专利名称：双流复合顶吹炼钢法及其氧枪的制作方法
技术领域：
本发明是一种顶吹氧气转炉炼钢方法及其使用的氧枪。
1952年奥地利联合钢铁公司开发了顶吹氧气转炉炼钢法(LD，也有称之为BOF和BOP)，因其生产率高等一系列优点，此方法在全世界得到迅速发展。至1978年，氧气转炉钢产量占世界总产钢量(7.15亿吨)的54.5%，在各种炼钢方法中居于首位。但由于LD转炉吹炼前、后期熔池搅拌强度不足，因而在冶金上存在一些严重缺点，如前期渣易过氧化、过泡沫化和诱发喷溅，脱磷能力不能充分利用，后期脱碳反应机理的转变早，钢渣间反应离平衡永，氧的脱碳利用率低等等，致使钢水质量较差，原材料消耗较高，并难以冶炼超低碳钢。
到七十年代初期出现了氧气底吹工艺(OBM，也有称之为Q-BOP和LWS等)，此工艺有一系列优点，如熔池中渣铁氧化度降低，提高了钢的铁合金的收得率，吹炼平稳，容易控制吹炼状态，消除了喷溅，适合于冶炼超低碳钢等。但它也存在不足，如有限的废钢利用能力，熔池中氢含量高，底部喷吹需要相当复杂的喷射设备，每个喷嘴周围的热平衡是荷刻的，因此喷孔的寿命有限。
七十年代后期，为了解决LD和OBM转炉存在的问题，国外发展了顶底复合吹炼工艺，因其具有灵活性的顶吹与纯底吹的优越冶金特性，使其迅速在世界各国推广。(参见“氧气炼钢的现状和展望”《Ironmaking and Steelmaking》1984.Vol.11.No.3)我国自1979年以来，也在大力研究和发展顶底复吹转炉炼钢法，但由于底吹气源、底气强度、底吹供气元件等问题，至今炉底寿命尚未与炉身寿命同步，复吹率低，技术经济效果尚不十分理想。
LD转炉广泛采用带拉瓦尔喷头的水冷氧枪供氧，这种供氧方式简单，通过改变氧枪的高度，可以控制氧进入钢水和渣中的程度。申请号为85108323的“带有付吹口转炉炼钢氧枪”，申请号为86207587的“用于炼钢装置的三流道多孔喷枪”和申请号为87208616的“二次燃烧氧枪”的中国专利都对传统的氧枪进行了一定的改进，目的在于提高LD炉的热效率，可以多吃废钢。
本发明为解决LD转炉吹炼前、后期熔池搅拌强度不足等存在的问题而提出的一种解决方法，它采用双流氧枪，即核心搅拌流〔氧，或氧+二氧化碳，或氧+氩气，或氧+(CaCO3，或CaO或两者混合)粉〕和四周主氧流组成的氧枪，在转炉顶部进行“硬吹”(即射流冲击熔池面积小，深度较大)和“软吹”(即射流冲击熔池面较大，深度较小)相结合的复合吹炼，使熔池的钢、渣旋转。在吹炼前期通过调节核心氧流和四周主氧流，实现“硬吹”和“软吹”一定比例关系的复合吹炼，以达到界面反应与体相搅拌相结合和一次反应区不断更新的冶金效果。在吹炼后期，通过降低枪位和对核心流与四周流流量比的调节来实现降低总供氧强度的同时提高熔池搅拌强度，以达到促进钢、渣反应平衡和按脱碳扩散反应模型控制后期冶金反应的作用。因此本发明可以用“硬、软”复合顶吹达到类似底吹小气量(底部供气量≤0.08米3/分·吨)顶底复合法的冶金效果。
本发明是一种顶吹氧气转炉炼钢方法，它采用一种双流氧枪进行吹炼。该氧枪的枪身由四层无缝钢管组成，中心管通高压搅拌气流，内套管通中压主氧流，中套管进冷却水，外套管出冷却水。喷头由紫铜制造，包括中心孔和四周孔。中心孔通高压搅拌气流，四周孔通中压主氧流，四周孔具有内旋角(1)端孔与铅直线的倾角θ为10～15°;
(2)在水平面上四周孔中心线也通过它的进口中心的喷头径向线的垂直线间的夹角β为0～60°。中心孔为一个，四周孔为3～4个，具体视转炉大小而定，一般中、小型转炉取3，120吨以上的转炉取4。中心孔的马赫数为1.95～2.10，四周孔的马赫数为1.80～1.85。中心孔的面积(A中)与中心孔和四周孔总面积(ΣA)之比(A中/ΣA)为0.20～0.25。
双流复合顶吹炼钢法在装料制度、温度制度等方面基本同顶吹氧气转炉炼钢法。炉渣碱度前期控制在2.0～2.5，终期控制在3.0～4.0(低磷铁水偏下限，中磷铁水偏上限)。主要区别在其供氧制度采用变氧在变枪位法。通过变动枪位或中心流与四周流的流量来控制吹炼过程。供氧强度曲线采用高、低、再低
高、低、高、低
，曲线上的(1)供氧强度Σqo2＝4.0～4.5标米3/分·吨(q中心孔＝0.8～1.0标米3/分·吨，q四周孔＝3.2～3.5标米3/分·吨)(2)Σqo2＝3.8～4.2标米3/分·吨(q中＝0.8～1.0标米3/分·吨，q四＝3.0～3.2标米3/分·吨)(3)Σqo2＝3.0～3.5标米3/分·吨(q中＝1.0～1.4标米3/分·吨)，q四＝2.0～2.5标米3/分·吨)枪位操作曲线采用高高低或高低高低的方案。射流冲击熔池深度比曲线采用
。终点操作为(1)LT/dT＝20左右(LT为喷头端部离熔池面的高度，dT为喷孔喉口直径，dT＝d2t(中心孔)+n
dt2(四)n为四周孔数目);(2)射流冲击熔池深度比na/n＝0.6(n0为射流冲击熔池深度n为熔池深度);(3)压枪时间为熔池搅拌混匀时间的1～1.5倍(约45～60秒)。
双流复合顶吹炼钢法在吹炼前期采用高枪位，大的四周流供氧量和适当的中心流供氧量(保持中心流为总流量的1/5～1/4，并随铁水含Si量的增大而增大总供氧量的供氧制度是较理想的。如入炉铁水温度低或开新炉时，开吹后应先低枪提温，然后再提枪化渣，以免使渣中积聚过多的ΣFeO而导致强烈脱碳时发生喷溅。吹炼中期，在开吹后3～4分钟，即Si氧化结束时，一般来说应适当降低枪位和四周流流量，使渣中FeO适当降低些，以免熔池温度上升后因产生强烈的C-O反应而造成喷溅。吹炼后期，因脱C速度减慢，产生喷溅的威胁较小，这时的基本任务是进一步调整好炉渣的氧化性和流动性，继续续去除P、S，准确控制终点成份，其操作特征是在〔C〕＜1.0%后进行，时间控制在一分钟左右，不能太长，以炉渣熔清为极限，即渣中(TFe)＝20～22%(视加入的萤石量决定，一般加入少量萤石-1～2公斤萤石/100公斤石灰时可取(TFe)为20%。当炉渣基本熔清后，再通过降低枪位对核心流和四周流流量比的调节，来实现降低总供氧强度的同时提高熔池搅拌强度，控制LT/dT＝20左右和n
/n＝0.6，这样，熔池混匀时间最短，另外钢、渣可完全混合，从而可达到促进钢、渣反应平衡和按脱碳扩散反应模型控制终期冶金反应的作用。
本发明与顶底复吹法相比，炉底结构不用改动，无炉底寿命之忧和钢水不出则底吹气体不断之虑，亦无底吹气体随兑铁水、吹炼、取样、出钢和空炉等不同操作而变化的复杂性。它与LD法相比，具有吹炼平稳，吹炼时间较短，起渣早，去磷效果好，钢水残锰量高，终渣氧化铁低，钢铁料和石灰消耗量低等优点。
图1是氧枪喷头的俯视图。
图2是喷头的A-A视图。
图3是喷头的B-B视图。
图4是喷头部位Ⅰ，Ⅱ的放大视图。
实施例顶吹转炉的公称容量为25吨，实际平均出钢量为30吨，新炉时的炉容比为0.9米3/吨，熔池直径为2500毫米，深度为1000毫米。双流氧枪的喷头尺寸为中心孔喉口直径dt(中)＝2.0厘米，出口直径de(中)＝2.55厘米;四周孔为3个，其dt(四)＝2.2厘米，dt(四)＝2.7厘米，铅直倾角θ＝12°，水平内旋角β＝20°。LD氧枪的喷头尺寸为3孔，dt＝24.5厘米，de＝30厘米，采用的主要原料及冶金工艺如表1。
LD法的供氧制度基本上为恒氧压变枪位，供氧量Q＝6800～7200标米3/时。按上述试验装置、试验条件，在造渣制度等其他工艺不变的情况下，将双流法与LD法进行对比试验，取得如下冶金效果。
1、根据吹炼状况及吹炼时间进行比较双流法的吹炼平衡性较好，不喷率达63.1%，而LD法为14.3%;大喷率为C，而LD法高达28.6%。由于双流法吹炼平稳，氧的利用率较高，所以双流法的纯供氧时间约缩短3秒/吨，按每炉装入铁水30吨计算，则每炉吹炼时间可缩短1.5分钟。
2、根据起渣时间及一次拉碳去磷合格率进行比较双流法起渣时间比LD法提前了约半分钟，某一次拉碳去磷合格率(〔P〕≤0.022%)比LD法提高了25.7%。
3、根据去磷特性参数进行比较双流法的去磷分配比(P)/〔P〕为79.1，比LD法提高了7.9;双流法的去磷分配比偏离平衡值np为1.17，比LD法降低了0.09(np＝ (lg(P)/〔P〕(Healy))/(lg(P)/〔P〕(实际)) )可见，双流法比LD法的去磷效果好。
4、根据去硫特性进行比较实验表明在炉渣碱度R和Σ(FeO)相同的条件下，双流法的去硫分配比较LD法高。
5、根据钢水残锰量进行比较在〔C〕或Σ(FeO)相同时，双流法的残锰量约比LD法高0.02%。
6、根据终渣ΣFeO进行对比在终点〔C〕相同时，双流法的Σ(FeO)比LD法约降低5%。
7、根据脱碳特性进行比较实验表明双流法的前期降碳量与供氧量成规律性变化，而LD法的规律性则较差;双流法一倒至终点吨铁耗氧量的脱碳率较LD法高，Σ(FeO)升高率则较低，这说明双流法更有利于吹炼终期按脱碳扩散模型操作。
8、双流法的钢铁料和石灰消耗量低根据上钢三厂采用化铁炉，历史较好水平1984年的钢铁料消耗为1127公斤/吨钢，双流法的钢铁料消耗比LD法降低10.1公斤/吨钢，石灰消耗降低9.17公斤/吨钢。
权利要求
1.一种顶吹氧气转炉用的双流氧枪，它包括由四层无缝钢管组成的枪身和由紫铜制造的喷头，喷头包括中心孔和四周孔，其特征在于(1)枪身的中心管通高在搅拌气流--氧，或氧+二氧化碳，或氧+氩气，或氧+(CaCO3或CaO或两者混合)粉；内套管通中压主氧流；中套管进冷却水；外套管出冷却水。(2)喷头的中心孔通高压搅拌气流，四周孔通中压主氧流。
2.根据权利要求1所述的氧枪，其特征是喷头的四周孔具有内旋角(1)端孔与铅直线的倾角θ为10～15°，(2)在水平面上四周孔中心线与通过它的进口中心的喷头径向线的垂直线间的夹角β为0～60°，
3.根据权利要求1所述的氧枪，其特征是喷头的中心孔为一个，四周孔为3～4个，中、小型转炉取3，120吨以上的转炉取4。
4.根据权利要求1所述的氧枪，其特征是喷头中心孔的马赫数为1.95～2.10，四周孔的马赫数为1.80～1.85。
5.根据权利要求1所述的氧枪，其特征是喷头中心孔的面积(A中)与中心孔和四周孔总面积(ΣA)之比(A中/ΣA)为0.20～0.25。
6.一种顶吹氧气转炉炼钢法，其特征在于采用双流氧枪吹炼熔池，使熔池中钢、渣旋转和达到“硬吹”(即射流冲击熔池面积小，深度较大)与“软吹”(即射流冲击熔池面较大，深度较小)相结合，并能调节其比例关系的复合吹炼效果。
7.根据权利要求6所述的炼钢法，其特征在于控制前期渣的碱度为2.0～2.5，终期渣碱度为3.0～4.0(低磷铁水偏下限，中磷铁水偏上限)，压枪前石灰化清和终期按脱碳扩散模型控制。
8.根据权利要求6所述的炼钢法，其特征在于供氧制度采用变氧压变枪位法。A、供氧强度曲线变化采用(1)(2)(3)或(1)(2)(3)，曲线上的(1)供氧强度ΣPo2＝4.0～4.5标米3/分·吨，其
B、枪位操作曲线变化采用高高低或高低高低的方案。
9.根据权利要求8所述的炼钢法，其特征是射流冲击熔池深度比，曲线变化采用0.3，0.6。
10.根据权利要求6、8所述的炼钢法，其终点操作前的增大氧流量和高枪操作，特征是在〔C〕＜1.0%后进行，时间控制在一分钟左右(不能太长)，渣中全铁(TEe)含量≤20～22%。
11.根据权利要求6、8、9所述的炼钢法，其特征在于终点操作(1)LT/dT＝20左右(LT为喷头端部隔熔池面的高度，dT为喷孔喉口直径，
，(2)射流冲击熔池深度比n0/n＝0.6(n0为射流冲击熔池深度，n为熔池深度)，(3)压枪时间为熔池搅拌混匀时间的1～1.5倍(约45～60秒)。
12.根据权利要求6、7、8所述的炼钢法，其特征在于防止喷溅的措施;(1)及时造好碱度为2.0～2.5的初期渣;(2)开吹了3～4分钟后，即脱硅期末适当降枪或减小四周流以保持Σ(FeO)与Vc(脱碳速度)之间的合理关系。
全文摘要
本发明是一种顶吹氧气转炉炼钢方法及其使用的氧枪。它是为解决顶吹氧气转炉吹炼前、后期熔池搅拌强度不足等存在的问题而提出的一种解决方法。此方法比顶吹法吹炼平稳、去磷效果好，钢铁料和石灰消耗量低等，氧枪包括枪身和喷头，喷头由中心孔和具有内旋角的四周孔组成。该工艺主要是供氧制度采用变氧压变枪位法，从而实现“硬吹“与“软吹”相结合的复合吹炼和使钢、渣旋转达到类似底吹小气量顶底复吹法的冶金效果。
文档编号C21C5/35GK1048562SQ8910322
公开日1991年1月16日 申请日期1989年5月10日 优先权日1989年5月10日
发明者李远洲, 黄永兴, 温昌才, 刘学星, 蔡兆陵, 张萍, 史荣贵, 汤克庆 申请人:上海第三钢铁厂, 上海第二冶金专科学校, 华东冶金学院