CN87100551A

CN87100551A - 氧气转炉煤氧复合吹炼工艺

Info

Publication number: CN87100551A
Application number: CN87100551.4A
Authority: CN
Inventors: 邵象华; 刘浏; 邓开文; 郭征; 杜挺; 李正; 钱国钧; 朴明哲; 张家裕; 陈国柱; 忻尚烈; 孟献文; 孙世纯; 王凤琴
Original assignee: FUSHUN XIFU STEEL PLANT; Central Iron and Steel Research Institute
Current assignee: FUSHUN XIFU STEEL PLANT; Central Iron and Steel Research Institute
Priority date: 1987-02-12
Filing date: 1987-02-12
Publication date: 1988-08-31
Also published as: CN1004707B

Abstract

本发明为氧气顶吹转炉采用底吹煤氧的复合吹炼工艺。依靠顶吹氧枪对整个冶炼过程进行调节和控制；底部煤氧喷枪可自始至终喷吹煤氧，且不影响顶吹操作，以期达到热补偿和搅拌熔池的作用。本发明可有效地提高炉内供热量，增加炉料中的废钢比。同时，即使在熔池含碳量很低的情况下，也能保持较高的脱碳速度，降低炉渣的氧化性，消除熔池的过氧化现象。本发明还能提高炉渣脱硫能力和提高锰的回收率。

Description

本发明属于转炉炼钢工艺。主要适用于氧气顶吹转炉进行热补偿，提高转炉接受冷态原料（废钢、生铁、海绵铁等）的能力。

通常的转炉炼钢是依靠炉料本身的物理化学热，来提高熔池温度，提供加热熔化废钢的热量。因此，废钢的加入量受到铁水本身物理化学热的严格限制，废钢比波动在5～25%。这是转炉炼钢法与平炉法相比，一个主要缺点。近几年来，为了节约高炉焦炭及其它原因，国内外炼钢铁水的硅含量都出现下降的趋势，减少了铁水的化学热。采用现有的复合吹炼技术后，铁的氧化损失减少，也相应降低了转炉废钢熔化的能力。为了补救这一问题，各国冶金工作者提出了各种工艺方案，提高转炉的热效率。目前，围绕着转炉喷煤技术的采用，相继出现了许多新的炼钢工艺方法。其目的都是为了提高转炉废钢加入量，增强转炉对炉料的适应能力。

国外已经开发成功或正在研究开发的转炉热补偿技术，可分为顶吹法和底吹法两大类。

底吹法以西德Clockner-CRA技术开发公司的KMS法为代表（《Steelmaking Proceedings》，1982，Vol 65，287～295）。该工艺把底吹转炉的底吹氧枪改造成底吹煤氧枪。喷枪采用三层套管结构：中心管喷吹煤粉，中间环缝喷吹氧气，外层环缝通冷却介质。冶炼中期，底吹煤氧，向熔池提供热量，熔化废钢。冶炼初期和后期，煤粉切换为石灰粉，进行正常冶炼。为提高热效率，底吹转炉顶部安装氧枪，燃烧炉气。仍采用底吹法氧枪保护技术，用天然气或甲烷气保护炉底煤氧枪。为解决前期脱磷，并尽快形成炉渣，提高熔池热效率，采用底喷石灰粉技术。该工艺一公斤煤粉约可熔化6公斤废钢。

KMS法是适用于底吹转炉的热补偿工艺技术。它保留了底吹转炉的冶金特点，不象顶吹法，冶炼过程中炉内有大量的泡沫渣，因而热效率较低。该工艺存在如下缺点：为冷却煤氧喷枪，每吨钢需消耗天然气2.7标米³或油3～5公斤;冶炼末期渣钢间硫的分配系数仅为8～12。

顶吹法以日本的TAPS法（《铁钢》1986，No.15，71～84）和卢森堡的ALCI法（《Steelmaking Proceedings》1985，Vol 68，129～136）为代表。该工艺以顶吹煤粉为特征，把转炉喷煤粉技术与二次燃烧技术相结合，提高顶吹转炉废钢比。TAPS法进行过15吨转炉实验。采用TAPS氧枪，在冶炼中期尽量短的时间内，以较高的供粉速度把煤粉喷入熔池。为提高煤粉的收得率，需采用“硬吹”工艺，降低枪位，把煤粉喷入钢液。每喷吹一公斤煤粉可增用废钢4公斤。ALCI法在君津厂250吨LBE复吹转炉上进行过实验。该工艺基本与TAPS法相同，一公斤煤粉可熔化4～6公斤废钢。

TAPS和ALCI法适用于顶吹法冶炼的热补偿工艺，它的主要缺点是：采用顶喷煤粉技术，中断了冶炼过程，喷粉量和喷粉时间受到限制，热效率低;采用“硬吹”工艺喷煤粉，使炉气中CO₂含量降低，且干扰了顶枪的正常操作;无法解决大量加入废钢后，冶炼初期熔池温度低，炉内形成低温泡沫渣所引起的溢渣和喷溅问题;脱硫效率低，渣钢间硫的分配系数仅为4～6。

西德克虏伯研究所提出了另一种工艺方法-COIN法。该工艺由熔池底部喷入煤粉和氧气，并直接采用煤粉保护喷管。但据该公司自称，用该操作方法不能同时进行精炼。

本发明的目的在于提供一种热效率高，废钢比（或其它冷料比）高，成本低，能提高产品质量，获得良好冶金效果的顶吹氧气转炉热补偿炼钢工艺技术。

本发明的解决方案如下：

在顶吹氧气转炉的炉底上，安装一支或多支（视炉子大小而异）煤氧喷枪。既进行顶吹氧，又进行底吹煤氧的复合吹炼工艺。一方面依靠顶枪操作对冶炼过程进行调节和控制，力图保持顶吹氧转炉化渣快，热效率高的优点;另一方面发挥底吹煤氧金属收得率高，熔池搅拌强烈，供热量大，吹炼平稳的特点，以便获得最佳的冶金效果。同时，直接采用煤粉作冷却剂保护底部喷枪，代替通常用的天燃气或轻柴油，降低成本。

在煤氧复合吹炼的整个过程中，依靠顶吹氧枪枪位和氧流量的调节，控制冶炼过程。同时自始至终从底部喷吹煤粉和一部分氧气，充分发挥高效率供热的特点。喷煤量可以调节，不干扰顶吹氧枪的操作。

为了提高煤的发热效益，顶吹氧枪采用多孔喷枪（包括双流道喷枪），以强化炉气的二次燃烧。

本发明在吹炼开始时，采用小煤氧比（即煤粉流量与氧流量的比值较小），向熔池提供热量，加快熔池升温，所以能避免加废钢量多时熔池降温过多，出现溢渣和喷溅现象。

在吹炼中期，为了防止底吹煤氧搅拌强烈，炉渣易返干的趋势，顶枪采用“高枪位、大氧压、分散供氧”的软吹操作。及时调整枪位加强顶氧射流对炉渣的乳化和氧化作用，保证渣中一定的FeO含量，促进石灰的溶解。

冶炼末期，继续向熔池喷吹煤氧，得到好的冶金效果，主要表现在：（1）末期熔池仍保持较高的脱碳速度，但渣中FeO低，防止熔池过氧化。实践证明，冶炼低碳钢时，渣中FeO与钢中氧含量均与底吹法相同。（2）提高炉渣的脱硫能力，渣钢间硫的分配系数达到10～20，高于底喷石灰粉的底吹转炉炼钢法。（3）对脱磷也有好处。吹炼末期，适当提高底吹氧压，控制煤氧比小于1.0。

本发明的解决方案，可进一步用以下附图进行说明。

附图1为本发明的工艺流程图。

附图2为固定碳含量对熔化废钢能力的影响。

附图3为单支煤氧枪的煤粉流量与供氧强度间的关系;

附图4为底吹煤氧比对炉气燃烧情况的影响;

附图5为钢中氮含量与底吹氧氮比的关系;

附图6为临界速度曲线与粉气比的关系;

附图7为六吨转炉底喷煤粉工艺参数的变化。

附图1中，1为料斗，2为振动筛，3是贮粉罐，4是喷粉罐，5为底吹煤氧枪，6是顶吹氧枪，7是氮气控制系统，8为转炉，9为卸料阀门，10是煤粉输送管道，11是底吹氧气管道。

冶炼开始前，通过氮气控制系统7向喷粉罐4充压。充压后打开喷粉罐的卸料阀门9通过输煤粉管道10和炉底煤氧枪5向转炉8内熔池喷吹煤粉。同时打开氧气阀门，通过煤氧枪向熔池供氧。

煤氧枪为双层套管结构：内管输送氧气;外部环缝输送煤粉。煤粉作为冷却介质，保护底吹氧枪。

喷粉稳定后，先从炉口向转炉8加入少量渣料，尔后加入废钢。若废钢比高，加入量大可分两批加入。接着兌铁水。兌铁水后，搖正炉体，下降顶枪吹炼。开吹时须控制好顶枪枪位，迅速化好初渣。同时提高底吹氧压，保证喷入煤粉的充分燃烧。开吹后3～5分钟，进入脱碳期，C-O反应剧烈。应及时提高顶吹枪位，避免或减轻中期渣返干。此时，底吹煤氧比控制在1.0左右。吹炼10～12分钟后，熔池趋于平稳。应及时下降顶枪，提高熔池脱碳速度。碳焰收火后倒炉（倒炉碳波动在0.03～0.10%），出钢。

本发明热效率高，根据实践结果，喷吹一公斤煤粉可熔化7～9公斤废钢。如附图2所示。图中纵座标为一公斤煤粉熔化废钢的能力（1公斤废钢/公斤煤）;横座标为煤粉中固定碳含量。由图中还可看出，煤粉固定碳含量对喷煤热效率有很大影响。本工艺对煤粉的要求是：固定碳大于70%，硫含量小于0.5%，水分含量为0.5～1.5%的无烟煤煤粉。煤粉的粒度要求小于100目。也可以用焦粉代替煤粉。

底部喷吹的煤粉流量Gs（公斤/分）应根据所选用的煤种，二次燃烧强度以及所要求的增加废钢量W，按下式计算：

Gs＝ (W)/(6·5（1+2B）（%C）·t) （公斤/分）

式中B为炉气的二次燃烧率;t为吹炼时间（分）;（%C）为煤中固定碳含量;W是与不喷煤粉时相比所要求增加的废钢量。

Pco和Pco₂分别为炉气中CO和CO₂的分压。

单支煤氧枪喷吹的煤粉流量和供氧强度及熔化废钢的能力，如附图3所示。图中纵座标为单支喷枪供氧强度（标米³/分）;横座标为单支枪喷煤粉流量（公斤/分）。底部供氧压力为6～12公斤/厘米²，供氧强度为0.6～1.5标米³/吨·分，底供氧量占顶供氧量的15～30%。

附图4为底吹煤氧比对炉气燃烧情况的影响。图中纵座标为炉气中CO₂分压;横座标为煤氧比（重量比）。由该图得出，底喷煤氧重量比应控制在0.4～1.2范围内，可提高喷煤的热效率。

附图5为钢中氮含量与底吹氧氮体积流量比的关系。图中纵座标为钢中氮含量（PPm）;横座标为底吹氧氮体积流量比。根据该图，底吹氧氮体积流量比应大于一定数值（如大于5.0），以限制钢中氮含量。

附图6为底喷煤粉出口速度Vm与粉气比μs（煤粉与其运载气体如氮气的重量比）的关系。从图中可看出，当出口双相流的粉气比μs波动在5～25范围内时，出口表观气速相应地控制在200～80米/秒的范围内，可达到稳定输送煤粉的目的。

附图7给出了六吨转炉底喷煤粉工艺参数的变化情况。图中纵座标为各工艺操作参数（如缶压、下粉量、流量比等），横座标为时间。采用上述喷粉工艺，向熔池输送煤粉是稳定的。

采用本发明喷吹煤氧复合吹炼工艺，取得了良好的冶金效果，主要是：

（1）改善了冶炼末期熔池的搅拌状况，降低了炉渣的氧化性。在低碳区，渣中氧化铁含量和钢中氧含量与底吹法相当;

（2）渣钢间锰的分配系数降低，提高了锰的回收率;同时，提高了炉渣的脱硫能力，渣钢间硫的分配比高达10～20。

（3）控制底吹氧氮体积流量比大于一定的数值，如大于5.0，则钢中氮量可控制在60PPm以下的水平;

（4）热效率高。一公斤煤粉可熔化7～9公斤废钢。废钢比可达40～50%，对工艺操作和冶炼时间均无太大影响。

本发明与底吹喷煤工艺-KMS法相比，或与顶吹喷煤工艺一PLCI和TAPS法相比，均具有如下优点：

（1）直接采用煤粉作冷却介质保护底吹煤氧枪，吨钢节约天燃气2.7标米³或油3～5公斤。

（2）冶金效果好，炉渣脱硫能力强，渣钢间硫的分配系数达10～20。

（3）热效率高，一公斤煤粉可熔化废钢7～9公斤。

（4）喷煤粉与熔池精炼同时进行，喷煤时间和喷煤量不受限制，可采用高废钢比操作，且不需延长冶炼时间。

实施例一

在六吨氧气顶吹转炉的炉底安装一支喷氧喷枪，喷枪以煤粉作冷却介质。配料装入量10吨，废钢2吨，铁水8吨，增加废钢用量1.5吨，废钢比为20%。

铁水成分为：4.0%C，0.6～0.8%Si，0.06%P，0.05%S。采用固定碳为83%，硫含量为0.37%的煤粉，吨钢耗煤21.4公斤，喷煤粉流量为10公斤/分，底吹煤氧（重量）比为0.9，底供氧强度为0.93标米³/分·吨，顶吹供氧强度为3.2标米³/分·吨。

吹炼时间20分钟。终点出钢温度为1710℃。钢中含碳量0.08%，含硫量0.020%，含P量0.010%;渣中FeO含量为11%。

实施例二

采用实施例一的设备和相同的原料。废钢加入量4吨，铁水6吨，增用废钢量3.5吨，废钢40%。吨钢耗煤40公斤。喷煤粉流量为20公斤/分，顶供氧强度为3.2标米³/分·吨，底供氧强度为1.6标米³/分·吨，煤氧（重量）比为1.0。

终点出钢温度为1630℃，终点钢中含碳量0.03%，含硫量0.03%，渣中FeO为12%。吹炼时间20分钟。

Claims

1、一种底部喷吹煤和氧的转炉炼钢复合吹炼工艺，其特征在于在底部装有一支或多支煤氧喷枪的氧气转炉中，主要靠顶吹氧气调整炉渣情况和控制精炼过程，靠底吹煤氧搅拌熔池和增补热量，进行煤氧复吹炼钢。

2、根据权利要求1所述的复合吹炼工艺，其特征在于在冶炼过程中，自始至终通过底部煤氧喷枪喷吹煤氧。

3、根据权利要求1所述的复合吹炼工艺，其特征在于底吹煤氧枪采用双层套管结构，中心管喷氧气，外环缝管用非氧化性气体（如氮气）作载气，喷吹煤粉，同时，煤粉也是底吹喷枪的冷却介质。

4、根据权利要求1所述的复合吹炼工艺，其特征在于底吹煤氧的煤粉流量Gs可参照下式计算：

Gs＝ (W)/(6.5（1+2B）（%C）t) （公斤/分）

式中t为吹炼时间，（%C）为煤中固定碳含量，W是与不喷煤粉时相比所要求增加的废钢量，B为炉气的二次燃烧率。

Pco、Pco₂分别为炉气中CO、CO₂的分压。

5、根据权利要求1和2所述的复合吹炼工艺，其特征在于底吹氧量为顶吹氧量的10～30%，底吹煤氧重量比应控制在0.4～1.2的范围内，当采用氮气作运载煤粉的载气时，底吹氧氮的体积流量比应大于5.0。

6、根据权利要求1、2和3所述的复合吹炼工艺，其特征在于底吹煤氧枪喷口处的煤粉与运载气体（如氮气）双相流体输送的粉气比（煤粉与其运载气体如氮气的重量比）应控制在5～25范围内，出口双相流体表观流速相应地控制在200～80米/秒。

7、根据权利要求1所述的复合吹炼工艺，其特征在于顶吹氧枪采用多孔喷枪（包括双流道喷枪）;顶吹氧采用高枪位、大氧压和分散供氧的“软吹”工艺。