[发明专利]一种电弧炉炼钢埋入式吹氧脱碳工艺及控制方法

说明书

技术领域

本发明属于钢铁冶金技术领域，特别涉及到一种电弧炉炼钢埋入式吹氧脱碳工艺及控制方法。

背景技术

随着电弧炉炼钢冶炼节奏加快，冶炼消耗降低，同时电炉热装铁水比例增加，熔池碳量升高，现有的炼钢方式无法满足熔池脱碳的要求。目前电弧炉炼钢的供氧方法主要有炉壁供氧和炉门供氧。它们的共同特点是：炼钢过程中，供氧喷嘴位于熔池上方，其距离钢液面的垂直位置一般超过200mm；供氧喷嘴使用拉乌尔管产生超音速射流，利用氧气射流的动能穿透炉气和渣层与钢水接触反应脱碳。其缺点是氧气射流在穿过炉内气流及渣层时，氧气射流强度逐步衰减，氧气难以进入熔池，造成熔池的脱碳速度较低。因进入熔池的氧气量难以掌握，无法有效控制熔池中脱碳速度。

电弧炉炼钢传统供氧脱碳过程为：

（1）高压氧气经过拉乌尔管形成超音速射流。根据不同冶炼吨位，氧气流量为1200Nm³/h~3500Nm³/h，设计马赫数为1.5~2.1，氧气压力为0.4MPa~0.85MPa。

（2）氧气射流穿透炉气。氧气射流在炉气运动的距离一般超过200mm，在此过程中射流速度衰减，降低到不超过270m/s，其中部分氧气因炉气干扰直接进入排烟系统，损失约占供氧流量的12%。

（3）氧气射流穿透渣层。电弧炉熔池渣层厚度一般超过150mm，由于渣层的阻碍作用，射流速度快速衰减到50m/s以下，其中部分氧气被渣层吸收，约占供氧流量的15%~30%，另有氧气射流在炉渣表面反弹进入烟气系统，约占供氧流量的15%左右。

（4）氧溶解进入钢液。与钢液接触时，部分氧气射流在钢液表面未参加反应进入烟气，约占供氧流量的5%左右。由于钢液阻碍氧气射流速度进一步衰减，其速度不超过10m/s，仅对钢液面以下300mm以内钢液有搅拌作用，熔池深部钢水流动速度低。氧与铁发生反应生成FeO，FeO需先饱和溶解进入渣层（渣中FeO饱和含量为30%左右，此部分FeO不参与钢液脱碳反应），剩余的FeO进入钢液的发生以下反应：(FeO)=[Fe]+[O]，氧元素溶解进入钢液；

（5）熔池中碳氧反应。钢液中的碳和氧通过传质与相互接触，发生如下反应：[O]+[C]=CO，产生的CO气泡上升，最终离开钢液进入炉气。钢液中碳与氧的传质是脱碳反应的限制性环节，因钢液面以下超过300mm的深部钢水流动速度低，熔池内溶解氧无法连续有效的脱碳，不利于脱碳反应的进行；

（6）炉气的二次燃烧。一氧化碳气泡在脱离熔池后进入炉气，发生二次燃烧反应，2CO+O₂=2CO₂。因大量氧气未进入熔池，炉气中富余氧气量大，二次燃烧剧烈，烟气温度高，电炉炉盖和烟气系统的寿命降低。

传统的供氧脱碳过程中，氧气与钢水接触困难，约有占总供氧量的30%的氧气直接随炉气直接进入排烟系统，15%~32%的氧气被渣层吸收，最终进入熔池参与脱碳反应的不超过45%，且不可控，电弧炉氧气利用率低、脱碳速度慢、控制效果差。电弧炉炉盖与烟气系统寿命低。传统电弧炉脱碳方法无法避免这些问题。

发明内容

本发明目的是克服现有的电弧炉炼钢技术当中氧气利用率低、脱碳速度慢、控制效果差。电弧炉炉盖与烟气系统寿命低的问题。

本发明提出一种电弧炉炼钢埋入式吹氧脱碳工艺及控制方法。该方法中氧化性气体直接从埋入钢液一定深度的喷嘴喷出，气体即全部进入钢液参加脱碳反应。气体利用率高，脱碳速度可控。

一种电弧炉炼钢埋入式吹氧脱碳工艺及控制方法，喷嘴中心管喷吹氧化性气体（氧气或二氧化碳气体，也可按比例混合喷吹），喷吹流量为100~3500Nm³/h，根据脱碳工艺要求，分时段控制气体流量和比例。环管喷吹保护气体（二氧化碳、天然气、氮气或氩气，也可按比例混合喷吹），喷吹流量为10~1000Nm³/h。不同阶段喷嘴的工作状态，分时段控制气体流量和比例。

本发明的具体脱碳过程：

（1）氧由喷嘴直接进入钢液内部，全部进入钢水，实现了氧的高效传输。根据不同冶炼吨位，中心管单独或混合喷吹氧气、二氧化碳气体，气体总流量为100Nm³/h~3500Nm³/h，气体压力为0.15MPa~0.8MPa。环缝中喷吹二氧化碳、氮气、氩气或天然气，气体流量为10Nm³/h~1000Nm³/h，压力为0.2MPa~0.45MPa。