铁水“三脱”预处理炉及装备的制作方法

本发明属于铁水预处理技术领域，特别是提供一种可在同一容器内分阶段进行铁水脱硅、脱磷和脱硫反应的容器。其特征是具有足够反应空间，可保证吹氧脱硅生成大量泡沫渣的反应需求；具备吹炼中连续排渣的功能。根据不同基元反应要求，及时将低碱度高氧化性脱硅渣排出，通过改变供氧和造渣工艺对炉渣进行变性处理，逐步提高炉渣碱度，降低渣中tfe，最终形成高还原性的脱硫终渣，提高铁水脱磷、脱硫能力。此外，反应器应具备顶吹供氧、底吹搅拌和熔池喷粉功能，可实现从炉口快速兑铁水。

技术背景

合理设计反应容器是提高铁水“三脱”反应效率和冶炼效果的技术关键。

日本研究开发的第一代铁水“三脱”工艺，采用铁水运输工具(如铁水包、混铁车等)作为“三脱”反应容器。图1给出采用铁水包作为反应器，通过吹氧、喷粉完成脱磷、脱硫反应的喷吹法和采用机械搅拌的kr法的第一代三脱工艺装备示意图。该方法虽有较好的脱磷、脱硫效果，但受反应空间的限制，无法大量使用氧气，造成处理过程温降大于100℃，现已淘汰。

针对第一代“三脱”预处理工艺存在的缺点，日本又研究开发了第二代铁水“三脱”预处理工艺。如图2所示，第二代“三脱”工艺采用转炉作为反应容器。转炉的优点是反应空间大，可以大量使用氧气；采用顶枪供氧，工艺成熟，脱碳氧效率高，化渣效果好；采用底吹气体搅拌，促进化学反应接近平衡；可从炉口兑铁，安全可靠，生产效率高。其缺点一是倒渣困难，不能在线溢渣排渣，进行炉渣改质；二是出钢下渣较严重。正是由于这些缺点，造成日本第二代“三脱”工艺只能采用低cao/o比操作，氧化气氛强，无法实现还原脱硫，甚至造成严重回硫，使铁水[s]大幅回升。

研究开发比日本第二代“三脱”工艺效率更高，工艺更简单、更稳定的第三代“三脱”工艺，必须要求铁水“三脱”预处理反应器满足以下工艺条件：

(1)具有足够的反应空间，可大量使用氧气，提高反应热效率；

(2)具备在线连续排渣的功能，通过调节cao/o比精确控制反应器内的氧化与还原条件，可将低碱度高feo的脱硅渣迅速排出；改变供氧和造渣工艺，逐步将低碱度高氧化性脱硅渣转变为高碱度低feo还原渣，提高反应效率。

(3)具备顶吹供氧、底吹n2气搅拌和熔池喷粉功能，可实现安全快速兑铁水，并具有良好的挡渣出铁效果，不再采用扒渣工艺。

电炉也是成熟的炼钢炉型，如图3所示。其优点一是可以通过炉门实现在线连续排渣；二是采用留渣留钢操作，出钢挡渣效果优于转炉。电炉的缺点主要是兑铁水不方便，速度慢、时间长，温度损失大，也不安全。其次是采用炉壁和炉门氧枪供氧，供氧的脱碳效率低，渣铁氧化严重；同时熔池较浅，供氧强度较低。

如何结合转炉和电炉各自优点，避免其缺点，设计出适宜第三代铁水“三脱”工艺采用的高效合理的反应器，是至今全世界尚未解决的技术难题。

技术实现要素：

1.发明原理

本发明根据第三代铁水“三脱”预处理工艺的要求，合理设计铁水“三脱”预处理反应容器，具有以下技术特征：

(1)具有足够的反应空间，可以满足强化供氧时产生大量泡沫渣所需的反应空间。根据不同条件，炉容比波动在0.6～1.2m³/t间。

(2)反应器具备吹炼中在线连续排渣功能，可满足“三脱”工艺尽快排出低碱度高氧化性脱硅渣；逐步将低碱度高氧化铁脱硅渣转化为中等碱度和低feo含量的脱磷渣，最终形成高碱度低feo还原脱硫渣的工艺要求。

(3)反应器具备顶吹供氧、熔池喷粉和底吹惰性气体搅拌的功能，促进熔池内渣-钢反应趋近化学平衡，同时具备和转炉相同的快速、安全兑铁水的功能以及电炉偏心底出钢功能。

(4)反应器整体设备安全可靠，具备高的生产作业率。

根据以上技术特征，反应器设计融合了转炉和电炉的优点，如图4所示。上部炉体取消了电炉炉盖，按转炉炉型设计，采用水冷炉口，可像转炉一样从炉口兑铁水，避免兑铁火焰烧损吊具或钢丝绳。下部炉体按常规电炉设计，保留电炉炉门溢渣和偏心底挡渣出钢的优点，并按转炉要求适当提高炉壳h/d和熔池深度。

2.技术发明

图5给出铁水“三脱”预处理炉装备示意图，主要技术特征如下：

整个炉体分上、下两部分：炉体上部采用水冷盘管结构；炉体下部为熔池部分，采用耐火材料砌筑。

上部炉体取消了电炉原有炉盖，像转炉一样增加锥体水冷炉帽和水冷炉口。锥体的角度及炉口尺寸与常规转炉相同。在锥体外面设有挡渣板，锥体内侧镶一层耐火材料，以保证吹炼时安全。

下部熔池尺寸按转炉设计，采用与转炉相同的方法进行砌筑。炉底近似球形，熔池深度为1.2～1.4m。炉底一侧按常规电炉设计，配有出钢箱和出钢口，可实现留渣留钢偏心底出钢工艺。

在炉体上、下部结合处，按常规电炉设计水冷炉门，距金属熔池水平面150～200mm，保证必要的炉渣量。炉门采用液压驱动上下移动，根据冶炼要求开启或闭合。

脱硅期吹氧形成泡沫渣，当渣层高度高于炉门时，泡沫渣自动从开启的炉门向外溢渣，实现吹炼过程在线连续排渣。

借鉴转炉的经验，在炉底设置数支底吹透气砖，向熔池喷吹n2气搅拌熔池。设计最大搅拌供气强度为0.35nm³/t.min，底吹气体流量采用全自动控制，根据冶炼要求自动调节供气强度。

炉体倾动系统仍采用传统电炉摇架方式，不像转炉可360°旋转。倾动采用液压控制，最大兑铁角度40°，最大排渣角度15°。倾动速度为0～3°/s，连续可调。

在炉体上方设置水冷氧枪一支，向熔池供氧。最大供氧强度为2.0nm³/t.min，可在供氧强度为0～2.0nm³/t.min的范围，根据冶炼要求自动调节氧气流量。水冷氧枪采用液压驱动，配备断电或事故保护措施。最大升降速度为15m/min，连续可调。

在水冷氧枪旁(中心距为300mm)设置顶吹喷粉枪一支。喷粉枪上部采用水冷保护，下部采用耐火材料浇铸，可插入熔池内距离炉底200mm处。喷粉枪同样采用液压驱动，升降速度与调节控制同水冷氧枪，可单独驱动。

附图说明

图1第一代铁水“三脱”预处理工艺装备示意图^[1]

图2第二代(srp法)铁水“三脱”预处理工艺流程与装备示意图^[2]

图3传统电炉工艺装备图

图4铁水“三脱”反应器设计原理示意图

图5铁水“三脱”反应器装备示意图

图6100t铁水“三脱”炉设计图

参考文献：

[1]梅沢一誠,松永久,有馬良士等,石灰系フラックスによる溶銑の脱りん,脱硫反応におすぽょ处理条件の影響,铁と钢,第69年(1983),no.15,1810-1815.

[2]toshiukiueki,kiyohitofujiwara,noriakiamada,等.highproductivitoperationtechnologiesofwakayamastelmakingshop[c].thetenthjapan-chinasymposiumonscienceandtechnologyofironandsteel,japan,2004,116-123.

具体实施方式

实施例：

图6给出公称容量100t铁水“三脱”预处理炉设计图，表1给出主要设备参数。

表1100t铁水“三脱”预处理炉主要设备参数