转炉五孔氧枪生产实践研究.pdf

总第 期 年 月 南 方 金 属 .收稿日期:修订日期:作者简介:傅敏贵()男 年毕业于湖北工业大学材料成型与控制工程专业助理工程师 文章编号:()转炉五孔氧枪生产实践研究傅敏贵(福建三钢闽光股份有限公司福建 三明)摘 要:针对四孔锻压式氧枪喷头使用过程中出现的化渣效果差、喷溅等问题三钢引进了五孔氧枪在生产过程中根据五孔氧枪的工艺参数在冶炼枪位与供氧流量控制方面进行工艺优化 结果表明五孔氧枪过程控制与终点化渣情况变好炉口与氧枪粘钢现象明显改善冶炼前期喷溅比例降低%过程返干比例降低%氧枪枪龄由原 炉/支提高至 炉/支终点脱磷率升高了%钢铁料耗与金属料耗分别较四孔氧枪降低了 /和 /关键词:氧枪 化渣 脱磷率 钢铁料耗中图分类号:文献标志码:(.):.%/%./.:氧枪是转炉炼钢生产中的关键设备转炉氧枪是将低速高压的氧气通过喷头转换成高速低压喷射进熔池通过化学反应完成脱、等任务氧枪喷头工艺参数和性能直接影响炼钢生产的产量、钢水质量、炼钢造渣辅料消耗等重要经济技术指标 福建三钢闽光股份有限公司(以下简称“三钢”)转炉/铁耗以上生产过程中使用喉口直径为 的四孔锻压式氧枪喷头过程“返干”现象明显氧枪粘枪和炉口粘渣严重终渣化渣效果差氧枪烧损量大 通过对炉口粘渣取样化验发现炉口粘渣为铁、钢与未熔化的石灰的混合物说明使用四孔氧枪前期化渣较差 国内多数钢铁厂为提高过程和终点化渣效果均对在用氧枪进行过相关改造主要对氧枪马赫数、喷头喉口、出口直径或喷孔夹角进行优化取得了较好的冶金效果为了减少炉口与氧枪粘钢现象降低转炉消耗提高氧枪枪龄三钢联合相关氧枪生产厂家根据三钢生产实际设计出喉口 的五孔氧枪喷头应用于生产摸索并固化了五孔氧枪的使用方案取得了较好效果 生产现状三钢生产螺纹钢、金属制品材、冷墩钢等分为品种钢与普钢两类其中品种钢工艺路线为:顶底复吹转炉 炉精炼 方坯连铸轧制普钢不过 精炼炉氩站出站后直上连铸进行浇注但品种钢因转炉与连铸的炉机匹配生产模式要求以及钢种工艺质控点要求装入制度和终点控制要求均有所区别如表 所示表 不同钢种装入制度与终点控制要求废钢/铁水/出钢量/终点温度要求/终点控制要求/%普钢 .品种钢 .按照当前高铁水耗的冶炼装入制度铁水所提供的热量(物理热和化学热)远远大于炼钢终点所需的能量冶炼过程中需大量补加矿石平衡升温过程 铁水主要化学成分见表 生产过程中使用四孔氧枪时氧枪冲击深度大氧压高前期升温过快当加入调温的矿石量超过 时常出现前期大喷提枪现象喷溅炉次终点磷含量较高多次补吹倒炉处理钢水氧化性增强导致炉衬侵蚀加剧同时喷溅导致氧枪枪头粘钢及气体冲刷氧枪烧损量大 故需要优化工艺以保证转炉冶炼工序的平稳和终点成分 温度的双命中有效地防范过程喷溅、返干等造成的炉口粘渣、氧枪结钢和活动烟罩结钢渣等状况表 铁水主要化学成分/%项目成分范围.平均值.五孔氧枪设计参数顶吹氧枪是转炉炼钢的核心装置可通过拉瓦尔型喷嘴将高压氧气转化为超音速射流高效吹入转炉熔池深处以提高熔池内的搅拌强度促进熔池内化学反应的进行 在实际生产中合适的氧枪枪位可以改善冶炼技术指标但氧枪的设计参数对于转炉的吹炼时间、过程状态和冶炼指标也至关重要为了加快转炉冶炼节奏、提高转炉冶炼效率优化氧枪喷头参数成为重要的技术手段之一国内多数钢铁厂根据不同冶炼工况使用不同的氧枪相关资料显示:武钢 转炉在高铁耗冶炼条件下五孔氧枪的使用效果远好于四孔氧枪 三钢炼钢厂二转炉车间委托相关氧枪生产厂家根据三钢生产实际设计出新五孔氧枪取代原四孔氧枪应用于生产新五孔氧枪与原四孔氧枪相比喷头夹角保持 未变喉口直径由原 增大至 出口直径由原 增大至 以减小射流冲击深度增大射流冲击面积利于化渣新五孔氧枪具体参数见图 图 五孔氧枪喷头参数 氧枪出口断面上最重要的气体动力学参数是氧南 方 金 属 年第 期 流在出口断面上的速度和静压力 氧气流出速度与氧气喷孔的出口断面积(出)和临界断面积(临)有关而与压力无关 当 出/临为定值时改变进入喷孔前的氧气压力不能改变氧流的出口速度只能改变氧气的流量和出口压力 氧枪只有在喷孔前的全压等于给定的滞止压力下工作时氧气出口断面上的气流压力才恰好等于出口处的介质压力此时的射流不产生激波能使吹炼更加平稳 根据佛林公式计算新五孔氧枪的理论冲击深度如表 所示 五孔喷头氧枪在 /氧气流量下设计压力为 与原四孔喷头相比同等氧气流量下设计压力均降低 有利于降低氧枪射流的冲击深度增大氧气冲击面积增加渣中 减少过程“返干”现象提高化渣效果表 五孔氧枪理论冲击深度压力冲击深度/枪位/滞止压力/.(/).(/).(/).五孔氧枪使用方案优化 五孔氧枪枪位与供氧制度当喷头结构与尺寸确定后提高氧压只能增加氧流量而不能再增大氧流股的出口速度 新五孔氧枪使用过程的枪位控制采用“低 高 高 低”的 段模式:开吹阶段低枪位有助于熔池均匀升温熔化废钢碳氧反应开始后适当提高枪位可维持反应过程稳定使熔池均匀升温中后期在炉渣出现返干征兆时进一步提高枪位增加渣中的 含量以防止炉渣返干吹炼末期压枪至最低枪位可均匀成分和温度利于经验判断终点碳含量提高终点命中率 高铁水耗冶炼铁水热值过于富足重在调整供氧强度和枪位制度以减缓反应前期的升温速率实际生产中应用一种新的氧枪时一般先根据经验公式计算确定枪位然后再根据实际生产情况加以校正 根据经验公式计算可得新五孔氧枪的吹炼枪位控制在 吹炼枪位 与氧枪喷头喉口的直径 喉的经验公式()如下:多孔喷头 ()喉().普钢冶炼控制普钢冶炼均采用少量留渣操作在点火成功后开吹枪位由原四孔氧枪的 提高至 将氧气流量由 /降低至 /以减小前期的供氧强度抑制前期溢渣 高铁水耗返干持续时间约 是造成炉口、活动烟罩粘结钢渣的一个重要因素 故冶炼后期通过高频度、短时间的吊枪操作来缓解返干避免炉渣泡沫化而引发后期的大喷溅 具体操作如图 所示图 普钢冶炼枪位与氧流量控制.品种钢冶炼控制品种钢冶炼均采取高枪位操作迅速增加渣中的 来促进前期化渣效果促进脱磷同时匹配 /小流量开吹延长 反应期 若前期炉渣流动性好则适当压枪反之则继续高枪操作维持整个过程炉渣活跃性具体操作如图 所示图 品种钢冶炼枪位与氧流量控制总第 期 傅敏贵:转炉五孔氧枪生产实践研究 .加料方案执行按“硅”炼钢操作石灰加入量见表 开吹点火后石灰加入总量的%内石灰加入总量的%矿石加入总量的%其余%石灰在 加完以平衡高铁水耗冶炼条件下的铁水热值保证冶炼前期均匀升温减少冶炼前期溢渣喷溅 剩余矿石在中后期根据炉渣返干情况加入轻烧白云石加入量小于 除溅渣过程调渣外其余在开吹 后小批次加入吨钢使用量控制在 保持渣中 含量在%可满足当前经济炉龄控制的要求实现较好的护炉效果表 石灰指导卡铁水()/%铁水()/%.冶金效果.过程控制情况表面粘钢是导致氧枪喷头使用寿命降低的重要原因氧枪吹炼过程中多孔喷头射流的中间区域易形成负压区导致泡沫渣、金属液滴熔渣的粘联而表面粘钢导致喷头表面形成 固溶体严重影响导热性能使喷头长期处于高温状态导致熔化损坏 采用五孔氧枪后冶炼前期喷溅比例降低%过程返干比例降低%结枪长度明显改善氧枪处理次数由原日均 次降至 次过程化渣情况明显变好氧枪枪龄由原 炉/支提高至 炉/支.终点控制由表 可以看出在铁水条件、石灰耗与终点碳基本相同情况下五孔氧枪终点温度升高 脱磷率升高%主要原因是五孔氧枪冲击面积较大化渣效果明显优于四孔氧枪且相同铁水耗下前期升温速率明显变缓有利于脱磷反应的进行 与四孔氧枪相比五孔氧枪在供氧强度明显降低的情况下供氧时间仅延长了 在冶炼时间方面对转炉快节奏的生产影响较小 但新五孔氧枪投用后因脱磷率的提高普钢终点倒炉后无等成分出钢的比例由原%提高到%部分炉次可无倒炉直接出钢平均节省倒炉结束至出钢开始时间 有利于转炉的快节奏生产表 终点控制情况铁水硅/%石灰耗/终点温度/终点碳/%终点/%脱磷率/%供氧时间/五孔氧枪.四孔氧枪.对比.终点渣样与消耗控制从表 可以看出采用五孔氧枪后氧枪吹炼更平稳渣钢反应更趋近于平衡终点命中率更高终渣过氧化得到一定程度的抑制终渣 下降明显对钢铁料消耗影响显著 其中终点渣中 下降%且渣中 升高%说明采用五孔氧枪终点化渣较好脱磷效果较好钢铁料耗与金属料耗分别为 /与 /分别较四孔氧枪降低 /和 /表 终点渣样与消耗控制情况()/%()/%/%()/%钢铁料耗/金属料/五孔氧枪.四孔氧枪.对比.南 方 金 属 年第 期 结论)采用新五孔氧枪后得益于更大的喉口直径结合适当的氧枪枪位可以较好地兼顾冲击面积、熔池搅拌和熔池升温 从实际生产来看过程化渣情况得到改善初渣形成时间提前 过程化渣平稳粘枪和喷溅现象较少发生过程化渣及“返干”情况明显改善氧枪枪龄提高了 炉/支)五孔氧枪冲击面积较大相同铁水耗下前期升温速率明显变缓有利于脱磷反应的进行采用五孔氧枪后在铁水条件、石灰耗与终点碳基本相同情况下五孔氧枪终点温度升高 脱磷率升高%)新五孔氧枪投用后因脱磷率的提高普钢终点倒炉后无等成分出钢的比例由原%提高到%部分炉次可无倒炉直接出钢平均节省倒炉结束至出钢开始时间 相对于供氧强度明显降低的情况下供氧时间仅延长的 更有利于快节奏生产的进行)采用五孔氧枪后氧枪吹炼更平稳渣钢反应更趋近于平衡终点命中率更高终渣过氧化得到一定程度的抑制终渣 下降%钢铁料耗与金属料耗分别为 /与 /分别较四孔氧枪降低 /和 /)采用五孔氧枪后后期高枪时间长易引起喷溅后期高枪时间由原 缩短至 现场实际生产情况表明五孔氧枪更适合应用于 /以上的铁水耗生产当铁水耗低于/生产时五孔氧枪即使将氧气流量提高至 /时其前期升温效果较四孔氧枪还是偏差 在低铁耗生产时五孔氧枪易出现终点底层渣未化透的情况不利于钢水磷的控制同时因终点低温长时间补吹钢水过氧化易导致炉衬侵蚀加剧情况)三钢根据铁水与废钢价格及供应情况钢材市场情况等因素阶段性地调整铁水耗当低铁水耗生产时铁水热值明显变差此时冶炼前期升温尤为关键实际生产中可根据铁水耗要求阶段性切换四孔氧枪与五孔氧枪的使用以改善转炉技术指标参考文献 胡绍岩朱 荣董 凯.炼钢温度下复吹转炉流场的数值模拟研究.工程科学学报():.郝华强张朝发刘善喜等.转炉氧枪喷头工艺参数优化.炼钢():.茹作栋张英嘉王春江等.转炉氧枪喷头优化及其在炼钢环境的射流特性研究.炼钢():.高文芳张剑君陈钢等.复吹转炉氧枪喷头优化研究.炼钢():.张芳.转炉炼钢 问.北京:化学工业出版社.翟利伟丁忠良陶鑫江等.转炉氧枪喷头的改进实践.山东冶金():.苏 醒郭文波.氧枪喷头参数优化与应用.机械加工与制造():.杨 阳杨贺陶鑫江等.转炉氧枪喷头改造试验研究.冶金与材料():.(上接第 页)参考文献 王贵容薛正良.湘钢含铝冷镦钢开发及质量控制.武汉科技大学学报(自然科学版)():.左都伟.含铝冷镦钢生产工艺研究及质量控制.武汉:武汉科技大学.邓叙燕苏笃星马建超等.低碳冷镦钢 精炼渣的优化.炼钢():.龚 坚刘建辉苏树红.钢液钙处理的理论分析.首钢科技():.刘学华韩传基蔡开科等.小方坯连铸低碳低硅铝镇静钢可浇性.北京科技大学学报():.总第 期 傅敏贵:转炉五孔氧枪生产实践研究