轉(zhuǎn)爐底吹元件按強(qiáng)度分組、定時(shí)、輪轉(zhuǎn)切換的供氣方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種轉(zhuǎn)爐底吹元件按強(qiáng)度分組、定時(shí)、輪轉(zhuǎn)切換的供氣方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著中國鋼鐵工業(yè)的發(fā)展，規(guī)模化經(jīng)營已經(jīng)普遍，面臨嚴(yán)峻的市場(chǎng)考驗(yàn)，鋼鐵企業(yè)越來越注重產(chǎn)品質(zhì)量的提升，作為前道工序，鋼水的質(zhì)量直接影響著下道工序。頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐由于其良好的綜合冶煉功能，受到廣泛的應(yīng)用。
[0003]為了進(jìn)一步強(qiáng)化復(fù)吹轉(zhuǎn)爐的冶煉效果，持續(xù)提高生產(chǎn)效率，降低成本，穩(wěn)定工藝，升級(jí)產(chǎn)品質(zhì)量，克服現(xiàn)有復(fù)吹技術(shù)中存在的局部渣料化不透，局部熔池?cái)嚢杷绤^(qū)等不足，一些研究者希望通過底吹方式的改善來解決上述問題。
[0004]申請(qǐng)?zhí)?00820076946.6中國實(shí)用新型專利公開了一種中型頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐底吹透氣磚布局結(jié)構(gòu)，四塊透氣磚分布在爐底兩個(gè)不同直徑圓周上，分布位于耳軸連線兩側(cè)，采用非對(duì)稱偏心布局結(jié)構(gòu)，以此強(qiáng)化鋼液在熔池中的攪拌，縮短熔池混勻時(shí)間，加快化渣速度，促進(jìn)鋼中夾雜物和有害氣體上浮，提高了鋼水純凈度，降低了鐵損。但這種底吹布局結(jié)構(gòu)僅適合中型轉(zhuǎn)爐，并不一定適合小型、大型轉(zhuǎn)爐所需的均勻攪拌及化渣冶煉。
[0005]申請(qǐng)?zhí)?01020524185.3中國實(shí)用新型專利公開了一種復(fù)吹轉(zhuǎn)爐旋流底吹供氣元件，該底吹元件為螺旋型金屬管，從螺旋型金屬管噴嘴噴出的氣體沿噴嘴邊緣的切線方向進(jìn)入金屬熔池內(nèi)，對(duì)熔池內(nèi)的液態(tài)金屬除產(chǎn)生軸向沖力外，還會(huì)產(chǎn)生徑向沖力，使熔池產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，改善噴入氣體對(duì)熔池的作用條件，增加了對(duì)熔池的攪拌強(qiáng)度，并且能夠避免鋼水垂直灌入底槍氣體通道，從而減少底槍的堵塞。但是此種供氣元件的形狀復(fù)雜在砌爐時(shí)和護(hù)磚的契合性困難增加。
[0006]申請(qǐng)?zhí)?01220247413.6中國實(shí)用新型專利公開了一種小型頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐底吹透氣磚布局結(jié)構(gòu)，爐底布置三塊透氣磚，透氣磚設(shè)置在0.4f5D (D為恪池直徑)的同心圓周上，一塊透氣磚在耳軸連線上，另兩塊在相反側(cè)與爐底耳軸連線中心的夾角為37度位置上，以此形成三維整體大循環(huán)攪拌，縮短鋼液均混時(shí)間和冶金效果。但這種底吹布局結(jié)構(gòu)僅適合小型轉(zhuǎn)爐，并不一定適合大中型轉(zhuǎn)爐所需的均勻攪拌及化渣冶煉。
[0007]申請(qǐng)?zhí)?01420635479.1中國實(shí)用新型專利公開了一種用于轉(zhuǎn)爐冶煉裝置的底吹布局結(jié)構(gòu)，熔池爐底布置六塊供氣元件，且六塊供氣元件以出鋼側(cè)的中心線對(duì)稱分布，其中，兩個(gè)供氣元件設(shè)置在直徑為0.42D同心圓周與耳軸線的相交處，另外四個(gè)供氣元件設(shè)置在直徑為0.6D同心圓周上，且每個(gè)供氣元件與出鋼側(cè)的中心線成30度角。以此來形大環(huán)流來改善混合死區(qū)，促進(jìn)鋼中外來夾雜物的分離去除。但是這種底吹布局結(jié)構(gòu)僅適合于中型轉(zhuǎn)爐，并不一定適應(yīng)大型轉(zhuǎn)爐所需的均勻攪拌及化渣冶煉。
[0008]申請(qǐng)?zhí)?01410338945.4中國發(fā)明專利公開了一種轉(zhuǎn)爐底吹槍的布置方法及頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐，獲取N組底吹槍，將N組底吹槍中的每一個(gè)底吹槍設(shè)置在轉(zhuǎn)爐爐底的兩個(gè)不同直徑的同心圓上，且所述三組底吹槍中的所有底吹槍對(duì)稱分布在出鋼口與所述轉(zhuǎn)爐爐底正中點(diǎn)連線的兩側(cè)，且每組底吹槍的長度不同，但在不同的吹煉階段保證相對(duì)較長的一組底吹槍發(fā)揮作用，以此實(shí)現(xiàn)簡化工藝，提高轉(zhuǎn)爐產(chǎn)量，達(dá)到底吹效果優(yōu)化的技術(shù)效果。但是這種布置結(jié)構(gòu)僅適用于180噸以上的大型轉(zhuǎn)爐，而且槍體型號(hào)多，埋槍部位分散，造成了砌爐裝槍的復(fù)雜性和困難性。
[0009]上述幾種方法均是通過底吹供氣元件的布局結(jié)構(gòu)改變或供氣元件的結(jié)構(gòu)改變來改善復(fù)吹轉(zhuǎn)爐的底吹效果，改變?cè)腥鄢氐牧鲌?chǎng)，達(dá)到大環(huán)流攪拌目的。這種結(jié)構(gòu)的變化與原有的轉(zhuǎn)爐底吹相比，有一處共同點(diǎn)，即僅能改變?nèi)鄢貎?nèi)部的流場(chǎng)變化，改善熔池內(nèi)的元素從底部向渣-鋼界面的迀移速度和方向，無法增加渣-鋼界面的有效接觸面積及傳質(zhì)系數(shù)，無法促進(jìn)渣-鋼界面的有效涌動(dòng)。
[0010]實(shí)踐證明，常規(guī)頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐吹煉過程的脫磷率一般在80%-90%之間，采用雙聯(lián)或雙渣吹煉工藝，脫磷率有望穩(wěn)定提高到93%以上。為滿足市場(chǎng)上所需的低磷鋼種冶煉要求(如成品鋼水磷含量小于0.01%)，或應(yīng)對(duì)鐵水磷含量超過0.15%的原料條件，必須在復(fù)吹轉(zhuǎn)爐原有正常脫磷能力基礎(chǔ)上，進(jìn)一步穩(wěn)定提高其冶煉過程的脫磷率，并有效抑制鋼水過氧化現(xiàn)象。若進(jìn)一步提高轉(zhuǎn)爐冶煉過程的脫磷率，必須在優(yōu)化轉(zhuǎn)爐底吹供氣攪拌方式上進(jìn)行改變，獲得渣-鋼界面持續(xù)、均衡、穩(wěn)定的接觸與攪拌條件，以強(qiáng)化磷在熔池中或渣-鋼界面的快速氧化，以及磷氧化物在渣-鋼界面被渣中氧化鈣捕捉，固化為相對(duì)穩(wěn)定的磷酸鈣。
[0011]在常規(guī)復(fù)吹轉(zhuǎn)爐固定底吹強(qiáng)度的吹煉方式下，每個(gè)底吹元件在某一固定吹煉階段的供氣強(qiáng)度一般都是固定不變，在這種吹煉方式下，由于各個(gè)底吹元件吹出的攪拌氣體很容易造成渣-鋼界面被吹成裸露鋼液，形成了攪拌區(qū)域近似單純對(duì)鋼水?dāng)嚢璧默F(xiàn)象，反而削弱了爐渣與鋼水之間的傳質(zhì)效果，造成底吹氣體攪拌動(dòng)能的“短路”，并不能完全施加在對(duì)熔池和渣-鋼界面的攪拌上。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明的目的在于提供一種轉(zhuǎn)爐底吹元件按強(qiáng)度分組、定時(shí)、輪轉(zhuǎn)切換的供氣方法，改善現(xiàn)有頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐的底吹供氣方式，提供一種用于復(fù)吹轉(zhuǎn)爐復(fù)吹工藝的底吹供氣方式，該底吹供氣方式強(qiáng)化了底吹攪拌能力，增加了渣-鋼界面的有效接觸面積及傳質(zhì)系數(shù)，穩(wěn)定、高效、持續(xù)的維持渣-鋼界面的適度攪拌，并能有效控制渣-鋼界面(關(guān)鍵脫磷區(qū)域)合適的溫度，提高渣-鋼界面的化學(xué)反應(yīng)速率，促進(jìn)渣-鋼界面磷酸鈣的持續(xù)穩(wěn)定生成。
[0013]本發(fā)明根據(jù)轉(zhuǎn)爐噸位和爐底情況將底吹元件優(yōu)化布置在I?3個(gè)不同半徑的同心圓上，或者在爐底雙排或多排布置;將分布在每個(gè)同心圓上的底吹元件按照順時(shí)針或逆時(shí)針編號(hào)，將編號(hào)為奇數(shù)的歸為奇數(shù)組，將編號(hào)為偶數(shù)的歸為偶數(shù)組，或者對(duì)雙排或多排布置的底吹元件每排從左到右編號(hào)，奇數(shù)為奇數(shù)組，偶數(shù)為偶數(shù)組;底吹供氣方法按照奇、偶數(shù)組不同底吹強(qiáng)度分組、定時(shí)輪轉(zhuǎn)切換供氣強(qiáng)度，即奇數(shù)組底吹元件若為弱底吹供氣時(shí)，偶數(shù)組底吹元件即為強(qiáng)底吹供氣，反之亦行;底吹元件按底吹強(qiáng)度分組供氣，且定時(shí)輪轉(zhuǎn)切換供氣強(qiáng)度，定時(shí)切換動(dòng)作由自動(dòng)化控制模型獨(dú)立控制。該自動(dòng)化控制模型是鋼鐵研究總院自主開發(fā)的基于專家變參數(shù)PID相結(jié)合的底吹流量動(dòng)態(tài)控制技術(shù)，采用西門子S7-300系列PLC+WINCC組態(tài)軟件+工業(yè)計(jì)算機(jī)方案，并通過MPI網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，詳見《頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐底吹流量優(yōu)化控制技術(shù)》及《基于PLC和IPC的長壽復(fù)吹轉(zhuǎn)爐底吹自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用》兩篇文章。該技術(shù)根據(jù)復(fù)吹轉(zhuǎn)爐的特點(diǎn)，把整個(gè)冶煉過程分成裝料、吹煉、測(cè)溫取樣、補(bǔ)吹、出鋼、濺渣、倒渣、等待等11個(gè)階段。在不同階段從轉(zhuǎn)爐底部定時(shí)輪轉(zhuǎn)吹入相應(yīng)的氣種及流量。
[0014]強(qiáng)底吹組底吹元件與弱底吹組底吹元件各自變底吹強(qiáng)度的切換時(shí)間取20秒至180秒之間的各種時(shí)段。
[0015]頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐底吹供氣元件布局采取單環(huán)布置、雙環(huán)布置、甚至三環(huán)布置，或采取雙排布置或三排布置。
[0016]在吹煉周期內(nèi)可以互相交換底吹供氣強(qiáng)度，即原弱底吹組轉(zhuǎn)變成強(qiáng)底吹組，原強(qiáng)底吹組轉(zhuǎn)變?yōu)槿醯状到M，但兩組底吹強(qiáng)度的改變需同時(shí)、自動(dòng)進(jìn)行。
[0017]所有底吹元件的底吹強(qiáng)度可在0.01-0.6Nm3/t.min間變化；強(qiáng)底吹組(0.01-0.6Nm3/1.min)與弱底吹組(0.01-0.lNm3/t.min)的底吹強(qiáng)度可以在設(shè)定值之間變化，但兩組底吹強(qiáng)度之間要有明顯的強(qiáng)度差異；即奇數(shù)組底吹元件與偶數(shù)組底吹元件各自底吹強(qiáng)度之比值取1:1至1:20之間任意數(shù)；同組內(nèi)底吹強(qiáng)度亦可變化，但變化區(qū)間要小，與另一組的底吹強(qiáng)度有顯著差異。
[0018]針對(duì)大型轉(zhuǎn)爐(公稱噸位2 200噸)，底吹元件可布置在2 2個(gè)同心圓上，可將位于同一同心圓上的底吹元件設(shè)置為同一組，在同一組內(nèi)的底吹元件的底吹強(qiáng)度相同，但是組與組之間的底吹強(qiáng)度按照強(qiáng)、弱交替切換;或者將底吹元件布置在2排或多排，進(jìn)行底吹強(qiáng)度的定時(shí)、輪轉(zhuǎn)強(qiáng)弱切換。
[0019]強(qiáng)、弱底吹組在吹煉周期內(nèi)可以選定合適的切換時(shí)間互相交換底吹供氣強(qiáng)度，SP原弱底吹組轉(zhuǎn)變成強(qiáng)底吹組，則原強(qiáng)底吹組即刻轉(zhuǎn)變?yōu)槿醯状到M，各自變底吹強(qiáng)度的切換時(shí)間可以取20秒至180秒之間的各種時(shí)段。
[0020]所有底吹元件的底吹強(qiáng)度可在0.01-0.6Nm3/t.min間變化。強(qiáng)底吹組(0.01-0.6Nm3/1.min)與弱底吹組(0.01-0.lNm3/t.min)的底吹強(qiáng)度可以在設(shè)定值之間變化，但兩組底吹強(qiáng)度之間要有明顯的強(qiáng)度差異。同組內(nèi)底吹強(qiáng)度亦可變化，但變化區(qū)間要小，與另一組的底吹強(qiáng)度有顯著差異。
[0021]可以采用多種組合方式，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0022]本發(fā)明在不改變現(xiàn)有底吹布局結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，對(duì)底吹元件進(jìn)行分組，將布置在每個(gè)同心圓上的底吹元件按照順時(shí)針或逆時(shí)針編號(hào)，奇數(shù)為奇數(shù)組，偶數(shù)為偶數(shù)組;或者對(duì)雙排或多排布置的底吹元件每排從左到右編號(hào)，奇數(shù)為奇數(shù)組，偶數(shù)為偶數(shù)組，且奇數(shù)組底吹元件供氣強(qiáng)度與偶數(shù)組底吹元件供氣強(qiáng)度不同并有明顯差異，達(dá)到底吹強(qiáng)度強(qiáng)弱交替定時(shí)輪轉(zhuǎn)切換的供氣方式。
[0023]針對(duì)底吹元件在I2個(gè)同心圓上的情況，不改變現(xiàn)有底吹布局結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，將位于同一同心圓上的底吹元件歸為一組，在同一組內(nèi)的底吹元件的底吹強(qiáng)度相同，但是組與組之間的底吹強(qiáng)度按照強(qiáng)、弱交替布置。
[0024]本發(fā)明改變了現(xiàn)有頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐的底吹供氣方式，采用底吹強(qiáng)度強(qiáng)弱交替、定時(shí)輪轉(zhuǎn)切換的底吹供氣方法，該種底吹供氣強(qiáng)度分布方法能夠形成熔池的開合式波浪形攪拌，促進(jìn)渣池?cái)嚢瑁黾釉?鋼界面的有效接觸面積及傳質(zhì)系數(shù)，提高有害元素從熔池內(nèi)部向渣-鋼界面的迀移速度及渣-鋼界面的化學(xué)反應(yīng)速率，可以有效縮短供氧時(shí)間，降低輔料及鋼鐵料消耗等。多項(xiàng)指標(biāo)表明，該供氣方式具有更好的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。
[0025]與其他方法相比本發(fā)明具有如下優(yōu)