專利名稱：一種預熱氧氣提高射流速度的吹氧煉鋼方法
技術領域：
本發明屬于冶金技術領域，特別涉及一種預熱氧氣提高射流速度的吹氧煉鋼方法。
背景技術：
吹氧是轉爐、電弧爐煉鋼過程中的重要工藝手段，由于高壓氧氣管道阻力、能量轉換等因素的限制，馬赫數設計在2. 3以下，多數控制在I. 4-2. I之間。因此煉鋼過程存在氧氣有效噴吹距離相對較短、氧氣攪拌強度受到限制、熔池成分和溫度均勻較慢等缺點。通常常溫氧氣噴吹至熔池中的氧氣射流溫度低至213K (_60°C)以下，與高溫熔池發生熱量交換導致高溫熔池的熱量損失約占熔池內鐵水總物理顯熱的3-6%，同時，氧氣射流進入煉鋼爐經歷了 “加熱一反應”的過程，降低了鋼渣反應速度。 本發明提出一種采用預熱氧氣提高射流速度的吹氧煉鋼方法，利用煙氣余熱、電加熱或燃料燃燒等加熱方式預熱氧氣，提高氧槍出口溫度、實現射流速度增加，達到增強攪拌強度，增加噴頭壽命的目的；同時減少煉鋼過程中熱量損失及渣料熔化時間，促進化渣，為熔池反應提供良好條件。

發明內容
本發明的目的是提供一種提高氧槍出口射流速度和有效射流長度、增強熔池攪拌強度、縮短冶煉周期的預熱氧氣的吹氧煉鋼方法。本發明的原理是通過預熱氧氣，氧槍出口處射流速度提高，射流長度增加。氣流中任一指定點的速度與當地氣流中聲速之比叫做該點氣流的馬赫數，以Ma表示
Ma=V~= ^式中，K常數，T為絕熱溫度。對于氧氣來說= 19 ^。設計氧槍時是根
據拉瓦爾噴管出口馬赫數進行計算的，則在保證拉瓦爾噴管出口馬赫數相同的情況下，若絕熱溫度升高，聲速越大，則噴管出口處射流速度也成比例增大，射流長度變長。如圖I所
/Jn o本發明的技術方案是利用煙氣余熱加熱方式、電加熱、燃料燃燒加熱等或多種方式協同作用，預熱用于煉鋼過程噴吹的氧氣，預熱后的氧氣溫度可達到500-1200K，壓力為0. 3-1. 8MPa，高溫氧氣經氧槍后形成高速射流，射流長度延長，強化熔池攪拌能力，提高冶金效果。同時，高溫射流可減少氧氣吸收熔池熱量的20-25%，高溫射流作用于熔池，氣體和液體分子傳質系數隨著溫度升高而增加，反應動力學條件良好。具體包括以下步驟利用氧氣控制系統控制氧氣流量，氧氣從常溫氧氣管道流入預熱系統，通過高溫煙氣管道、電加熱系統或燃料燃燒系統產生的熱量在預熱系統內對氧氣進行預熱，預熱后氧氣溫度通過調節熱量來源進行控制，預熱后的氧氣溫度達到500-1200K，壓力為0. 3-1. 8MPa，將預熱獲得的高溫氧氣，預熱后的氧氣流經高溫氧氣管道，輸送至超音速射流氧槍噴頭處，利用超音速射流氧槍產生的超音速射流作用，攪拌煉鋼爐熔池，促進脫磷脫碳等氧化反應的進行，有利于均勻熔池成分和溫度。預熱氧氣工藝可采用煙氣余熱加熱、或電加熱、或燃料燃燒加熱等方式進行。將氧氣從300K預熱到1200K耗能約16000-55000kJ/t鋼，在電加熱工藝中，考慮到能量轉化過程中的利用率，采用電加熱的方式耗電約5-llkWh，燃料加熱根據所選燃料不同，燃料消耗量存在一定變化。電加熱工藝可調性好，控制精確，燃料燃燒加熱工藝可快速有效預熱氧氣。也可采用轉爐、電弧爐或其他工業爐窯的煙氣余熱預熱氧氣，達到改善冶金效果的目的。本發明中用于煉鋼生產的超音速射流氧槍內流經高溫高速氧氣，為控制熱量損失 在5%以內，以獲得高速射流，氧槍外壁覆蓋一層耐熱耐磨材料，避免高溫氧氣對氧槍的侵蝕和熱損。同時，高溫氧氣管道外部覆一層5-40_厚的陶瓷耐熱保溫材料，以避免高溫氧氣對管壁的侵蝕和熱量逸失。本發明適用于30-200噸電弧爐煉鋼過程，電弧爐煉鋼可通過爐壁氧槍、爐門氧槍、頂吹氧槍或底吹噴槍噴吹經預熱后的高溫氧氣，氧氣流量為100-5000Nm3/h，根據電弧爐煉鋼過程熔化、脫碳及均勻成分的需要，氧氣溫度控制為500-1200K，射流壓力為0. 2_1. 3MPao本發明適用于30-350噸轉爐煉鋼過程，轉爐煉鋼通過頂吹超音速氧槍或側面氧槍噴吹高溫氧氣，氧氣流量控制在6000-80000Nm3/h，壓力0. 5-1. 8MPa。根據轉爐煉鋼過程化渣、脫磷及脫碳的需要，氧氣溫度控制為500-1200K。由于射流速度增加，射流長度延長，使得煉鋼冶煉過程中氧槍槍位控制更加靈活，減少了鋼渣噴濺對氧槍和噴頭的侵蝕，提高氧槍和噴頭壽命。本發明所使用的設備包括氧氣控制系統(I)、常溫氧氣管道(2)、氧氣預熱系統
(3)、高溫氧氣管道(4)、超音速射流氧槍(5)、煉鋼爐(6);氧氣預熱系統熱量來源于高溫煙氣管道(7)或電加熱系統(8)或燃料燃燒加熱系統(9);高溫氧氣管道(4)外壁覆一層耐熱保溫材料，避免高溫氧氣的熱量逸失；超音速射流氧槍(5)氧槍中心管外壁采用保溫材料，減少冷卻水帶走高溫氧氣的熱量；燃燒室(10)中的燃料燃燒，產生的高溫熱量傳遞給燃料燃燒加熱系統(9 )。利用氧氣控制系統(I)控制氧氣流量，氧氣從常溫氧氣管道(2 )流入預熱系統(3)，通過高溫煙氣管道(7)中回收的煙氣余熱、電加熱系統(8)或燃燒室(10)中燃料燃燒產生的熱量在氧氣預熱系統(3)、電加熱系統(8)或燃料燃燒加熱系統(9)內進行熱交換，預熱后的氧氣流經高溫氧氣管道(4)，利用氧槍(5)產生的超音速射流作用，攪拌煉鋼爐(6)中鋼液，促進反應速度，完成煉鋼任務。與傳統煉鋼過程相比，采用本發明進行吹氧煉鋼，脫碳及脫磷效率明顯改善，冶煉周期縮短2分鐘以上，金屬收得率提高1%以上，渣料消耗減少10%。


圖I為本發明射流長度隨溫度變化圖。圖2為用于電弧爐的預熱氧氣連接裝置的裝配圖。圖3為用于轉爐的預熱氧氣連接裝置的裝配圖。圖2、圖3中I、氧氣控制系統，2、常溫氧氣管道，3、氧氣預熱系統4、高溫氧氣管道，5、超音速射流氧槍，6、煉鋼爐，7、高溫煙氣管道，8、電加熱系統，9、燃料燃燒加熱系統，10、
燃燒室。
具體實施例方式下面結合具體實施例對本發明的技術方案做進一步說明。(I)本發明應用在50噸電弧爐的爐壁氧槍，噴頭馬赫數為2，氧槍流量1500Nm3/h，壓力0. SMPa0冶煉分段控制過程為熔化期供氧流量為1000Nm3/h，經煙氣預熱后氧氣來流溫度可達到900K，噴頭出口處射流速度可達840m/s，認為速度高于100m/S的射流對熔池攪拌效果顯著，此時射流長度I. 54m，增加約0. 52m，熔池溫度、成分快速均勻，廢鋼熔化時間縮短0. 3-0. 8分鐘；脫碳期供氧流量為2000Nm3/h，經煙氣預熱后氧氣來流溫度可達到1200K，噴頭出口處射流速度可達840m/s，認為速度高于100m/S的射流對熔池攪拌效果顯著，此時射流長度2. 18m，射流長度增加約0. 73m，攪拌強度大，鋼渣界面充分接觸，脫碳反應動力學條件良好，脫碳期縮短0. 7-1. 2分鐘，鋼液溫度及成分快速趨于均勻，降低爐渣鐵損，提高金屬收得率。(2)本發明應用在150噸電弧爐的爐門氧槍，噴頭馬赫數為2，氧槍流量2500Nm3/h,壓力 0. 8MPa。熔化期供氧流量為2000Nm3/h，經煙氣預熱后氧氣來流溫度可達到900K，噴頭出口處射流速度可達840m/s，認為速度高于lOOm/s的射流對熔池攪拌效果顯著，此時射流長度2. 18m，射流長度增加約0. 73m，熔池溫度成分快速均勻，廢鋼熔化時間縮短0. 3-0. 8分鐘；脫碳期供氧流量為3000Nm3/h，經煙氣預熱后溫度可達到1200K，噴頭出口處射流速度可達840m/s，認為速度高于lOOm/s的射流對熔池攪拌效果顯著，此時射流長度2. 65m,射流長度增加約0. 89m，攪拌強度大，鋼渣界面充分接觸，脫碳反應動力學條件良好，脫碳期縮短0. 7-1. 2分鐘，鋼液溫度及成分快速趨于均勻，降低爐渣鐵損，提高金屬收得率。(3)本發明應用在100噸轉爐頂吹氧槍，四孔氧槍噴頭馬赫數為2，流量為20000Nm3/h,單孔流量5000Nm3/h，壓力0. 8MPa。冶煉過程中，氧氣射流經煙氣預熱后溫度可達到800K，噴頭出口處射流速度可達840m/s，認為速度高于lOOm/s的射流對熔池攪拌效果顯著，此時射流長度超過3. 24m,射流長度增加約0. 94m,攪拌強度大，鋼渣界面充分接觸，反應動力學條件良好，脫碳期縮短0. 7-1. 2分鐘，鋼液溫度及成分快速趨于均勻，降低爐渣鐵損，提高金屬收得率，冶煉周期縮短，氧槍及噴頭壽命提高。(4)本發明應用在300噸轉爐頂吹氧槍,六孔氧槍噴頭馬赫數為2. 10,流量為60000-62000Nm3/h，單孔流量約10000Nm3/h，壓力0. 8MPa。冶煉過程中，氧氣射流經煙氣預熱后溫度可達到1000K，噴頭出口處射流速度可達890m/s，認為速度高于lOOm/s的射流對熔池攪拌效果顯著，此時射流長度超過4. 58m，射流長度增加約I. 40m，攪拌強度大，鋼渣界面充分接觸，脫碳反應動力學條件良好，脫碳期縮短0. 7-1. 2分鐘，鋼液溫度及成分快速趨于均勻，降低爐渣鐵損，提高金屬收得率，冶煉周期縮短3分鐘。權利要求
1.一種預熱氧氣提高射流速度的吹氧煉鋼方法，其特征在于利用氧氣控制系統控制氧氣流量，氧氣從常溫氧氣管道流入預熱系統，通過高溫煙氣管道、電加熱系統或燃料燃燒系統產生的熱量在預熱系統內對氧氣進行預熱，預熱后氧氣溫度通過調節熱量來源進行控制，預熱后的氧氣溫度達到500-1200K，壓カ為O. 3-1. 8MPa，將預熱獲得的高溫氧氣，預熱后的氧氣流經高溫氧氣管道，輸送至超音速射流氧槍噴頭處，利用超音速射流氧槍產生的超音速射流作用，攪拌煉鋼爐熔池，促進脫磷脫碳等氧化反應的進行，有利于均勻熔池成分和溫度。
2.根據權利要求I所述的ー種預熱氧氣提高射流速度的吹氧煉鋼方法，其特征在干，吹氧煉鋼的高溫氧氣利用固定換熱裝置通過煙氣余熱、或電加熱、或燃料燃燒多種方式單獨或多種方式共同進行預熱氧氣。
3.根據權利要求I或2所述的ー種預熱氧氣提高射流速度的吹氧煉鋼方法，其特征在于，所述方法適用于30-200噸電弧爐煉鋼エ藝，電弧爐煉鋼通過爐壁氧槍、爐門氧槍、頂吹氧槍或底吹噴槍噴吹高溫氧氣，氧氣流量為100-5000Nm3/h，根據電弧爐煉鋼過程熔化、脫碳及均勻成分的需要，氧氣溫度控制為500-1200K，射流壓カ為O. 3-1. 8MPa。
4.根據權利要求I或2所述的ー種預熱氧氣提高射流速度的吹氧煉鋼方法，其特征在于，所述方法適用于30-350噸轉爐煉鋼エ藝，轉爐煉鋼通過頂吹或側吹超音速高溫氧氣，氧氣流量控制在6000-800(K)Nm3/h，根據轉爐煉鋼過程化渣、脫磷及脫碳的需要，氧氣溫度控制為500-1200K，射流壓カ為O. 5-1. 8MPa。
5.根據權利要求I或2所述的ー種預熱氧氣提高射流速度的吹氧煉鋼方法，其特征在于，所使用的設備包括氧氣控制系統(I)、常溫氧氣管道(2)、氧氣預熱系統(3)、高溫氧氣管道(4)、超音速射流氧槍(5)、煉鋼爐(6);氧氣預熱系統熱量來源于高溫煙氣管道(7)或電加熱系統(8)或燃料燃燒加熱系統(9);高溫氧氣管道(4)外壁覆一層耐熱保溫材料，避免高溫氧氣的熱量逸失；超音速射流氧槍(5)氧槍中心管外壁采用保溫材料，減少冷卻水帶走高溫氧氣的熱量；燃燒室(10)中的燃料燃燒，產生的高溫熱量傳遞給燃料燃燒加熱系統(9)。
6.根據權利要求I或2所述的ー種預熱氧氣提高射流速度的吹氧煉鋼方法，其特征在于，利用控制系統(I)控制氧氣流量，氧氣從常溫氧氣管道(2)流入預熱系統(3)，通過高溫煙氣管道(7)中回收的煙氣余熱、電加熱系統(8)或燃燒室(10)中燃料燃燒產生的熱量在氧氣預熱系統(3)、電加熱系統(8)或燃料燃燒加熱系統(9)內進行熱交換，氧氣溫度通過調節熱量來源進行控制，預熱后的氧氣流經高溫氧氣管道(4)，利用氧槍(5)產生的超音速射流作用，攪拌煉鋼爐鋼液，促進反應速度，完成煉鋼任務。
全文摘要
本發明屬于冶金技術領域，涉及一種預熱氧氣提高射流速度的吹氧煉鋼方法。氧氣從常溫管道流入預熱系統，通過煉鋼的高溫煙氣、或電加熱及燃料燃燒系統產生的熱量預熱氧氣，氧氣溫度通過調節熱量輸入量進行控制，預熱后的氧氣利用氧槍噴頭產生的超音速射流進行噴吹煉鋼。本發明的特點在于對氧氣進行預熱，通過氧槍噴吹被預熱的高溫氧氣，可顯著增加氧氣的射流速度，達到增強攪拌效果、改善熔池反應的動力學條件、和提高氧槍噴頭壽命的目的。本發明適用于30-200噸電弧爐和30-350噸轉爐煉鋼工藝，與傳統煉鋼過程相比，脫碳及脫磷速度明顯改善，冶煉周期縮短2分鐘以上，金屬收得率提高1%以上，渣料消耗減少10%。
文檔編號C21C5/30GK102732668SQ201210233080
公開日2012年10月17日 申請日期2012年7月5日 優先權日2012年7月5日
發明者仇永全, 劉潤藻, 劉福海, 呂明, 朱常福, 朱榮, 林騰昌, 王慧, 王洪, 董凱, 谷云嶺 申請人:北京科技大學