CN116083678A - 一种顶底复吹转炉及系统化提高大型转炉高强复吹效果的方法 - Google Patents

一种顶底复吹转炉及系统化提高大型转炉高强复吹效果的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种顶底复吹转炉及系统化提高大型转炉高强复吹效果的方法，属于钢铁冶炼技术领域。本发明将16支底枪分为A组、B组、C组和D组设置在转炉本体的炉底，每组均分布在以炉底正中心为圆心的同心圆上，A组的底枪数量为2支，B组的底枪数量为6支，C组的底枪数量为6支，D组的底枪数量为2支，转炉出钢过程底枪流量根据角度联动。本发明通过对大型转炉的底吹供气模式、底吹供气控制、底吹气体选用、底枪布局和顶底供气协同控制方案进行设计，以提高转炉顶底复吹强度，延长转炉复吹寿命，将炉役碳氧积均值控制在0.0018以内，炉役后期碳氧积大部分控制在0.0020以内。

Description

一种顶底复吹转炉及系统化提高大型转炉高强复吹效果的方法
技术领域
本发明涉及钢铁冶炼技术领域，特别涉及一种顶底复吹转炉及系统化提高大型转炉高强复吹效果的方法。
背景技术
目前，国内外大型转炉基本都是采用顶底复吹工艺，通过底枪向熔池提供高压气流，进一步增强熔池搅拌强度，为炉内发生的化学反应提供良好动力学条件，有利于降低钢水氧含量，提高转炉脱磷能力。
现阶段转炉底枪主要功能为辅助顶枪的氧气射流，从炉底提供高压气流进一步强熔池搅拌，因此底枪布局基本位于六环之外。如此，中间部位的熔池搅拌动力来源主要还是顶枪的氧气射流，当转炉吹炼结束氧枪提至待吹点以上时，由于顶部氧气射流消失，中间部位的熔池搅拌能力减弱，不利于后搅阶段炉内各类化学反应的进行，可能会造成钢水过氧化、终渣氧化性高、脱磷能力减弱等问题。
转炉碳氧积值是衡量复吹效果的一个量化指标，炉役前期大多都能稳定控制在0.0017以内，随着炉龄的增长底吹效果减弱，炉役后期碳氧积值大部分都在0.0020以上，一方面影响转炉反应动力学条件，钢水成分控制风险增大；另一方面会导致转炉终点钢水氧含量偏高，增加脱氧剂消耗，不利于提升钢水质量和稳定转炉炉况。因此，随着大型转炉数量增多，如何有效提升大型转炉复吹效果，延长大型转炉复吹炉龄，是现阶段大多数炼钢从业者所追求的目标和研究的对象。而目前关于单独改进转炉底枪和底吹控制的方法较多，却没有针对系统化提高大型转炉长炉龄复吹效果的方法。
发明内容
1.发明要解决的技术问题
鉴于上述现有技术的不足，本发明提供了一种顶底复吹转炉及系统化提高大型转炉高强复吹效果的方法；本发明通过对大型转炉的底吹供气模式、底吹供气控制、底吹气体选用、底枪布局和顶底供气协同控制方案进行设计，以提高转炉顶底复吹强度，延长转炉复吹寿命，将炉役碳氧积均值控制在0.0018以内，炉役后期碳氧积大部分控制在0.0020以内。
2.技术方案
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
本发明的一种顶底复吹转炉，包括转炉本体和16支底枪；所述16支底枪分为A组、B组、C组和D组设置在转炉本体的炉底，每组均分布在以炉底正中心为圆心的同心圆上；其中：A组底枪所在同心圆A的半径为1400-2000mm，B组底枪所在同心圆B的半径为1100-1700mm；C组底枪所在同心圆C的半径为700-1300mm；D组底枪所在同心圆D的半径为200-800mm。
更进一步地，A组的底枪数量为2支，其中底枪A1与出钢口夹角为15-35度，底枪A2与出钢口夹角为325-345度。
更进一步地，B组的底枪数量为6支，其中底枪B1与出钢口夹角为25-55度，B2与出钢口夹角为115-145度，底枪B3与出钢口夹角为145-175度，底枪B4与出钢口夹角为185-210度，底枪B5与出钢口夹角为220-245度，底枪B6与出钢口夹角为315-345度。
更进一步地，C组的底枪数量为6支，其中底枪C1与出钢口夹角为55-75度，底枪C2与出钢口夹角为80-100度，底枪C3与出钢口夹角为105-125度，底枪C4与出钢口夹角为235-255度，底枪C5与出钢口夹角为260-280度，底枪C6与出钢口夹角为285-305度。
更进一步地，D组的底枪数量为2支，其中底枪D1与出钢口夹角为10-170度，底枪D2与出钢口夹角为190-350度。
本发明的一种系统化提高大型转炉高强复吹效果的方法，在所述的16支底枪对转炉本体进行底吹的过程中，通过控制转炉底吹供气模式、底吹供气流量同转炉倾动角度联动调整、底吹气体选用和顶底复吹配合，提高转炉高强复吹效果。
更进一步地，设置4种转炉底吹供气模式，具体为：强搅模式、弱搅模式、养护模式和特殊模式，底吹供气流量范围设置为0.02Nm3/h-0.20Nm3/h；其中：强搅模式、弱搅模式和养护模式，16支底枪流量设定值均一致；特殊模式下根据炉底残厚情况、底吹可视化情况、炉体耐材相关情况，转炉生产每一个阶段针对每支底枪设定不同的底吹流量值。
更进一步地，转炉每支底枪均有两个气源，吹炼过程底吹气体流量和底吹气体种类根据设定表进行调整和切换，出钢过程底吹流量同转炉倾动角度进行联动调整，没入钢水的底枪底吹供气流量按设定值执行，裸露在外部的底枪底吹供气流量从设定值自动调整至保底值。
更进一步地，转炉底吹气体选用，有四种方案进行选择：
方案一：16支底枪底吹气体全程选用氮气；
方案二：16支底枪从兑铁加料到出钢结束前，底吹气体选用氩气；溅渣开始到下炉兑铁加料前，底吹气体选用氮气；
方案三：16支底枪从兑铁加料到硅锰氧化期，底吹气体选用氮气；碳氧反应前期到出钢结束前，底吹气体选用氩气；溅渣开始到下炉兑铁加料前，底吹气体选用氮气；
方案四：对不同冶炼阶段每支底枪所选用的气体进行个性化设定，单独设定为氮气或氩气，即同一时刻底吹气体会同时存在氮气和氩气。
更进一步地，控制冶炼中后期氧气流量为60000-64000Nm3/h，氧枪枪位为1.8m-2.1m，底吹供气强度为0.08-0.20Nm3/(min·t)。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：
(1)本发明的一种系统化提高大型转炉高强复吹效果的方法，将16支底枪布局在以炉底中心为圆心的四个同心圆上，转炉出钢过程底枪流量根据角度联动，让没入钢水的底枪在出钢过程仍能为熔池提供一定的搅拌效果，以降低炉渣泡沫化程度，减少炉口下渣可能和钢流卷渣量；
(2)本发明的一种系统化提高大型转炉高强复吹效果的方法，转炉底搅在同一时刻可同时存在两种不同种类气体，底枪气体流量可进行差异化控制，以满足不同条件下的生产及保产需求；
(3)本发明的一种系统化提高大型转炉高强复吹效果的方法，通过转炉氧枪枪位、转炉氧枪氧气流量和转炉底吹供气强度的协同控制，在转炉吹炼稳定前提下，提高炉内搅拌程度；
(4)本发明的一种系统化提高大型转炉高强复吹效果的方法，可使转炉炉役碳氧积值降低至0.0018以下，炉役过程最低可控制在0.0015以内，有利于降低转炉终点钢水氧含量，提高钢水质量；同时出钢过程的强搅功能，能进一步提高转炉脱磷率，有利于稳定成分控制，提高钢水成分保留率。
附图说明
图1为底枪布局设计图，图1左侧为加料侧，右侧为出钢侧；
图2为转炉顶底复吹配合示意图；
图3为转炉生产工艺流程图；
图4为底吹布置示意图，图4左侧为加料侧，右侧为出钢侧，炉底透气砖共16块；
图5为现场实拍图；
图6为2#转炉第18炉役的顶底复吹配合示意图；
图7为2#转炉第18炉役碳氧积控制示意图。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。
本发明针对影响大型转炉顶底复吹的各项因素，对转炉底吹供气模式、底吹供气控制、底吹气体选用、底枪布局和顶底复吹配合进行系统化设计，增强了转炉顶吹和底吹的协同作业契合度，同时增强转炉吹炼后期及出钢过程的底搅作用，在加速钢水成分均匀的同时，促进钢-渣界面反应速率，降低转炉碳氧积值，降低钢水活度氧含量，以减缓炉衬及底吹元件侵蚀速率，良性促进大型转炉顶底复吹的效果与寿命。
(1)转炉底吹供气模式
本发明设置4种转炉底吹供气模式，底吹供气流量范围为0.02Nm3/h-0.20Nm3/h。参见图3，根据转炉生产工艺流程，本发明将整个流程分12个阶段：兑铁加料、硅锰氧化期、碳氧反应初期、碳氧反应中期、碳氧反应末期、辅吹、静搅、测量、出钢、溅渣、翻渣、等待；不同阶段、不同供气模式下底吹供气强度参见表1。
表1转炉底吹供气模式
Figure BDA0004076225780000041
注：表中底吹供气强度单位为Nm3/(t·min)。
以上模式中，强搅模式、弱搅模式和养护模式，16支底枪流量设定值均一致；特殊模式中可根据炉底残厚情况、底吹可视化情况、炉体耐材情况等因素，每一个阶段针对每支底枪设定不同的底吹流量值，以满足生产控制特殊需求，减缓底吹元件熔损速率。
(2)底吹供气控制
转炉每支底枪均有两个气源，氮气源和氩气源，16支底枪的气源切换由32个切断阀进行控制。吹炼过程底吹气体流量和底吹气体种类根据设定表进行调整和切换，出钢过程底吹流量同转炉倾动角度进行联动调整，没入钢水的底枪底吹供气流量按设定值执行，裸露在外部的底枪底吹供气流量从设定值自动调整至保底值，具体方案如表2所示：
表2底吹流量与炉体角度联动调整表
炉体角度 A1 A2 B1 B2 B3 B4 B5 B6 C1 C2 C3 C4 C5 C6 D1 D2
330° SD SD SD SD 0.02 0.02 SD SD SD SD SD SD SD SD SD SD
310° SD SD SD 0.02 0.02 0.02 0.02 SD SD SD SD SD SD SD SD SD
295° SD SD SD 0.02 0.02 0.02 0.02 SD SD SD 0.02 0.02 SD SD 0.02 0.02
280° SD SD SD 0.02 0.02 0.02 0.02 SD SD 0.02 0.02 0.02 0.02 SD 0.02 0.02
272° SD SD SD 0.02 0.02 0.02 0.02 SD 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02
267° SD SD 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02
264° 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02
注：1、表中的SD代表设定值；2、表中底吹供气强度单位为Nm3/(t·min)。
(3)底吹气体选用
转炉底吹气体选用，有四种方案进行选择：
方案一：16支底枪底吹气体全程选用氮气；
方案二：16支底枪从兑铁加料到出钢结束前，底吹气体选用氩气；溅渣开始到下炉兑铁加料前，底吹气体选用氮气；
方案三：16支底枪从兑铁加料到硅锰氧化期，底吹气体选用氮气；碳氧反应前期到出钢结束前，底吹气体选用氩气；溅渣开始到下炉兑铁加料前，底吹气体选用氮气；
方案四：对不同冶炼阶段每支底枪所选用的气体进行个性化设定，单独设定为氮气或氩气，即同一时刻底吹气体会同时存在氮气和氩气。
表3底吹气体选用方案表
Figure BDA0004076225780000051
(4)底枪布局：
参见图1，本发明设计底枪数量为16支，分为4组(A组、B组、C组、D组)，每组均分布在以炉底正中心为圆心的同心圆上。
A组分配的底枪数量为2支，底枪所在同心圆A的半径为1400-2000mm，其中A1与出钢口夹角为15-35度，A2与出钢口夹角为325-345度；
B组分配的底枪数量为6支，底枪所在同心圆B的半径为1100-1700mm，其中B1与出钢口夹角为25-55度，B2与出钢口夹角为115-145度，B3与出钢口夹角为145-175度，B4与出钢口夹角为185-210度，B5与出钢口夹角为220-245度，B6与出钢口夹角为315-345度；
C组分配的底枪数量为6支，底枪所在同心圆C的半径为700-1300mm，其中C1与出钢口夹角为55-75度，C2与出钢口夹角为80-100度，C3与出钢口夹角为105-125度，C4与出钢口夹角为235-255度，C5与出钢口夹角为260-280度，C6与出钢口夹角为285-305度；
D组分配的底枪数量为2支，底枪所在同心圆D的半径为200-800mm，其中D1与出钢口夹角为10-170度，D2与出钢口夹角为190-350度。
(5)顶底复吹配合：
参见图2，冶炼前期碳氧反应剧烈，因此前期的氧枪流量、氧枪枪位以及底枪供气强度都是以稳定吹炼为主，中后期开始增加熔池搅拌程度，为炉内反应提供有利动力学条件。冶炼中后期氧气流量控制为60000-64000Nm3/h，氧枪枪位为1.8m-2.1m，底吹供气强度为0.08-0.20Nm3/(min·t)。
本发明中，12个阶段，底吹流量设置示例如表4所示：
表4底吹流量设定表
Figure BDA0004076225780000061
注：表中底吹供气强度单位为Nm3/h。
12个阶段，底吹气体选用示例具体参见表5：
表5底吹气体选用表
Figure BDA0004076225780000062
实施例1
实施炉座：某钢轧厂2#转炉(公称吨位：300吨；顶底复吹转炉；16支底枪)。
某钢轧2#转炉第18炉役起止时间为2021年12月10日至2022年6月28日，通过对底枪布局进行更改，对底吹供气模式、顶底复吹配合模式进行预设和实施，并开展底枪可视化日监控和底吹供气参数阶段性调整。
转炉底枪数量增加至16支，底枪布局更改为分布在四个环上(4环、6环、8环和9环)，其中：4环2个，对称分布，靠近加料侧；6环6个，分布在以炉底横纵向为对称轴的两侧；8环6个，对称分布，4个靠近加料侧，2个靠近出钢侧；9环2个，对称分布，靠近出钢侧。底枪类型均采用环缝式底枪，具体布局如图4和图5。
通过此种底枪布局方式，能够增强底吹供气搅拌的作用区域，提高底吹搅拌效果，配合高强度顶吹，有利于均匀顶、底部熔池钢水的温度与成分，以稳定转炉吹炼，加快炉内钢-渣界面反应进行。
转炉底吹供气强度根据底吹设定表进行控制，共6种模式，其中强搅模式2种，中搅模式3种，外加一种养护模式。具体参数设定表如下：
表6底吹流量设定表
Figure BDA0004076225780000071
底吹模式由操作人员综合考虑当天炉底测厚数据、底吹可视化情况和碳氧积值等情况后进行选择；底吹气体正常情况“兑铁加料-碳氧化中期”和“溅渣-等待”均采用N2，剩余阶段均采用Ar，当钢种有特殊要求时底吹气体会切换为“全程吹氩”或“全程吹氮”。
转炉顶吹主要结合铁水硅含量进行设定，流量设定值在950Nm3/min-1080Nm3/min，枪位控制整体呈现为低-高-低，氧枪供氧强度大部分时间都控制在63000Nm3/h，为钢-渣界面反应提供良好动力学条件，辅吹压枪阶段氧枪供气强度提高至65000Nm3/h，进一步加速钢-渣界面反应，降低转炉终渣氧化性，降低转炉碳氧积值，具体设置参见表7。
表7不同冶炼阶段氧量、抢位、氧流量设定表
Figure BDA0004076225780000072
注：1)氧量单位：m3；2)枪位为相对枪位，单位：cm；3)氧流量单位：Nm3/min
2#转炉第18炉役的顶底复吹配合情况如图6所示。
由图6可知，2#转炉第18炉役的顶底复吹配合是以稳定吹炼控制为前提，提高顶底复吹效果。因此在“碳氧反应前期”采用的是较高的枪位和较低的氧气及底吹流量，从碳氧反应中期开始逐步降低转炉冶炼枪位，增加氧枪供气和底吹供气的强度，以增加顶部和底部的搅拌强度。顶部强搅能为钢-渣界反应面提供动力学条件，底部强搅能促进熔池温度和成分的均匀，在稳定转炉冶炼控制的同时，能为钢-渣界面提供良好的动力学和热力学条件。通过上述的顶底复吹配合能最大程度发挥顶底复吹转炉的冶炼优势，在吹炼稳定的前提下实现转炉低氧低碳的“双低”控制，延缓炉衬侵蚀速率，稳定转炉炉型控制。
通过整理炉役数据，2#转炉第18炉役顶底复吹效果良好，炉役末期转炉碳氧积值仍能控制在0.0016内，全炉役碳氧积均值为0.00159。2#转炉第18炉役不同炉龄阶段的碳氧积控制情况如图7所示。
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种顶底复吹转炉，其特征在于：包括转炉本体和16支底枪；所述16支底枪分为A组、B组、C组和D组设置在转炉本体的炉底，每组均分布在以炉底正中心为圆心的同心圆上；其中：A组底枪所在同心圆A的半径为1400-2000mm，B组底枪所在同心圆B的半径为1100-1700mm；C组底枪所在同心圆C的半径为700-1300mm；D组底枪所在同心圆D的半径为200-800mm。
2.根据权利要求1所述的一种顶底复吹转炉，其特征在于：A组的底枪数量为2支，其中底枪A1与出钢口夹角为15-35度，底枪A2与出钢口夹角为325-345度。
3.根据权利要求2所述的一种顶底复吹转炉，其特征在于：B组的底枪数量为6支，其中底枪B1与出钢口夹角为25-55度，B2与出钢口夹角为115-145度，底枪B3与出钢口夹角为145-175度，底枪B4与出钢口夹角为185-210度，底枪B5与出钢口夹角为220-245度，底枪B6与出钢口夹角为315-345度。
4.根据权利要求3所述的一种顶底复吹转炉，其特征在于：C组的底枪数量为6支，其中底枪C1与出钢口夹角为55-75度，底枪C2与出钢口夹角为80-100度，底枪C3与出钢口夹角为105-125度，底枪C4与出钢口夹角为235-255度，底枪C5与出钢口夹角为260-280度，底枪C6与出钢口夹角为285-305度。
5.根据权利要求4所述的一种顶底复吹转炉，其特征在于：D组的底枪数量为2支，其中底枪D1与出钢口夹角为10-170度，底枪D2与出钢口夹角为190-350度。
6.一种系统化提高大型转炉高强复吹效果的方法，其特征在于：在如权利要求1-5任一项所述的16支底枪对转炉本体进行底吹的过程中，通过控制转炉底吹供气模式、底吹供气流量同转炉倾动角度联动调整、底吹气体选用和顶底复吹配合，提高转炉高强复吹效果。
7.根据权利要求6所述的一种系统化提高大型转炉高强复吹效果的方法，其特征在于：设置4种转炉底吹供气模式，具体为：强搅模式、弱搅模式、养护模式和特殊模式，底吹供气流量范围设置为0.02Nm3/h-0.20Nm3/h；其中：强搅模式、弱搅模式和养护模式，16支底枪流量设定值均一致；特殊模式下根据炉底残厚情况、底吹可视化情况、炉体耐材相关情况，转炉生产每一个阶段针对每支底枪设定不同的底吹流量值。
8.根据权利要求7所述的一种系统化提高大型转炉高强复吹效果的方法，其特征在于：转炉每支底枪均有两个气源，吹炼过程底吹气体流量和底吹气体种类根据设定表进行调整和切换，出钢过程底吹流量同转炉倾动角度进行联动调整，没入钢水的底枪底吹供气流量按设定值执行，裸露在外部的底枪底吹供气流量从设定值自动调整至保底值。
9.根据权利要求8所述的一种系统化提高大型转炉高强复吹效果的方法，其特征在于：转炉底吹气体选用，有四种方案进行选择：
方案一：16支底枪底吹气体全程选用氮气；
方案二：16支底枪从兑铁加料到出钢结束前，底吹气体选用氩气；溅渣开始到下炉兑铁加料前，底吹气体选用氮气；
方案三：16支底枪从兑铁加料到硅锰氧化期，底吹气体选用氮气；碳氧反应前期到出钢结束前，底吹气体选用氩气；溅渣开始到下炉兑铁加料前，底吹气体选用氮气；
方案四：对不同冶炼阶段每支底枪所选用的气体进行个性化设定，单独设定为氮气或氩气，即同一时刻底吹气体会同时存在氮气和氩气。
10.根据权利要求9所述的一种系统化提高大型转炉高强复吹效果的方法，其特征在于：控制冶炼中后期氧气流量为60000-64000Nm3/h，氧枪枪位为1.8m-2.1m，底吹供气强度为0.08-0.20Nm3/(min·t)。
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