专利名称：电炉炼钢供氧工艺及使用该供氧工艺的电炉炼钢方法
技术领域：
本发明涉及钢铁冶金技术领域，更具体地讲，涉及一种电炉供氧工艺及使用该供氧工艺的电炉冶炼方法。
背景技术：
随着国内外冶金行业竞争的加剧，提高电炉(通常所说的电炉就是指电弧炉)短流程工艺的竞争力成为日益紧迫的问题，最为关键的就是采用电炉的高效强化冶炼技术、 进一步缩短电炉的冶炼时间，降低消耗，降低成本。超高功率电弧炉的高效强化冶炼在很大程度上依赖于高效地使用氧气，集束氧枪是将氧燃烧嘴与氧枪的功能有机的结合在一起，可以实现超高功率电炉炼钢时高效地使用氧气。集束氧枪通常包括三层相互独立的气体通道，即，位于集束氧枪中心的、用于产生高速氧气射流的拉乌尔喷嘴(也可称为氧枪)和围绕拉乌尔喷嘴的氧燃烧嘴，所述氧燃烧嘴包括围绕拉乌尔喷嘴的可燃气体喷嘴和围绕可燃气体喷嘴外侧的氧气喷嘴。集束氧枪可将氧气高效地输入到炉内的冷点区域，以加速能量的转换和冶金反应。集束氧枪中心的拉乌尔喷嘴喷出氧气射流被氧燃烧嘴火焰环绕包围而得到保护，从而达到减缓射流速度衰减的目的。氧气射流具有喷射距离长、冲击力大、氧气利用率高等特点，是电炉降低成本和提高生产效率有效的技术手段。对于超高功率电弧炉采用集束氧枪供氧的工艺，就其供氧而言， 如果供氧时间太早，炉料温度低，氧气利用率不高；如果供氧强度过大，热负荷高，大量的炉料未熔化，氧气射流碰撞炉料形成的反弹射流以及氧化脱碳反应产生的钢渣喷溅对氧枪的安全运行构成极大的威胁。因反弹射流造成的氧枪受损，会降低氧枪的使用寿命，甚至于会使氧枪发生烧坏而漏水，从而导致重大的安全事故；如果供氧时机太晚，必将增加吹氧脱碳的时间，延长冶炼时间，从而降低电炉的生产效率。因此，供氧工艺对提高电炉冶炼的效率起着至关重要的作用。关于电炉炼钢集束氧枪的用氧技术，专利文献也有报道。例如，公开号为 CN101684512A、名称为电炉炼钢聚合射流吹氧方法的中国专利申请公开了电炉聚合射流吹氧装置的设备特点，而对具体的吹氧方法介绍较少。其介绍的氧枪吹氧方法为当废钢加入后，喷射器就进入烧嘴模式并开始用烧嘴火焰加热废钢助熔。在开始预热废钢时使用旺火， 一旦废钢熔化后，就转换为氧枪模式，进行脱碳反应。此方法的缺陷是在开始预热废钢时使用旺火，废钢靠近氧枪易产生回火烧坏氧枪，而后等待废钢熔化后，氧枪才开始供氧。供氧时间太晚，不利于缩短电炉的冶炼时间。也未根据电能的供应状况和电炉冶炼的过程变化调节用氧量。同时，也未涉及氧枪寿命的报道。又如，公开号为CN101709351A、名称为一种电炉吹氧方法的中国专利申请公开了一种电炉利用顶吹氧枪采用恒压变枪位操作向炉内吹氧的方法，达到降低电炉电耗的目的，电炉的炉料采用了 90%左右的热铁水。这种方法适用于炉顶氧枪，对电炉要进行一定的改造，吹氧时，还要去掉电极，操作极不方便，不适用于炉壁上安装的枪位固定的集束氧枪
供氧工艺。
又如，公开号为CN1385666A、名称为电弧炉用氧计算机分时段控制技术的中国专利申请公开了这样一种方法，所述方法将电炉用氧方式分成若干个模块，根据电弧炉的冶炼特点和具体供氧模块的功能确定了不同的时段点，每个时段内的氧气流量和其它介质流量需要根据具体模块的供氧目的进行计算。采用负反馈控制法中的PID控制。但此种方法仅是针对用氧的计算机控制技术，更未涉及集束氧枪与电炉的炉料结构、能量状况、电炉冶炼的过程变化的供氧工艺参数的具体描述。在《工业炉》第27卷第4期2005年7月(P3 5)《电炉炼钢采用USTB氧气喷吹工艺的研究》中，对USTB炉壁供氧工艺进行了简单介绍，氧枪寿命达到1000炉以上。未作具体的供氧工艺参数的描述，氧枪寿命也偏低。综上所述，本领域亟需一种更有效的安全的炉壁集束氧枪供氧方法及使用该供氧方法的电炉冶炼方法。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于解决上述问题中的一种或多种技术问题。本发明的一方面提供了一种电炉炼钢供氧工艺。所述电炉炼钢供氧工艺采用具有拉乌尔喷嘴和氧燃烧嘴的集束氧枪来实现，其包括以下步骤在炉料的熔化阶段，使用氧燃烧嘴喷吹氧气和可燃气体形成火焰来切割并助熔炉料，氧气流量和可燃气体流量控制为逐渐增大，且每支氧燃烧嘴可燃气体的流量控制在150 300m3/h范围内，氧燃烧嘴中的氧气流量与可燃气体流量的体积比为1. 9 2. 1 ；待全部炉料的温度达到600 800°C后， 拉乌尔喷嘴喷吹氧气，并且氧燃烧嘴中喷出氧气和可燃气体进行燃烧助熔；待钢水温度为 1620 1660°C时，结束供氧。本发明的另一方面提供了一种电炉炼钢方法。所述电炉炼钢方法包括以下步骤 将包括废钢、生铁的第一罐炉料装入炉内；对第一罐炉料进行熔化和部分脱碳；当熔化第一罐炉料使得电炉内的空间能够容纳第二罐炉料后，停止喷吹氧气并调减氧燃烧嘴氧气和可燃气体流量，然后，将包括除重型废钢外的废钢、生铁的第二罐炉料装入炉内；对第二罐炉料进行熔化和部分脱碳；待炉料全部熔化后，对电炉中的钢水进行吹氧脱碳，脱碳时，拉乌尔喷嘴的供氧量控制为1.0 1. !!^/({ !!!^^，供氧压力为1.3 1.510^，同时，氧燃烧嘴中喷出可燃气体和氧气燃烧形成保护气流；待钢水温度为1620 1660°C时，结束供氧，出钢。其中，所述对第一罐炉料进行熔化和部分脱碳的步骤或对第二罐炉料进行熔化和部分脱碳的步骤包括使用氧燃烧嘴喷吹氧气和可燃气体形成火焰来切割并助熔炉料， 氧气流量和可燃气体流量控制为逐渐增大，且每支氧燃烧嘴可燃气体的流量控制在150 300m3/h范围内，氧燃烧嘴中的氧气流量与可燃气体流量的体积比为1. 9 2. 1，待炉料的温度达到600 800°C后，拉乌尔喷嘴喷吹氧气，并且氧燃烧嘴中喷出氧气和可燃气体进行燃烧助熔及形成保护气流。与现有技术相比，本发明的电炉炼钢供氧工艺或炼钢方法具有以下有益效果1)采用本发明的供氧工艺或炼钢方法，可有效保护集束氧枪，集束氧枪的使用寿命达8000 9000炉。2)采用本发明的供氧工艺或炼钢方法，可减少集束氧枪的维护时间，电炉的热停工时间减少，电炉的生产率提高。3)采用本发明的供氧工艺或炼钢方法，氧气利用率高，氧气消耗低，可节约氧气 10 20%。4)采用本发明的供氧工艺或炼钢方法，根据电能的供应可以计算得出开始供氧的时间，便于有效地利用氧气。
具体实施例方式根据本发明一方面的电炉炼钢供氧工艺通过采用具有拉乌尔喷嘴和氧燃烧嘴的集束氧枪来实现。所述电炉炼钢供氧工艺包括以下步骤在炉料的熔化阶段，使用氧燃烧嘴喷吹氧气和可燃气体形成火焰来切割并助熔炉料，氧气流量和可燃气体流量控制为逐渐增大，且每支氧燃烧嘴可燃气体的流量控制在150 300m3/h范围内，氧燃烧嘴中的氧气流量与可燃气体流量之比为1. 9 2. 1 ；待全部炉料的温度达到600 800°C后，拉乌尔喷嘴喷吹氧气，并且氧燃烧嘴中喷出氧气和可燃气体燃烧助熔及形成保护气流；待钢水温度为 1620 1660°C时，结束供氧。在本发明中，诸如氧气、可燃气体等气体的流量之比均为体积比。在本发明的电炉炼钢供氧工艺的一个实施例中，在所述炉料温度达600 800°C 后，拉乌尔喷嘴喷吹氧气的步骤中，所述拉乌尔喷嘴的供氧量可以为0.9 1.0m3/(吨钢·π η)，供氧压力可以为1. 2 1. 4MPa，氧燃烧嘴中的氧气流量与可燃气体流量之比可以为1 1. 5，且每支氧燃烧嘴可燃气体的流量可以为100 150m3/h。在本发明的电炉炼钢供氧工艺的一个实施例中，所述拉乌尔喷嘴喷吹氧气的步骤还可包括待炉料全部熔化后，将拉乌尔喷嘴的供氧量控制为1. 0 1. Im3/(吨钢· min)，供氧压力为1. 3 1. 5MPa。这里，供氧量指所有氧枪的拉乌尔喷嘴喷出的氧气的流量之和。在本发明的一个实施例中，可通过将每吨炉料被加热到拉乌尔喷嘴开始吹氧的时刻所需的电能P控制为满足下式来实现使熔炼炉料的温度达到600 800°C，
权利要求
1.一种电炉炼钢供氧工艺，采用具有拉乌尔喷嘴和氧燃烧嘴的集束氧枪来实现，其特征在于，所述电炉炼钢供氧工艺包括以下步骤在炉料的熔化阶段，使用氧燃烧嘴喷吹氧气和可燃气体形成火焰来切割并助熔炉料，氧气流量和可燃气体流量控制为逐渐增大，且每支氧燃烧嘴中可燃气体的流量控制在 150 300m3/h范围内，氧燃烧嘴中的氧气流量与可燃气体流量的体积比为1. 9 2. 1 ；待全部炉料的温度达到600 800°C后，拉乌尔喷嘴喷吹氧气，并且氧燃烧嘴中喷出氧气和可燃气体进行燃烧助熔；待钢水温度为1620 1660°C时，结束供氧。
2.如权利要求1所述的电炉炼钢供氧工艺，其特征在于，所述拉乌尔喷嘴喷吹氧气的步骤还包括待炉料全部熔化后，将拉乌尔喷嘴的供氧量控制为1. 0 1. Im3/· min)，供氧压力为1. 3 1. 5MPa。
3.一种电炉炼钢方法，其特征在于，所述电炉炼钢方法包括以下步骤将包括废钢、生铁的第一罐炉料装入炉内；对第一罐炉料进行熔化和部分脱碳；当熔化第一罐炉料使得电炉内的空间能够容纳第二罐炉料后，停止喷吹氧气，然后，将包括除重型废钢外的废钢、生铁的第二罐炉料装入炉内；对第二罐炉料进行熔化和部分脱碳；待炉料全部熔化后，对电炉中的钢水进行吹氧脱碳，脱碳时，拉乌尔喷嘴的供氧量控制为1.0 1. Im3/(t钢· min)，供氧压力为1. 3 1. 5MPa，同时，氧燃烧嘴中喷出可燃气体和氧气燃烧形成保护气流；待钢水温度为1620 1660°C时，结束供氧，出钢，其中，所述对第一罐炉料进行熔化和部分脱碳的步骤或对第二罐炉料进行熔化和部分脱碳的步骤包括使用氧燃烧嘴喷吹氧气和可燃气体形成火焰来切割并助熔炉料，氧气流量和可燃气体流量控制为逐渐增大，且每支氧燃烧嘴可燃气体的流量控制在150 300m3/ h范围内，氧燃烧嘴中的氧气流量与可燃气体流量的体积比为1. 9 2. 1，待炉料的温度达到600 800°C后，拉乌尔喷嘴喷吹氧气，并且氧燃烧嘴中喷出氧气和可燃气体进行燃烧助熔及形成保护气流。
4.如权利要求3所述的电炉炼钢方法，其特征在于，所述装入炉内的第一罐炉料中包括按重量百分比计占总炉料量的7% 9%的重型废钢，所述重型废钢布置在电炉内的中下部，并避开和远离集束氧枪喷嘴。
5.如权利要求3所述的电炉炼钢方法，其特征在于，所述第一罐炉料按重量百分比计占总炉料量的55% 65%。
6.如权利要求3所述的电炉炼钢方法，其特征在于，所述电炉炼钢方法还包括在所述对电炉中的钢水进行吹氧脱碳的步骤之前向电炉中兑入铁水的步骤，兑入铁水的量按重量百分比计不超过总炉料量的70%，所述总炉料量等于总固体炉料量与兑入铁水的量之和。
7.如权利要求3所述的电炉炼钢方法，其特征在于，所述电炉炼钢方法还包括在所述对第二罐炉料进行熔化和部分脱碳的步骤与所述吹氧脱碳步骤之间，根据炉料状况向电炉内再装入一罐或多罐炉料，然后，对新装入的炉料进行熔化和部分脱碳，所述对新装入的炉料进行熔化和部分脱碳的步骤与所述对第二罐炉料进行熔化和部分脱碳的步骤相同。
8.如权利要求1所述的电炉炼钢供氧工艺或如权利要求3所述的电炉炼钢方法，其特征在于，在所述拉乌尔喷嘴喷吹氧气的步骤中，所述拉乌尔喷嘴的供氧量为0.9 1.0m3/ (tiH ·π η)，供氧压力为1. 2 1. 4MPa，氧燃烧嘴中的氧气流量与可燃气体流量的体积比为 1 1. 5，且每支氧燃烧嘴可燃气体的流量为100 150m3/h。
9.如权利要求1所述的电炉炼钢供氧工艺或如权利要求3所述的电炉炼钢方法，其特征在于，通过将每吨炉料被加热到拉乌尔喷嘴开始吹氧的时刻所需的电能P控制为满足下式来实现使所述全部炉料的温度达到600 800°C，ρ— CsjT - To)Ws - Pr- ψ Tj1, η2, Ws其中，P表示电炉炼钢过程每吨炉料被加热到拉乌尔喷嘴开始吹氧所需的电能，kff · h/
10.如权利要求3所述的电炉炼钢方法，其特征在于，在所述对第一罐炉料进行熔化和部分脱碳之后，向电炉中兑入铁水而不再装入固体炉料，待炉料全部熔化后，执行所述对电炉中的钢水进行吹氧脱碳的步骤。
全文摘要
本发明提供了一种电炉炼钢供氧工艺及其炼钢方法。所述电炉炼钢供氧工艺包括以下步骤在炉料的熔化阶段，使用氧燃烧嘴喷吹氧气和可燃气体形成火焰来切割并助熔炉料，氧气流量和可燃气体流量控制为逐渐增大，且每支氧燃烧嘴可燃气体的流量控制在150～300m3/h范围内，氧燃烧嘴中的氧气流量与可燃气体流量的体积比为1.9～2.1；待全部炉料的温度达到600～800℃后，拉乌尔喷嘴喷吹氧气，并且氧燃烧嘴中喷出氧气和可燃气体燃烧形成保护气流；待钢水温度为1620～1660℃时，结束供氧。本发明方法能够提高氧枪的使用寿命，并提高了氧气的利用率，降低了电炉炼钢成本。
文档编号C21C5/52GK102312043SQ201110249430
公开日2012年1月11日 申请日期2011年8月26日 优先权日2011年8月26日
发明者张珉, 李勇, 王海兵, 王鑫, 苏雄杰, 黄国玖 申请人:攀钢集团成都钢钒有限公司