一種利用CO₂延長(zhǎng)底吹氧氣轉(zhuǎn)爐壽命的煉鋼方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于冶金工藝領(lǐng)域，涉及一種利用CO2延長(zhǎng)底吹氧氣轉(zhuǎn)爐壽命的煉鋼方法，本發(fā)明的底部主吹氣體為O2和CO2的混合氣體，保護(hù)氣體為碳?xì)浠衔锖虲O2的混合氣體，并根據(jù)底吹氧氣轉(zhuǎn)爐的不同冶煉階段控制底吹O2和CO2的混合氣體及碳?xì)浠衔锖虲O2的混合氣體中的CO2混入比例，利用CO2與鐵、碳反應(yīng)吸熱和CO2不污染鋼液的特點(diǎn)，降低底吹噴嘴出口溫度，減少碳?xì)浠衔锵?，改善鋼水質(zhì)量，從而延長(zhǎng)底吹氧氣轉(zhuǎn)爐的使用壽命、降低冶煉成本。本發(fā)明適用于30~350噸的底吹氧氣轉(zhuǎn)爐，采用本發(fā)明可提高底吹氧氣轉(zhuǎn)爐的爐底壽命300~600爐，噸鋼冶煉成本降低2~3元，終點(diǎn)鋼水碳氧積降低0.0002~0.0004。
【專利說(shuō)明】
_種利用C02延長(zhǎng)底吹氧氣轉(zhuǎn)爐壽命的煉鋼方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于冶金工藝領(lǐng)域，特別涉及一種利用CO2延長(zhǎng)底吹氧氣轉(zhuǎn)爐壽命的煉鋼方法。
[0002]
【背景技術(shù)】
[0003]底吹氧氣轉(zhuǎn)爐極大地改善了轉(zhuǎn)爐的攪拌條件，渣-鋼反應(yīng)接近平衡狀態(tài)，可以在渣中(FeO)基本不增加的條件下將碳脫除到低碳領(lǐng)域，適宜大量生產(chǎn)低碳鋼種;將底吹氧氣和底吹造渣劑(如石灰粉)相結(jié)合，可高效脫除鐵水中的磷和硫，并減少鋼鐵料和造渣料的消耗;底吹氧氣轉(zhuǎn)爐在冶金效果方面擁有常規(guī)頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐難以媲美的優(yōu)勢(shì)。
[0004]但是，由于底部大流量噴吹氧氣，熔池?cái)嚢鑿?qiáng)烈，而且氧氣與S1、Mn、Fe、C等元素反應(yīng)劇烈放熱，底吹純氧噴嘴的上方反應(yīng)帶的溫度可達(dá)2000?2400 °C，對(duì)底吹噴嘴和周圍襯磚造成極為嚴(yán)重的威脅;在底吹氧氣中混入一定比例的氮?dú)?，或以干燥空氣代替純氧雖然有助于降低爐底溫度，但是會(huì)造成鋼水大量增氮，終點(diǎn)鋼水氮含量超標(biāo)，無(wú)法滿足冶煉需求，混氮工藝并不可行；因此現(xiàn)有技術(shù)中底吹氧氣轉(zhuǎn)爐仍以噴吹純氧為主，導(dǎo)致?tīng)t底壽命偏低，目前僅為1000?2000爐。
[0005]目前，通常采用環(huán)縫噴吹碳?xì)浠衔锏姆椒?，利用碳?xì)浠衔锔邷叵铝呀馕鼰岬奶匦詠?lái)保護(hù)底吹噴嘴，但碳?xì)浠衔飪r(jià)格昂貴，增加了煉鋼成本，且噴吹碳?xì)浠衔飼?huì)導(dǎo)致鋼水增氫;而在碳?xì)浠衔镏谢烊氲獨(dú)鈱?dǎo)致鋼水增氮，混入氬氣將導(dǎo)致成本增加，且氮?dú)夂蜌鍤饨禍匦Ч患?，因此現(xiàn)有技術(shù)中只能使用碳?xì)浠衔镒鳛楸Ｗo(hù)氣體，造成碳?xì)浠衔锵牧看?，冶煉成本偏高?br>
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是在保證鋼水質(zhì)量的前提下，提供一種利用CO2延長(zhǎng)底吹氧氣轉(zhuǎn)爐使用壽命，降低碳?xì)浠衔锵暮鸵睙挸杀?，?shí)現(xiàn)延長(zhǎng)底吹氧氣轉(zhuǎn)爐壽命、低成本連續(xù)生產(chǎn)的煉鋼方法。
[0007]本發(fā)明由以下方案實(shí)現(xiàn):
一種利用CO2延長(zhǎng)底吹氧氣轉(zhuǎn)爐壽命的煉鋼方法，在底吹氧氣轉(zhuǎn)爐通過(guò)底吹噴嘴底吹O2和碳?xì)浠衔锏幕A(chǔ)上混入C02，所述底部主吹氣體為02和C02的混合氣體，所述保護(hù)氣體為碳?xì)浠衔锖虲02的混合氣體，所述02和C02的混合氣體中C02的混入比例為O?60%，所述碳?xì)浠衔锖虲02的混合氣體中C02的混入比例為O?50%;煉鋼方法將冶煉過(guò)程劃分為冶煉初期、脫磷期、脫碳期和冶煉末期四個(gè)階段，根據(jù)所述四個(gè)階段控制O2和CO2的混合氣體中CO2的混入比例及碳?xì)浠衔锖廷?的混合氣體中C02的混入比例，利用C02與鐵、碳反應(yīng)吸熱和CO2不污染鋼液的特點(diǎn)，在保證鋼水質(zhì)量的前提下降低底吹氧氣轉(zhuǎn)爐的底吹噴嘴出口溫度和碳?xì)浠衔锵模娱L(zhǎng)底吹氧氣轉(zhuǎn)爐的使用壽命，降低冶煉成本。
[0008]進(jìn)一步地，在冶煉初期，由于大量冷料的加入，熔池溫度較低，為了快速升溫，減少底吹02和⑶2的混合氣體中⑶2的混入比例為O?20%，依靠O2和娃、猛等元素的氧化放熱快速升溫；由于CO2和硅、錳反應(yīng)為微放熱反應(yīng)，為了增強(qiáng)保護(hù)氣的冷卻效果，減少碳?xì)浠衔锖虲O2的混合氣體中CO2的混入比例為O?20%。
[0009]進(jìn)一步地，在脫磷期，為了維持脫磷最佳的熱力學(xué)條件，并將熔池溫度控制在1350~1400°C，適當(dāng)提高底吹O2和CO2的混合氣體中⑶2的混入比例至40?60%，利用CO2的反應(yīng)吸熱特性控制熔池溫度基本穩(wěn)定在脫磷最佳的溫度區(qū)間；由于硅、錳已基本氧化完全，適當(dāng)提高碳?xì)浠衔锖虲O2的混合氣體中CO2的混入比例至30?50%，減少碳?xì)浠衔锏南摹?br>[0010]進(jìn)一步地，在脫碳期，為了快速脫碳和避免終點(diǎn)溫度偏低，根據(jù)熔池的富余熱量控制底吹O2和⑶2的混合氣體中⑶^^的混入比例為10?30%;隨著熔池溫度的升高和碳含量的降低，鋼液對(duì)爐底的侵蝕加劇，降低碳?xì)浠衔镏泻虲O2的混合氣體的CO2混入比例至20%?30%，依靠碳?xì)浠衔锏牧呀馕鼰岜Ｗo(hù)底吹噴嘴。
[0011]進(jìn)一步地，冶煉末期，隨著鋼水碳含量的降低，脫碳反應(yīng)速率逐漸下降，適當(dāng)提高底吹O2和⑶2的混合氣體中CO2的混入比例至30?40%，部分CO2參與脫碳反應(yīng)，其余未反應(yīng)的CO2可降低CO分壓，促進(jìn)碳氧反應(yīng)的進(jìn)行，從而降低終點(diǎn)鋼水碳氧積;此階段熔池溫度最高、碳含量最低，鋼液對(duì)爐底的侵蝕最嚴(yán)重，應(yīng)大量噴吹碳?xì)浠衔镆员Ｗo(hù)底吹噴嘴，因此碳?xì)浠衔锖虲O2的混合氣體中CO2的混入比例為0~5%。
[0012]進(jìn)一步地，所述方法適用于30~350噸的底吹氧氣轉(zhuǎn)爐，轉(zhuǎn)爐冶煉所需總氧量的20?40%由底部噴入，所述方法中CO2既可替代部分O2用作底吹氧氣轉(zhuǎn)爐的底部主吹氣體，也可替代部分碳?xì)浠衔镒鳛榈状翟谋Ｗo(hù)氣體;所述底吹氧氣轉(zhuǎn)爐的底部布置有至少一支所述底吹元件，所述底吹元件為雙層套管式結(jié)構(gòu)包括底吹槍內(nèi)層管和環(huán)縫。
[0013]進(jìn)一步地，所述O2和⑶2的混合氣體由⑶^^氣體或干冰粉和O2氣體經(jīng)過(guò)一個(gè)底部主吹氣體混合器制備，制備后所述O2和0)2的混合氣體通過(guò)所述底吹槍內(nèi)層管噴入所述底吹氧氣轉(zhuǎn)爐;所述碳?xì)浠衔锖虲O2的混合氣體由CO2氣體或干冰粉和碳?xì)浠衔锝?jīng)過(guò)一個(gè)保護(hù)氣體混合器制備，所述碳?xì)浠衔餅榧淄椤⒈榈瓤梢栽诟邷叵铝呀馕鼰岬臍怏w，制備后所述碳?xì)浠衔锖虲O2的混合氣體通過(guò)所述環(huán)縫噴入所述底吹氧氣轉(zhuǎn)爐。
[0014]本發(fā)明的技術(shù)原理是:本發(fā)明在底吹氧氣轉(zhuǎn)爐中混入C02，利用CO2與鐵、碳反應(yīng)吸熱和CO2比熱容較高的特點(diǎn)，適當(dāng)降低底吹噴嘴上方反應(yīng)帶的溫度，從而降低底吹氧氣轉(zhuǎn)爐的爐底溫度，減少碳?xì)浠衔锏南?，而且CO2供入鋼水后并不會(huì)污染鋼液，因此可在保證鋼水質(zhì)量的前提下延長(zhǎng)底吹氧氣轉(zhuǎn)爐的使用壽命，降低冶煉成本。
[0015]本發(fā)明的有益效果是:該方法適用于30?300噸底吹氧氣轉(zhuǎn)爐，將⑶2混入底吹O2和保護(hù)氣碳?xì)浠衔镏?，分階段分別控制CO2的混入比例，可在不影響鋼水質(zhì)量的前提下實(shí)現(xiàn)底吹氧氣轉(zhuǎn)爐長(zhǎng)壽命、低成本連續(xù)生產(chǎn)。采用本發(fā)明后，底吹氧氣轉(zhuǎn)爐的爐底壽命可提高300?600爐，終點(diǎn)鋼水碳氧積降低0.0002-0.0004，噸鋼冶煉成本降低2?3元。
[0016]
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0018]實(shí)施例1
120噸底吹氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝本實(shí)施例用于120噸底吹氧氣轉(zhuǎn)爐，該轉(zhuǎn)爐底部布置有6只雙層套管式底吹槍，吹煉過(guò)程中底吹槍內(nèi)層管以O(shè)2和CO2混合氣體為載氣噴吹石灰粉，供氣流量為120Nm3/min，供粉流量為480kg/min;環(huán)縫噴吹丙燒和C02的混合氣體進(jìn)行冷卻保護(hù)，供氣流量為12Nm3/min。
[0019]具體的冶煉操作過(guò)程:
冶煉初期，為了快速升溫，底吹槍內(nèi)層管的CO2流量為0~12Nm3/min，即底吹O2中0)2的混入比例為O?10%;由于CO2和硅、錳反應(yīng)為微放熱反應(yīng)，為了增強(qiáng)保護(hù)氣的冷卻效果，減少丙烷中CO2的混入比例為O?20%，環(huán)縫的CO2流量為O?2.4Nm3/min。
[0020]脫磷期，為了控溫脫磷，將熔池溫度控制在1350?1400°C，推遲碳氧反應(yīng)劇烈發(fā)生的時(shí)間，此時(shí)底吹槍內(nèi)層管的CO2流量為48?72Nm3/min，即底吹O2中⑶2的混入比例為40?60%，利用⑶2的反應(yīng)吸熱特性控制熔池溫度基本恒定；由于硅、錳等元素已基本氧化完全，因此環(huán)縫的CO2流量適當(dāng)提高至4.8?6.0NmVmin，即丙烷中CO2的混入比例為40?50%。
[0021 ]脫碳期，為了快速脫碳和避免終點(diǎn)溫度偏低，根據(jù)熔池的富余熱量控制底吹O2中CO2的混入比例為10?20%，即底吹槍內(nèi)層管的CO2流量為12?24Nm3/min;隨著熔池溫度的升高和碳含量的降低，鋼液對(duì)爐底的侵蝕加劇，降低丙烷中的CO2混入比例至20%?30%，即環(huán)縫的CO2 流量為 2.4-3.6Nm3/min。
[0022]冶煉末期，隨著鋼水碳含量的降低，脫碳反應(yīng)速率逐漸下降，適當(dāng)提高底吹O2中CO2的混入比例至30?40%，即底吹槍內(nèi)層管的CO2流量為36?48Nm3/min，部分CO2參與脫碳反應(yīng)，其余未反應(yīng)的CO2可降低CO分壓，降低終點(diǎn)鋼水碳氧積;此階段熔池溫度最高、碳含量最低，應(yīng)大量噴吹丙烷以保護(hù)底吹噴嘴，因此丙烷中0)2的混入比例降低至0~5%，即環(huán)縫的0)2流量為O?0.6 Nm3/min。
[0023]出鋼后底吹槍的內(nèi)層管和環(huán)縫均噴吹氮?dú)狻?br>[0024]實(shí)施結(jié)果表明:120噸底吹氧氣轉(zhuǎn)爐采用本發(fā)明的煉鋼工藝后，爐底壽命提高約420爐，噸鋼冶煉成本降低約2.3元。
[0025]實(shí)施例2
300噸底吹氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝
本實(shí)施例用于300噸底吹氧氣轉(zhuǎn)爐，該轉(zhuǎn)爐底部布置有8只雙層套管式底吹槍，吹煉過(guò)程中內(nèi)層管以O(shè)2和CO2混合氣體為載氣噴吹石灰粉，供氣流量為270Nm3/min，供粉流量為1500kg/min;環(huán)縫噴吹天然氣和C02的混合氣體進(jìn)行冷卻保護(hù)，供氣流量為30Nm3/min。
[0026]具體的冶煉操作過(guò)程:
冶煉初期，為了快速升溫，底吹槍內(nèi)層管的⑶2流量為13.5-54Nm3/min，即底吹O2中CO2的混入比例為5?20%；由于CO2和硅、錳反應(yīng)為微放熱反應(yīng)，為了增強(qiáng)保護(hù)氣的冷卻效果，減少天然氣中CO2的混入比例為O?20%，環(huán)縫的CO2流量至O?6Nm3/min。
[0027]脫磷期，為了控溫脫磷，將熔池溫度控制在1350?1400°C，推遲碳氧化反應(yīng)劇烈發(fā)生的時(shí)間，此時(shí)底吹槍內(nèi)層管的CO2流量為135?162Nm3/min，即底吹O2中CO2的混入比例為50?60%，利用CO2的反應(yīng)吸熱特性控制熔池溫度基本恒定；由于硅、錳等元素已基本氧化完全，因此環(huán)縫的CO2流量適當(dāng)提高至9?12Nm3/min，即天然氣中CO2的混入比例為30?40%。
[0028]脫碳期，為了快速脫碳和避免終點(diǎn)溫度偏低，根據(jù)熔池的富余熱量控制底吹O2中CO2的混入比例為10?20%，即底吹槍內(nèi)層管的CO2流量為27?54Nm3/min;隨著熔池溫度的升高和碳含量的降低，鋼液對(duì)爐底的侵蝕加劇，降低天然氣中⑶2的混入比例至20?30%，即環(huán)縫的CO2流量為6?9Nm3/min。
[0029]冶煉末期，隨著鋼水碳含量的降低，脫碳反應(yīng)速率逐漸下降，適當(dāng)提高底吹O2中CO2的混入比例至30?40%，即底吹槍內(nèi)層管的CO2流量為81?108Nm3/min，部分CO2參與脫碳反應(yīng)，其余未反應(yīng)的CO2可降低CO分壓，降低終點(diǎn)鋼水碳氧積;此階段熔池溫度最高、碳含量低，應(yīng)大量噴吹天然氣以保護(hù)底吹噴嘴，因此天然氣中(》2的混入比例降低至0~5%，即環(huán)縫的0)2流量為 O?1.5Nm3/min。
[0030]出鋼后底吹槍的內(nèi)層管和環(huán)縫均噴吹氮?dú)狻?br>[0031]實(shí)施結(jié)果表明:300噸底吹氧氣轉(zhuǎn)爐采用本發(fā)明的煉鋼工藝后，爐底壽命提高約350爐，噸鋼冶煉成本降低約2.8元。
[0032]以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果做了定量的詳細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種利用CO2延長(zhǎng)底吹氧氣轉(zhuǎn)爐壽命的煉鋼方法，所述煉鋼方法將冶煉過(guò)程劃分為冶煉初期、脫磷期、脫碳期和冶煉末期四個(gè)階段，其特征在于，在底吹氧氣轉(zhuǎn)爐通過(guò)底吹噴嘴底吹O2和碳?xì)浠衔锏幕A(chǔ)上混入C02，底部主吹氣體為O2和CO2的混合氣體，保護(hù)氣體為碳?xì)浠衔锖虲O2的混合氣體； 所述O2和CO2的混合氣體中CO2的混入比例為O?60%，所述碳?xì)浠衔锖虲O2的混合氣體中CO2的混入比例為O?50%; 根據(jù)所述四個(gè)階段控制O2和CO2的混合氣體中CO2的混入比例及碳?xì)浠衔锖虲O2的混合氣體中CO2的混入比例，利用CO2與鐵、碳反應(yīng)吸熱和CO2不污染鋼液的特點(diǎn)，在保證鋼水質(zhì)量的前提下降低所述底吹噴嘴的出口溫度和碳?xì)浠衔锵?，延長(zhǎng)底吹氧氣轉(zhuǎn)爐的使用壽命，降低冶煉成本。2.如權(quán)利要求1所述煉鋼方法，其特征在于，在所述冶煉初期，即硅、錳氧化期，為了快速升溫，所述O2和⑶2的混合氣體中CO2的混入比例為O?20% ；由于CO2和硅、錳反應(yīng)為微放熱反應(yīng)，為了增強(qiáng)保護(hù)氣的冷卻效果，所述碳?xì)浠衔锖虲O2的混合氣體中CO2的混入比例為O?20%。3.如權(quán)利要求1所述煉鋼方法，其特征在于，在所述脫磷期，利用CO2的反應(yīng)吸熱特性控制熔池溫度基本穩(wěn)定在脫磷最佳的溫度區(qū)間，所述O2和CO2的混合氣體中CO2的混入比例為40-60%，所述碳?xì)浠衔锖虲O2的混合氣體中CO2的混入比例為30?50%。4.如權(quán)利要求1所述煉鋼方法，其特征在于，在所述脫碳期，為了快速脫碳和避免終點(diǎn)溫度偏低，所述O2和CO2的混合氣體中CO2的混入比例為10-30%，所述碳?xì)浠衔锖虲O2的混合氣體中CO2的混入比例為20?30%。5.如權(quán)利要求1所述煉鋼方法，其特征在于，在所述冶煉末期，利用CO2促進(jìn)脫碳反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行，所述O2和CO2的混合氣體中CO2的混入比例為30?40%;在所述冶煉末期爐底侵蝕最嚴(yán)重，為了有效保護(hù)所述底吹噴嘴，所述碳?xì)浠衔锖虲O2的混合氣體中CO2的混入比例為O?5% ο6.如權(quán)利要求1-5任一所述煉鋼方法，其特征在于，所述方法適用于30?350噸的底吹氧氣轉(zhuǎn)爐，轉(zhuǎn)爐冶煉所需總氧量的20?40%由底部噴入，所述底吹氧氣轉(zhuǎn)爐的底部布置有至少一支所述底吹噴嘴，所述底吹噴嘴為雙層套管式結(jié)構(gòu)包括底吹槍內(nèi)層管和環(huán)縫。7.如權(quán)利要求6所述煉鋼方法，其特征在于，所述O2和CO2的混合氣體由CO2氣體或干冰粉和O2氣體經(jīng)過(guò)一個(gè)底部主吹氣體混合器制備，制備后所述O2和CO2的混合氣體通過(guò)所述底吹槍內(nèi)層管噴入所述底吹氧氣轉(zhuǎn)爐;所述碳?xì)浠衔锖虲O2的混合氣體由CO2氣體或干冰粉和碳?xì)浠衔锝?jīng)過(guò)一個(gè)保護(hù)氣體混合器制備，所述碳?xì)浠衔餅榧淄?、丙烷等可以在高溫下裂解吸熱的氣體，制備后所述碳?xì)浠衔锖?)2的混合氣體通過(guò)所述環(huán)縫噴入所述底吹氧氣轉(zhuǎn)爐。
【文檔編號(hào)】C21C5/34GK105907914SQ201610456380
【公開(kāi)日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年6月22日
【發(fā)明人】朱榮, 胡紹巖, 董凱, 劉潤(rùn)藻, 魏光升, 王云, 馬國(guó)宏, 王雪亮, 李智崢, 武文合
【申請(qǐng)人】北京科技大學(xué)