SiO2中，减轻渣中酸性氧化物对碱性炉讨的侵蚀，起到保护炉衬作用；3分钟时加入石灰1吨，进一步提高炉渣碱度，3分半钟时加入1.5吨生白云石，进一步提高渣量。
调整吹炼枪位，吹炼2分钟内，保持枪位为2600mm，前期化渣迅速、快速大量成渣，利于脱磷、脱硫；吹炼第2～4分钟，枪位由2450mm逐渐降至2100mm，此阶段碳氧反应迅速，成渣后枪位逐渐降低，防止金属喷溅；吹炼第4～8分钟，枪位保持2100mm，此阶段持续升温，恒枪位有助于均匀成分、温度；吹炼第8～11分钟，枪位由2100mm逐渐提升至2250mm，后期提升枪位，防止炉渣返干；吹炼第11～12分钟，枪位保持1900mm拉碳，钢水脱碳、升温出钢。
12分钟后，钢水状态：终点温度为1650℃，终点氧≤600ppm，碳含量为0.105％，磷含量为≤0.018％，符合出钢标准。
尽管通过参考附图并结合优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种氧枪喷头，氧枪喷头上设有五个圆周孔，其特征在于，氧枪喷头的中心设有一个中心孔，中心口喉口与各圆周孔喉口的夹角为14°～17°。
2.如权利要求1所述的氧枪喷头，其特征在于，中心孔的喉口直径为34.5～37.5mm，出口直径为45～50mm；
圆周孔的喉口直径为42.5～44mm，出口直径为56～59mm。
3.如权利要求1所述的氧枪喷头，其特征在于，中心孔的扩张角为4°～5.5°，扩张段长度为76～89mm，喉口段长度为30～36mm，收缩段长度为32～36mm；
圆周孔的扩张角为4°～5.5°，扩张段长度为83～104mm，喉口段长度为23～26mm，收缩段长度为15～17mm。
4.一种缩短转炉冶炼周期的方法，其特征在于，使用如权利要求1-3任一所述的氧枪喷头进行吹炼。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，氧枪喷头的工作氧压为0.86～0.92Mpa，中心孔的马赫数为2.03～2.05，圆周孔的马赫数为2.06～2.08。
6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，吹炼第0～1.5分钟，氧气流量为26000～28000Nm3/h；吹炼第3～10分钟，氧气流量为49000～50000Nm3/h；吹炼第10～13分钟，氧气流量为52000～53000Nm3/h。
7.如权利要求4所述的方法，其特征在于，吹炼1分钟加入第一批石灰，吹炼1.5分钟加入轻烧镁球，吹炼2分钟加入第二批石灰，吹炼3分钟加入第三批石灰，吹炼3分半加入生白云石。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述第一批石灰的加入量为3～5吨，所述轻烧镁球的加入量为2.5～3吨，所述第二批石灰的加入量为1～2吨，所述第三批石灰的加入量为1吨，所述生白云石的加入量为1～2吨。
9.如权利要求4所述的方法，其特征在于，吹炼第0～2分钟，枪位为2500～2600mm；
吹炼第2～4分钟，枪位由2450mm逐渐降至2100mm；
吹炼第4～8分钟，枪位保持2000～2100mm；
吹炼第8～11分钟，枪位由2100mm逐渐提升至2250mm；
吹炼第11～14分钟，枪位保持1900mm拉碳，钢水脱碳、升温出钢。
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