二次燃烧氧枪在120 t复吹转炉的应用实践.pdf

鞍钢技术2023年第3期ANGANG TECHNOLOGY生产实践二次燃烧氧枪在1 2 0 t复吹转炉的应用实践王世峰1,宁生龙,于朋1,程明刚,席小波,朱晓雷2 3,郑淑国4（1.鞍钢集团朝阳钢铁有限公司，辽宁朝阳1 2 2 0 0 0；2.海洋装备用金属材料及其应用国家重点实验室，辽宁鞍山1 1 40 0 9；3.鞍钢集团钢铁研究院，辽宁鞍山1 1 40 0 9；摘要：结合1 2 0 t复吹转炉生产实际，设计了二次燃烧氧枪喷头参数，优化了转炉冶炼工艺制度。实践表明，与普通氧枪相比，应用二次燃烧氧枪吹炼可以缩短供氧时间约9 3s，供氧效率提升1 0.6%，熔池钢水平均温度提升约1 8.52 7，废钢比提高1.3%，脱磷率提高1.5%，且对煤气回收几乎没有影响。关键词：二次燃烧氧枪；复吹转炉；氧枪喷头；废钢比中图分类号：TF741D0I:10.3969/j.issn.1006-4613.2023.03.009Application Practice of Secondary Combustion Oxygen Lance inWANG Shifeng,NING Shenglong,YU Peng,CHENG Minggang,(1.Chaoyang Iron&Steel Co.,Ltd.of Ansteel Group Cor.,Ltd.,Chaoyang 122000,Liaoning,China;2.State Key Laboratory of Metal Material for Marine Equipment and Application,Anshan 114009,Liaoning,China;3.Ansteel Iron&Steel Research Institutes,Anshan 114009,Liaoning,China;4.Northeastern University,Shenyang 110081,Liaoning,China)Abstract:Based on the actual production of 120 t combined blowing converter,the parame-ters for secondary combustion oxygen lance nozzles were designed and the technological system forsmelting by converter was optimized.The practice showed that comparing to ordinary oxygenlances,using secondary combustion oxygen lances could reduce the time for oxygen supply byabout 93 s,oxygen supply efficiency could be increased by 10.6%,the average temperature ofmolten steel in molten pool could be improved by about 18.527 C,the ratio of scrap could be in-creased by 1.3%,the dephosphorization rate could be increased by 1.5%and there was little im-pact on gas recovery.Key words:secondary combustion oxygen lance;combined blowing converter;oxygen lancenozzle;ratio of scrap国外关于二次燃烧氧枪的研究始于1 9 7 8 年，卢森堡阿尔贝德公司（ARBED)首次完成双流道二次燃烧氧枪的工业应用试验研究。1 9 8 1 年，荷兰中央引导地方科技发展资金：2 0 2 3JH6/100100046王世峰，工程师，2 0 0 8 年毕业于辽宁科技大学冶金工程专业。E-mail:一 40 一总第441 期4.东北大学，辽宁沈阳1 1 0 0 8 1)文献标识码：A120 t Combined Blowing ConverterXI Xiaobo,ZHU Xiaolei?-3,ZHENG Shuguo4文章编号：1 0 0 6-46 1 3(2 0 2 3)0 3-0 0 40-0 4Hogovens公司开发了可提高二次燃烧率的双流道氧枪，将主氧流股与副氧流股分开，防止掺混，二次燃烧率得到明显提升2 。国内对二次燃烧氧枪的研究始于1 9 8 3年，钢铁研究总院进行了双流道二次燃烧氧枪的热模拟试验。马恩祥等3 对攀钢120t转炉双流道氧枪半模喷头的射流特性进行鞍钢技术2023 年第 3 期ANGANG TECHNOLOGY了冷态研究。蔡志鹏等4 利用计算机控制压力传感制度，成功应用于1 2 0 t复吹转炉，为该技术实现工器和自动扫描组成的快速数据采集系统，对1 5t顶业化应用奠定了基础。底复吹转炉双流道二次燃烧氧枪喷头的流场特性进行研究认为，主孔氧气压力过高会对副喷孔射流形成抽引而偏向中心，不利于二次燃烧。但是，国内外关于二次燃烧氧枪技术在大工业生产中规模化应用的报道很少5。鞍钢集团朝阳钢铁有限公司（以下简称“朝阳钢铁)对二次燃烧氧枪技术进行了深入研究，根据转炉冶炼的生产实际，设计了二次燃烧氧枪喷头参数，并优化了转炉冶炼工艺(b)15mm-A主孔总第441 期1二次燃烧氧枪技术的研究1.1氧枪喷头参数的设计二次燃烧氧枪喷头是在普通氧枪喷头的基础上，在喷头侧壁上开有合理的副喷孔，氧气从副喷孔喷出后与炉内的CO反应进行二次燃烧。图1为朝阳钢铁1 2 0 t转炉所用的二次燃烧氧枪喷头结构示意图。(a)副孔A-A图1 二次燃烧氧枪喷头结构示意图Fig.1 Schematic Diagram for Nozzles Structure of Secondary Combustion Oxygen Lance该喷头参数为：副氧孔直径1 5mm、倾角35、数目8 个，二次燃烧氧枪喷头实物图见图2。副氧孔主氧孔图2 二次燃烧氧枪喷头实物图Fig.2NozzlePictureof SecondaryCombustion Oxygen Lance1.2工艺制度的优化1.2.1供氧制度应用普通氧枪时，现场的供氧流量为2 6 0 0 026500m/h，供氧压力为0.7 9 0.8 0 MPa；应用二次燃烧氧枪吹炼时，优化了供氧流量和供氧压力，7LA(a）主视图；（b）侧视图供氧流量提高到2 7 50 0 2 8 50 0 m/h，供氧压力控制在 0.7 9 0.8 1 MPa。1.2.2造渣制度应用二次燃烧氧枪后，改善了转炉化渣效果，前期成渣时间缩短，后期炉渣反应活跃，因此要适当降低前期渣量，在碳氧反应活跃时增加石灰加人量，控制炉渣反应。应用二次燃烧氧枪前，吹炼前期加人石灰总量的2/3，吹炼8 min左右时加人剩余渣料；应用二次燃烧氧枪后，吹炼前期加入石灰总量的1/2，剩余物料在吹炼过程分2 3批次加人，合理控制炉渣的活跃度，保证吹炼过程不喷溅。1.2.3过程枪位控制由于应用二次燃烧氧枪后化渣效果得到改善,增强了供氧强度,在冶炼前期快速（约3min)降低氧枪枪位至主冶炼枪位，过程枪位基本控制在1400mm以上，后期可以根据现场炉况、化渣情况及加料情况适当做出调整。2二次燃烧氧枪的应用效果2.1吹炼时间及耗氧量降低图3所示为普通氧枪和二次燃烧氧枪吹炼时-41-鞍钢技术2 0 2 3年第3期王世峰等：二次燃烧氧枪在1 2 0 t复吹转炉的应用实践总第 441 期间及耗氧量对比。由图3可知,应用普通氧枪平均2.3冶炼过程枪位提高吹炼时间为8 7 4s，而应用二次燃烧氧枪平均吹炼图4为普通氧枪和二次燃烧氧枪枪位对比。时间为7 8 1 s，供氧时间缩短了9 3s，供氧效率提由图4可见，二次燃烧氧枪在冶炼前期快速降枪升了约1 0.6%。分析认为，使用二次燃烧氧枪后转至主冶炼枪位，而普通氧枪需要约5min才到达炉吹氧流量有所提高，供氧强度增加，因此冶炼时主冶炼枪位。分析认为，二次燃烧氧枪在冶炼前期间有所降低。图3还可看出，应用二次燃烧氧枪的化渣好，化渣时间提前，因此可以提前降枪位至主平均耗氧量略低于普通氧枪。冶炼枪位。应用二次燃烧氧枪冶炼中期冶炼平稳，考虑到供氧强度增大,所以适当提高枪位1 0 0 mm。96078000吹炼时间平均耗氧量874.6622840720480图3普通氧枪和二次燃烧氧枪吹炼时间及耗氧量对比Fig.3 Comparison of Blowing Time and OxygenConsumption between Ordinary Oxygen Lanceand Secondary Combustion Oxygen Lance2.2熔池钢水温度及废钢比提高表1 为普通氧枪和二次燃烧氧枪的辅料实际差值及钢水升温情况。表1 普通氧枪和二次燃烧氧枪的辅料实际差值及钢水升温情况Table 1 Actual Difference Values of Supplementary Materialfor Ordinary Oxygen Lance and Secondary Combustion Oxy-gen Lance and Temperature Rising of Molten Steel项目辅料实际差值/t温降值/t）废钢2.160石灰石0.014石灰0.064菱镁石0.179注：辅料差值=二次燃烧氧枪辅料-普通氧枪辅料。由表1 看出，与普通氧枪相比，应用二次燃烧氧枪进行吹炼有效提高了二次燃烧率，可以使熔池钢水温度平均提升约1 8.52 7（2 1.6 0 0+0.2 52-0.640-2.685）。实际生产中，应用二次燃烧氧枪比普通氧枪废钢比提高了1.3%。分析原因认为，从二次燃烧氧枪副喷孔射出的氧气射流与炉内CO气体发生二次燃烧反应，产生了大量的热，以此来加热钢水并使钢水温度升高，进而提高了转炉废钢比。-42 一此外，吹炼时，二次燃烧氧枪的高度略高于普通氧6086160007811400020000普通氧枪二次燃烧氧枪温度影响/1021.600180.252-10-0.640-15-2.685枪，这与二次燃烧氧枪的射流特性密切相关(二次燃烧氧枪有更大的冲击深度）,且枪位提高也有利于延长枪头的使用寿命。2400一普通氧枪2200一二次燃烧氧枪2000F180016001400F1200%2004006008001000吹炼时间/s图4普通氧枪和二次燃烧氧枪枪位对比Fig.4 Comparison of Lance Positions between OrdinaryOxygen Lance and Secondary Combustion Oxygen Lance2.4煤气回收CO浓度不变图5为普通氧枪和二次燃烧氧枪回收煤气中CO浓度对比。由图5可以看出，应用二次燃烧氧枪后,尽管吹炼时间缩短，但煤气回收有效浓度(CO含量超过2 0%）时长并不比普通氧枪的低；煤气回收总量（CO含量大于2 0%的曲线面积）二者相差不大。可见应用二次燃烧氧枪对煤气回收几乎无影响。60一普通氧枪50一二次燃烧氧枪%/0403020100图5普通氧枪和二次燃烧氧枪回收煤气中CO浓度对比Fig.5 Concentration Comparison of CO Content inGas Recovered by Ordinary Oxygen Lance andSecondary Combustion Oxygen Lance150300450600750900回收时间/s鞍钢技术2023 年第 3 期ANGANG TECHNOLOGY2.5终点渣样9-11月)是在一个新炉役中期开展试验，底吹良现场工业试验前半段（2 0 1 9 年底）是在转炉好。顶吹、复吹条件下二次燃烧氧枪与普通氧枪的炉役后期只有顶吹条件下开展的，后半段（2 0 2 0 年转炉终点渣样对比如表2 所示。表2 顶吹、复吹条件下二次燃烧氧枪和普通氧枪冶炼终点渣样对比Table 2 Comparison of Slag Compositions at End Point Smelted by Ordinary Oxygen Lanceand Secondary Combustion Oxygen Lance under Top Blowing and Combined Blowing Conditions项目w(CaO)/w(SiO,)/w(TFe)/w(MgO)/w(P,O,)/w(S)/w(AlO,)/%二次燃42.8211.0120.768.26烧氧枪普通氧枪44.1610.0521.62变化值-1.340.96-0.86-0.60总第441 期顶吹复吹w(CaO)/w(SiO,)/w(TFe)/w(MgO)/w(P,Os)/w(S)/w(Al,O)/R%8.86R%2.26 0.142.034.1148.0813.53 14.527.341.840.142.063.9845.9513.7117.226.860.420-0.030.132.13%-0.18-2.700.48%2.410.171.973.562.37 0.162.123.350.040.01-0.050.21%由表2 可以看出，与普通氧枪相比,顶吹条件下,应用二次燃烧氧枪渣中全铁w(TFe)比普通氧枪的低0.8 6%；而复吹条件下，比普通氧枪的低2.7%。两种条件下二次燃烧氧枪的终点渣样碱度均得到提高。分析认为，由于二次燃烧氧枪搅拌效果更好，因此渣中全铁优于普通氧枪。2.6脱磷效果普通氧枪和二次燃烧氧枪脱磷率对比见表3所示。表3普通氧枪和二次燃烧氧枪脱磷率对比Table 3 Comparison of Dephosphorization Rates by OrdinaryOxygen Lance and Secondary Combustion Oxygen Lance项目脱磷率/%普通氧枪0.123二次燃烧氧枪0.122与普通氧枪相比，二次燃烧氧枪脱磷效果显著，脱磷率提高了1.5%。炼钢过程的脱磷反应是在渣-金界面进行的，首先是磷被氧化成渣中P,0s,再与渣中CaO结合成稳定的3CaOPOs，由于二次燃烧氧枪化渣效果好（脱磷反应的动力学条件好），因此渣中CaO有效含量高,更有利于脱磷。3结论鞍钢集团朝阳钢铁有限公司针对转炉生产实际和现场工艺，设计了二次燃烧氧枪喷头参数并优化了转炉工艺制度，成功应用于1 2 0 t复吹转炉冶炼。得出如下结论：（1）与普通氧枪相比，应用二次燃烧氧枪吹炼可以缩短供氧时间约9 3s，供氧效率提升10.6%,且耗氧量略低；(2）与普通氧枪相比，二次燃烧氧枪有效提高了CO的二次燃烧率，可以使熔池钢水温度平均提升约1 8.52 7，实际生产中废钢比提高了1.3%;（3）顶吹和复吹条件下应用二次燃烧氧枪，终点渣中全铁含量比普通氧枪分别低0.8 6%和2.70%，碱度分别提高0.1 3和0.2 1；（4）应用二次燃烧氧枪的脱磷效果更好，脱磷铁水wP/%终点wP/%0.0160.014率提高了1.5%;87.0（5）二次燃烧氧枪对煤气回收几乎没影响。88.5参考文献1杨文远，张德铭，刘志昌，等.转炉二次燃烧氧枪的开发与应用J.钢铁，1 9 9 4，2 9(4)：1 4-1 8.2孙世渭，孙方.二次燃烧氧枪台议J.山东冶金，1 9 9 0,1 2(4):34-37.3马恩祥，蔡志鹏，钱占民，等.氧枪射流特性对炼钢过程的影响J.化工冶金，1 9 9 1,1 2(4)：37 0-37 6.4马恩祥，蔡志鹏，赵荣玖，等.1 5吨复吹转炉双流道氧枪射流特性实测研究J.钢铁研究学报，1 9 8 9(3)：1-7.5 N.M.Rymarchyk,Jr.Post Combustion Lances in Basic OxygenFurnace(BOF)Operations JJ.Steelmaking Conference Pro-ceedings,1998(81):445-450.修回日期：2 0 2 2-0 8-1 1-43-(编辑许营）