一种转炉底吹氧冶炼的方法
阅读说明：本技术 一种转炉底吹氧冶炼的方法 (Converter bottom oxygen blowing smelting method ) 是由 杨海西 樊利智 齐进刚 王少博 刘元霞 于 2021-07-24 设计创作，主要内容包括：一种转炉底吹富氧冶炼的控制模型,能够缩短转炉冶炼时间能够实现转炉冶炼周期与连铸浇铸周期匹配、减少转炉喷溅、控制转炉出钢钢水过氧化；通过炉外精炼技术降低遮盖气体带来钢中的氢。本发明可以缩短冶炼时间约11-16％,能够实现转炉冶炼周期与连铸浇铸周期匹配。(A control model for converter bottom blowing oxygen-enriched smelting can shorten the smelting time of a converter, realize the matching of the smelting period of the converter and the continuous casting period, reduce the splashing of the converter and control the peroxidation of the molten steel discharged from the converter; the hydrogen in the steel brought by the covering gas is reduced by an external refining technology. The invention can shorten the smelting time by about 11-16%, and can realize the matching of the smelting period of the converter and the continuous casting period.)
技术领域
本发明涉及钢铁冶金领域，尤其涉及缩短转炉冶炼时间、减少转炉喷溅、控制转炉出钢钢水过氧化的冶炼工艺,具体地指一种转炉底吹氧冶炼的方法。
背景技术
上世纪西欧卢森堡和奥地利的钢厂试验在转炉底吹一定量的氧气，实现顶底复吹供氧，开发出了的一种转炉炼钢新工艺,后来新日铁也采用该技术。运用中发现主要存在转炉吹炼后期进行底吹氧的操作会导致钢中的氧含量高、遮盖气体导致钢中的氢含量高、合金收得率低、钢中夹杂物多、底吹透气砖寿命低与转炉炉衬寿命不同步问题，新日铁其后建设的转炉都没有再使用该技术。
国内少数科研院校和钢厂对该项技术开展了后续研究，现有的研究成果转炉底吹透气砖完全供氧气，比转炉炉衬寿命低很多。转炉出钢钢水过氧化的情况非常严重，普钢和低碳钢冶炼出钢氧都在900PPm左右，合金收得率低,遮盖气体导致钢中的氢含量高,限制了部分品种钢的冶炼。目前炉底吹富氧技术对解决上述问题缺乏有效的手段。
另外在实际生产过程中，使用复吹转炉冶炼工业纯铁等低碳钢和HP295等低合金钢时，钢厂连铸改造后转炉冶炼周期略长于连铸浇铸周期，需要采取新工艺压缩冶炼周期。此外底吹纯吹氧导致钢水过氧化问题比较突出,需要优化底吹富氧供气模式。
发明内容
本发明的目的是提供一种转炉底吹富氧冶炼的控制模型，能够缩短转炉冶炼时间能够实现转炉冶炼周期与连铸浇铸周期匹配、减少转炉喷溅、控制转炉出钢钢水过氧化；通过炉外精炼技术降低遮盖气体带来钢中的氢。
现有技术中存在少量顶底复吹氧气的情况，但是其对于底吹氧气含量的控制比较宽泛，而且其考虑的也不是与连铸浇铸周期匹配、控制转炉出钢钢水过氧化等问题。
为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现一种转炉底吹富氧冶炼的方法。转炉底吹透气砖采用的是双层套管式，套管内层通氧气，外层通天然气。这种供气方式套管内层氧气、外层天然气和顶吹氧气流量要按一定比例配比供气，氧气靠天然气作冷却介质分解吸热,对底吹透气砖及四周耐火材料进行遮盖保护。降低了转炉熔池碳和温度的梯度，实现熔池钢水的均匀化，出钢返碳的现象得到改善，减少转炉喷溅。
本发明在底吹气体供气模式上与底吹全程供氧相比有明显改进，建立两类钢的底吹模型。氧气、天然气和氩气切换时间为在吹炼前80％阶段,氧气底吹强度按顶吹氧量10％控制；天然气反应为CH4＝＝[C]+2H2(吸热反应)；吹炼后20％阶段底吹气体切换成Ar气，底吹强度按冶炼钢种终点C含量目标值种类进行切换，需要指出的是转炉终点C含量与钢种产品C含量是不同的概念。
底吹天然气分解后产生H2，使钢中的[H]含量增加，出钢后钢水吊运到RH真空进行真空脱氢处理。
采用本发明可以缩短吹炼时间约11-16％，降低了转炉熔池碳和温度的梯度，实现熔池钢水的均匀化，出钢返碳的现象得到改善，减少转炉喷溅，终点实现低合金钢出钢氧小于260PPm、低碳钢出钢氧小于600PPm，同钢种条件下比原纯底吹氧出钢氧降低约300-600PPm；减少了合金消耗。经过真空处理后钢中的[H]含量可以达到1.5PPm以下。本发明的方法操作方便,提高生产效果明显,适合在其它复吹转炉推广应用。
为达到上述效果，本发明提供的转炉底吹富氧冶炼的方法如下：
一种转炉底吹富氧冶炼方法，其特征在于：转炉冶炼终点C含量目标值0.03-0.04％，在顶底复吹转炉中加入采用80-100吨KR预处理后的合格铁水,将底吹气体切换到供天然气和氧气，其中转炉底吹透气砖采用的是双层套管式，套管内层通氧气，外层通天然气；内外层套管的底吹气体都可以与氩气或氮气切换；转炉吹炼期，转炉底吹气体供气工艺为吹炼时间的前80％阶段底吹透气砖套管外层供天然气+内层供氧气，而且底吹氧气和天然气与顶吹氧同步供气，吹炼期间转炉任何情况下提枪停吹氧，底吹氧气和天然气切换为氩气；外层天然气、内层氧气和顶吹氧气流量按如下比例配比供气：
吹炼时间的前60％阶段底吹氧气流量Q1＝Q*K1，式中Q1代表吹炼时间的前60％阶段底吹氧气流量，Q代表顶吹氧枪气体流量，为15000-16000NM3/h；
K1代表底吹氧气流量系数，取8-15％；
通过计算出的供氧量，按公式Q1/(60*加入铁水量)＝底吹氧气供气强度，计算出底吹氧气供气强度值为A-B NM3/(min﹒吨)；同时底吹天然气供气强度为0.02-0.03NM3/(min﹒吨)恒流量控制；A、B代表的是计算出来的数值；
吹炼时间的60-80％阶段，降低底氧气流量系数，吹氧气流量Q2＝Q*K2，式中Q2代表吹炼时间的60-80％阶段底吹氧气流量，Q代表顶吹氧枪气体流量，为15000-16000NM3/h，K2代表底吹氧气流量系数，6-9％；
通过计算出的供氧量，按公式Q2/(60*加入铁水量)＝底吹氧气供气强度，计算出底吹氧气供气强度值为C-D NM3/(min﹒吨)；同时底吹天然气供气强度为0.02-0.03NM3/(min﹒吨)恒流量控制；C、D代表的是计算出来的数值；
吹炼时间的80-100％阶段，通过切换阀组将底吹的天然气和氧气全部切换为氩气，氩气供气流量为0.1-0.12NM3/(min﹒吨)，提枪后氩气供气流量为0.02-0.03NM3/(min﹒吨)；
终点取样时若C含量为0.06-0.07％，则补吹30-40秒，此时底吹气体为Ar气，供气按供气强度0.1-0.15NM3/(min﹒吨)控制；终点取样时若C含量为0.041-0.06％，则补吹20-30秒，此时底吹气体为Ar气，供气按供气强度0.1-0.13NM3/(min﹒吨)控制；吹炼时间13分20秒-14分。采用本发明较原来底吹N2/Ar冶炼工业纯铁缩短吹炼时间2分10秒-2分30秒，减少吹炼时间约13-16％。
进一步的K1取10％、K2取7％；在吹炼时间的80-100％阶段，通过切换阀组将底吹的天然气和氧气全部切换为氩气，氩气供气流量为0.1NM3/(min﹒吨)，提枪后氩气供气流量为0.02NM3/(min﹒吨)。
进一步的K1取12％、K2取8％；在吹炼时间的80-100％阶段，通过切换阀组将底吹的天然气和氧气全部切换为氩气，氩气供气流量为0.1 1NM3/(min﹒吨)，提枪后氩气供气流量为0.025NM3/(min﹒吨)。
一种转炉底吹富氧冶炼方法，其特征在于：
转炉冶炼终点C含量目标值0.07-0.08％，在顶底复吹转炉中加入采用80-100吨KR预处理后的合格铁水,将底吹气体切换到供天
然气和氧气，其中转炉底吹透气砖采用的是双层套管式，套管内层通氧气，外层通天然气；内外层套管的底吹气体都可以与氩气或氮气切换；转炉吹炼期，转炉底吹气体供气工艺为吹炼时间的前80％阶段底吹透气砖套管外层供天然气+内层供氧气，而且底吹氧气和天然气与顶吹氧同步供气，吹炼期间转炉任何情况下提枪停吹氧，底吹氧气和天然气切换为氩气；外层天然气、内层氧气和顶吹氧气流量按如下比例配比供气：
吹炼时间的前60％阶段底吹氧气流量Q1＝Q*K1，式中Q1代表吹炼时间的前60％阶段底吹氧气流量，Q代表顶吹氧枪气体流量，为15000NM3/h；
K1代表底吹氧气流量系数，取8-15％；
通过计算出的供氧量，按公式Q1/(60*加入铁水量)＝底吹氧气供气强度，计算出底吹氧气供气强度值为A-B NM3/(min﹒吨)；同时底吹天然气供气强度为0.02-0.03NM3/(min﹒吨)恒流量控制；A、B代表的是计算出来的数值；
吹炼时间的60-80％阶段，降低底氧气流量系数，吹氧气流量Q2＝Q*K2，式中Q2代表吹炼时间的60-80％阶段底吹氧气流量，Q代表顶吹氧枪气体流量，为15000NM3/h，K2代表底吹氧气流量系数，6-9％；
通过计算出的供氧量，按公式Q2/(60*加入铁水量)＝底吹氧气供气强度，计算出底吹氧气供气强度值为C-D NM3/(min﹒吨)；同时底吹天然气供气强度为0.02-0.03NM3/(min﹒吨)恒流量控制；C、D代表的是计算出来的数值；
吹炼时间的80-100％阶段，通过切换阀组将底吹的天然气和氧气全部切换为氩气，氩气供气流量为0.06-0.07NM3/(min﹒吨)，提枪后氩气供气流量为0.02-0.03NM3/(min﹒吨)；
终点取样时若C含量为0.09-0.11％，则补吹30-40秒，此时底吹气体为Ar气，供气按供气强度0.15-0.20NM3/(min﹒吨)控制；终点取样时若C含量为0.081-0.09％，则补吹20-30秒，此时底吹气体为Ar气，供气按供气强度0.15-0.18NM3/(min﹒吨)控制；吹炼时间13分10秒-14分20秒。采用本发明较原来底吹N2/Ar冶炼缩短吹炼时间1分50秒-2分20秒，减少吹炼时间约11-15.5％。
进一步的K1取10％、K2取7％；在吹炼时间的80-100％阶段，通过切换阀组将底吹的天然气和氧气全部切换为氩气，氩气供气流量为0.06NM3/(min﹒吨)，提枪后氩气供气流量为0.02NM3/(min﹒吨)。
进一步的K1取12％、K2取8％；在吹炼时间的80-100％阶段，通过切换阀组将底吹的天然气和氧气全部切换为氩气，氩气供气流量为0.65NM3/(min﹒吨)，提枪后氩气供气流量为0.025NM3/(min﹒吨)。
本发明的有益效果在于：
1)本发明可以缩短冶炼时间约11-16％，能够实现转炉冶炼周期与连铸浇铸周期匹配。
2)降低了转炉熔池碳和温度的梯度，实现熔池钢水的均匀化，出钢返碳的现象得到改善，减少转炉喷溅。
3)本发明转炉底吹富氧供气模式可以有效控制钢水过氧化，实现HP295出钢氧小于260PPm,超低碳钢工业纯铁出钢氧小于600PPm，同钢种条件下比原纯底吹氧出钢氧降低约300-600PPm。减少了合金消耗。
4)本发明安排底吹氧的钢水经过真空处理，可以有效脱除天然气分解溶于钢中的[H]，使钢水中的[H]≤1.5PPm。
具体实施方式
为了更好地解释本发明，以下结合具体实施例进一步阐明本发明的主要内容，但本发明的内容不仅仅局限于以下实施例。
实施例1：
一种转炉底吹富氧冶炼方法：其特征在于：
转炉冶炼终点C含量目标值0.03-0.04％，在顶底复吹转炉中加入采用80吨KR预处理后的合格铁水,将底吹气体切换到供天然气和氧气，其中转炉底吹透气砖采用的是双层套管式，套管内层通氧气，外层通天然气。内外层套管的底吹气体都可以与氩气或氮气切换；转炉吹炼期，转炉底吹气体供气工艺为吹炼时间的前80％阶段底吹透气砖套管外层供天然气+内层供氧气，而且底吹氧气和天然气与顶吹氧同步供气，吹炼期间转炉任何情况下提枪停吹氧，底吹氧气和天然气切换为氩气。外层天然气、内层氧气和顶吹氧气流量按如下比例配比供气：
吹炼时间的前60％阶段底吹氧气流量Q1＝Q*K1，式中Q1代表吹炼时间的前60％阶段底吹氧气流量，Q代表顶吹氧枪气体流量，为15000NM3/h。
K1代表底吹氧气流量系数，取8-15％。
通过计算出的供氧量，按公式Q1/(60*加入铁水量)＝底吹氧气供气强度，计算出底吹氧气供气强度值为15000*(8％-15％)/(60*80)＝0.250-0.469NM3/(min﹒吨)；同时底吹天然气供气强度为0.02-0.03NM3/(min﹒吨)恒流量控制。
吹炼时间的60-80％阶段，降低底氧气流量系数，吹氧气流量Q2＝Q*K2，式中Q2代表吹炼时间的60-80％阶段底吹氧气流量，Q代表顶吹氧枪气体流量，为15000NM3/h，K2代表底吹氧气流量系数，6-9％。
通过计算出的供氧量，按公式Q2/(60*加入铁水量)＝底吹氧气供气强度，计算出底吹氧气供气强度值为15000*(6％-9％)/(60*80)＝0.1875-0.281NM3/(min﹒吨)；同时底吹天然气供气强度为0.02-0.03NM3/(min﹒吨)恒流量控制。
吹炼时间的80-100％阶段，通过切换阀组将底吹的天然气和氧气全部切换为氩气，氩气供气流量为0.1-0.12NM3/(min﹒吨)，提枪后氩气供气流量为0.02-0.03NM3/(min﹒吨)。
终点取样时若C含量为0.06-0.07％，则补吹30-40秒，此时底吹气体为Ar气，供气按供气强度0.1-0.15NM3/(min﹒吨)控制；终点取样时若C含量为0.041-0.06％，则补吹20-30秒，此时底吹气体为Ar气，供气按供气强度0.1-0.13NM3/(min﹒吨)控制；
吹炼时间13分20秒-14分,采用本发明较原来底吹N2/Ar冶炼工业纯铁缩短吹炼时间2分10秒-2分30秒，减少吹炼时间约13-16％。
实施例2：
一种转炉底吹富氧冶炼方法：其特征在于：转炉冶炼终点C含量目标值0.07-0.08％，在顶底复吹转炉中加入采用100吨KR预处理后的合格铁水,将底吹气体切换到供天
然气和氧气，其中转炉底吹透气砖采用的是双层套管式，套管内层通氧气，外层通天然气。内外层套管的底吹气体都可以与氩气或氮气切换；转炉吹炼期，转炉底吹气体供气工艺为吹炼时间的前80％阶段底吹透气砖套管外层供天然气+内层供氧气，而且底吹氧气和天然气与顶吹氧同步供气，吹炼期间转炉任何情况下提枪停吹氧，底吹氧气和天然气切换为氩气。外层天然气、内层氧气和顶吹氧气流量按如下比例配比供气：
吹炼时间的前60％阶段底吹氧气流量Q1＝Q*K1，式中Q1代表吹炼时间的前60％阶段底吹氧气流量，Q代表顶吹氧枪气体流量，为15000NM3/h。
K1代表底吹氧气流量系数，取8-15％。
通过计算出的供氧量，按公式Q1/(60*加入铁水量)＝底吹氧气供气强度，计算出底吹氧气供气强度值为15000*(8％-15％)/(60*100)＝0.2-0.375NM3/(min﹒吨)；同时底吹天然气供气强度为0.02-0.03NM3/(min﹒吨)恒流量控制。
吹炼时间的60-80％阶段，降低底氧气流量系数，吹氧气流量Q2＝Q*K2，式中Q2代表吹炼时间的60-80％阶段底吹氧气流量，Q代表顶吹氧枪气体流量，为15000NM3/h，K2代表底吹氧气流量系数，6-9％。
通过计算出的供氧量，按公式Q2/(60*加入铁水量)＝底吹氧气供气强度，计算出底吹氧气供气强度值为15000*(6％-9％)/(60*100)＝0.15-0.225NM3/(min﹒吨)；同时底吹天然气供气强度为0.02-0.03NM3/(min﹒吨)恒流量控制。
吹炼时间的80-100％阶段，通过切换阀组将底吹的天然气和氧气全部切换为氩气，氩气供气流量为0.06-0.07NM3/(min﹒吨)，提枪后氩气供气流量为0.02-0.03NM3/(min﹒吨)。
终点取样时若C含量为0.09-0.11％，则补吹30-40秒，此时底吹气体为Ar气，供气按供气强度0.15-0.20NM3/(min﹒吨)控制；终点取样时若C含量为0.081-0.09％，则补吹20-30秒，此时底吹气体为Ar气，供气按供气强度0.15-0.18NM3/(min﹒吨)控制；
吹炼时间13分10秒-14分20秒,采用本发明较原来底吹N2/Ar冶炼缩短吹炼时间1分50秒-2分20秒，减少吹炼时间约11-15.5％。
其它未详细说明的部分均为现有技术。尽管上述实施例对本发明做出了详尽的描述，但它仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，人们还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例，这些实施例都属于本发明保护范围。
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