一种炼钢炉及冶炼工艺的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种炼钢炉及冶炼工艺，该炼钢炉内包括炉身(3)和偏心炉底(4)，炉身(3)设有出渣口(7)，偏心炉底(4)横截面的重心在竖直方向的投影偏离炉身(3)横截面的重心在竖直方向的投影，偏心炉底(4)的横截面积大于炉身(3)的横截面积，偏心炉底(4)的底部设有出钢口(8)。该冶炼工艺可采用一次造渣工艺或两次造渣工艺，该冶炼工艺可缩短冶炼时间2min～5min，提高炼钢效率，实现少渣冶炼，减少造渣料消耗，减少脱氧剂消耗，提高金属收得率，同时可避免传统炼钢炉出钢时带走的炉渣污染钢液，满足高效炼钢的技术要求。
【专利说明】一种炼钢炉及冶炼工艺
【技术领域】
[0001]本发明涉及钢铁冶金【技术领域】，具体的是一种炼钢炉，还是一种使用该炼钢炉的冶炼工艺。
【背景技术】
[0002]转炉炼钢和电炉炼钢是目前世界上最主要的两种炼钢方法，其中转炉钢的比例约占60%以上，电炉钢的比例约占30%左右。炼钢过程采用强化供氧技术、底吹气体强搅拌技术，使得吹炼节奏不断加快，已取得了较好的冶金效果。但在转炉炼钢过程中，由于出钢口位于圆筒型炉身的上部，冶炼结束后炉渣需从炉口倒出，因此，出钢和倒渣过程均需要对炉体进行不同程度和方向的倾斜，增加能源消耗且延长冶炼节奏。转炉采用少渣冶炼工艺冶炼低磷钢时，脱磷期末需要将氧枪提到炉口位置以上，倒炉倒出部分炉渣，延长了冶炼周期，此时，由于脱磷炉渣泡沫化严重，增加了倒渣操作难度，且倒出的高磷渣中含有大量铁损，增加了钢铁料消耗。
[0003]传统的电炉炼钢电耗和生产成本高、冶炼周期长,为了降低能耗和生产成本，电炉炼钢大量兑入铁水，部分电炉的铁水比例已达到或超过70%，基本实现了电炉转炉化操作，但由于电炉炉体本身的自由空间小，供氧强度低且造渣较为困难，因此，炉内熔池流动速度慢，熔池成分和温度的均匀性差，导致反应速率慢、吹炼时间长、喷溅严重、金属收得率低且生产成本高，严重阻碍 了电炉炼钢的发展和推广。
【发明内容】
[0004]为了提高现有炼钢炉的工作效率，本发明提供了一种炼钢炉及冶炼工艺，该炼钢炉及冶炼工艺是提高炼钢冶炼节奏、降低生产成本的高效炼钢炉及冶炼工艺，可实现在不倒炉的情况下快速出渣、无渣出钢和少渣冶炼功能，满足高效炼钢的技术需求。
[0005]本发明为解决其技术问题采用的技术方案是:一种炼钢炉，包括炉身和偏心炉底，炉身设有出渣口，偏心炉底横截面的重心在竖直方向的投影偏离炉身横截面的重心在竖直方向的投影，偏心炉底的横截面积大于炉身的横截面积，偏心炉底的底部设有出钢口。
[0006]出渣口高于该炼钢炉所能冶炼的金属液的液面。
[0007]出钢口在竖直方向的投影偏离炉身横截面重心在竖直方向的投影，偏心炉底横截面重心偏离炉身横截面重心的方向与出钢口偏离炉身横截面重心的方向相同。
[0008]炉身的上部还连接有锥筒形的炉帽。
[0009]所述炼钢炉的上部设有顶吹氧枪。
[0010]顶吹氧枪含有多个喷射孔，顶吹氧枪的各喷射孔的流量均相同，或顶吹氧枪中朝向偏心区一侧喷吹的喷射孔的气流量大于其余喷射孔的气流量。
[0011]偏心炉底的底部设有多个底吹供气元件。
[0012]每个底吹供气元件的底吹流量均相同，或位于偏心区一侧的底吹供气元件的气流量大于其余底吹供气元件的气流量。[0013]一种冶炼工艺，采用上述的炼钢炉，该冶炼工艺包括以下步骤:
[0014]步骤一、吹炼阶段:向该炼钢炉内兑入铁水和废钢后，开始吹氧冶炼，当钢水成分和温度满足钢种的冶炼要求时，停止吹氧；
[0015]步骤二、出渣阶段:吹炼结束后通过出渣口在不倒炉的情况下排出炉渣，然后关闭出渣口 ；
[0016]步骤三、出钢阶段:打开出钢口，实现无渣出钢。
[0017]一种冶炼工艺，采用上所述的炼钢炉，该冶炼工艺包括以下步骤:
[0018]步骤一、吹炼第一阶段:向该炼钢炉内兑入铁水和废钢后，开始吹氧冶炼，同时加入造渣材料，完成第一阶段脱磷和升温任务，吹炼结束后在不倒炉的情况下打开出渣口排出部分高磷炉渣，关闭出渣口 ；
[0019]步骤二、吹炼第二阶段:加入第二批造渣材料并吹氧脱碳、升温，当成分和温度满足钢种的冶炼要求时，停止吹氧；
[0020]步骤三、出钢阶段:打开出钢口出钢，实现无渣出钢；
[0021 ] 步骤四、出钢完毕后关闭出钢口，将吹炼第二阶段的炉渣留在炉内。
[0022]本发明的有益效果是:采用该炼钢炉及冶炼工艺可实现不倒炉出渣、无渣出钢和少渣冶炼功能，可缩短 冶炼时间2min-5min，提高炼钢效率，减少钢铁料和造渣料消耗，减少脱氧剂消耗，提高金属收得率，同时可避免传统炼钢炉出钢时带走的炉渣污染钢液，适用于冶炼高品质钢种。另外，本发明的高效炼钢炉也可作为专用脱磷炉或提钒炉使用。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]下面结合附图对本发明所述的炼钢炉作进一步详细的描述。
[0024]图1是该炼钢炉的立体示意图。
[0025]图2是该炼钢炉的仰视图。
[0026]图3是该炼钢炉的立体剖视图。
[0027]其中1.炼钢炉，2.炉帽，3.炉身，4.炉底，5.顶吹氧枪，6.底吹供气元件，7.出渣口，8.出钢口，9.偏心部分，10.金属液。
【具体实施方式】
[0028]下面结合附图对本发明所述的炼钢炉作进一步详细的说明。一种炼钢炉，包括炉身3和偏心炉底4，炉身3为圆筒形，炉身3设有出渣口 7，偏心炉底4横截面的重心在竖直方向的投影偏离炉身3横截面的重心在竖直方向的投影，如偏心炉底4横截面的重心在竖直方向的投影即图2所示的凸轮形的重心，炉身3横截面的重心在竖直方向的投影即图2中凸轮形左侧圆形的圆心，即如图2所示偏心炉底4横截面的重心在竖直方向的投影向右偏离炉身3横截面的重心在竖直方向的投影,偏心炉底4的横截面积大于炉身3的横截面积，偏心炉底4的底部设有出钢口 8，如图1、图2和图3所示。
[0029]在炉身3 —侧的出渣口，出渣口高于该炼钢炉所能冶炼的金属液的液面，即当所述炼钢炉内含有金属液体时，出渣口 7高于该金属液体的液面，出渣口 7处设有出渣装置。可实现在不倒炉的情况下快速出渣，偏心炉底4为炉底横截面不同于炉身(圆形截面)，采用非圆形布置方式，炉底重心向一侧(如图2中右侧)方向上偏移，在炉底的偏心一侧设置出钢口 8，可实现无渣出钢，在炼钢过程中，利用顶吹氧枪5和底吹供气元件6完成炼钢炉的顶底复合吹炼。与传统电炉相比，采用了炉帽3和瘦高型炉身3，扩大了炉内自由空间，可提高喷吹强度，强化熔池搅拌能力，提高冶炼效率；与传统转炉相比，采用该炉底和炉身实现了不倒炉出渣和无渣出钢及留渣操作，减少出钢和倒渣过程倾动炉体所需的时间和能源消耗。
[0030]出钢口 8在竖直方向的投影偏离炉身3横截面重心在竖直方向的投影，偏心炉底4横截面重心偏离炉身3横截面重心的方向与出钢口 8偏离炉身3横截面重心的方向相同。即偏心炉底4横截面重心在竖直方向的投影偏离炉身3横截面重心在竖直方向的投影的方向与出钢口 8在竖直方向的投影偏离炉身3横截面重心在竖直方向的投影的方向相同，如图2所示，偏心炉底4横截面重心向右偏，出钢口 8也向右偏。
[0031]炉身3的上部还连接有锥筒形的炉帽2。所述炼钢炉的上部设有顶吹氧枪5。顶吹氧枪5穿过炉帽2进入到炼钢炉内。采用本发明的炼钢炉进行冶炼时，冶炼过程通过调节顶吹氧枪的流量和枪位、以及底吹供气元件的供气强度实现炼钢炉的高效复合吹炼，满足终点钢液对成分、温度的要求。顶吹氧气射流的供气强度调节为1.5N m3/min/t~4.5Nm3/min/t、枪位为 600mm ~3000mm,底吹供气强度为 0.03N m3/min/t ~0.30N m3/min/t。利用本发明的炼钢炉可在吹炼终点不倒炉的条件下排出炉渣，或在冶炼过程中排渣和吹氧同时进行。 [0032]顶吹氧枪5含有多个喷射孔，顶吹氧枪5的各喷射孔的流量均相同，或顶吹氧枪5中朝向偏心区一侧喷吹的喷射孔的气流量大于其余喷射孔的气流量，图2中，垂直于偏心炉底4的重心与炉身3的重心之间的连线的炉身3的直径将偏心炉底4分为偏心区一侧(右侧)和非偏心区一侧(左侧)，偏心区一侧也可以称为偏心部9(即图2中点划线右侧的偏心炉底4)。炼钢炉的顶吹氧枪5采用超音速喷枪，喷射孔数为3个~6个，喷枪的各喷射孔的流量可采用均匀分配的方式，或采用非均匀分配流量的方式，当采用非均匀分配流量时，偏心区一侧的喷孔氧气流量略大于其他孔，强化偏心区熔池，实现均匀钢液成分和温度的目的。
[0033]偏心炉底4的底部设有多个底吹供气元件6。每个底吹供气元件6的底吹流量均相同，或位于偏心区一侧的底吹供气元件6的气流量大于其余底吹供气元件6的气流量。炼钢炉的底吹供气元件6采用环缝式或多孔式，底吹供气元件共有3个~20个，分布在炉底圆周的0.3~0.7倍直径的位置上，底吹流量可采用均匀分配的方式，也可采用非均匀分配流量，当采用非均匀分配流量时，偏心区一侧的底吹流量略大于其他底吹元件，避免偏心区熔池搅拌力较差导致的熔池成分和温度不均匀现象。
[0034]炼钢炉一侧的出渣装置位于金属液10的液面以上，在出渣过程中安装有渣钢检测仪，渣钢检测仪的作用是在出渣过程中，检测炉渣中是否带入大量的铁，因为在出渣过程前中期，倒出的全部是炉渣，在出渣即将结束的时刻，若检测到炉渣中有大量铁存在，即表示出渣完毕，立即关闭出渣装置，防止金属铁的损失。待出渣完毕后立即关闭。炼钢炉出钢口位于炉底偏心区域，避免顶吹喷枪和底吹元件供气过程对出钢口的侵蚀，出钢口直径为80mm~260_，利于实现不倒炉无渣快速出钢。采用该炼钢炉及冶炼工艺可实现不倒炉出渣、无渣出钢和少渣冶炼功能，缩短冶炼时间2min~5min，减少钢铁料和造渣材料消耗，提高金属收得率。在炉底的偏心一侧设置出钢口，避免顶吹氧气射流和熔池流动对出钢口的冲刷，冶炼结束后先通过出渣装置在不倒炉的情况下排出炉渣，再利用偏心炉底的出钢口实现无渣出钢，本发明适用于一次造渣工艺或两次造渣工艺冶炼高品质低磷钢。
[0035]本发明所述的冶炼工艺，可采用一次造渣工艺或两次造渣工艺冶炼，一次造渣工艺有利于实现无渣出钢，两次造渣工艺特别适用于冶炼高品质低磷钢种，解决了传统转炉双渣法冶炼脱磷期末倒渣困难、铁损大和耗费时间的问题。该冶炼工艺采用上述的炼钢炉。下面以实例介绍一次造渣工艺和两次造渣工艺。
[0036]-UOOt高效炼钢炉冶炼工艺(两次造渣工艺)，顶吹氧枪为四孔超音速喷枪，顶吹供氧强度为3.3Nm3/min/t，底吹供气元件共6支，供气强度为0.06Nm3/min/t，该冶炼工艺包括以下步骤:
[0037]步骤一、吹炼第一阶段:兑入铁水和废钢后，开始吹氧冶炼，同时加入造渣材料，当吹炼时间为5-6min时，完成第一阶段脱磷和升温任务，停止吹氧，将氧枪提到炉口位置，吹炼结束后在不倒炉的情况下打开出渣口 7排出50% -60%的高磷炉渣，关闭出渣口 7 ;即通过吹氧造流动性良好的泡沫渣，完成第一阶段脱磷和升温任务，吹炼结束后在不倒炉的情况下打开出渣口 7排出部分高磷炉渣，关闭出渣装置进入吹炼第二阶段。
[0038]步骤二、吹炼第二阶段:加入第二批造渣材料并吹氧脱碳、升温，当成分和温度满足钢种的冶炼要求时，停止吹氧；即继续吹氧并重新加入造渣材料，吹炼造渣完成脱碳和升温等冶炼任务。
[0039]步骤三、出钢阶段:打开出钢口 8出钢，即实现无渣出钢。
[0040]步骤四、出钢完毕后关闭出钢口 8，将吹炼第二阶段的高碱度、低熔点炉渣留在炉内作为下一炉吹炼第一阶段的脱磷渣使用；即吹炼结束后打开出钢口 8实现快速出钢，出钢完毕后将吹炼第二阶段磷含量低、碱度高的脱碳渣继续留在炼钢炉内，实现留渣操作，用于下一炉冶炼前期造渣脱磷，减少造渣材料消耗和金属损失，实现少渣冶炼。
[0041]IOOt炼钢炉采用本发明的少渣冶炼工艺，可缩短冶炼周期4min，吨钢降低金属料消耗2kg，减少石灰消耗10kg，降低炉渣量25kg。
[0042]二、150t高效炼钢炉冶炼工艺(一次造渣工艺)，150t炼钢炉采用一次造渣冶炼工艺，顶吹氧枪为五孔超音速喷枪，顶吹供氧强度为3.6Nm3/min/t，底吹供气元件共8支，供气强度为0.08Nm3/min/t。该冶炼工艺包括以下步骤:
[0043]步骤一、吹炼阶段:兑入铁水和废钢后，开始吹氧冶炼，当钢水成分和温度满足钢种的冶炼要求时，停止吹氧；即通过吹氧实现炼钢熔池元素氧化、杂质去除和升温的目的，满足终点钢液对成分、温度的要求。
[0044]步骤二、出渣阶段:吹炼结束后通过打开出渣口 7在不倒炉的情况下排出炉渣，然后关闭出渣口 7 ;即吹炼结束后通过出渣装置7在不倒炉的情况下排出全部炉渣。
[0045]步骤三、出钢阶段:打开出钢口 8，实现无渣出钢，出钢完毕后关闭出钢口进入下一炉冶炼，即出渣完毕后将炼钢炉向偏心一侧倾斜，通过位于偏心炉底的出钢口 8实现无渣出钢。
[0046]150t炼钢炉采用本发明的一次造渣工艺，可缩短冶炼周期2min，吨钢可减少钢铁料消耗1kg，减少脱氧剂消耗，提高金属收得率。
[0047]三、300t高效炼钢炉冶炼工艺(一次造渣工艺)，300t炼钢炉可以作为脱磷用炼钢炉，顶吹氧枪为六孔超音速喷枪，顶吹供氧强度为1.8Nm3/min/t，底吹供气元件共16支，供气强度为0.20Nm3/min/t。该冶炼工艺包括以下步骤:
[0048]步骤一、吹炼阶段:兑入铁水和废钢后，开始吹氧冶炼，同时加入第一批造渣材料，在第一批渣料完全化好后，加入第二批造渣材料，当磷含量小于0.03%时，温度约为1360°C时，停止吹氧；
[0049]步骤二、出渣阶段:打开出渣口 7在不倒炉的情况下排出全部脱磷炉渣，然后关闭出渣口 7 ；
[0050]步骤三、出钢阶段:打开出钢口 8，实现无渣出钢，出钢完毕后关闭出钢口进入下一炉冶炼。
[0051]采用本发明的300t炼钢炉作为脱磷用炉，可缩短冶炼周期2min，吨钢可减少钢铁料消耗1kg。
[0052]以上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以其限定发明实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本发明中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术方案之间、技术方案与技术方案之间均可以 自由组合使用，组合后的内容依然属于本专利所记载。
【权利要求】
1.一种炼钢炉，其特征在于，所述炼钢炉包括炉身(3)和偏心炉底(4)，炉身(3)设有出渣口(7)，偏心炉底(4)横截面的重心在竖直方向的投影偏离炉身(3)横截面的重心在竖直方向的投影，偏心炉底(4)的横截面积大于炉身(3)的横截面积,偏心炉底(4)的底部设有出钢口(8)。
2.根据权利要求1所述的炼钢炉，其特征在于:出渣口(7)高于该炼钢炉所能冶炼的金属液的液面。
3.根据权利要求1所述的炼钢炉，其特征在于:出钢口(8)在竖直方向的投影偏离炉身(3)横截面重心在竖直方向的投影，偏心炉底(4)横截面重心偏离炉身(3)横截面重心的方向与出钢口(8)偏离炉身(3)横截面重心的方向相同。
4.根据权利要求1所述的炼钢炉，其特征在于:炉身(3)的上部还连接有锥筒形的炉帽⑵。
5.根据权利要求1所述的炼钢炉，其特征在于:所述炼钢炉的上部设有顶吹氧枪(5)。
6.根据权利要求5所述的炼钢炉，其特征在于:顶吹氧枪(5)含有多个喷射孔，顶吹氧枪(5)的各喷射孔的流量均相同，或顶吹氧枪(5)中朝向偏心区一侧喷吹的喷射孔的气流量大于其余喷射孔的气 流量。
7.根据权利要求1所述的炼钢炉，其特征在于:偏心炉底(4)的底部设有多个底吹供气兀件(6)。
8.根据权利要求7所述的炼钢炉，其特征在于:每个底吹供气元件(6)的底吹流量均相同，或位于偏心区一侧的底吹供气元件(6)的气流量大于其余底吹供气元件(6)的气流量。
9.一种冶炼工艺，其特征在于:采用权利要求1~8中任意一项所述的炼钢炉，该冶炼工艺包括以下步骤: 步骤一、吹炼阶段:向该炼钢炉内兑入铁水和废钢后，开始吹氧冶炼，当钢水成分和温度满足钢种的冶炼要求时，停止吹氧； 步骤二、出渣阶段:吹炼结束后通过出渣口(7)在不倒炉的情况下排出炉渣，然后关闭出渣口(7)； 步骤三、出钢阶段:打开出钢口(8)，实现无渣出钢。
10.一种冶炼工艺，其特征在于:采用权利要求1~8中任意一项所述的炼钢炉，该冶炼工艺包括以下步骤: 步骤一、吹炼第一阶段:向该炼钢炉内兑入铁水和废钢后，开始吹氧冶炼，同时加入造渣材料，完成第一阶段脱磷和升温任务，吹炼结束后在不倒炉的情况下打开出渣口(7)排出部分高磷炉渣，关闭出渣口(7)； 步骤二、吹炼第二阶段:加入第二批造渣材料并吹氧脱碳、升温，当成分和温度满足钢种的冶炼要求时，停止吹氧； 步骤三、出钢阶段:打开出钢口(8)出钢，实现无渣出钢； 步骤四、出钢完毕后关闭出钢口(8)，将该吹炼第二阶段的炉渣留在炉内。
【文档编号】C21C5/56GK103952510SQ201410190413
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年5月7日 优先权日:2014年5月7日
【发明者】潘宏涛, 戴年建, 张温永, 李强, 邱明罡, 戈义彬, 吕明 申请人:中冶京诚工程技术有限公司