本实用新型属于钢铁冶金技术领域，具体地讲，本实用新型涉及一种在转炉出钢口中喷吹碳粉的预脱氧装置。
背景技术：
转炉拥有很强的脱C、脱P能力，随着客户对钢材质量要求的提升，大部分钢厂的转炉冶炼中均进行深脱P操作，转炉冶炼终点控制P≤0.015％，为把磷控制该较低的含量，需要加大供氧量进行氧化脱磷，把钢水中氧控制在400～600ppm，造成钢水过氧化严重。为达到深脱磷的效果，转炉一般采取吹入过量的氧气的方法，除超低碳钢外，转炉冶炼终点钢水中的碳也远小于钢材目标成份中的碳。
目前钢厂大部分采用在转炉出钢过程中通过向钢包中添加强脱氧剂将这些溶解氧脱除，脱氧剂一般为含Al、Si、Mn、Ca、Mg的物质，拥有很强的脱氧能力，但是这些脱氧剂与氧反应后会生成Al2O3、SiO2、MnO、CaO、MgO等夹杂物，这些夹杂物对钢材有很大的危害，需要通过后续的吹氩或精炼工序去除，较长时间的吹氩和精炼会增加生产成本。
还有部分钢厂采用在转炉出钢过程的前1/2～1/3时期向钢包中添加部分碳粉用于预脱氧，在转炉出钢过程的后期向钢包中添加铝类强脱氧剂用于深脱氧，并添加合金调整钢水成份。该方法虽然在转炉出钢过程的前期能起到用碳粉代替部分铝类脱氧剂进行脱氧的效果，但在转炉出钢过程的中后期，由于铝类脱氧剂以及脱氧能力较强的合金的加入，使得起主要脱氧作用的仍然为铝类脱氧剂以及脱氧能力较强的合金，碳粉起不到脱氧效果。并且由于碳粉密度小，加入钢包中后，未溶解到钢水中的碳粉会上浮到钢水表面，脱氧动力学条件较差。
技术实现要素：
为解决以上问题，本实用新型提供一种在转炉出钢口中喷吹碳粉的预脱氧装置。
一种在转炉出钢口中喷吹碳粉的预脱氧装置，其特征在于，在平行与出钢口的方向上布置一根喷吹碳粉用的总通道，喷吹碳粉用的总通道与喷粉系统连接，环绕出钢口布置2～8组圆环形碳粉通道，所有的圆环形碳粉通道3均与喷吹碳粉用的总通道相连，并且每一组碳粉通道上都连接2～8根镶嵌于出钢口耐材内的碳粉喷管。
更优选的，在转炉出钢口中喷吹碳粉的预脱氧装置还包括阀门；喷吹碳粉用的总通道通过阀门与喷粉系统连接。
更优选的，在转炉出钢口中喷吹碳粉的预脱氧装置还包括流量计和/或压力表；喷吹碳粉用的总通道通过流量计和/或压力表与喷粉系统连接。
更优选的，在转炉出钢口中喷吹碳粉的预脱氧装置还包括缓冲气罐；喷吹碳粉用的总通道通过流量计、压力表、缓冲气罐和/或阀门中的一个或多个与喷粉系统连接。
优选的，喷吹碳粉用的总通道的内径为Φ20～30mm，材质为钢质。
优选的，圆环形碳粉通道的内径为Φ10～15mm，材质为钢质。
优选的，碳粉喷管的内径为Φ4～9mm，材质为钢质。
需要更换出钢口时，将布置有碳粉喷管的出钢口安装到转炉上，将暴露与出钢口外部的喷吹碳粉用的总通道和圆环形碳粉通道用耐火泥包裹住，转炉余热将耐火泥烘干后，转炉可以进行正常的冶炼操作。
本实用新型的优点
1、通过出钢口内部的碳粉喷管向出钢钢流中喷吹碳粉来脱氧，脱氧产物为CO，气态CO会从出钢钢流中逸出并排至大气中，不会在钢水中留下夹杂物，不会对钢材质量产生危害。
2、除超低碳钢外，转炉冶炼终点钢水中的碳远小于钢材目标成份中的碳，碳粉具有较大的脱氧空间，拥有很强的脱氧能力，可将钢水中40％以上的溶解氧脱除。
3、碳粉价格便宜，相比于用铝进行脱氧，采用碳粉约能节约90％的脱氧成本；相比于用硅进行脱氧，采用碳粉约能节约80％的脱氧成本。
附图说明：
图1、在转炉出钢口上布置碳粉喷管的示意图。
图2、在转炉出钢口上布置碳粉喷管后的A-A面剖面图。
图3、在转炉出钢口上布置碳粉喷管后的B-B面剖面图。
其中：1：出钢口内的钢流通道；2：出钢口上的耐材层；3：环绕出钢口布置的圆环形碳粉通道；4：镶嵌于出钢口耐材层内的碳粉喷管；5：供应碳粉的总通道；6：流量计；7：压力表；8：缓冲气罐；9：阀门；10：喷粉系统。
具体实施方式：
按图1、图2、图3所示，在平行与出钢口的方向上布置一根喷吹碳粉用的总通道5，喷吹碳粉用的总通道5的内径为Φ20～30mm，材质为钢质，喷吹碳粉用的总通道5通过流量计6、压力表7、缓冲气罐8、阀门9与喷粉系统10连接，环绕出钢口布置2～8组圆环形碳粉通道3，圆环形碳粉通道3的内径为Φ10～15mm，材质为钢质，所有的圆环形碳粉通道3均与喷吹碳粉用的总通道5相连，并且每一组碳粉通道3上都连接2～8根镶嵌与出钢口耐材2内的碳粉喷管4，碳粉喷管4的内径为Φ4～9mm，材质为钢质。
需要更换出钢口时，将布置有碳粉喷管的出钢口安装到转炉上，将暴露与出钢口外部的喷吹碳粉用的总通道5和圆环形碳粉通道3用耐火泥包裹住，转炉余热将耐火泥烘干后，转炉可以进行正常的冶炼操作。
转炉冶炼完成后，利用副枪检测出转炉冶炼终点钢水中的碳含量和氧含量，钢水成份和温度合格后，进行出钢操作，摇转转炉炉体，喷粉系统10只供应氩气，即总通道5内通氩气，保持喷管4内的氩气压力2～3个大气压，达到防止出钢钢流倒灌至镶嵌于出钢口耐材层内的碳粉喷管4的效果，出钢见钢流后，喷粉系统10供应氩气与碳粉的混合物，根据转炉冶炼终点钢水中的[C]、[O]的含量和钢水目标成份中的碳含量决定碳粉喷入量，碳粉喷入量计算式见下式③，喷吹碳粉的过程中，保持喷管4内的氩气压力为2～3个大气压，碳粉与钢水中的溶解氧[O]发生反应生成CO。
WC＝(WO-0.0023/WC目标)×(12/16)×W钢水×10+(WC目标-WC转炉)×W钢水×10③
式③中WC为：喷吹的碳粉量(kg),WO为：转炉冶炼终点氧含量(％),WC目标为：转炉冶炼终点碳含量(％)，W钢水为：转炉公称容量(吨)，WC目标为：钢水目标成份中的碳含量(％)。
碳粉与钢水中的溶解氧[O]发生反应生成CO的反应如①式所示，①式的反应平衡常数计算式如②式所示。
[C]+[O]→CO ①
K＝a[C]×a[O]/PCO ②
通过查热力学手册，在1600℃时，反应1式的平衡常数K为2.3×10-3。
通过转炉出钢口的管状耐材中安装的碳粉喷管向钢水喷吹碳粉进行预脱氧，根据反应式②，若钢水目标成份中的碳含量为0.1～0.2％，则可把钢水中的氧脱至115～230ppm，可将钢水中40％以上的溶解氧脱除。
在实际生产过程中，由于CO难以溶解到钢水中，碳氧反应生成的CO会上浮至钢液和空气的界面中，并在高温环境下会燃烧掉，不会发生CO中毒现象。
碳粉喷管安装在转炉出钢口的管状耐材中，在出钢过程中，钢水流经出钢口通道时，发生碳粉与[O]的脱氧反应，脱氧后的钢水流到钢包中，喷出的碳粉是脱除流出转炉但还未流入钢包中的钢水中的溶解氧。转炉内的钢水不会发生脱氧现象，也就不会发生炉渣中的磷向钢液中转移的“回磷现象”。钢包中加入的铝类强脱氧剂和合金也不会影响碳粉的脱氧反应，在整个出钢过程中，碳粉都持续的发挥脱氧效果。
反应产物CO以气体状态从出钢钢流中逸出并排至大气中，不会在钢水中留下夹杂物，不会对钢材质量产生危害。
实施例1、
按图1、图2、图3所示，在平行与出钢口的方向上布置一根喷吹碳粉用的总通道5，喷吹碳粉用的总通道5的内径为Φ30mm，材质为钢质，喷吹碳粉用的总通道5通过流量计6、压力表7、缓冲气罐8、阀门9与喷粉系统10连接，环绕出钢口布置4组圆环形碳粉通道3，圆环形碳粉通道3的内径为Φ15mm，材质为钢质，所有的圆环形碳粉通道3均与喷吹碳粉用的总通道5相连，并且每一组碳粉通道3上都连接8根镶嵌与出钢口耐材2内的碳粉喷管4，碳粉喷管4的内径为Φ5mm，材质为钢质。
需要更换出钢口时，将布置有碳粉喷管的出钢口安装到转炉上，将暴露与出钢口外部的喷吹碳粉用的总通道5和圆环形碳粉通道3用耐火泥包裹住，转炉余热将耐火泥烘干后，转炉可以进行正常的冶炼操作。
转炉冶炼完成后，利用副枪检测出转炉冶炼终点钢水中的碳含量和氧含量，钢水成份和温度合格后，进行出钢操作，摇转转炉炉体，喷粉系统10只供应氩气，即总通道5内通氩气，保持喷管4内的氩气压力2个大气压，达到防止出钢钢流倒灌至镶嵌于出钢口耐材层内的碳粉喷管4的效果，出钢见钢流后，喷粉系统10供应氩气与碳粉的混合物，根据转炉冶炼终点钢水中的[C]、[O]的含量和钢水目标成份中的碳含量决定碳粉喷入量，碳粉喷入量计算式见下式③，喷吹碳粉的过程中，保持喷管4内的氩气压力为2个大气压，碳粉与钢水中的溶解氧[O]发生反应生成CO。
WC＝(WO-0.0023/WC目标)×(12/16)×W钢水×10+(WC目标-WC转炉)×W钢水×10 ③
式③中WC为：喷吹的碳粉量(kg),WO为：转炉冶炼终点氧含量(％),WC目标为：转炉冶炼终点碳含量(％)，W钢水为：转炉公称容量(吨)，WC目标为：钢水目标成份中的碳含量(％)。
转炉公称容量为120吨，该炉钢水的转炉冶炼终点钢水中的碳含量为0.06％，氧含量为0.042，钢水目标成份中的碳含量为0.17％，根据式③计算得出碳粉喷入量为157kg，转炉出钢时间为5分钟，经计算，碳粉喷入速度为32kg/min，喷粉系统10中的碳粉下料速度既为32kg/min。
碳粉与钢水中的溶解氧[O]发生反应生成CO的反应如①式所示，①式的反应平衡常数计算式如②式所示。
[C]+[O]→CO ①
K＝a[C]×a[O]/PCO ②
通过查热力学手册，在1600℃时，反应1式的平衡常数K为2.3×10-3。
通过转炉出钢口的管状耐材中安装的碳粉喷管向钢水喷吹碳粉进行预脱氧，根据反应式②，钢水目标成份中的碳含量为0.17％，则可把钢水中的氧脱至135ppm，可将转炉钢水中68％的溶解氧脱除。减少铝类消耗量25kg，降低生产成本300元/炉，并减少了钢水中的Al2O3夹杂物数量，降低铸坯中全氧含量3ppm。
在生产过程中，由于CO难以溶解到钢水中，碳氧反应生成的CO会上浮至钢液和空气的界面中，并在高温环境下会燃烧掉，不会发生CO中毒现象。
碳粉喷管安装在转炉出钢口的管状耐材中，在出钢过程中，钢水流经出钢口通道时，发生碳粉与[O]的脱氧反应，脱氧后的钢水流到钢包中，喷出的碳粉是脱除流出转炉但还未流入钢包中的钢水中的溶解氧。转炉内的钢水不会发生脱氧现象，也就不会发生炉渣中的磷向钢液中转移的“回磷现象”。钢包中加入的铝类强脱氧剂和合金也不会影响碳粉的脱氧反应，在整个出钢过程中，碳粉都持续的发挥脱氧效果。
反应产物CO以气体状态从出钢钢流中逸出并排至大气中，不会在钢水中留下夹杂物，不会对钢材质量产生危害。
实施例2、
按图1、图2、图3所示，在平行与出钢口的方向上布置一根喷吹碳粉用的总通道5，喷吹碳粉用的总通道5的内径为Φ20mm，材质为钢质，喷吹碳粉用的总通道5通过流量计6、压力表7、缓冲气罐8、阀门9与喷粉系统10连接，环绕出钢口布置2组圆环形碳粉通道3，圆环形碳粉通道3的内径为Φ13mm，材质为钢质，所有的圆环形碳粉通道3均与喷吹碳粉用的总通道5相连，并且每一组碳粉通道3上都连接5根镶嵌与出钢口耐材2内的碳粉喷管4，碳粉喷管4的内径为Φ6mm，材质为钢质。
需要更换出钢口时，将布置有碳粉喷管的出钢口安装到转炉上，将暴露与出钢口外部的喷吹碳粉用的总通道5和圆环形碳粉通道3用耐火泥包裹住，转炉余热将耐火泥烘干后，转炉可以进行正常的冶炼操作。
转炉冶炼完成后，利用副枪检测出转炉冶炼终点钢水中的碳含量和氧含量，钢水成份和温度合格后，进行出钢操作，摇转转炉炉体，喷粉系统10只供应氩气，即总通道5内通氩气，保持喷管4内的氩气压力3个大气压，达到防止出钢钢流倒灌至镶嵌于出钢口耐材层内的碳粉喷管4的效果，出钢见钢流后，喷粉系统10供应氩气与碳粉的混合物，根据转炉冶炼终点钢水中的[C]、[O]的含量和钢水目标成份中的碳含量决定碳粉喷入量，碳粉喷入量计算式见下式③，喷吹碳粉的过程中，保持喷管4内的氩气压力为3个大气压，碳粉与钢水中的溶解氧[O]发生反应生成CO。
WC＝(WO-0.0023/WC目标)×(12/16)×W钢水×10+(WC目标-WC转炉)×W钢水×10 ③
式③中WC为：喷吹的碳粉量(kg),WO为：转炉冶炼终点氧含量(％),WC目标为：转炉冶炼终点碳含量(％)，W钢水为：转炉公称容量(吨)，WC目标为：钢水目标成份中的碳含量(％)。
转炉公称容量为100吨，该炉钢水的转炉冶炼终点钢水中的碳含量为0.07％，氧含量为0.035，钢水目标成份中的碳含量为0.12％，根据式③计算得出碳粉喷入量为64kg，转炉出钢时间为5分钟，经计算，碳粉喷入速度为13kg/min，喷粉系统10中的碳粉下料速度既为13kg/min。
碳粉与钢水中的溶解氧[O]发生反应生成CO的反应如①式所示，①式的反应平衡常数计算式如②式所示。
[C]+[O]→CO ①
K＝a[C]×a[O]/PCO ②
通过查热力学手册，在1600℃时，反应1式的平衡常数K为2.3×10-3。
通过转炉出钢口的管状耐材中安装的碳粉喷管向钢水喷吹碳粉进行预脱氧，根据反应式②，钢水目标成份中的碳含量为0.12％，则可把钢水中的氧脱至192ppm，可将转炉钢水中45％的溶解氧脱除。减少铝类消耗量14kg，降低生产成本150元/炉，并减少了钢水中的Al2O3夹杂物数量，降低铸坯中全氧含量2ppm。
在生产过程中，由于CO难以溶解到钢水中，碳氧反应生成的CO会上浮至钢液和空气的界面中，并在高温环境下会燃烧掉，不会发生CO中毒现象。
碳粉喷管安装在转炉出钢口的管状耐材中，在出钢过程中，钢水流经出钢口通道时，发生碳粉与[O]的脱氧反应，脱氧后的钢水流到钢包中，喷出的碳粉是脱除流出转炉但还未流入钢包中的钢水中的溶解氧。转炉内的钢水不会发生脱氧现象，也就不会发生炉渣中的磷向钢液中转移的“回磷现象”。钢包中加入的铝类强脱氧剂和合金也不会影响碳粉的脱氧反应，在整个出钢过程中，碳粉都持续的发挥脱氧效果。
反应产物CO以气体状态从出钢钢流中逸出并排至大气中，不会在钢水中留下夹杂物，不会对钢材质量产生危害。