处理中高磷铁水的转炉喷粉、吹气复合喷枪及使用方法
【专利摘要】一种处理中高磷铁水的转炉喷粉、吹气复合喷枪及使用方法，属于炼钢【技术领域】。所述的喷枪适用于复吹转炉冶炼中高磷铁水，所述的多功能喷枪设计包括采用单孔的拉瓦管设计的喷粉、吹气复合喷嘴和实现喷枪枪身的特殊摆动设计。所述的喷枪通过单孔拉瓦管的喷头简化设计，把吹氧、氮氧切换、喷粉等多功能集成应用于复合喷枪于一身，通过喷枪尾部摆动装置的特殊设计，可实现吹炼时喷枪流股在熔池一定区域内的自由或主动摆动，从而克服原单孔喷枪对熔池冲击面积相对集中、不利于化渣和易产生喷溅的缺点，把气流分散地吹入熔池，扩大气流喷射的覆盖面积，均匀熔池的搅拌。
【专利说明】处理中高磷铁水的转炉喷粉、吹气复合喷枪及使用方法
【技术领域】
[0001]本发明属于炼钢【技术领域】，特别是涉及一种处理中高磷铁水的转炉喷粉、吹气复合喷枪及使用方法。
【背景技术】
[0002]随着钢铁企业对降低生产成本的意愿日趋强烈，在炼铁工序配加低价高磷铁矿石是降低成本的最佳选择。在高炉中配加高磷的铁矿石，转炉入炉铁水磷含量达到0.2%左右，甚至更高。对于转炉常规冶炼来说，目前转炉吹炼更适合于冶炼磷含量小于0.15%以下的铁水，对于冶炼磷含量大于0.2 %的铁水，意味着要进一步提高转炉炼钢过程的脱磷率，以满足成品钢水磷含量进线的要求。根据以往经验，在转炉吹炼过程中增加喷粉功能可实现中高磷铁水的冶炼。但目前大多数钢厂转炉没有喷粉装置，如何在钢厂现有的氧枪系统下实现顶吹氧枪的多功能化，是转炉处理中高磷铁水工艺面临的难题之一。
[0003]转炉采用的供氧装置主要是能实现氧气压力能转换为动能的带超音速喷头的顶吹氧枪，目前都采用多孔拉瓦管的喷头设计。采用的气源为氧气。为了实现中高磷铁水脱磷，需要在转炉吹氧系统增加喷粉的装置。北京科技大学(专利:采用超音速氧枪喷粉脱磷的转炉炼钢方法及超音速氧枪，申请号:201210123055.2)提出的喷粉装置是通过耐磨陶瓷软管将喷粉设备出粉口与氧枪枪体进粉口连接，其他的氧枪设计与常用的氧枪相同。这种设计的缺点是由于采用多孔喷头，在喉口位置易产生堵塞流，加速氧枪喉口部位的侵蚀和增大粉剂的阻损，降低了喷粉的效率和喷枪的寿命；此外，由于需要在多孔喷头上增加喷吹石灰粉的通道，喷头结构较复杂，制作难度加大。金川集团有限公司(专利:一种冶金复合式喷枪，申请号:201220155429.4)设计的冶金复合式喷枪，适合于铜的冶炼，对于转炉高射流的熔池搅拌，这种喷枪很难适应，因此，设计一种适合转炉冶炼高磷既能喷粉又能吹氧的复合喷枪对于中高磷铁水冶炼的工业化实施是非常重要的。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种处理中高磷铁水的转炉喷粉、吹气复合喷枪及使用方法，所述的喷枪适用于复吹转炉冶炼中高磷铁水，即具有氧气和氮气在转炉頂部混合吹、頂吹喷吹石灰粉(或石灰石粉、氧化铁皮)等功能。本发明的目的是将喷枪吹氧、氮氧混合吹、頂吹喷剂和可实现均衡的熔池搅拌效果等功能集成在喷枪上，以实现复吹转炉高效、经济的用于中、闻憐铁水炼钢。
[0005]本发明的多功能喷枪与炼钢厂使用的氧枪整体结构是一致的，即由枪身和喷头组成。枪身由四层套管组成，中心的套管通入石灰粉和氮气或氧气，与之相邻的套管通入氧气，剩下的两个套管通入水，作为冷却介质。内侧为进水口，外侧为出水口，可降低喷枪枪身的温度。喷枪的枪头是采用单孔拉瓦管设计。枪身和枪头之间通过焊接方式连接。枪头部分的通气体部分和水冷却部分与枪身部分是一致的。有冷却水的进口和出口。通气体和石灰粉的通道是一个整体，气体和石灰粉在内腔混合，之后进入拉瓦管的结构，形成高速的气流由喷枪出口喷出。
[0006]本发明的多功能喷枪设计与传统的氧枪或喷枪相比具有如下特点:
[0007](I)采用单孔的拉瓦管设计的喷粉、吹气(氧气、氮气)复合喷嘴
[0008]采用独特的拉瓦管设计的喷粉、吹氧气和氮气的喷嘴，喷孔外侧为冷却水。单孔拉瓦管喷嘴分为两段，收缩段和扩张段，马赫数按照1.5?2.2设计，示意图如图1和图2所示。中管通入氧气，内管是喷吹石灰粉(或石灰石粉、氧化铁皮)和载气氮气的通道。
[0009](2)喷枪枪身的摆动设计
[0010]使用单孔拉瓦管喷嘴时，氧射流对熔池的冲击能力强，但缺点是冲击面积小，会导致化渣速度慢，喷溅大。为了克服这一缺点，本发明设计喷枪在横移小车的合适位置上安装摆动机构，见图3，从而实现吹炼时顶吹喷枪枪位在0.5?2.5m内自由摆动或主动摆动动作。这样可克服单孔喷枪的缺点，顶吹喷枪喷口在熔池上方以摆动直径与熔池直径之比在O?0.5范围内做随机摆动或定向摆动动作，实现冲击力较大的单孔流股与熔池上表面形成的穿透深度与熔池深度之比为0.4?0.6，均匀强化熔池反应动力学条件。同时，为抑制氧气流股对熔池冲击时产生的超高温区域可能对转炉炉衬耐材造成的高温损毁现象，氧枪枪身摆动角度是很重要的控制参数，必须保证氧气流股对熔池的冲击面积保持在冲击直径与熔池面积之比为0.1?0.25的范围内。
[0011]本发明的喷粉、吹氧气和氮气的复合喷枪使用于冶炼中高磷铁水，其使用方法是吹炼时可采用恒枪位操作或变枪位操作，根据吹炼不同时期的工艺要求，氧气流量可做适当调整(供气强度为2.0?4.5Nm3/t.min)。新型喷枪还可根据工艺的要求，在吹炼过程中可进行氧气和氮气的切换或氮/氧混合喷吹，切换时间为吹炼3?5min，由操作台的控制程序完成，以达到控制合适的熔池温度和保证熔池搅拌强度的综合效果；同时，具备喷粉功能。喷粉流量为20-600kg/min，压力为0.5?1.6Mpa。
[0012]与其他方法相比，本发明具有如下优点:
[0013](I)通过单孔拉瓦管的设计，把吹氧、氮氧切换、喷粉等功能集于复合喷枪内，并使单孔喷枪氧气流股对熔池冲击力大的优势得以保持，以利于对熔池搅拌作用的充分发挥，也可使喷头结构设计简化，同时，还具备喷粉功能，这是其他单功能的氧枪、喷粉喷枪难以实现的，从而成为转炉处理中高磷铁水的必备装备；
[0014](2)通过喷枪尾部摆动装置的特殊设计，可实现吹炼时喷枪流股在熔池一定区域内的自由或主动摆动，从而克服原单孔喷枪对熔池冲击面积相对集中、不利于化渣和易产生喷溅的缺点，把气流分散地吹入熔池，扩大气流喷射的覆盖面积，均匀熔池的搅拌。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1为本发明的喷枪的枪身的结构示意图。
[0016]图2为本发明的喷枪喷嘴结构示意图。
[0017]图3为本发明的喷枪的摆动示意图。
【具体实施方式】
[0018]以设计的复合喷枪用于500kg级转炉热模拟炉为例说明本发明在转炉前期铁水预处理过程中的脱磷效果。设计的复合喷枪具有喷粉、吹气的功能，实现在吹炼过程中氮氧切换和喷粉石灰粉、石灰石粉、氧化铁皮等功能。
[0019]实施例1
[0020]在500kg级转炉热模拟试验炉，装入生铁250kg，磷铁1.6kg，感应加热升温到1360°C，取初始铁样，[C] =4.4%, [Si] =0.5%, [P] = 0.22%。吹炼开始，降喷枪，頂吹氧气强度为1.8Nm3/t.min,加入造洛材料石灰8kg,萤石Ikg,底吹氮气强度为0.3Nm3/t.min。吹炼3min后通过喷枪向熔池喷入石灰粉和铁精粉混合粉剂，用氧气作为载气，总吹入粉剂量为5kg，载气氧的流量为10Nm3/h，喷吹3min后。吹炼7?8min时，向顶枪中混入20%的氮气，以控制熔池的温度。吹炼过程中保持复合喷枪枪位为0.3m。取钢样和测温，[C]=3.7%，[P] = 0.022%, T= 1360°C，脱磷率为90%。前期预处理脱磷后捞出炉渣。
[0021]实施例2
[0022]在500kg级转炉热模拟试验炉，装入生铁250kg,磷铁3.0kg,感应加热升温到1380°C，取初始铁样，[C] =4.7%，[Si] = 0.35%, [P] =0.50%。吹炼开始，降喷枪，頂吹氧气强度为1.5?2.5Nm3/t.min,加入造渣材料石灰12kg，萤石2.2kg，底吹氮气强度为
0.4Nm3/t.min。吹炼4min后通过喷枪向熔池喷入石灰粉和铁精粉混合粉剂，用氧气作为载气，总吹入粉剂量为7.5kg，载气氧的流量为llNm3/h，喷吹4min后。吹炼9?1min时，向顶枪中混入10%的氮气，以控制熔池的温度。取钢样和测温，[C] = 3.3%, [P] = 0.042%,T = 1350°C，脱磷率为92%。前期预处理脱磷后捞出炉渣。
[0023]实施例3
[0024]在500kg级转炉热模拟试验炉，装入生铁250kg,磷铁6.1kg,感应加热升温到1400°C，取初始铁样，[C] =4.5%，[Si] = 0.85%, [P] =1.01%。吹炼开始，降喷枪，頂吹氧气强度为1.5?2.5Nm3/t.min，加入造渣材料石灰12kg，上一炉的终点炉渣6kg，萤石2kg，底吹氮气强度为0.33Nm3/t.min。吹炼5min后通过喷枪向熔池喷入石灰粉和铁精粉混合粉剂，用氧气作为载气，总吹入粉剂量为11kg，载气氧的流量为10Nm3/h，喷吹5min后。吹炼13?15min时，向顶枪中混入10%的氮气，以控制熔池的温度。取钢样和测温，[C]=3.5%，[P] = 0.072%, T = 1360°C，脱磷率为93%。前期预处理脱磷后捞出炉渣。
【权利要求】
1.一种处理中高磷铁水的转炉喷粉、吹气复合喷枪，由枪身和喷头组成；枪身由四层套管组成，中心的套管通入石灰粉和氮气或氧气，与之相邻的套管通入氧气，剩下的两个套管通入水，作为冷却介质；内侧为进水口，外侧为出水口，降低喷枪枪身的温度；喷枪的枪头是采用单孔拉瓦管设计；枪身和枪头之间通过焊接方式连接，枪头部分的通气体部分和水冷却部分与枪身部分是一致的，有冷却水的进口和出口 ；通气体和石灰粉的通道是一个整体，气体和石灰粉在内腔混合，之后进入拉瓦管的结构，形成高速的气流由喷枪出口喷出；其特征在于， 采用单孔的拉瓦管设计的喷粉、吹气复合喷嘴:采用独特的拉瓦管设计的喷粉、吹氧气和氮气的喷嘴，喷孔外侧为冷却水，单孔拉瓦管喷嘴分为两段，收缩段和扩张段，马赫数按照1.5?2.2设计，中管通入氧气，内管是喷吹石灰粉和载气氮气的通道； 喷枪枪身的摆动设计:喷枪在横移小车的合适位置上安装摆动机构，从而实现吹炼时顶吹喷枪在0.5?2.5m内自由摆动或主动摆动动作；顶吹喷枪喷口在熔池上方以摆动直径与熔池直径之比在O?0.5范围内做随机摆动或定向摆动动作，实现冲击力较大的单孔流股与熔池上表面形成的穿透深度与熔池深度之比为0.4?0.6的搅拌，均匀强化熔池反应动力学条件；必须保证氧气流股对熔池的冲击面积保持在冲击直径与熔池面积之比为.0.1?0.25的范围内。
2.—种权利要求1所述的复合喷枪的使用方法，用于冶炼中高磷铁水，吹炼时可采用恒枪位操作或变枪位操作；其特征在于，根据吹炼不同时期的工艺要求，氧气流量做适当调整，即供气强度为2.0?4.5Nm3/t.min ;在吹炼过程中进行氧气和氮气的切换或氮/氧混合喷吹，切换时间为吹炼3?5min，由操作台的控制程序完成，以达到控制合适的熔池温度和保证熔池搅拌强度的综合效果；同时，具备喷粉功能。喷粉流量为20-600kg/min，压力为.0.5 ?1.6Mpa。
【文档编号】C21C5/35GK104263877SQ201410542384
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年10月14日 优先权日:2014年10月14日
【发明者】曾加庆, 吴伟, 杨利彬, 林瑛 申请人:钢铁研究总院