專利名稱:氧氣轉(zhuǎn)爐煤氧復(fù)合吹煉工藝的制作方法
本發(fā)明屬于轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝。主要適用于氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐進(jìn)行熱補(bǔ)償，提高轉(zhuǎn)爐接受冷態(tài)原料(廢鋼、生鐵、海綿鐵等)的能力。
通常的轉(zhuǎn)爐煉鋼是依靠爐料本身的物理化學(xué)熱，來提高熔池溫度，提供加熱熔化廢鋼的熱量。因此，廢鋼的加入量受到鐵水本身物理化學(xué)熱的嚴(yán)格限制，廢鋼比波動(dòng)在5～25%。這是轉(zhuǎn)爐煉鋼法與平爐法相比，一個(gè)主要缺點(diǎn)。近幾年來，為了節(jié)約高爐焦炭及其它原因，國(guó)內(nèi)外煉鋼鐵水的硅含量都出現(xiàn)下降的趨勢(shì)，減少了鐵水的化學(xué)熱。采用現(xiàn)有的復(fù)合吹煉技術(shù)后，鐵的氧化損失減少，也相應(yīng)降低了轉(zhuǎn)爐廢鋼熔化的能力。為了補(bǔ)救這一問題，各國(guó)冶金工作者提出了各種工藝方案，提高轉(zhuǎn)爐的熱效率。目前，圍繞著轉(zhuǎn)爐噴煤技術(shù)的采用，相繼出現(xiàn)了許多新的煉鋼工藝方法。其目的都是為了提高轉(zhuǎn)爐廢鋼加入量，增強(qiáng)轉(zhuǎn)爐對(duì)爐料的適應(yīng)能力。
國(guó)外已經(jīng)開發(fā)成功或正在研究開發(fā)的轉(zhuǎn)爐熱補(bǔ)償技術(shù)，可分為頂吹法和底吹法兩大類。
底吹法以西德Clockner-CRA技術(shù)開發(fā)公司的KMS法為代表(《Steelmaking Proceedings》，1982，Vol 65，287～295)。該工藝把底吹轉(zhuǎn)爐的底吹氧槍改造成底吹煤氧槍。噴槍采用三層套管結(jié)構(gòu)中心管噴吹煤粉，中間環(huán)縫噴吹氧氣，外層環(huán)縫通冷卻介質(zhì)。冶煉中期，底吹煤氧，向熔池提供熱量，熔化廢鋼。冶煉初期和后期，煤粉切換為石灰粉，進(jìn)行正常冶煉。為提高熱效率，底吹轉(zhuǎn)爐頂部安裝氧槍，燃燒爐氣。仍采用底吹法氧槍保護(hù)技術(shù)，用天然氣或甲烷氣保護(hù)爐底煤氧槍。為解決前期脫磷，并盡快形成爐渣，提高熔池?zé)嵝剩捎玫讎娛曳奂夹g(shù)。該工藝一公斤煤粉約可熔化6公斤廢鋼。
KMS法是適用于底吹轉(zhuǎn)爐的熱補(bǔ)償工藝技術(shù)。它保留了底吹轉(zhuǎn)爐的冶金特點(diǎn)，不象頂吹法，冶煉過程中爐內(nèi)有大量的泡沫渣，因而熱效率較低。該工藝存在如下缺點(diǎn)為冷卻煤氧噴槍，每噸鋼需消耗天然氣2.7標(biāo)米3或油3～5公斤;冶煉末期渣鋼間硫的分配系數(shù)僅為8～12。
頂吹法以日本的TAPS法(《鐵
鋼》1986，No.15，71～84)和盧森堡的ALCI法(《Steelmaking Proceedings》1985，Vol 68，129～136)為代表。該工藝以頂吹煤粉為特征，把轉(zhuǎn)爐噴煤粉技術(shù)與二次燃燒技術(shù)相結(jié)合，提高頂吹轉(zhuǎn)爐廢鋼比。TAPS法進(jìn)行過15噸轉(zhuǎn)爐實(shí)驗(yàn)。采用TAPS氧槍，在冶煉中期盡量短的時(shí)間內(nèi)，以較高的供粉速度把煤粉噴入熔池。為提高煤粉的收得率，需采用“硬吹”工藝，降低槍位，把煤粉噴入鋼液。每噴吹一公斤煤粉可增用廢鋼4公斤。ALCI法在君津廠250噸LBE復(fù)吹轉(zhuǎn)爐上進(jìn)行過實(shí)驗(yàn)。該工藝基本與TAPS法相同，一公斤煤粉可熔化4～6公斤廢鋼。
TAPS和ALCI法適用于頂吹法冶煉的熱補(bǔ)償工藝，它的主要缺點(diǎn)是采用頂噴煤粉技術(shù)，中斷了冶煉過程，噴粉量和噴粉時(shí)間受到限制，熱效率低;采用“硬吹”工藝噴煤粉，使?fàn)t氣中CO2含量降低，且干擾了頂槍的正常操作;無法解決大量加入廢鋼后，冶煉初期熔池溫度低，爐內(nèi)形成低溫泡沫渣所引起的溢渣和噴濺問題;脫硫效率低，渣鋼間硫的分配系數(shù)僅為4～6。
西德克虜伯研究所提出了另一種工藝方法-COIN法。該工藝由熔池底部噴入煤粉和氧氣，并直接采用煤粉保護(hù)噴管。但據(jù)該公司自稱，用該操作方法不能同時(shí)進(jìn)行精煉。
本發(fā)明的目的在于提供一種熱效率高，廢鋼比(或其它冷料比)高，成本低，能提高產(chǎn)品質(zhì)量，獲得良好冶金效果的頂吹氧氣轉(zhuǎn)爐熱補(bǔ)償煉鋼工藝技術(shù)。
本發(fā)明的解決方案如下在頂吹氧氣轉(zhuǎn)爐的爐底上，安裝一支或多支(視爐子大小而異)煤氧噴槍。既進(jìn)行頂吹氧，又進(jìn)行底吹煤氧的復(fù)合吹煉工藝。一方面依靠頂槍操作對(duì)冶煉過程進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制，力圖保持頂吹氧轉(zhuǎn)爐化渣快，熱效率高的優(yōu)點(diǎn);另一方面發(fā)揮底吹煤氧金屬收得率高，熔池?cái)嚢鑿?qiáng)烈，供熱量大，吹煉平穩(wěn)的特點(diǎn)，以便獲得最佳的冶金效果。同時(shí)，直接采用煤粉作冷卻劑保護(hù)底部噴槍，代替通常用的天燃?xì)饣蜉p柴油，降低成本。
在煤氧復(fù)合吹煉的整個(gè)過程中，依靠頂吹氧槍槍位和氧流量的調(diào)節(jié)，控制冶煉過程。同時(shí)自始至終從底部噴吹煤粉和一部分氧氣，充分發(fā)揮高效率供熱的特點(diǎn)。噴煤量可以調(diào)節(jié)，不干擾頂吹氧槍的操作。
為了提高煤的發(fā)熱效益，頂吹氧槍采用多孔噴槍(包括雙流道噴槍)，以強(qiáng)化爐氣的二次燃燒。
本發(fā)明在吹煉開始時(shí)，采用小煤氧比(即煤粉流量與氧流量的比值較小)，向熔池提供熱量，加快熔池升溫，所以能避免加廢鋼量多時(shí)熔池降溫過多，出現(xiàn)溢渣和噴濺現(xiàn)象。
在吹煉中期，為了防止底吹煤氧攪拌強(qiáng)烈，爐渣易返干的趨勢(shì)，頂槍采用“高槍位、大氧壓、分散供氧”的軟吹操作。及時(shí)調(diào)整槍位加強(qiáng)頂氧射流對(duì)爐渣的乳化和氧化作用，保證渣中一定的FeO含量，促進(jìn)石灰的溶解。
冶煉末期，繼續(xù)向熔池噴吹煤氧，得到好的冶金效果，主要表現(xiàn)在(1)末期熔池仍保持較高的脫碳速度，但渣中FeO低，防止熔池過氧化。實(shí)踐證明，冶煉低碳鋼時(shí)，渣中FeO與鋼中氧含量均與底吹法相同。(2)提高爐渣的脫硫能力，渣鋼間硫的分配系數(shù)達(dá)到10～20，高于底噴石灰粉的底吹轉(zhuǎn)爐煉鋼法。(3)對(duì)脫磷也有好處。吹煉末期，適當(dāng)提高底吹氧壓，控制煤氧比小于1.0。
本發(fā)明的解決方案，可進(jìn)一步用以下附圖進(jìn)行說明。
附圖1為本發(fā)明的工藝流程圖。
附圖2為固定碳含量對(duì)熔化廢鋼能力的影響。
附圖3為單支煤氧槍的煤粉流量與供氧強(qiáng)度間的關(guān)系;
附圖4為底吹煤氧比對(duì)爐氣燃燒情況的影響;
附圖5為鋼中氮含量與底吹氧氮比的關(guān)系;
附圖6為臨界速度曲線與粉氣比的關(guān)系;
附圖7為六噸轉(zhuǎn)爐底噴煤粉工藝參數(shù)的變化。
附圖1中，1為料斗，2為振動(dòng)篩，3是貯粉罐，4是噴粉罐，5為底吹煤氧槍，6是頂吹氧槍，7是氮?dú)饪刂葡到y(tǒng)，8為轉(zhuǎn)爐，9為卸料閥門，10是煤粉輸送管道，11是底吹氧氣管道。
冶煉開始前，通過氮?dú)饪刂葡到y(tǒng)7向噴粉罐4充壓。充壓后打開噴粉罐的卸料閥門9通過輸煤粉管道10和爐底煤氧槍5向轉(zhuǎn)爐8內(nèi)熔池噴吹煤粉。同時(shí)打開氧氣閥門，通過煤氧槍向熔池供氧。
煤氧槍為雙層套管結(jié)構(gòu)內(nèi)管輸送氧氣;外部環(huán)縫輸送煤粉。煤粉作為冷卻介質(zhì)，保護(hù)底吹氧槍。
噴粉穩(wěn)定后，先從爐口向轉(zhuǎn)爐8加入少量渣料，爾后加入廢鋼。若廢鋼比高，加入量大可分兩批加入。接著兌鐵水。兌鐵水后，搖正爐體，下降頂槍吹煉。開吹時(shí)須控制好頂槍槍位，迅速化好初渣。同時(shí)提高底吹氧壓，保證噴入煤粉的充分燃燒。開吹后3～5分鐘，進(jìn)入脫碳期，C-O反應(yīng)劇烈。應(yīng)及時(shí)提高頂吹槍位，避免或減輕中期渣返干。此時(shí)，底吹煤氧比控制在1.0左右。吹煉10～12分鐘后，熔池趨于平穩(wěn)。應(yīng)及時(shí)下降頂槍，提高熔池脫碳速度。碳焰收火后倒?fàn)t(倒?fàn)t碳波動(dòng)在0.03～0.10%)，出鋼。
本發(fā)明熱效率高，根據(jù)實(shí)踐結(jié)果，噴吹一公斤煤粉可熔化7～9公斤廢鋼。如附圖2所示。圖中縱座標(biāo)為一公斤煤粉熔化廢鋼的能力(1公斤廢鋼/公斤煤);橫座標(biāo)為煤粉中固定碳含量。由圖中還可看出，煤粉固定碳含量對(duì)噴煤熱效率有很大影響。本工藝對(duì)煤粉的要求是固定碳大于70%，硫含量小于0.5%，水分含量為0.5～1.5%的無煙煤煤粉。煤粉的粒度要求小于100目。也可以用焦粉代替煤粉。
底部噴吹的煤粉流量Gs(公斤/分)應(yīng)根據(jù)所選用的煤種，二次燃燒強(qiáng)度以及所要求的增加廢鋼量W，按下式計(jì)算Gs＝ (W)/(6·5(1+2B)(%C)·t) (公斤/分)式中B為爐氣的二次燃燒率;t為吹煉時(shí)間(分);(%C)為煤中固定碳含量;W是與不噴煤粉時(shí)相比所要求增加的廢鋼量。
Pco和Pco2分別為爐氣中CO和CO2的分壓。
單支煤氧槍噴吹的煤粉流量和供氧強(qiáng)度及熔化廢鋼的能力，如附圖3所示。圖中縱座標(biāo)為單支噴槍供氧強(qiáng)度(標(biāo)米3/分);橫座標(biāo)為單支槍噴煤粉流量(公斤/分)。底部供氧壓力為6～12公斤/厘米2，供氧強(qiáng)度為0.6～1.5標(biāo)米3/噸·分，底供氧量占頂供氧量的15～30%。
附圖4為底吹煤氧比對(duì)爐氣燃燒情況的影響。圖中縱座標(biāo)為爐氣中CO2分壓;橫座標(biāo)為煤氧比(重量比)。由該圖得出，底噴煤氧重量比應(yīng)控制在0.4～1.2范圍內(nèi)，可提高噴煤的熱效率。
附圖5為鋼中氮含量與底吹氧氮體積流量比的關(guān)系。圖中縱座標(biāo)為鋼中氮含量(PPm);橫座標(biāo)為底吹氧氮體積流量比。根據(jù)該圖，底吹氧氮體積流量比應(yīng)大于一定數(shù)值(如大于5.0)，以限制鋼中氮含量。
附圖6為底噴煤粉出口速度Vm與粉氣比μs(煤粉與其運(yùn)載氣體如氮?dú)獾闹亓勘?的關(guān)系。從圖中可看出，當(dāng)出口雙相流的粉氣比μs波動(dòng)在5～25范圍內(nèi)時(shí)，出口表觀氣速相應(yīng)地控制在200～80米/秒的范圍內(nèi)，可達(dá)到穩(wěn)定輸送煤粉的目的。
附圖7給出了六噸轉(zhuǎn)爐底噴煤粉工藝參數(shù)的變化情況。圖中縱座標(biāo)為各工藝操作參數(shù)(如缶壓、下粉量、流量比等)，橫座標(biāo)為時(shí)間。采用上述噴粉工藝，向熔池輸送煤粉是穩(wěn)定的。
采用本發(fā)明噴吹煤氧復(fù)合吹煉工藝，取得了良好的冶金效果，主要是(1)改善了冶煉末期熔池的攪拌狀況，降低了爐渣的氧化性。在低碳區(qū)，渣中氧化鐵含量和鋼中氧含量與底吹法相當(dāng);
(2)渣鋼間錳的分配系數(shù)降低，提高了錳的回收率;同時(shí)，提高了爐渣的脫硫能力，渣鋼間硫的分配比高達(dá)10～20。
(3)控制底吹氧氮體積流量比大于一定的數(shù)值，如大于5.0，則鋼中氮量可控制在60PPm以下的水平;
(4)熱效率高。一公斤煤粉可熔化7～9公斤廢鋼。廢鋼比可達(dá)40～50%，對(duì)工藝操作和冶煉時(shí)間均無太大影響。
本發(fā)明與底吹噴煤工藝-KMS法相比，或與頂吹噴煤工藝一PLCI和TAPS法相比，均具有如下優(yōu)點(diǎn)(1)直接采用煤粉作冷卻介質(zhì)保護(hù)底吹煤氧槍，噸鋼節(jié)約天燃?xì)?.7標(biāo)米3或油3～5公斤。
(2)冶金效果好，爐渣脫硫能力強(qiáng)，渣鋼間硫的分配系數(shù)達(dá)10～20。
(3)熱效率高，一公斤煤粉可熔化廢鋼7～9公斤。
(4)噴煤粉與熔池精煉同時(shí)進(jìn)行，噴煤時(shí)間和噴煤量不受限制，可采用高廢鋼比操作，且不需延長(zhǎng)冶煉時(shí)間。
實(shí)施例一在六噸氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐的爐底安裝一支噴氧噴槍，噴槍以煤粉作冷卻介質(zhì)。配料裝入量10噸，廢鋼2噸，鐵水8噸，增加廢鋼用量1.5噸，廢鋼比為20%。
鐵水成分為4.0%C，0.6～0.8%Si，0.06%P，0.05%S。采用固定碳為83%，硫含量為0.37%的煤粉，噸鋼耗煤21.4公斤，噴煤粉流量為10公斤/分，底吹煤氧(重量)比為0.9，底供氧強(qiáng)度為0.93標(biāo)米3/分·噸，頂吹供氧強(qiáng)度為3.2標(biāo)米3/分·噸。
吹煉時(shí)間20分鐘。終點(diǎn)出鋼溫度為1710℃。鋼中含碳量0.08%，含硫量0.020%，含P量0.010%;渣中FeO含量為11%。
實(shí)施例二采用實(shí)施例一的設(shè)備和相同的原料。廢鋼加入量4噸，鐵水6噸，增用廢鋼量3.5噸，廢鋼40%。噸鋼耗煤40公斤。噴煤粉流量為20公斤/分，頂供氧強(qiáng)度為3.2標(biāo)米3/分·噸，底供氧強(qiáng)度為1.6標(biāo)米3/分·噸，煤氧(重量)比為1.0。
終點(diǎn)出鋼溫度為1630℃，終點(diǎn)鋼中含碳量0.03%，含硫量0.03%，渣中FeO為12%。吹煉時(shí)間20分鐘。
權(quán)利要求
1.一種底部噴吹煤和氧的轉(zhuǎn)爐煉鋼復(fù)合吹煉工藝，其特征在于在底部裝有一支或多支煤氧噴槍的氧氣轉(zhuǎn)爐中，主要靠頂吹氧氣調(diào)整爐渣情況和控制精煉過程，靠底吹煤氧攪拌熔池和增補(bǔ)熱量，進(jìn)行煤氧復(fù)吹煉鋼。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的復(fù)合吹煉工藝，其特征在于在冶煉過程中，自始至終通過底部煤氧噴槍噴吹煤氧。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的復(fù)合吹煉工藝，其特征在于底吹煤氧槍采用雙層套管結(jié)構(gòu)，中心管噴氧氣，外環(huán)縫管用非氧化性氣體(如氮?dú)?作載氣，噴吹煤粉，同時(shí)，煤粉也是底吹噴槍的冷卻介質(zhì)。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的復(fù)合吹煉工藝，其特征在于底吹煤氧的煤粉流量Gs可參照下式計(jì)算Gs＝ (W)/(6.5(1+2B)(%C)t) (公斤/分)式中t為吹煉時(shí)間，(%C)為煤中固定碳含量，W是與不噴煤粉時(shí)相比所要求增加的廢鋼量，B為爐氣的二次燃燒率。
Pco、Pco2分別為爐氣中CO、CO2的分壓。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1和2所述的復(fù)合吹煉工藝，其特征在于底吹氧量為頂吹氧量的10～30%，底吹煤氧重量比應(yīng)控制在0.4～1.2的范圍內(nèi)，當(dāng)采用氮?dú)庾鬟\(yùn)載煤粉的載氣時(shí)，底吹氧氮的體積流量比應(yīng)大于5.0。
6.根據(jù)權(quán)利要求
1、2和3所述的復(fù)合吹煉工藝，其特征在于底吹煤氧槍噴口處的煤粉與運(yùn)載氣體(如氮?dú)?雙相流體輸送的粉氣比(煤粉與其運(yùn)載氣體如氮?dú)獾闹亓勘?應(yīng)控制在5～25范圍內(nèi)，出口雙相流體表觀流速相應(yīng)地控制在200～80米/秒。
7.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的復(fù)合吹煉工藝，其特征在于頂吹氧槍采用多孔噴槍(包括雙流道噴槍);頂吹氧采用高槍位、大氧壓和分散供氧的“軟吹”工藝。
專利摘要
本發(fā)明為氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐采用底吹煤氧的復(fù)合吹煉工藝。依靠頂吹氧槍對(duì)整個(gè)冶煉過程進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制；底部煤氧噴槍可自始至終噴吹煤氧，且不影響頂吹操作，以期達(dá)到熱補(bǔ)償和攪拌熔池的作用。本發(fā)明可有效地提高爐內(nèi)供熱量，增加爐料中的廢鋼比。同時(shí)，即使在熔池含碳量很低的情況下，也能保持較高的脫碳速度，降低爐渣的氧化性，消除熔池的過氧化現(xiàn)象。本發(fā)明還能提高爐渣脫硫能力和提高錳的回收率。
文檔編號(hào)C21C5/34GK87100551SQ87100551
公開日1988年8月31日 申請(qǐng)日期1987年2月12日
發(fā)明者邵象華, 劉瀏, 鄧開文, 郭征, 杜挺, 李正, 錢國(guó)鈞, 樸明哲, 張家裕, 陳國(guó)柱, 忻尚烈, 孟獻(xiàn)文, 孫世純, 王鳳琴 申請(qǐng)人:冶金工業(yè)部鋼鐵研究總院, 撫順新?lián)徜搹S導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan