CN110218842A - 一种铁水脱磷装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铁水脱磷装置及方法，属于钢铁冶炼技术领域。本发明包括枪体总成和喷头总成，所述的枪体总成由枪体内管、枪体中间管、枪体进水管和枪体回水管组成，喷头总成由喷头本体、喷头回水管、喷头进水管、喷头中间管、喷头内管组成，所述的喷头内管上端与枪体内管连通，喷头中间管上端与枪体中间管连通，喷头进水管的上端与枪体进水管连通，喷头回水管的上端与枪体回水管连通，喷头本体的内腔设有冷却水道、外喷孔及内喷孔。本发明具有两套独立的供气通道，即氧、氮气通道及相应拉瓦尔喷孔，能够实现在较低顶供氧强度条件下氮、氧混吹，改善转炉熔池上部动力学条件，实现高效、低耗、环保脱磷目的。
Description
技术领域
本发明涉及钢铁冶炼技术领域，更具体地说，涉及一种铁水脱磷装置及方法。
背景技术
磷是绝大多数钢中的有害元素，容易在晶界偏析，引起低温脆性和回火脆性，为适应原料磷含量的升高及极低磷钢市场需求，铁水脱磷应运而生。铁水脱磷处理可以分为氧化脱磷和还原脱磷两种工艺，目前，各钢厂普遍采用氧化脱磷方法。常用的脱磷工艺分两大类：一种是在铁水罐或鱼雷罐中进行脱磷，另一种在转炉内进行铁水脱磷处理，这两种方法主要存在如下问题：在铁水罐或鱼雷罐中进行脱磷时，处理过程渣量大，铁损高，温降大，若采用吹氧进行温度补偿时，喷溅严重且处理时间长，污染严重，影响生产顺行，应用状况不理想。在转炉内进行铁水预脱磷处理时，通常采用转炉两步法炼钢工艺，即一座转炉做为铁水脱磷炉，另一转炉作为脱碳炉。铁水脱磷炉采用复合吹炼模式，采用强底吹，顶枪弱供氧模式进行脱磷作业，因顶枪供氧流量小，转炉熔池上部动力学条件差，熔池上部废钢难以熔化，冶炼时间偏长，铁损偏大，终点P偏离平衡值相对较多。
发明内容
1.发明要解决的技术问题
针对现有技术存在的缺陷与不足，本发明提供了一种铁水脱磷装置及方法，本发明具有两套独立的供气通道，即氧、氮气通道及相应拉瓦尔喷孔，能够实现在较低顶供氧强度条件下氮、氧混吹，改善转炉熔池上部动力学条件，促进过程碳、温、磷协调，实现高效、低耗、环保脱磷目的。
2.技术方案
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
本发明的一种铁水脱磷装置，包括枪体总成和喷头总成，所述的枪体总成由枪体内管、枪体中间管、枪体进水管和枪体回水管组成，所述的枪体内管的外侧设置有枪体中间管，枪体中间管的外侧设置有枪体进水管，枪体进水管的外侧设置有枪体回水管，所述的枪体总成的下部连接有喷头总成，喷头总成由喷头本体、喷头回水管、喷头进水管、喷头中间管、喷头内管组成，喷头本体的内腔设有冷却水道、外喷孔、内喷孔；
所述的喷头内管上端与枪体内管连通，枪体内管的输入端连接氮气，喷头内管下端与喷头本体的内喷孔连通，喷头内管的中心处为喷头中心线，所述的喷头内管的外侧设置有喷头中间管，所述的喷头中间管上端与枪体中间管连通，枪体中间管的输入端连接氧气，喷头中间管下端与喷头本体的外喷孔连通，所述的喷头中间管的外侧设置有喷头进水管，喷头进水管的上端与枪体进水管连通，枪体进水管的输入端连接外部冷却水进水管线，喷头进水管的下端与喷头本体的冷却水道连通，所述的喷头进水管的外侧设置有喷头回水管，喷头回水管的上端与枪体回水管连通，枪体回水管上端连通外部回水管线，喷头回水管的下端与喷头本体的冷却水道连通。
进一步地，所述的枪体内管、枪体中间管、枪体进水管和枪体回水管均为同轴圆柱筒体。
进一步地，所述的内喷孔的中心处为内喷孔中心线，内喷孔中心线与喷头中心线夹角为α，α为0°～15°。
进一步地，所述的内喷孔设有2至6个，出口马赫数M2＝2.0～2.5，内喷孔在喷头本体端面上间隔分布。
进一步地，所述的内喷孔设有一个，内喷孔的内喷孔中心线与喷头中心线重合，出口马赫数M2＝2.0～2.5。
进一步地，所述的外喷孔设有3至6个，出口马赫数M1＝1.2～2.2，外喷孔在喷头本体的表面间隔分布。
进一步地，所述的外喷孔和内喷孔均为拉瓦尔型喷孔，且均由锥形收缩段、近圆柱段、锥形扩张段组成，外喷孔和内喷孔分别有独立的供气通道。
进一步地，所述的外喷孔的中心处设置为外喷孔中心线，外喷孔中心线与喷头中心线夹角为β，β为12°～20°。
一种铁水脱磷方法，其步骤为：
步骤一：向转炉内加入轻薄废钢，加入量根据热平衡状况确定；
步骤二：向转炉内兑入铁水，根据转炉公称容量，确定转炉铁水装入量；
步骤三：底吹强搅启动；
步骤四：进行铁水脱磷作业，枪体总成和喷头总成***转炉内，喷头总成距炉内铁水液面1.0m－4.0m进行供氧、供氮作业；
步骤五：加入石灰等造渣材料进行脱磷，石灰加入量根据铁水状况确定，控制R1.0－2.5，R指代碱度，R＝CaO/SiO2；
步骤六：过程控制转炉温度在1380℃以下，碳含量不小于3.5％，若温度过高或碳含量低于3.5％；停止外孔供氧作业，仅供氮搅拌；
步骤七：达到预定目标后，作业完成。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：
本发明以转炉为反应容器，具有两套独立的供气通道，即氧、氮气通道及相应拉瓦尔喷孔，外喷孔和内喷孔均为锥形，喷出性能影响显著，能够实现在较低顶供氧强度条件下氮、氧混吹，改善转炉熔池上部动力学条件，促进过程碳、温、磷协调，脱磷过程中操作成本降低，脱磷率显著提高，并有效缩短钢铁冶炼周期，实现高效、低耗、环保脱磷目的。
附图说明
图1为本发明的整体结构图；
图2为本发明的枪体总成结构图；
图3为本发明的喷头总成结构图。
图中：1、枪体总成；11、枪体内管；12、枪体中间管；13、枪体进水管；14、枪体回水管；2、喷头总成；21、喷头本体；211、冷却水道；212、外喷孔；213、内喷孔；22、喷头回水管；23、喷头进水管；24、喷头中间管；25、喷头内管；26、喷头中心线；27、内喷孔中心线；28、外喷孔中心线。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述：
实施例1
从图1-3可以看出，本实施例的一种铁水脱磷装置，包括枪体总成1和喷头总成2，枪体总成1由枪体内管11、枪体中间管12、枪体进水管13和枪体回水管14组成，枪体内管11、枪体中间管12、枪体进水管13和枪体回水管14均为同轴圆柱筒体，枪体内管11、枪体中间管12、枪体进水管13和枪体回水管14的直径分别记为Ф4、Ф3、Ф2和Ф1，枪体内管11的外侧设置有枪体中间管12，枪体中间管12的外侧设置有枪体进水管13，枪体进水管13的外侧设置有枪体回水管14，枪体总成1的下部连接有喷头总成2，喷头总成2由喷头本体21、喷头回水管22、喷头进水管23、喷头中间管24、喷头内管25组成，喷头本体21的内腔设有冷却水道211、外喷孔212、内喷孔213。
喷头回水管22、喷头进水管23、喷头中间管24、喷头内管25的直径分别记为Ф5、Ф6、Ф7和Ф8。
喷头内管25上端与枪体内管11连通，枪体内管11的输入端连接氮气，喷头内管25下端与喷头本体21的内喷孔213连通，喷头内管25的中心处为喷头中心线26，喷头内管25的外侧设置有喷头中间管24，喷头中间管24上端与枪体中间管12连通，枪体中间管12的输入端连接氧气，喷头中间管24下端与喷头本体21的外喷孔212连通，喷头中间管24的外侧设置有喷头进水管23，喷头进水管23的上端与枪体进水管13连通，枪体进水管13的输入端连接外部冷却水进水管线，喷头进水管23的下端与喷头本体21的冷却水道211连通，喷头进水管23的外侧设置有喷头回水管22，喷头回水管22的上端与枪体回水管14连通，枪体回水管14上端连通外部回水管线，喷头回水管22的下端与喷头本体21的冷却水道211连通。
内喷孔213的中心处为内喷孔中心线27，内喷孔中心线27与喷头中心线26夹角为α，α为0°～15°，当内喷孔213设有一个时，内喷孔213的内喷孔中心线27与喷头中心线26重合，出口马赫数M2＝2.0～2.5，当内喷孔213设有2至6个，出口马赫数M2＝2.0～2.5，内喷孔213在喷头本体21端面上间隔分布。
外喷孔212设有3至6个，出口马赫数M1＝1.2～2.2，外喷孔212在喷头本体21的表面间隔分布，外喷孔212和内喷孔213均为拉瓦尔型喷孔，且均由锥形收缩段、近圆柱段、锥形扩张段组成，外喷孔212和内喷孔213分别有独立的供气通道，外喷孔212的中心处设置为外喷孔中心线28，外喷孔中心线28与喷头中心线26夹角为β，β为12°～20°。
外喷孔212的锥形扩张段直径记为Ф10，外喷孔212的近圆柱段直径记为Ф9，内喷孔213的锥形扩张段直径记为Ф12，内喷孔213的近圆柱段直径记为Ф11。
一种铁水脱磷方法，其步骤为：
步骤一：向转炉内加入轻薄废钢，加入量根据热平衡状况确定；
步骤二：向转炉内兑入铁水，根据转炉公称容量，确定转炉铁水装入量；
步骤三：底吹强搅启动；
步骤四：进行铁水脱磷作业，枪体总成1和喷头总成2***转炉内，喷头总成2距炉内铁水液面1.0m－4.0m进行供氧、供氮作业；
步骤五：加入石灰等造渣材料进行脱磷，石灰加入量根据铁水状况确定，控制R1.0－2.5，R指代碱度，R＝CaO/SiO2；
步骤六：过程控制转炉温度在1380℃以下，碳含量不小于3.5％，若温度过高或碳含量低于3.5％；停止外孔供氧作业，仅供氮搅拌；
步骤七：达到预定目标后，作业完成。
依据实际操作情况，具体实施过程如下：
外喷孔212设6个，出口马赫数为M1＝2.05，在同一圆周上均布，其近圆柱段(即喉口)直径Ф9＝28.33mm、锥形扩张段出口直径Ф10＝37.59mm，工艺流量16000-25000m3/h，外喷孔中心线28与喷头中心线26夹角β＝17.5°，内喷孔213设1个，出口马赫数为M2＝2.20，布置在喷头中心线26上，其近圆柱段(即喉口)直径Ф11＝53.46mm、锥形扩张段出口直径Ф12＝75.70mm，工艺流量13000-18000m3/h，内喷孔中心线27与喷头中心线26夹角a＝0°，喷头本体21由铜铸造成型，Cu含量>99.85％，Ф1＝Ф5＝406.4mm，Ф2＝Ф6＝340mm，Ф3＝Ф7＝267.4mm，Ф4＝Ф8＝168mm，壁厚12mm。
枪体内管11、喷头内管25、内喷孔213连接氮气，枪体中间管12、喷头中间管24、外喷孔212连接氧气，枪体进水管13连接外部冷却水进水管线，经喷头进水管23、喷头本体21的冷却水道211、喷头回水管22后，通过枪体回水管14连接外部回水管线。
具体脱磷方法，包含以下步骤：
作业步骤一：向转炉内加入轻薄废钢，加入量0-30t,具体根据铁水硅、温度确定，实际见下表；
作业步骤二：入炉铁水温度不小于1200℃，向转炉内兑入铁水，兑入量290－330吨；
作业步骤三：底吹强搅启动，底吹强度0.20m3/t.min，采用氮气搅拌；
作业步骤四：进行铁水脱磷作业时，枪体总成1和喷头总成2***转炉内，喷头总成2距炉内铁水液面枪位：2.5m进行供氧、供氮作业；供氧流量24000m3/h，供氮流量20000m3/h；
作业步骤五：加入石灰等造渣材料进行脱磷；控制R＝1.5，石灰加入量见下表；
作业步骤六：过程控制转炉温度在1350℃以下，碳含量不小于3.8％；
作业步骤七：累积供氧3500-4200m3后，磷达目标值(不大于0.035％)后，作业完成。
本发明以转炉为反应容器，具有两套独立的供气通道，即氧、氮气通道及相应拉瓦尔喷孔，外喷孔212和内喷孔213均为锥形，喷出性能影响显著，能够实现在较低顶供氧强度条件下氮、氧混吹，改善转炉熔池上部动力学条件，脱磷过程中操作成本降低，脱磷率显著提高，并有效缩短钢铁冶炼周期，实现高效、低耗、环保脱磷目的。
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种铁水脱磷装置，包括枪体总成(1)和喷头总成(2)，其特征在于：所述的枪体总成(1)由枪体内管(11)、枪体中间管(12)、枪体进水管(13)和枪体回水管(14)组成，所述的枪体内管(11)的外侧设置有枪体中间管(12)，枪体中间管(12)的外侧设置有枪体进水管(13)，枪体进水管(13)的外侧设置有枪体回水管(14)，所述的枪体总成(1)的下部连接有喷头总成(2)，喷头总成(2)由喷头本体(21)、喷头回水管(22)、喷头进水管(23)、喷头中间管(24)、喷头内管(25)组成，喷头本体(21)的内腔设有冷却水道(211)、外喷孔(212)、内喷孔(213)；
所述的喷头内管(25)上端与枪体内管(11)连通，枪体内管(11)的输入端连接氮气，喷头内管(25)下端与喷头本体(21)的内喷孔(213)连通，喷头内管(25)的中心处为喷头中心线(26)，所述的喷头内管(25)的外侧设置有喷头中间管(24)，所述的喷头中间管(24)上端与枪体中间管(12)连通，枪体中间管(12)的输入端连接氧气，喷头中间管(24)下端与喷头本体(21)的外喷孔(212)连通，所述的喷头中间管(24)的外侧设置有喷头进水管(23)，喷头进水管(23)的上端与枪体进水管(13)连通，枪体进水管(13)的输入端连接外部冷却水进水管线，喷头进水管(23)的下端与喷头本体(21)的冷却水道(211)连通，所述的喷头进水管(23)的外侧设置有喷头回水管(22)，喷头回水管(22)的上端与枪体回水管(14)连通，枪体回水管(14)上端连通外部回水管线，喷头回水管(22)的下端与喷头本体(21)的冷却水道(211)连通。
2.根据权利要求1所述的一种铁水脱磷装置，其特征在于：所述的枪体内管(11)、枪体中间管(12)、枪体进水管(13)和枪体回水管(14)均为同轴圆柱筒体。
3.根据权利要求1所述的一种铁水脱磷装置，其特征在于：所述的内喷孔(213)的中心处为内喷孔中心线(27)，内喷孔中心线(27)与喷头中心线(26)夹角为α，α为0°～15°。
4.根据权利要求1所述的一种铁水脱磷装置，其特征在于：所述的内喷孔(213)设有2至6个，出口马赫数M2＝2.0～2.5，内喷孔(213)在喷头本体(21)端面上间隔分布。
5.根据权利要求3所述的一种铁水脱磷装置，其特征在于：所述的内喷孔(213)设有一个，内喷孔(213)的内喷孔中心线(27)与喷头中心线(26)重合，出口马赫数M2＝2.0～2.5。
6.根据权利要求1所述的一种铁水脱磷装置，其特征在于：所述的外喷孔(212)设有3至6个，出口马赫数M1＝1.2～2.2，外喷孔(212)在喷头本体(21)的表面间隔分布。
7.根据权利要求1所述的一种铁水脱磷装置，其特征在于：所述的外喷孔(212)和内喷孔(213)均为拉瓦尔型喷孔，且均由锥形收缩段、近圆柱段、锥形扩张段组成，外喷孔(212)和内喷孔(213)分别有独立的供气通道。
8.根据权利要求1所述的一种铁水脱磷装置，其特征在于：所述的外喷孔(212)的中心处设置为外喷孔中心线(28)，外喷孔中心线(28)与喷头中心线(26)夹角为β，β为12°～20°。
9.一种铁水脱磷方法，其特征在于：其步骤为：
步骤一：向转炉内加入轻薄废钢，加入量根据热平衡状况确定；
步骤二：向转炉内兑入铁水，根据转炉公称容量，确定转炉铁水装入量；
步骤三：底吹强搅启动；
步骤四：进行铁水脱磷作业，枪体总成(1)和喷头总成(2)***转炉内，喷头总成(2)距炉内铁水液面1.0m－4.0m进行供氧、供氮作业；
步骤五：加入石灰等造渣材料进行脱磷，石灰加入量根据铁水状况确定，控制R1.0－2.5，R指代碱度，R＝CaO/SiO2；
步骤六：过程控制转炉温度在1380℃以下，碳含量不小于3.5％，若温度过高或碳含量低于3.5％；停止外孔供氧作业，仅供氮搅拌；
步骤七：达到预定目标后，作业完成。
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