本发明涉及炼钢工艺技术领域，尤其涉及一种利用co2控制转炉氧枪射流冲击区高温火点的方法。
背景技术
由于转炉内部极其复杂的物理化学变化、恶劣的冶炼环境以及目前研究手段的限制等原因，对于转炉氧枪射流冲击区高温火点方面的研究鲜有报道，从业人员只能将转炉作为“黑箱”系统，分析转炉物料、能量及动量输入与输出间的关系，进行模糊性控制。
另一方面，随着高效冶炼技术的发展，转炉炼钢过程的供氧强度不断增加，高强度的氧气射流直接接触转炉熔池，在射流冲击区，强烈的冶金放热反应导致热量急剧增加，受转炉炼钢熔池瞬态吸热能力的限制，射流冲击区热量难以有效释放，产生2700℃以上的高温火点区，导致大量铁蒸发的同时，火点高温热辐射严重，大量的富余热量来不及传递进入熔池内部，而随着烟气排出，造成转炉输入能量的巨大浪费。
长期以来，转炉高温火点区的控制都是钢铁企业面临的世界性难题，因此，如何通过合理的工艺操作手段研究及控制转炉氧枪射流高温火点区，实现高温火点区热量产生—传递—熔池吸热的能量动态平衡，提高火点区与熔池内部能量利用效率成为了钢铁行业亟待解决的问题。
技术实现要素：
针对上述问题，本发明提出一种利用co2控制转炉氧枪射流冲击区高温火点的方法，基于熔池冶金反应特征，通过分时段动态调控喷吹气体中co2比例，吹炼前期利用co2高温反应特性抑制si、mn反应放热，减小火点热辐射，吹炼中后期加速火点与熔池间物质和能量传递，减少烟气带走热量造成的热损失，从而控制转炉吹炼过程中氧枪射流冲击区温度分布及火点体积，达到减少热量损失，提高能量利用率的目的。
为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种利用co2控制转炉氧枪射流冲击区高温火点的方法，该方法基于转炉熔池冶金反应特征，通过分时段动态调控喷吹气体中co2比例，利用co2物理及高温反应特性，在各阶段完成吹炼任务，以达到控制转炉吹炼过程中氧枪射流冲击区温度分布及火点体积的目的。在吹炼前期，控制喷吹气体中co2比例10～20％，将高温火点体积所占氧枪射流冲击区比例控制在20～30％，在满足熔池快速升温、化渣的同时，有效抑制si、mn反应放热，减小火点热辐射，若高温火点体积占比超过或小于该范围，则会造成转炉内能量过剩或能量不足等问题；在吹炼中期，控制喷吹气体中co2比例3～10％，将高温火点体积所占氧枪射流冲击区比例控制在20～40％，强化熔池搅拌，加速火点与熔池间物质和能量传递，减少烟气带走热量造成的热损失，若高温火点体积占比超过40％，则烟气将带走大量富余热量，造成热损失，若高温火点体积占比小于20％，则熔池搅拌过于强烈，钢液升温能量供应不足，影响冶炼节奏；3)吹炼末期，控制喷吹气体中co2比例10～30％，将高温火点体积所占氧枪射流冲击区比例控制在5～10％，在满足终点钢液温度、磷含量工艺要求的同时，进一步提高金属收得率，提升钢液质量，若高温火点体积占比超过射流冲击区10％，则会造成钢液过氧化，若其占比小于5％，则转炉终点温度难以达到正常水平。
本发明包括以下步骤：
步骤1：吹炼前期，即吹炼时间0～5min内，执行步骤如下：氧枪下降至距钢液面1.6～2.2m，控制co2喷吹比例10～20％，氧枪供气压力0.8～0.95mpa，开始吹炼，在保证熔池快速升温、化渣的同时，利用co2高温反应特性，抑制熔池元素si、mn氧化放热，控制高温火点区体积占比，减小火点热辐射。
步骤2：在所述吹炼中期，即吹炼时间5～13min内，执行步骤如下：氧枪下降至距钢液面1.2～1.8m，吹炼过程减小co2喷吹比例至3～10％，继续吹炼，利用co2与c反应生成两倍体积co，以强化熔池搅拌，加速熔池内部物质和能量对流，减少烟气带走的热量，降低热损失。
步骤3：在所述吹炼后期，即吹炼时间13min后，执行步骤如下：氧枪提升至距钢液面1.7～2.2m，控制喷吹气体中co2比例10～30％进行吹炼，通过副枪探测等检测手段，完成吹炼终点控制，此时熔池碳含量较低，利用co2弱氧化性，减少o2氧化熔池其它元素放热量，进一步提高金属收得率。
进一步地，所述氧枪射流冲击区体积近似计算方法为：
进一步地，所述高温火点区是指温度高于2100℃的区域。所述喷吹气体是利用气体静态混合器将o2与co2混合，混合时co2气体压力高于o2压力0.1～0.2mpa，保证o2与co2混合的均匀度系数≥99％。
本发明适用于30～400t转炉冶炼过程。通过本发明在转炉吹炼过程中利用氧枪喷吹一定比例co2气体，吹炼前期，抑制熔池元素si、mn氧化放热，控制高温火点区体积占比，减小火点热辐射；吹炼中期，利用co2与c反应生成两倍体积co，以强化熔池搅拌，加速熔池内部物质和能量对流；吹炼后期，防止钢液过氧化，进一步提高金属收得率。控制转炉高温火点体积占射流冲击区至40％以下，转炉烟气温度降低50～110℃，折合标煤0.08～0.18kgce/t钢，吨钢煤气量增加5～10m3，折合标煤2.16～4.32kgce/t钢，转炉煤气中co浓度提高3～8％，减少熔池能量过剩浪费，提高能量利用效率。
附图说明
图1为实施例1喷吹气体流量图。
图2为实施例2喷吹气体流量图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。
实施例1：
本发明应用于150t转炉炼钢过程，利用气体静态混合器将co2与o2均匀混合，同时可实现co2混合比例的动态调节，o2-co2混合喷吹总流量为34000nm3/h，实时监测转炉烟气温度。
1)吹炼开始前，利用气体静态混合器，将co2与o2进行预混，保证气源压力及流量稳定；
2)吹炼前期，即吹炼时间0～5min内，氧枪下降至距钢液面1.6m，控制co2喷吹比例15％，氧枪供气压力0.9mpa，开始吹炼，保证熔池快速升温、化渣的同时，抑制熔池元素si、mn氧化放热，减小火点热辐射。
3)吹炼时间5～11min内，氧枪由1.6m继续下降至距钢液面1.2m，吹炼过程减小co2喷吹比例至5％，继续吹炼，以强化熔池搅拌，加速熔池内部物质和能量对流。
4)吹炼至11～14min，氧枪由1.2m提升至距钢液面1.7m，控制喷吹气体中co2比例18％进行吹炼，通过提枪、增大co2掺混比例、副枪探测钢液成分等操作完成吹炼任务，防止钢液过氧化，提高金属收得率。
5)关闭o2与co2供气阀阻，直至下一炉吹炼。
采用本发明所述方法后，转炉吹炼14min过程中，烟气温度平均下降73℃，吨钢煤气产生量增加6.4m3，煤气中co浓度平均增加5％(体积百分数)。
实施例2：
本发明应用于300t转炉炼钢过程，利用气体静态混合器将co2与o2均匀混合，同时可实现co2喷吹比例的动态调节，o2-co2混合喷吹总流量为58000nm3/h，实时监测转炉烟气温度。
1)吹炼开始前，利用气体静态混合器将co2与o2均匀混合，保证气源压力及流量稳定；
2)吹炼时间0～6min内，氧枪下降至距钢液面1.8m，控制co2喷吹比例14％，氧枪供气压力0.92mpa，开始吹炼，保证熔池快速升温、化渣的同时，抑制熔池元素si、mn氧化放热，减小火点热辐射；
3)吹炼开始6～12min内，氧枪继续下降至距钢液面1.5m，吹炼过程减小co2喷吹比例至4％，继续吹炼，以强化熔池搅拌，加速熔池内部物质和能量对流。
4)吹炼至12～16min，氧枪提升至距钢液面1.9m，该过程增大co2喷吹比例至20％，通过提枪、增大co2掺混比例、副枪探测钢液成分等操作完成吹炼任务，防止钢液过氧化，提高金属收得率。
5)关闭o2与co2供气阀阻，直至下一炉吹炼。
采用本发明所述方法后，转炉吹炼16min过程中，烟气温度平均下降87℃，吨钢煤气产生量增加7.2m3，煤气中co浓度平均增加4％(体积百分数)。