[發明專利]一種電弧爐煉鋼埋入式吹氧脫碳工藝及控制方法

有效

• 申請號: 201210108966.8
• 申請日: 2012-04-16
• 公開（公告）號: CN102628094A
• 公開（公告）日: 2012-08-08
• 發明（設計）人: 朱榮;馮小明;陳三芽;董凱;劉福海;蘇榮芳
• 申請（專利權）人: 朱榮;馮小明
• 主分類號: C21C5/52
• 分類號: C21C5/52;C21C7/068
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于鋼鐵冶金技術領域，特別涉及到一種電弧爐煉鋼埋入式吹氧脫碳工藝及控制方法。

背景技術

隨著電弧爐煉鋼冶煉節奏加快，冶煉消耗降低，同時電爐熱裝鐵水比例增加，熔池碳量升高，現有的煉鋼方式無法滿足熔池脫碳的要求。目前電弧爐煉鋼的供氧方法主要有爐壁供氧和爐門供氧。它們的共同特點是：煉鋼過程中，供氧噴嘴位于熔池上方，其距離鋼液面的垂直位置一般超過200mm；供氧噴嘴使用拉烏爾管產生超音速射流，利用氧氣射流的動能穿透爐氣和渣層與鋼水接觸反應脫碳。其缺點是氧氣射流在穿過爐內氣流及渣層時，氧氣射流強度逐步衰減，氧氣難以進入熔池，造成熔池的脫碳速度較低。因進入熔池的氧氣量難以掌握，無法有效控制熔池中脫碳速度。

電弧爐煉鋼傳統供氧脫碳過程為：

（1）高壓氧氣經過拉烏爾管形成超音速射流。根據不同冶煉噸位，氧氣流量為1200Nm³/h~3500Nm³/h，設計馬赫數為1.5~2.1，氧氣壓力為0.4MPa~0.85MPa。

（2）氧氣射流穿透爐氣。氧氣射流在爐氣運動的距離一般超過200mm，在此過程中射流速度衰減，降低到不超過270m/s，其中部分氧氣因爐氣干擾直接進入排煙系統，損失約占供氧流量的12%。

（3）氧氣射流穿透渣層。電弧爐熔池渣層厚度一般超過150mm，由于渣層的阻礙作用，射流速度快速衰減到50m/s以下，其中部分氧氣被渣層吸收，約占供氧流量的15%~30%，另有氧氣射流在爐渣表面反彈進入煙氣系統，約占供氧流量的15%左右。

（4）氧溶解進入鋼液。與鋼液接觸時，部分氧氣射流在鋼液表面未參加反應進入煙氣，約占供氧流量的5%左右。由于鋼液阻礙氧氣射流速度進一步衰減，其速度不超過10m/s，僅對鋼液面以下300mm以內鋼液有攪拌作用，熔池深部鋼水流動速度低。氧與鐵發生反應生成FeO，FeO需先飽和溶解進入渣層（渣中FeO飽和含量為30%左右，此部分FeO不參與鋼液脫碳反應），剩余的FeO進入鋼液的發生以下反應：(FeO)=[Fe]+[O]，氧元素溶解進入鋼液；

（5）熔池中碳氧反應。鋼液中的碳和氧通過傳質與相互接觸，發生如下反應：[O]+[C]=CO，產生的CO氣泡上升，最終離開鋼液進入爐氣。鋼液中碳與氧的傳質是脫碳反應的限制性環節，因鋼液面以下超過300mm的深部鋼水流動速度低，熔池內溶解氧無法連續有效的脫碳，不利于脫碳反應的進行；

（6）爐氣的二次燃燒。一氧化碳氣泡在脫離熔池后進入爐氣，發生二次燃燒反應，2CO+O₂=2CO₂。因大量氧氣未進入熔池，爐氣中富余氧氣量大，二次燃燒劇烈，煙氣溫度高，電爐爐蓋和煙氣系統的壽命降低。

傳統的供氧脫碳過程中，氧氣與鋼水接觸困難，約有占總供氧量的30%的氧氣直接隨爐氣直接進入排煙系統，15%~32%的氧氣被渣層吸收，最終進入熔池參與脫碳反應的不超過45%，且不可控，電弧爐氧氣利用率低、脫碳速度慢、控制效果差。電弧爐爐蓋與煙氣系統壽命低。傳統電弧爐脫碳方法無法避免這些問題。

發明內容

本發明目的是克服現有的電弧爐煉鋼技術當中氧氣利用率低、脫碳速度慢、控制效果差。電弧爐爐蓋與煙氣系統壽命低的問題。

本發明提出一種電弧爐煉鋼埋入式吹氧脫碳工藝及控制方法。該方法中氧化性氣體直接從埋入鋼液一定深度的噴嘴噴出，氣體即全部進入鋼液參加脫碳反應。氣體利用率高，脫碳速度可控。

一種電弧爐煉鋼埋入式吹氧脫碳工藝及控制方法，噴嘴中心管噴吹氧化性氣體（氧氣或二氧化碳氣體，也可按比例混合噴吹），噴吹流量為100~3500Nm³/h，根據脫碳工藝要求，分時段控制氣體流量和比例。環管噴吹保護氣體（二氧化碳、天然氣、氮氣或氬氣，也可按比例混合噴吹），噴吹流量為10~1000Nm³/h。不同階段噴嘴的工作狀態，分時段控制氣體流量和比例。

本發明的具體脫碳過程：

（1）氧由噴嘴直接進入鋼液內部，全部進入鋼水，實現了氧的高效傳輸。根據不同冶煉噸位，中心管單獨或混合噴吹氧氣、二氧化碳氣體，氣體總流量為100Nm³/h~3500Nm³/h，氣體壓力為0.15MPa~0.8MPa。環縫中噴吹二氧化碳、氮氣、氬氣或天然氣，氣體流量為10Nm³/h~1000Nm³/h，壓力為0.2MPa~0.45MPa。