專利名稱：一種預熱氧氣提高射流速度的吹氧煉鋼方法
技術領域：
本發(fā)明屬于冶金技術領域，特別涉及一種預熱氧氣提高射流速度的吹氧煉鋼方法。
背景技術：
吹氧是轉(zhuǎn)爐、電弧爐煉鋼過程中的重要工藝手段，由于高壓氧氣管道阻力、能量轉(zhuǎn)換等因素的限制，馬赫數(shù)設計在2. 3以下，多數(shù)控制在I. 4-2. I之間。因此煉鋼過程存在氧氣有效噴吹距離相對較短、氧氣攪拌強度受到限制、熔池成分和溫度均勻較慢等缺點。通常常溫氧氣噴吹至熔池中的氧氣射流溫度低至213K (_60°C)以下，與高溫熔池發(fā)生熱量交換導致高溫熔池的熱量損失約占熔池內(nèi)鐵水總物理顯熱的3-6%，同時，氧氣射流進入煉鋼爐經(jīng)歷了 “加熱一反應”的過程，降低了鋼渣反應速度。 本發(fā)明提出一種采用預熱氧氣提高射流速度的吹氧煉鋼方法，利用煙氣余熱、電加熱或燃料燃燒等加熱方式預熱氧氣，提高氧槍出口溫度、實現(xiàn)射流速度增加，達到增強攪拌強度，增加噴頭壽命的目的；同時減少煉鋼過程中熱量損失及渣料熔化時間，促進化渣，為熔池反應提供良好條件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種提高氧槍出口射流速度和有效射流長度、增強熔池攪拌強度、縮短冶煉周期的預熱氧氣的吹氧煉鋼方法。本發(fā)明的原理是通過預熱氧氣，氧槍出口處射流速度提高，射流長度增加。氣流中任一指定點的速度與當?shù)貧饬髦新曀僦冉凶鲈擖c氣流的馬赫數(shù)，以Ma表示
Ma=V~= ^式中，K常數(shù)，T為絕熱溫度。對于氧氣來說= 19 ^。設計氧槍時是根
據(jù)拉瓦爾噴管出口馬赫數(shù)進行計算的，則在保證拉瓦爾噴管出口馬赫數(shù)相同的情況下，若絕熱溫度升高，聲速越大，則噴管出口處射流速度也成比例增大，射流長度變長。如圖I所
/Jn o本發(fā)明的技術方案是利用煙氣余熱加熱方式、電加熱、燃料燃燒加熱等或多種方式協(xié)同作用，預熱用于煉鋼過程噴吹的氧氣，預熱后的氧氣溫度可達到500-1200K，壓力為0. 3-1. 8MPa，高溫氧氣經(jīng)氧槍后形成高速射流，射流長度延長，強化熔池攪拌能力，提高冶金效果。同時，高溫射流可減少氧氣吸收熔池熱量的20-25%，高溫射流作用于熔池，氣體和液體分子傳質(zhì)系數(shù)隨著溫度升高而增加，反應動力學條件良好。具體包括以下步驟利用氧氣控制系統(tǒng)控制氧氣流量，氧氣從常溫氧氣管道流入預熱系統(tǒng)，通過高溫煙氣管道、電加熱系統(tǒng)或燃料燃燒系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量在預熱系統(tǒng)內(nèi)對氧氣進行預熱，預熱后氧氣溫度通過調(diào)節(jié)熱量來源進行控制，預熱后的氧氣溫度達到500-1200K，壓力為0. 3-1. 8MPa，將預熱獲得的高溫氧氣，預熱后的氧氣流經(jīng)高溫氧氣管道，輸送至超音速射流氧槍噴頭處，利用超音速射流氧槍產(chǎn)生的超音速射流作用，攪拌煉鋼爐熔池，促進脫磷脫碳等氧化反應的進行，有利于均勻熔池成分和溫度。預熱氧氣工藝可采用煙氣余熱加熱、或電加熱、或燃料燃燒加熱等方式進行。將氧氣從300K預熱到1200K耗能約16000-55000kJ/t鋼，在電加熱工藝中，考慮到能量轉(zhuǎn)化過程中的利用率，采用電加熱的方式耗電約5-llkWh，燃料加熱根據(jù)所選燃料不同，燃料消耗量存在一定變化。電加熱工藝可調(diào)性好，控制精確，燃料燃燒加熱工藝可快速有效預熱氧氣。也可采用轉(zhuǎn)爐、電弧爐或其他工業(yè)爐窯的煙氣余熱預熱氧氣，達到改善冶金效果的目的。本發(fā)明中用于煉鋼生產(chǎn)的超音速射流氧槍內(nèi)流經(jīng)高溫高速氧氣，為控制熱量損失 在5%以內(nèi)，以獲得高速射流，氧槍外壁覆蓋一層耐熱耐磨材料，避免高溫氧氣對氧槍的侵蝕和熱損。同時，高溫氧氣管道外部覆一層5-40_厚的陶瓷耐熱保溫材料，以避免高溫氧氣對管壁的侵蝕和熱量逸失。本發(fā)明適用于30-200噸電弧爐煉鋼過程，電弧爐煉鋼可通過爐壁氧槍、爐門氧槍、頂吹氧槍或底吹噴槍噴吹經(jīng)預熱后的高溫氧氣，氧氣流量為100-5000Nm3/h，根據(jù)電弧爐煉鋼過程熔化、脫碳及均勻成分的需要，氧氣溫度控制為500-1200K，射流壓力為0. 2_1. 3MPao本發(fā)明適用于30-350噸轉(zhuǎn)爐煉鋼過程，轉(zhuǎn)爐煉鋼通過頂吹超音速氧槍或側(cè)面氧槍噴吹高溫氧氣，氧氣流量控制在6000-80000Nm3/h，壓力0. 5-1. 8MPa。根據(jù)轉(zhuǎn)爐煉鋼過程化渣、脫磷及脫碳的需要，氧氣溫度控制為500-1200K。由于射流速度增加，射流長度延長，使得煉鋼冶煉過程中氧槍槍位控制更加靈活，減少了鋼渣噴濺對氧槍和噴頭的侵蝕，提高氧槍和噴頭壽命。本發(fā)明所使用的設備包括氧氣控制系統(tǒng)(I)、常溫氧氣管道(2)、氧氣預熱系統(tǒng)
(3)、高溫氧氣管道(4)、超音速射流氧槍(5)、煉鋼爐(6);氧氣預熱系統(tǒng)熱量來源于高溫煙氣管道(7)或電加熱系統(tǒng)(8)或燃料燃燒加熱系統(tǒng)(9);高溫氧氣管道(4)外壁覆一層耐熱保溫材料，避免高溫氧氣的熱量逸失；超音速射流氧槍(5)氧槍中心管外壁采用保溫材料，減少冷卻水帶走高溫氧氣的熱量；燃燒室(10)中的燃料燃燒，產(chǎn)生的高溫熱量傳遞給燃料燃燒加熱系統(tǒng)(9 )。利用氧氣控制系統(tǒng)(I)控制氧氣流量，氧氣從常溫氧氣管道(2 )流入預熱系統(tǒng)(3)，通過高溫煙氣管道(7)中回收的煙氣余熱、電加熱系統(tǒng)(8)或燃燒室(10)中燃料燃燒產(chǎn)生的熱量在氧氣預熱系統(tǒng)(3)、電加熱系統(tǒng)(8)或燃料燃燒加熱系統(tǒng)(9)內(nèi)進行熱交換，預熱后的氧氣流經(jīng)高溫氧氣管道(4)，利用氧槍(5)產(chǎn)生的超音速射流作用，攪拌煉鋼爐(6)中鋼液，促進反應速度，完成煉鋼任務。與傳統(tǒng)煉鋼過程相比，采用本發(fā)明進行吹氧煉鋼，脫碳及脫磷效率明顯改善，冶煉周期縮短2分鐘以上，金屬收得率提高1%以上，渣料消耗減少10%。


圖I為本發(fā)明射流長度隨溫度變化圖。圖2為用于電弧爐的預熱氧氣連接裝置的裝配圖。圖3為用于轉(zhuǎn)爐的預熱氧氣連接裝置的裝配圖。圖2、圖3中I、氧氣控制系統(tǒng)，2、常溫氧氣管道，3、氧氣預熱系統(tǒng)4、高溫氧氣管道，5、超音速射流氧槍，6、煉鋼爐，7、高溫煙氣管道，8、電加熱系統(tǒng)，9、燃料燃燒加熱系統(tǒng)，10、
燃燒室。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明的技術方案做進一步說明。(I)本發(fā)明應用在50噸電弧爐的爐壁氧槍，噴頭馬赫數(shù)為2，氧槍流量1500Nm3/h，壓力0. SMPa0冶煉分段控制過程為熔化期供氧流量為1000Nm3/h，經(jīng)煙氣預熱后氧氣來流溫度可達到900K，噴頭出口處射流速度可達840m/s，認為速度高于100m/S的射流對熔池攪拌效果顯著，此時射流長度I. 54m，增加約0. 52m，熔池溫度、成分快速均勻，廢鋼熔化時間縮短0. 3-0. 8分鐘；脫碳期供氧流量為2000Nm3/h，經(jīng)煙氣預熱后氧氣來流溫度可達到1200K，噴頭出口處射流速度可達840m/s，認為速度高于100m/S的射流對熔池攪拌效果顯著，此時射流長度2. 18m，射流長度增加約0. 73m，攪拌強度大，鋼渣界面充分接觸，脫碳反應動力學條件良好，脫碳期縮短0. 7-1. 2分鐘，鋼液溫度及成分快速趨于均勻，降低爐渣鐵損，提高金屬收得率。(2)本發(fā)明應用在150噸電弧爐的爐門氧槍，噴頭馬赫數(shù)為2，氧槍流量2500Nm3/h,壓力 0. 8MPa。熔化期供氧流量為2000Nm3/h，經(jīng)煙氣預熱后氧氣來流溫度可達到900K，噴頭出口處射流速度可達840m/s，認為速度高于lOOm/s的射流對熔池攪拌效果顯著，此時射流長度2. 18m，射流長度增加約0. 73m，熔池溫度成分快速均勻，廢鋼熔化時間縮短0. 3-0. 8分鐘；脫碳期供氧流量為3000Nm3/h，經(jīng)煙氣預熱后溫度可達到1200K，噴頭出口處射流速度可達840m/s，認為速度高于lOOm/s的射流對熔池攪拌效果顯著，此時射流長度2. 65m,射流長度增加約0. 89m，攪拌強度大，鋼渣界面充分接觸，脫碳反應動力學條件良好，脫碳期縮短0. 7-1. 2分鐘，鋼液溫度及成分快速趨于均勻，降低爐渣鐵損，提高金屬收得率。(3)本發(fā)明應用在100噸轉(zhuǎn)爐頂吹氧槍，四孔氧槍噴頭馬赫數(shù)為2，流量為20000Nm3/h,單孔流量5000Nm3/h，壓力0. 8MPa。冶煉過程中，氧氣射流經(jīng)煙氣預熱后溫度可達到800K，噴頭出口處射流速度可達840m/s，認為速度高于lOOm/s的射流對熔池攪拌效果顯著，此時射流長度超過3. 24m,射流長度增加約0. 94m,攪拌強度大，鋼渣界面充分接觸，反應動力學條件良好，脫碳期縮短0. 7-1. 2分鐘，鋼液溫度及成分快速趨于均勻，降低爐渣鐵損，提高金屬收得率，冶煉周期縮短，氧槍及噴頭壽命提高。(4)本發(fā)明應用在300噸轉(zhuǎn)爐頂吹氧槍,六孔氧槍噴頭馬赫數(shù)為2. 10,流量為60000-62000Nm3/h，單孔流量約10000Nm3/h，壓力0. 8MPa。冶煉過程中，氧氣射流經(jīng)煙氣預熱后溫度可達到1000K，噴頭出口處射流速度可達890m/s，認為速度高于lOOm/s的射流對熔池攪拌效果顯著，此時射流長度超過4. 58m，射流長度增加約I. 40m，攪拌強度大，鋼渣界面充分接觸，脫碳反應動力學條件良好，脫碳期縮短0. 7-1. 2分鐘，鋼液溫度及成分快速趨于均勻，降低爐渣鐵損，提高金屬收得率，冶煉周期縮短3分鐘。權(quán)利要求
1.一種預熱氧氣提高射流速度的吹氧煉鋼方法，其特征在于利用氧氣控制系統(tǒng)控制氧氣流量，氧氣從常溫氧氣管道流入預熱系統(tǒng)，通過高溫煙氣管道、電加熱系統(tǒng)或燃料燃燒系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量在預熱系統(tǒng)內(nèi)對氧氣進行預熱，預熱后氧氣溫度通過調(diào)節(jié)熱量來源進行控制，預熱后的氧氣溫度達到500-1200K，壓カ為O. 3-1. 8MPa，將預熱獲得的高溫氧氣，預熱后的氧氣流經(jīng)高溫氧氣管道，輸送至超音速射流氧槍噴頭處，利用超音速射流氧槍產(chǎn)生的超音速射流作用，攪拌煉鋼爐熔池，促進脫磷脫碳等氧化反應的進行，有利于均勻熔池成分和溫度。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種預熱氧氣提高射流速度的吹氧煉鋼方法，其特征在干，吹氧煉鋼的高溫氧氣利用固定換熱裝置通過煙氣余熱、或電加熱、或燃料燃燒多種方式單獨或多種方式共同進行預熱氧氣。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的ー種預熱氧氣提高射流速度的吹氧煉鋼方法，其特征在于，所述方法適用于30-200噸電弧爐煉鋼エ藝，電弧爐煉鋼通過爐壁氧槍、爐門氧槍、頂吹氧槍或底吹噴槍噴吹高溫氧氣，氧氣流量為100-5000Nm3/h，根據(jù)電弧爐煉鋼過程熔化、脫碳及均勻成分的需要，氧氣溫度控制為500-1200K，射流壓カ為O. 3-1. 8MPa。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的ー種預熱氧氣提高射流速度的吹氧煉鋼方法，其特征在于，所述方法適用于30-350噸轉(zhuǎn)爐煉鋼エ藝，轉(zhuǎn)爐煉鋼通過頂吹或側(cè)吹超音速高溫氧氣，氧氣流量控制在6000-800(K)Nm3/h，根據(jù)轉(zhuǎn)爐煉鋼過程化渣、脫磷及脫碳的需要，氧氣溫度控制為500-1200K，射流壓カ為O. 5-1. 8MPa。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的ー種預熱氧氣提高射流速度的吹氧煉鋼方法，其特征在于，所使用的設備包括氧氣控制系統(tǒng)(I)、常溫氧氣管道(2)、氧氣預熱系統(tǒng)(3)、高溫氧氣管道(4)、超音速射流氧槍(5)、煉鋼爐(6);氧氣預熱系統(tǒng)熱量來源于高溫煙氣管道(7)或電加熱系統(tǒng)(8)或燃料燃燒加熱系統(tǒng)(9);高溫氧氣管道(4)外壁覆一層耐熱保溫材料，避免高溫氧氣的熱量逸失；超音速射流氧槍(5)氧槍中心管外壁采用保溫材料，減少冷卻水帶走高溫氧氣的熱量；燃燒室(10)中的燃料燃燒，產(chǎn)生的高溫熱量傳遞給燃料燃燒加熱系統(tǒng)(9)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的ー種預熱氧氣提高射流速度的吹氧煉鋼方法，其特征在于，利用控制系統(tǒng)(I)控制氧氣流量，氧氣從常溫氧氣管道(2)流入預熱系統(tǒng)(3)，通過高溫煙氣管道(7)中回收的煙氣余熱、電加熱系統(tǒng)(8)或燃燒室(10)中燃料燃燒產(chǎn)生的熱量在氧氣預熱系統(tǒng)(3)、電加熱系統(tǒng)(8)或燃料燃燒加熱系統(tǒng)(9)內(nèi)進行熱交換，氧氣溫度通過調(diào)節(jié)熱量來源進行控制，預熱后的氧氣流經(jīng)高溫氧氣管道(4)，利用氧槍(5)產(chǎn)生的超音速射流作用，攪拌煉鋼爐鋼液，促進反應速度，完成煉鋼任務。
全文摘要
本發(fā)明屬于冶金技術領域，涉及一種預熱氧氣提高射流速度的吹氧煉鋼方法。氧氣從常溫管道流入預熱系統(tǒng)，通過煉鋼的高溫煙氣、或電加熱及燃料燃燒系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量預熱氧氣，氧氣溫度通過調(diào)節(jié)熱量輸入量進行控制，預熱后的氧氣利用氧槍噴頭產(chǎn)生的超音速射流進行噴吹煉鋼。本發(fā)明的特點在于對氧氣進行預熱，通過氧槍噴吹被預熱的高溫氧氣，可顯著增加氧氣的射流速度，達到增強攪拌效果、改善熔池反應的動力學條件、和提高氧槍噴頭壽命的目的。本發(fā)明適用于30-200噸電弧爐和30-350噸轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝，與傳統(tǒng)煉鋼過程相比，脫碳及脫磷速度明顯改善，冶煉周期縮短2分鐘以上，金屬收得率提高1%以上，渣料消耗減少10%。
文檔編號C21C5/30GK102732668SQ201210233080
公開日2012年10月17日 申請日期2012年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月5日
發(fā)明者仇永全, 劉潤藻, 劉福海, 呂明, 朱常福, 朱榮, 林騰昌, 王慧, 王洪, 董凱, 谷云嶺 申請人:北京科技大學