專利名稱：雙流復(fù)合頂吹煉鋼法及其氧槍的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種頂吹氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼方法及其使用的氧槍。
1952年奧地利聯(lián)合鋼鐵公司開發(fā)了頂吹氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼法(LD，也有稱之為BOF和BOP)，因其生產(chǎn)率高等一系列優(yōu)點，此方法在全世界得到迅速發(fā)展。至1978年，氧氣轉(zhuǎn)爐鋼產(chǎn)量占世界總產(chǎn)鋼量(7.15億噸)的54.5%，在各種煉鋼方法中居于首位。但由于LD轉(zhuǎn)爐吹煉前、后期熔池攪拌強度不足，因而在冶金上存在一些嚴(yán)重缺點，如前期渣易過氧化、過泡沫化和誘發(fā)噴濺，脫磷能力不能充分利用，后期脫碳反應(yīng)機理的轉(zhuǎn)變早，鋼渣間反應(yīng)離平衡永，氧的脫碳利用率低等等，致使鋼水質(zhì)量較差，原材料消耗較高，并難以冶煉超低碳鋼。
到七十年代初期出現(xiàn)了氧氣底吹工藝(OBM，也有稱之為Q-BOP和LWS等)，此工藝有一系列優(yōu)點，如熔池中渣鐵氧化度降低，提高了鋼的鐵合金的收得率，吹煉平穩(wěn)，容易控制吹煉狀態(tài)，消除了噴濺，適合于冶煉超低碳鋼等。但它也存在不足，如有限的廢鋼利用能力，熔池中氫含量高，底部噴吹需要相當(dāng)復(fù)雜的噴射設(shè)備，每個噴嘴周圍的熱平衡是荷刻的，因此噴孔的壽命有限。
七十年代后期，為了解決LD和OBM轉(zhuǎn)爐存在的問題，國外發(fā)展了頂?shù)讖?fù)合吹煉工藝，因其具有靈活性的頂吹與純底吹的優(yōu)越冶金特性，使其迅速在世界各國推廣。(參見“氧氣煉鋼的現(xiàn)狀和展望”《Ironmaking and Steelmaking》1984.Vol.11.No.3)我國自1979年以來，也在大力研究和發(fā)展頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐煉鋼法，但由于底吹氣源、底氣強度、底吹供氣元件等問題，至今爐底壽命尚未與爐身壽命同步，復(fù)吹率低，技術(shù)經(jīng)濟效果尚不十分理想。
LD轉(zhuǎn)爐廣泛采用帶拉瓦爾噴頭的水冷氧槍供氧，這種供氧方式簡單，通過改變氧槍的高度，可以控制氧進入鋼水和渣中的程度。申請?zhí)枮?5108323的“帶有付吹口轉(zhuǎn)爐煉鋼氧槍”，申請?zhí)枮?6207587的“用于煉鋼裝置的三流道多孔噴槍”和申請?zhí)枮?7208616的“二次燃燒氧槍”的中國專利都對傳統(tǒng)的氧槍進行了一定的改進，目的在于提高LD爐的熱效率，可以多吃廢鋼。
本發(fā)明為解決LD轉(zhuǎn)爐吹煉前、后期熔池攪拌強度不足等存在的問題而提出的一種解決方法，它采用雙流氧槍，即核心攪拌流〔氧，或氧+二氧化碳，或氧+氬氣，或氧+(CaCO3，或CaO或兩者混合)粉〕和四周主氧流組成的氧槍，在轉(zhuǎn)爐頂部進行“硬吹”(即射流沖擊熔池面積小，深度較大)和“軟吹”(即射流沖擊熔池面較大，深度較小)相結(jié)合的復(fù)合吹煉，使熔池的鋼、渣旋轉(zhuǎn)。在吹煉前期通過調(diào)節(jié)核心氧流和四周主氧流，實現(xiàn)“硬吹”和“軟吹”一定比例關(guān)系的復(fù)合吹煉，以達到界面反應(yīng)與體相攪拌相結(jié)合和一次反應(yīng)區(qū)不斷更新的冶金效果。在吹煉后期，通過降低槍位和對核心流與四周流流量比的調(diào)節(jié)來實現(xiàn)降低總供氧強度的同時提高熔池攪拌強度，以達到促進鋼、渣反應(yīng)平衡和按脫碳擴散反應(yīng)模型控制后期冶金反應(yīng)的作用。因此本發(fā)明可以用“硬、軟”復(fù)合頂吹達到類似底吹小氣量(底部供氣量≤0.08米3/分·噸)頂?shù)讖?fù)合法的冶金效果。
本發(fā)明是一種頂吹氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼方法，它采用一種雙流氧槍進行吹煉。該氧槍的槍身由四層無縫鋼管組成，中心管通高壓攪拌氣流，內(nèi)套管通中壓主氧流，中套管進冷卻水，外套管出冷卻水。噴頭由紫銅制造，包括中心孔和四周孔。中心孔通高壓攪拌氣流，四周孔通中壓主氧流，四周孔具有內(nèi)旋角(1)端孔與鉛直線的傾角θ為10～15°;
(2)在水平面上四周孔中心線也通過它的進口中心的噴頭徑向線的垂直線間的夾角β為0～60°。中心孔為一個，四周孔為3～4個，具體視轉(zhuǎn)爐大小而定，一般中、小型轉(zhuǎn)爐取3，120噸以上的轉(zhuǎn)爐取4。中心孔的馬赫數(shù)為1.95～2.10，四周孔的馬赫數(shù)為1.80～1.85。中心孔的面積(A中)與中心孔和四周孔總面積(ΣA)之比(A中/ΣA)為0.20～0.25。
雙流復(fù)合頂吹煉鋼法在裝料制度、溫度制度等方面基本同頂吹氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼法。爐渣堿度前期控制在2.0～2.5，終期控制在3.0～4.0(低磷鐵水偏下限，中磷鐵水偏上限)。主要區(qū)別在其供氧制度采用變氧在變槍位法。通過變動槍位或中心流與四周流的流量來控制吹煉過程。供氧強度曲線采用高、低、再低
高、低、高、低
，曲線上的(1)供氧強度Σqo2＝4.0～4.5標(biāo)米3/分·噸(q中心孔＝0.8～1.0標(biāo)米3/分·噸，q四周孔＝3.2～3.5標(biāo)米3/分·噸)(2)Σqo2＝3.8～4.2標(biāo)米3/分·噸(q中＝0.8～1.0標(biāo)米3/分·噸，q四＝3.0～3.2標(biāo)米3/分·噸)(3)Σqo2＝3.0～3.5標(biāo)米3/分·噸(q中＝1.0～1.4標(biāo)米3/分·噸)，q四＝2.0～2.5標(biāo)米3/分·噸)槍位操作曲線采用高高低或高低高低的方案。射流沖擊熔池深度比曲線采用
。終點操作為(1)LT/dT＝20左右(LT為噴頭端部離熔池面的高度，dT為噴孔喉口直徑，dT＝d2t(中心孔)+n
dt2(四)n為四周孔數(shù)目);(2)射流沖擊熔池深度比na/n＝0.6(n0為射流沖擊熔池深度n為熔池深度);(3)壓槍時間為熔池攪拌混勻時間的1～1.5倍(約45～60秒)。
雙流復(fù)合頂吹煉鋼法在吹煉前期采用高槍位，大的四周流供氧量和適當(dāng)?shù)闹行牧鞴┭趿?保持中心流為總流量的1/5～1/4，并隨鐵水含Si量的增大而增大總供氧量的供氧制度是較理想的。如入爐鐵水溫度低或開新爐時，開吹后應(yīng)先低槍提溫，然后再提槍化渣，以免使渣中積聚過多的ΣFeO而導(dǎo)致強烈脫碳時發(fā)生噴濺。吹煉中期，在開吹后3～4分鐘，即Si氧化結(jié)束時，一般來說應(yīng)適當(dāng)降低槍位和四周流流量，使渣中FeO適當(dāng)降低些，以免熔池溫度上升后因產(chǎn)生強烈的C-O反應(yīng)而造成噴濺。吹煉后期，因脫C速度減慢，產(chǎn)生噴濺的威脅較小，這時的基本任務(wù)是進一步調(diào)整好爐渣的氧化性和流動性，繼續(xù)續(xù)去除P、S，準(zhǔn)確控制終點成份，其操作特征是在〔C〕＜1.0%后進行，時間控制在一分鐘左右，不能太長，以爐渣熔清為極限，即渣中(TFe)＝20～22%(視加入的螢石量決定，一般加入少量螢石-1～2公斤螢石/100公斤石灰時可取(TFe)為20%。當(dāng)爐渣基本熔清后，再通過降低槍位對核心流和四周流流量比的調(diào)節(jié)，來實現(xiàn)降低總供氧強度的同時提高熔池攪拌強度，控制LT/dT＝20左右和n
/n＝0.6，這樣，熔池混勻時間最短，另外鋼、渣可完全混合，從而可達到促進鋼、渣反應(yīng)平衡和按脫碳擴散反應(yīng)模型控制終期冶金反應(yīng)的作用。
本發(fā)明與頂?shù)讖?fù)吹法相比，爐底結(jié)構(gòu)不用改動，無爐底壽命之憂和鋼水不出則底吹氣體不斷之慮，亦無底吹氣體隨兌鐵水、吹煉、取樣、出鋼和空爐等不同操作而變化的復(fù)雜性。它與LD法相比，具有吹煉平穩(wěn)，吹煉時間較短，起渣早，去磷效果好，鋼水殘錳量高，終渣氧化鐵低，鋼鐵料和石灰消耗量低等優(yōu)點。


圖1是氧槍噴頭的俯視圖。
圖2是噴頭的A-A視圖。
圖3是噴頭的B-B視圖。
圖4是噴頭部位Ⅰ，Ⅱ的放大視圖。
實施例頂吹轉(zhuǎn)爐的公稱容量為25噸，實際平均出鋼量為30噸，新爐時的爐容比為0.9米3/噸，熔池直徑為2500毫米，深度為1000毫米。雙流氧槍的噴頭尺寸為中心孔喉口直徑dt(中)＝2.0厘米，出口直徑de(中)＝2.55厘米;四周孔為3個，其dt(四)＝2.2厘米，dt(四)＝2.7厘米，鉛直傾角θ＝12°，水平內(nèi)旋角β＝20°。LD氧槍的噴頭尺寸為3孔，dt＝24.5厘米，de＝30厘米，采用的主要原料及冶金工藝如表1。
LD法的供氧制度基本上為恒氧壓變槍位，供氧量Q＝6800～7200標(biāo)米3/時。按上述試驗裝置、試驗條件，在造渣制度等其他工藝不變的情況下，將雙流法與LD法進行對比試驗，取得如下冶金效果。
1、根據(jù)吹煉狀況及吹煉時間進行比較雙流法的吹煉平衡性較好，不噴率達63.1%，而LD法為14.3%;大噴率為C，而LD法高達28.6%。由于雙流法吹煉平穩(wěn)，氧的利用率較高，所以雙流法的純供氧時間約縮短3秒/噸，按每爐裝入鐵水30噸計算，則每爐吹煉時間可縮短1.5分鐘。
2、根據(jù)起渣時間及一次拉碳去磷合格率進行比較雙流法起渣時間比LD法提前了約半分鐘，某一次拉碳去磷合格率(〔P〕≤0.022%)比LD法提高了25.7%。
3、根據(jù)去磷特性參數(shù)進行比較雙流法的去磷分配比(P)/〔P〕為79.1，比LD法提高了7.9;雙流法的去磷分配比偏離平衡值np為1.17，比LD法降低了0.09(np＝ (lg(P)/〔P〕(Healy))/(lg(P)/〔P〕(實際)) )可見，雙流法比LD法的去磷效果好。
4、根據(jù)去硫特性進行比較實驗表明在爐渣堿度R和Σ(FeO)相同的條件下，雙流法的去硫分配比較LD法高。
5、根據(jù)鋼水殘錳量進行比較在〔C〕或Σ(FeO)相同時，雙流法的殘錳量約比LD法高0.02%。
6、根據(jù)終渣ΣFeO進行對比在終點〔C〕相同時，雙流法的Σ(FeO)比LD法約降低5%。
7、根據(jù)脫碳特性進行比較實驗表明雙流法的前期降碳量與供氧量成規(guī)律性變化，而LD法的規(guī)律性則較差;雙流法一倒至終點噸鐵耗氧量的脫碳率較LD法高，Σ(FeO)升高率則較低，這說明雙流法更有利于吹煉終期按脫碳擴散模型操作。
8、雙流法的鋼鐵料和石灰消耗量低根據(jù)上鋼三廠采用化鐵爐，歷史較好水平1984年的鋼鐵料消耗為1127公斤/噸鋼，雙流法的鋼鐵料消耗比LD法降低10.1公斤/噸鋼，石灰消耗降低9.17公斤/噸鋼。
權(quán)利要求
1.一種頂吹氧氣轉(zhuǎn)爐用的雙流氧槍，它包括由四層無縫鋼管組成的槍身和由紫銅制造的噴頭，噴頭包括中心孔和四周孔，其特征在于(1)槍身的中心管通高在攪拌氣流--氧，或氧+二氧化碳，或氧+氬氣，或氧+(CaCO3或CaO或兩者混合)粉；內(nèi)套管通中壓主氧流；中套管進冷卻水；外套管出冷卻水。(2)噴頭的中心孔通高壓攪拌氣流，四周孔通中壓主氧流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧槍，其特征是噴頭的四周孔具有內(nèi)旋角(1)端孔與鉛直線的傾角θ為10～15°，(2)在水平面上四周孔中心線與通過它的進口中心的噴頭徑向線的垂直線間的夾角β為0～60°，
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧槍，其特征是噴頭的中心孔為一個，四周孔為3～4個，中、小型轉(zhuǎn)爐取3，120噸以上的轉(zhuǎn)爐取4。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧槍，其特征是噴頭中心孔的馬赫數(shù)為1.95～2.10，四周孔的馬赫數(shù)為1.80～1.85。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧槍，其特征是噴頭中心孔的面積(A中)與中心孔和四周孔總面積(ΣA)之比(A中/ΣA)為0.20～0.25。
6.一種頂吹氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼法，其特征在于采用雙流氧槍吹煉熔池，使熔池中鋼、渣旋轉(zhuǎn)和達到“硬吹”(即射流沖擊熔池面積小，深度較大)與“軟吹”(即射流沖擊熔池面較大，深度較小)相結(jié)合，并能調(diào)節(jié)其比例關(guān)系的復(fù)合吹煉效果。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的煉鋼法，其特征在于控制前期渣的堿度為2.0～2.5，終期渣堿度為3.0～4.0(低磷鐵水偏下限，中磷鐵水偏上限)，壓槍前石灰化清和終期按脫碳擴散模型控制。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的煉鋼法，其特征在于供氧制度采用變氧壓變槍位法。A、供氧強度曲線變化采用(1)(2)(3)或(1)(2)(3)，曲線上的(1)供氧強度ΣPo2＝4.0～4.5標(biāo)米3/分·噸，其
B、槍位操作曲線變化采用高高低或高低高低的方案。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的煉鋼法，其特征是射流沖擊熔池深度比，曲線變化采用0.3，0.6。
10.根據(jù)權(quán)利要求6、8所述的煉鋼法，其終點操作前的增大氧流量和高槍操作，特征是在〔C〕＜1.0%后進行，時間控制在一分鐘左右(不能太長)，渣中全鐵(TEe)含量≤20～22%。
11.根據(jù)權(quán)利要求6、8、9所述的煉鋼法，其特征在于終點操作(1)LT/dT＝20左右(LT為噴頭端部隔熔池面的高度，dT為噴孔喉口直徑，
，(2)射流沖擊熔池深度比n0/n＝0.6(n0為射流沖擊熔池深度，n為熔池深度)，(3)壓槍時間為熔池攪拌混勻時間的1～1.5倍(約45～60秒)。
12.根據(jù)權(quán)利要求6、7、8所述的煉鋼法，其特征在于防止噴濺的措施;(1)及時造好堿度為2.0～2.5的初期渣;(2)開吹了3～4分鐘后，即脫硅期末適當(dāng)降槍或減小四周流以保持Σ(FeO)與Vc(脫碳速度)之間的合理關(guān)系。
全文摘要
本發(fā)明是一種頂吹氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼方法及其使用的氧槍。它是為解決頂吹氧氣轉(zhuǎn)爐吹煉前、后期熔池攪拌強度不足等存在的問題而提出的一種解決方法。此方法比頂吹法吹煉平穩(wěn)、去磷效果好，鋼鐵料和石灰消耗量低等，氧槍包括槍身和噴頭，噴頭由中心孔和具有內(nèi)旋角的四周孔組成。該工藝主要是供氧制度采用變氧壓變槍位法，從而實現(xiàn)“硬吹“與“軟吹”相結(jié)合的復(fù)合吹煉和使鋼、渣旋轉(zhuǎn)達到類似底吹小氣量頂?shù)讖?fù)吹法的冶金效果。
文檔編號C21C5/35GK1048562SQ8910322
公開日1991年1月16日 申請日期1989年5月10日 優(yōu)先權(quán)日1989年5月10日
發(fā)明者李遠(yuǎn)洲, 黃永興, 溫昌才, 劉學(xué)星, 蔡兆陵, 張萍, 史榮貴, 湯克慶 申請人:上海第三鋼鐵廠, 上海第二冶金?？茖W(xué)校, 華東冶金學(xué)院