[发明专利]一种顶吹氧气转炉炼钢法及该方法使用的氧枪

说明书

本发明是一种顶吹氧气转炉炼钢方法及该方法使用的氧枪。

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转炉吹炼前期熔池热量和搅拌强度不足，以及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：前期渣碱度低，易过氧化、过泡沫化和诱发喷溅，脱磷效率低，后期脱碳反应机理的转变早，钢渣间反应离平衡远，氧的脱碳利用率低等，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θ-BOP和LWS等），此工艺有一系列优点，如：熔池中渣铁氧化度降低，提高了钢的和铁合金的收得率，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苛刻的，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”《Lronmaking    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水的程度。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[氧或氧十二氧化碳，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：射流冲击熔池面较小，深度较大）和“软吹”（即：射流冲击熔池面较小，深度较大）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）顶底复吹法的冶金效果。

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，中套管通中压主氧流，内套管进冷却水，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。四周孔的中心线与铅直线之间的倾角θ为10°～15°;内旋角（垂直于中心孔圆心和四周孔入口圆心的连线之间的垂线与该四周孔中心线水平投影偏向中心孔的夹角）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（∑A）之比（A中/∑A）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压变枪位法。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、再低或高、低、高、低，曲线上的（1）供氧强度∑qo₂＝4.0～5.0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）