處理中高磷鐵水的轉爐噴粉、吹氣復合噴槍及使用方法
【專利摘要】一種處理中高磷鐵水的轉爐噴粉、吹氣復合噴槍及使用方法，屬于煉鋼【技術領域】。所述的噴槍適用于復吹轉爐冶煉中高磷鐵水，所述的多功能噴槍設計包括采用單孔的拉瓦管設計的噴粉、吹氣復合噴嘴和實現噴槍槍身的特殊擺動設計。所述的噴槍通過單孔拉瓦管的噴頭簡化設計，把吹氧、氮氧切換、噴粉等多功能集成應用于復合噴槍于一身，通過噴槍尾部擺動裝置的特殊設計，可實現吹煉時噴槍流股在熔池一定區域內的自由或主動擺動，從而克服原單孔噴槍對熔池沖擊面積相對集中、不利于化渣和易產生噴濺的缺點，把氣流分散地吹入熔池，擴大氣流噴射的覆蓋面積，均勻熔池的攪拌。
【專利說明】處理中高磷鐵水的轉爐噴粉、吹氣復合噴槍及使用方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于煉鋼【技術領域】，特別是涉及一種處理中高磷鐵水的轉爐噴粉、吹氣復合噴槍及使用方法。
【背景技術】
[0002]隨著鋼鐵企業對降低生產成本的意愿日趨強烈，在煉鐵工序配加低價高磷鐵礦石是降低成本的最佳選擇。在高爐中配加高磷的鐵礦石，轉爐入爐鐵水磷含量達到0.2%左右，甚至更高。對于轉爐常規冶煉來說，目前轉爐吹煉更適合于冶煉磷含量小于0.15%以下的鐵水，對于冶煉磷含量大于0.2 %的鐵水，意味著要進一步提高轉爐煉鋼過程的脫磷率，以滿足成品鋼水磷含量進線的要求。根據以往經驗，在轉爐吹煉過程中增加噴粉功能可實現中高磷鐵水的冶煉。但目前大多數鋼廠轉爐沒有噴粉裝置，如何在鋼廠現有的氧槍系統下實現頂吹氧槍的多功能化，是轉爐處理中高磷鐵水工藝面臨的難題之一。
[0003]轉爐采用的供氧裝置主要是能實現氧氣壓力能轉換為動能的帶超音速噴頭的頂吹氧槍，目前都采用多孔拉瓦管的噴頭設計。采用的氣源為氧氣。為了實現中高磷鐵水脫磷，需要在轉爐吹氧系統增加噴粉的裝置。北京科技大學(專利:采用超音速氧槍噴粉脫磷的轉爐煉鋼方法及超音速氧槍，申請號:201210123055.2)提出的噴粉裝置是通過耐磨陶瓷軟管將噴粉設備出粉口與氧槍槍體進粉口連接，其他的氧槍設計與常用的氧槍相同。這種設計的缺點是由于采用多孔噴頭，在喉口位置易產生堵塞流，加速氧槍喉口部位的侵蝕和增大粉劑的阻損，降低了噴粉的效率和噴槍的壽命；此外，由于需要在多孔噴頭上增加噴吹石灰粉的通道，噴頭結構較復雜，制作難度加大。金川集團有限公司(專利:一種冶金復合式噴槍，申請號:201220155429.4)設計的冶金復合式噴槍，適合于銅的冶煉，對于轉爐高射流的熔池攪拌，這種噴槍很難適應，因此，設計一種適合轉爐冶煉高磷既能噴粉又能吹氧的復合噴槍對于中高磷鐵水冶煉的工業化實施是非常重要的。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在于提供一種處理中高磷鐵水的轉爐噴粉、吹氣復合噴槍及使用方法，所述的噴槍適用于復吹轉爐冶煉中高磷鐵水，即具有氧氣和氮氣在轉爐頂部混合吹、頂吹噴吹石灰粉(或石灰石粉、氧化鐵皮)等功能。本發明的目的是將噴槍吹氧、氮氧混合吹、頂吹噴劑和可實現均衡的熔池攪拌效果等功能集成在噴槍上，以實現復吹轉爐高效、經濟的用于中、聞憐鐵水煉鋼。
[0005]本發明的多功能噴槍與煉鋼廠使用的氧槍整體結構是一致的，即由槍身和噴頭組成。槍身由四層套管組成，中心的套管通入石灰粉和氮氣或氧氣，與之相鄰的套管通入氧氣，剩下的兩個套管通入水，作為冷卻介質。內側為進水口，外側為出水口，可降低噴槍槍身的溫度。噴槍的槍頭是采用單孔拉瓦管設計。槍身和槍頭之間通過焊接方式連接。槍頭部分的通氣體部分和水冷卻部分與槍身部分是一致的。有冷卻水的進口和出口。通氣體和石灰粉的通道是一個整體，氣體和石灰粉在內腔混合，之后進入拉瓦管的結構，形成高速的氣流由噴槍出口噴出。
[0006]本發明的多功能噴槍設計與傳統的氧槍或噴槍相比具有如下特點:
[0007](I)采用單孔的拉瓦管設計的噴粉、吹氣(氧氣、氮氣)復合噴嘴
[0008]采用獨特的拉瓦管設計的噴粉、吹氧氣和氮氣的噴嘴，噴孔外側為冷卻水。單孔拉瓦管噴嘴分為兩段，收縮段和擴張段，馬赫數按照1.5?2.2設計，示意圖如圖1和圖2所示。中管通入氧氣，內管是噴吹石灰粉(或石灰石粉、氧化鐵皮)和載氣氮氣的通道。
[0009](2)噴槍槍身的擺動設計
[0010]使用單孔拉瓦管噴嘴時，氧射流對熔池的沖擊能力強，但缺點是沖擊面積小，會導致化渣速度慢，噴濺大。為了克服這一缺點，本發明設計噴槍在橫移小車的合適位置上安裝擺動機構，見圖3，從而實現吹煉時頂吹噴槍槍位在0.5?2.5m內自由擺動或主動擺動動作。這樣可克服單孔噴槍的缺點，頂吹噴槍噴口在熔池上方以擺動直徑與熔池直徑之比在O?0.5范圍內做隨機擺動或定向擺動動作，實現沖擊力較大的單孔流股與熔池上表面形成的穿透深度與熔池深度之比為0.4?0.6，均勻強化熔池反應動力學條件。同時，為抑制氧氣流股對熔池沖擊時產生的超高溫區域可能對轉爐爐襯耐材造成的高溫損毀現象，氧槍槍身擺動角度是很重要的控制參數，必須保證氧氣流股對熔池的沖擊面積保持在沖擊直徑與熔池面積之比為0.1?0.25的范圍內。
[0011]本發明的噴粉、吹氧氣和氮氣的復合噴槍使用于冶煉中高磷鐵水，其使用方法是吹煉時可采用恒槍位操作或變槍位操作，根據吹煉不同時期的工藝要求，氧氣流量可做適當調整(供氣強度為2.0?4.5Nm3/t.min)。新型噴槍還可根據工藝的要求，在吹煉過程中可進行氧氣和氮氣的切換或氮/氧混合噴吹，切換時間為吹煉3?5min，由操作臺的控制程序完成，以達到控制合適的熔池溫度和保證熔池攪拌強度的綜合效果；同時，具備噴粉功能。噴粉流量為20-600kg/min，壓力為0.5?1.6Mpa。
[0012]與其他方法相比，本發明具有如下優點:
[0013](I)通過單孔拉瓦管的設計，把吹氧、氮氧切換、噴粉等功能集于復合噴槍內，并使單孔噴槍氧氣流股對熔池沖擊力大的優勢得以保持，以利于對熔池攪拌作用的充分發揮，也可使噴頭結構設計簡化，同時，還具備噴粉功能，這是其他單功能的氧槍、噴粉噴槍難以實現的，從而成為轉爐處理中高磷鐵水的必備裝備；
[0014](2)通過噴槍尾部擺動裝置的特殊設計，可實現吹煉時噴槍流股在熔池一定區域內的自由或主動擺動，從而克服原單孔噴槍對熔池沖擊面積相對集中、不利于化渣和易產生噴濺的缺點，把氣流分散地吹入熔池，擴大氣流噴射的覆蓋面積，均勻熔池的攪拌。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1為本發明的噴槍的槍身的結構示意圖。
[0016]圖2為本發明的噴槍噴嘴結構示意圖。
[0017]圖3為本發明的噴槍的擺動示意圖。
【具體實施方式】
[0018]以設計的復合噴槍用于500kg級轉爐熱模擬爐為例說明本發明在轉爐前期鐵水預處理過程中的脫磷效果。設計的復合噴槍具有噴粉、吹氣的功能，實現在吹煉過程中氮氧切換和噴粉石灰粉、石灰石粉、氧化鐵皮等功能。
[0019]實施例1
[0020]在500kg級轉爐熱模擬試驗爐，裝入生鐵250kg，磷鐵1.6kg，感應加熱升溫到1360°C，取初始鐵樣，[C] =4.4%, [Si] =0.5%, [P] = 0.22%。吹煉開始，降噴槍，頂吹氧氣強度為1.8Nm3/t.min,加入造洛材料石灰8kg,螢石Ikg,底吹氮氣強度為0.3Nm3/t.min。吹煉3min后通過噴槍向熔池噴入石灰粉和鐵精粉混合粉劑，用氧氣作為載氣，總吹入粉劑量為5kg，載氣氧的流量為10Nm3/h，噴吹3min后。吹煉7?8min時，向頂槍中混入20%的氮氣，以控制熔池的溫度。吹煉過程中保持復合噴槍槍位為0.3m。取鋼樣和測溫，[C]=3.7%，[P] = 0.022%, T= 1360°C，脫磷率為90%。前期預處理脫磷后撈出爐渣。
[0021]實施例2
[0022]在500kg級轉爐熱模擬試驗爐，裝入生鐵250kg,磷鐵3.0kg,感應加熱升溫到1380°C，取初始鐵樣，[C] =4.7%，[Si] = 0.35%, [P] =0.50%。吹煉開始，降噴槍，頂吹氧氣強度為1.5?2.5Nm3/t.min,加入造渣材料石灰12kg，螢石2.2kg，底吹氮氣強度為
0.4Nm3/t.min。吹煉4min后通過噴槍向熔池噴入石灰粉和鐵精粉混合粉劑，用氧氣作為載氣，總吹入粉劑量為7.5kg，載氣氧的流量為llNm3/h，噴吹4min后。吹煉9?1min時，向頂槍中混入10%的氮氣，以控制熔池的溫度。取鋼樣和測溫，[C] = 3.3%, [P] = 0.042%,T = 1350°C，脫磷率為92%。前期預處理脫磷后撈出爐渣。
[0023]實施例3
[0024]在500kg級轉爐熱模擬試驗爐，裝入生鐵250kg,磷鐵6.1kg,感應加熱升溫到1400°C，取初始鐵樣，[C] =4.5%，[Si] = 0.85%, [P] =1.01%。吹煉開始，降噴槍，頂吹氧氣強度為1.5?2.5Nm3/t.min，加入造渣材料石灰12kg，上一爐的終點爐渣6kg，螢石2kg，底吹氮氣強度為0.33Nm3/t.min。吹煉5min后通過噴槍向熔池噴入石灰粉和鐵精粉混合粉劑，用氧氣作為載氣，總吹入粉劑量為11kg，載氣氧的流量為10Nm3/h，噴吹5min后。吹煉13?15min時，向頂槍中混入10%的氮氣，以控制熔池的溫度。取鋼樣和測溫，[C]=3.5%，[P] = 0.072%, T = 1360°C，脫磷率為93%。前期預處理脫磷后撈出爐渣。
【權利要求】
1.一種處理中高磷鐵水的轉爐噴粉、吹氣復合噴槍，由槍身和噴頭組成；槍身由四層套管組成，中心的套管通入石灰粉和氮氣或氧氣，與之相鄰的套管通入氧氣，剩下的兩個套管通入水，作為冷卻介質；內側為進水口，外側為出水口，降低噴槍槍身的溫度；噴槍的槍頭是采用單孔拉瓦管設計；槍身和槍頭之間通過焊接方式連接，槍頭部分的通氣體部分和水冷卻部分與槍身部分是一致的，有冷卻水的進口和出口 ；通氣體和石灰粉的通道是一個整體，氣體和石灰粉在內腔混合，之后進入拉瓦管的結構，形成高速的氣流由噴槍出口噴出；其特征在于， 采用單孔的拉瓦管設計的噴粉、吹氣復合噴嘴:采用獨特的拉瓦管設計的噴粉、吹氧氣和氮氣的噴嘴，噴孔外側為冷卻水，單孔拉瓦管噴嘴分為兩段，收縮段和擴張段，馬赫數按照1.5?2.2設計，中管通入氧氣，內管是噴吹石灰粉和載氣氮氣的通道； 噴槍槍身的擺動設計:噴槍在橫移小車的合適位置上安裝擺動機構，從而實現吹煉時頂吹噴槍在0.5?2.5m內自由擺動或主動擺動動作；頂吹噴槍噴口在熔池上方以擺動直徑與熔池直徑之比在O?0.5范圍內做隨機擺動或定向擺動動作，實現沖擊力較大的單孔流股與熔池上表面形成的穿透深度與熔池深度之比為0.4?0.6的攪拌，均勻強化熔池反應動力學條件；必須保證氧氣流股對熔池的沖擊面積保持在沖擊直徑與熔池面積之比為.0.1?0.25的范圍內。
2.—種權利要求1所述的復合噴槍的使用方法，用于冶煉中高磷鐵水，吹煉時可采用恒槍位操作或變槍位操作；其特征在于，根據吹煉不同時期的工藝要求，氧氣流量做適當調整，即供氣強度為2.0?4.5Nm3/t.min ;在吹煉過程中進行氧氣和氮氣的切換或氮/氧混合噴吹，切換時間為吹煉3?5min，由操作臺的控制程序完成，以達到控制合適的熔池溫度和保證熔池攪拌強度的綜合效果；同時，具備噴粉功能。噴粉流量為20-600kg/min，壓力為.0.5 ?1.6Mpa。
【文檔編號】C21C5/35GK104263877SQ201410542384
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年10月14日 優先權日:2014年10月14日
【發明者】曾加慶, 吳偉, 楊利彬, 林瑛 申請人:鋼鐵研究總院