一种转炉吹炼终点温度补偿的方法与流程

本发明属于转炉炼钢工艺技术领域，更具体地说，涉及一种转炉吹炼终点温度补偿的方法。

背景技术：

转炉炼钢过程的热平衡是指热量收入项主要包括铁水的物理热、化学热与热量支出项主要包括钢水、炉渣、炉气的物理热、冷却剂的熔化和分解热等之间的平衡关系，其状况的好坏对于转炉吹炼成渣过程、废钢熔化、渣-钢之间的化学反应、吹炼终点命中率以及钢水实物质量等都有重要影响。受市场形势以及原材料价格因素的影响，一些钢铁公司转炉采用“定废钢调矿石”的冷却制度，并在造渣料中配加镁质球团，以保护炉衬。所谓“定废钢调矿石”的冷却制度是指计算选定废钢加入量，进行热平衡初算，由初算结果得出富余热量，并在转炉吹炼过程中调整矿石加入量，以满足热平衡需要，实现转炉正常吹炼。但在实际生产过程中，由于铁水成分尤其是C、Si、Mn和温度波动、重废钢尺寸大、钢包热状态差、转炉与铸机节点不匹配等因素影响，造成转炉吹炼终点温度达不到目标出钢温度范围要求，转炉吹炼终点为补偿出钢温度不得不进行后吹，往往造成钢水过氧化严重、合金收得率下降、铁损增加、冶炼周期延长以及转炉炉衬侵蚀加剧等问题。因此，在保证转炉吹炼终点温度符合目标出钢温度范围的前提下，为提高钢水实物质量和合金收得率、缩短冶炼周期，以及降低转炉炉衬侵蚀，发明一种转炉吹炼终点温度补偿的方法具有很强的现实意义。

针对现有问题也进行了相应的改进，如中国专利申请号CN2015100335156，公开日为2017年9月26日，该专利公开了一种硅镇静钢经ANS-OB工艺的精炼方法，该方法采用ANS-OB精炼工艺，即，将钢包内的钢水吊运到ANS-OB炉中进行精炼，在钢包底吹氩气搅拌2～5min后测温，氩气流量为30～50m³/h；钢水温度低时采用氧枪对钢水加热并同时向钢包内加入硅铁合金，利用氧气与硅反应放热，对低温钢水进行温度补偿，每升温1℃吹氧量增加8～10m³/h，硅铁合金加入量增加0.05～0.06kg/t。该专利的不足之处在于：该方法虽然可以有效地对低温钢水进行温度补偿，但该方法需在ANS-OB精炼炉中进行，设备投入较大，限制其推广应用前景。

又如中国专利申请号CN201810012432.2，公开日为2018年6月12日，该专利公开了一种提高RH精炼炉二次燃烧效率的喷吹工艺，属于炼钢技术领域。通过在RH精炼炉内采用一种顶吹二次燃烧氧枪喷吹工艺，使碳氧反应产生的CO气体与氧气产生更多的接触，扩大二次燃烧区，从而可进一步提高二次燃烧率。主要工艺特点是对于需要RH深脱碳处理的钢种，当转炉吹炼终点的出钢[C]≥0.05％时，执行顶吹氧气强制脱碳操作，顶吹强度为0.13～0.17Nm³/min·t，吹氧脱碳时间为4～6min，真空室压力由101KPa逐渐降低至0.067KPa，处理18min后可使[C]含量控制在0.0012％以下。该工艺可使二次燃烧率提高20～30％，相比传统的顶枪吹氧脱碳工艺，钢水温度进一步补偿了约4～6℃。该专利的不足之处在于：钢水补偿温度的范围较小，真空室压力不易控制，且工艺繁琐。

技术实现要素：

1、要解决的问题

针对现有转炉吹炼终点为补偿出钢温度后吹严重，导致钢水过氧化、合金收得率下降、铁损增加、冶炼周期延长等问题，本发明提供一种转炉吹炼终点温度补偿的方法。用硅铁合金作为发热剂，利用其发热元素硅与氧反应生成的化学热提升转炉熔池钢水温度，在确保转炉吹炼终点温度符合目标出钢温度的前提下，达到节能降耗的目的，并且有效缩短了冶炼周期，降低钢铁材料的消耗，实现了“保碳出钢”的要求。

2、技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

一种转炉吹炼终点温度补偿的方法，包括以下几个步骤：

(1)由转炉副枪测定钢水终点的含碳量、含氧量和转炉终点温度，若符合最终出钢温度，则直接进行出钢，不符合则进行如下所述的步骤对钢水进行终点温度补偿；

(2)对钢水温度进行测量之后，在供氧强度为3.2Nm³/(min·t)条件下往钢水中加入硅铁合金，所述硅铁合金的加入量按照每升温1℃，硅铁合金加入量为0.07kg/t～0.08kg/t；

(3)按照1.1℃/s～1.2℃/s的升温速率对钢水进行吹氧操作，吹氧的时间由钢水温度升温的差值确定；

(4)吹氧操作结束后，对钢水进行取样测温，达到钢水出钢温度后进行出钢。采用本发明所述的转炉吹炼终点温度补偿的方法与传统过拉温度工艺相比，冶炼周期可减少20s～30s，钢中[O]含量可降低400ppm～500ppm，合金收得率可提高10％～15％，钢铁料消耗可降低15kg/t～20kg/t，为企业大大节约了成本。

更进一步的，所述步骤(2)中硅铁合金为含硅量72.5％的硅铁合金。

更进一步的，硅铁合金通过高位料仓加入到转炉内。

更进一步的，所述高位料仓包括合金料仓，合金料仓通过阀门与导流管道连接，合金料仓内设置有电阻丝网。需要加料时，打开阀门，合金料仓内的硅铁合金通过导流管道进入到转炉中，实现了钢水在冶炼过程中在线调整硅铁合金，整个加料过程不需要断电等操作，使得硅铁合金加入到转炉的操作简便快捷，提高工作效率。

更进一步的，所述合金料仓呈漏斗形。使得硅铁合金通往转炉中更加顺畅，不易发生堵塞的情况，减短冶炼周期。

更进一步的，所述步骤(4)中等吹氧操作结束后，将转炉摇向倒渣面，所述转炉与倒渣面的角度在80°～85°之间，再进行取样测量。将转炉与倒渣面呈一定角度设置，使得转炉内的钢水反应趋于平稳，使得最终测量的钢水数据具有较高的准确性。

更进一步的，所述的转炉副枪包括副枪杆和设置在副枪杆内的感应探头组件，所述感应探头组件包括探头套管、密封套和导线管，导线管和密封套设置在副枪杆内，导线管的端头与密封套的一端连接，导线套管的一端穿过副枪杆端头的插接孔与密封套的另一端连接。探头套管与副枪杆采用插接结构，使得感应探头的更换变得方便快捷，提高该转炉副枪的工作效率；

更进一步的，所述探头套管穿过插接孔的管体上、探头套管与密封套连接的管体上均设置有密封垫，所述两个密封垫之间设置有弹簧。弹簧能够进一步增加密封垫的密封性能，使得转炉副枪测量转炉内钢水的数据更为准确，提高了测量数据的准确性，具有较高的可信度。

3、有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

(1)本发明采用具有较高发热值的硅铁合金作为发热剂，其发热元素硅氧化速度快，热效应值高，使转炉熔池钢水温度迅速得到提升，可实现“保碳出钢”，有利于缩短冶炼周期和转炉炉况稳定顺行，硅铁发热剂中硅与氧反应后生成SiO2进入炉渣，对粗炼钢水成分几乎无影响，有利于提高钢水实物质量；采用本发明所述的转炉吹炼终点温度补偿的方法与传统过拉温度工艺相比，冶炼周期可减少20s～30s，钢中[O]含量可降低400ppm～500ppm，合金收得率可提高10％～15％，钢铁料消耗可降低15kg/t～20kg/t，为企业大大节约了成本；

(2)本发明所述的提高钢水终点温度的方法在转炉内进行，无需增加其它设备的投入，有利于节约生产成本；硅铁合金用过高位料仓加入到转炉内，高位料仓包括合金料仓，合金料仓通过阀门与导流管道连接，合金料仓内设置有电阻丝网，实现了钢水在冶炼过程中在线调整硅铁合金，整个加料过程不需要断电等操作，使得硅铁合金加入到转炉的操作简便快捷，提高工作效率；且合金料仓呈漏斗形，使得硅铁合金通往转炉中更加顺畅，不易发生堵塞；

(3)本发明待吹氧操作结束后将转炉摇向倒渣面，使得转炉与倒渣面呈80°～85°之间，再进行取样测量，令转炉内的钢水反应平稳，减小后续测量结果的误差，使得最终测得结果具有精确性与可靠性；

(4)本发明中利用转炉副枪对钢水进行检测，转炉副枪中的探头套管与副枪杆采用插接式的结构，使得感应探头的更换比较方便快捷；探头套管与密封套之间、探头套管与插线孔之间用过密封垫快速密封，弹簧能够增加密封垫的密封性能，密封性能较好，使得对转炉中的钢水进行测量时具有较高的准确性。

附图说明

图1为本发明所述的流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明进一步进行描述。

实施例1

如图1所示，一种转炉吹炼终点温度补偿的方法，包括以下几个步骤：

(1)由转炉副枪测定钢水终点的含碳量、含氧量和转炉终点温度，若符合最终出钢温度，则直接进行出钢，不符合则进行如下所述的步骤对钢水进行终点温度补偿；最终钢水出钢温度根据不同的钢种要求不同，根据具体钢种进行设定。

(2)对钢水温度进行测量之后，在供氧强度为3.2Nm³/(min·t)条件下往钢水中加入硅铁合金，优选的，硅铁合金为含硅量72.5％的硅铁合金；所述硅铁合金的加入量按照每升温1℃，硅铁合金加入量为0.07kg/t～0.08kg/t；采用具有较高发热值的硅铁合金作为发热剂，其发热元素硅氧化速度快，热效应值高，使转炉熔池钢水温度迅速得到提升，可实现“保碳出钢”，有利于缩短冶炼周期和转炉炉况稳定顺行，硅铁发热剂中硅与氧反应后生成SiO2进入炉渣，对粗炼钢水成分几乎无影响，有利于提高钢水实物质量；

(3)按照1.1℃/s～1.2℃/s的升温速率对钢水进行吹氧操作，吹氧的时间由钢水温度升温的差值确定；大大减少了冶炼的周期，为企业节约成本；

(4)吹氧操作结束后，对钢水进行取样测温，达到钢水出钢温度后进行出钢。优选的，等吹氧操作结束后，将转炉摇向倒渣面，所述转炉与倒渣面的角度在80°～85°之间，再进行取样测量，待转炉内的钢水反应平稳，减小后续测量结果的误差，使得最终测得结果具有精确性与可靠性。

本发明采用硅氧升温工艺，针对于所需升温的幅度为大于30°，因为最终钢水的出钢温度若离目标温度少于30°时，对钢水出炉的质量没有什么太大的影响，则无需进行硅铁合金发热进行升温；最终钢水出炉的温度低于目标温度30°以上时，则很有可能造成过拉而导致钢水氧位高，影响实物质量和合金的收得率；本发明利用发热元素硅氧化速度快、热效应值高的特点，使转炉熔池钢水温度迅速提升，反应生成的SiO2进入炉渣，对钢水成分几乎无影响；另外，该方法在转炉内进行，无需其他设备投入，应用前景值得推广；本发明提供一种转炉吹炼终点温度补偿的方法，在保证转炉吹炼终点温度符合目标出钢温度的前提下，提高了钢水实物质量和合金收得率，缩短了冶炼周期，减少了转炉炉衬侵蚀。同时，该方法具有升温快、成本低和安全环保的特点；采用本发明所述的转炉吹炼终点温度补偿的方法与传统过拉温度工艺相比，冶炼周期可减少20s～30s，钢中[O]含量可降低400ppm～500ppm，合金收得率可提高10％～15％，钢铁料消耗可降低15kg/t～20kg/t，为企业大大节约了成本。

实施例2

基本同实施例1，优选的，硅铁合金通过高位料仓加入到转炉内，所述高位料仓包括合金料仓，合金料仓通过阀门与导流管道连接，合金料仓内设置有电阻丝网；使用时，电阻丝网在需要加料时提前通电烧成红热状态，吊装编织袋装硅铁合金，落在电阻丝网上，编织袋底部烧破，硅铁合金落入合金料仓，需要加入硅铁合金时，打开阀门，硅铁合金通过导流管道流入到转炉内，实现了钢水在冶炼过程中在线调整硅铁合金，整个加料过程不需要断电等操作，使得硅铁合金加入到转炉的操作简便快捷，提高工作效率；且合金料仓呈漏斗形，使得硅铁合金通往转炉中更加顺畅，不易发生堵塞；

所述的转炉副枪包括副枪杆和设置在副枪杆内的感应探头组件，所述感应探头组件包括探头套管、密封套和导线管，导线管和密封套设置在副枪杆内，导线管的端头与密封套的一端连接，导线套管的一端穿过副枪杆端头的插接孔与密封套的另一端连接，使得感应探头的更换比较方便快捷；所述探头套管穿过插接孔的管体上、探头套管与密封套连接的管体上均设置有密封垫，所述两个密封垫之间设置有弹簧，弹簧能够增加密封垫的密封性能，密封性能较好，使得对转炉中的钢水进行测量时具有较高的准确性。

实施例3

转炉吹炼至终点时，由于钢中残留发热元素主要包括C、Mn含量氧化至较低水平，通过向转炉内加入具有较高发热值的常用为含硅量72.5％的硅铁合金作为发热剂，利用其发热元素硅与氧反应生成的化学热提升转炉熔池钢水温度，硅铁发热剂中硅与氧反应后生成SiO2进入炉渣，对粗炼钢水成分几乎无影响，有利于提高钢水实物质量。本发明通过大量实验数据的统计和分析，测定了不同终点碳含量与钢水氧位对应关系、硅铁发热剂达到最高发热效率时的过剩指数以及达到最快升温速度时的供氧强度，最终确定了硅铁合金发热剂加入量、供氧强度和升温速率之间的关系，其技术方案具体为：

以公称容积70t转炉，平均出钢量68t，实测钢水终点[C]含量为0.102％，钢水[O]含量为266.58ppm，转炉终点温度1630℃，升温幅度50℃，硅铁合金发热效率η以及氧气利用率均为100％为计算依据。

1)硅铁合金发热剂加入量确定

m(SiFe)＝ΔT×Cp钢水×m钢水/q硅铁

＝50×0.878×68×1000/19743.2/72.5％/85％

＝245.36kg

式中：△T为升温幅度；Cp钢水为钢水比热容；m钢水为钢水量；q硅铁为硅铁合金热效应；85％为硅铁合金中硅的收得率，因为加入的硅铁合金中硅是不能100％回收的，考虑到一定量的硅的损失。

2)供氧量确定

a.钢水氧含量确定

m[O]钢水＝68×1000×266.58×10^-6＝18.12kg

b.供氧量确定

根据发热元素硅与氧反应式O2+[Si]＝(SiO2)，计算供氧量。

3)供氧时间确定

在供氧强度q为3.2Nm³/(min·t)条件下，确定吹氧时间t。

t＝Q/q＝108.28/68/3.2≈0.50min＝30s

考虑到硅铁合金加入转炉内熔化吸热、转炉热损失、为保证终渣碱度防止回磷需额外补充冶金石灰熔化吸热，实际氧气利用率等综合因素，在供氧强度为3.2Nm³/(min·t)条件下，吹氧时间放宽至55～60s；基于上述分析并且通过大量实验数据的统计，采用硅热法补偿转炉吹炼终点温度的升温工艺，硅铁合金发热剂加入量、吹氧强度和升温速率之间的关系为：在供氧强度为3.2Nm³/(min·t)条件下，每升温1℃，硅铁合金加入量增加0.07～0.08kg/t，升温速率为1.1～1.2℃/s。在实际操作过程中，按照上述关系计算出钢水温度距离目标钢水出钢的温度的差值，从而算出硅铁合金的量与吹氧时间，在保证转炉吹炼终点温度符合目标出钢温度的前提下，提高了钢水实物质量和合金收得率，缩短了冶炼周期，减少了转炉炉衬侵蚀；同时，该方法具有升温快、成本低和安全环保的特点。

以低合金钢Q345B为例，公称容积70t转炉，平均出钢量68t，该钢种工艺要求出钢温度范围为1655～1675℃。实测钢水终点[C]含量为0.113％，钢水[O]含量为262.43ppm，转炉终点温度1620℃，终点温度达不到目标出钢温度要求，需补偿钢水终点温度。以该钢种工艺要求温度范围中限值1665℃为升温目标值，即，升温幅度为45℃。按照本发明所述的转炉吹炼终点温度补偿的方法，在供氧强度为3.2Nm³/(min·t)条件下，每升温1℃，硅铁合金加入量增加0.07～0.08kg/t，升温速率为1.1～1.2℃/s，分别简便计算出硅铁合金加入量和供氧时间。

1)计算硅铁合金加入量

m(SiFe)＝0.075kg/t×68t×45＝229.5kg

2)确定供氧时间

t＝1.15℃/s×45℃＝51.75s

3)加入硅铁合金

通过高位料仓向转炉内加入230kg硅铁合金。

4)吹氧操作

设定供氧压力750kpa，氧枪枪位1200mm，氧气流量13500m³/h。点“下枪吹炼”按钮，氧枪自动下至1200mm，并开氧；手动降枪至1000mm，吹氧时间52s后；点“氧枪提至等候点”按钮，氧枪自动提至6500mm并关氧，停止供氧。

5)测温取样

吹氧结束后，将转炉向倒渣面摇至82°测温取样位置，待炉内反应平稳后，进行测温取样，实测钢水终点[C]含量为0.082％，钢水[O]含量为321.32ppm，钢水温度1668℃，达到了目标出钢温度1655～1675℃范围，实现了“保碳出钢”。

实施例4

基本同实施例3，以镇静钢Q235B为例，公称容积70t转炉，平均出钢量68t，该钢种工艺要求出钢温度范围为1635～1655℃。实测钢水终点[C]含量为0.108％，钢水[O]含量为247.32ppm，转炉终点温度1615℃，终点温度达不到目标出钢温度要求，需补偿钢水终点温度。以该钢种工艺要求温度范围中限值1645℃为升温目标值，即，升温幅度为30℃。按照本发明所述的转炉吹炼终点温度补偿的方法，在供氧强度为3.2Nm³/(min·t)条件下，每升温1℃，硅铁合金加入量增加0.07～0.08kg/t，升温速率为1.1～1.2℃/s，分别简便计算出硅铁合金加入量和供氧时间。

1)计算硅铁合金加入量

m(SiFe)＝0.075kg/t×68t×30＝153kg

2)确定供氧时间

t＝1.15℃/s×30℃＝34.5s

3)加入硅铁合金

通过高位料仓向转炉内加入155kg硅铁合金。

4)吹氧操作

设定供氧压力750kpa，氧枪枪位1200mm，氧气流量13500m³/h。点“下枪吹炼”按钮，氧枪自动下至1200mm，并开氧；手动降枪至1000mm，吹氧时间35s后；点“氧枪提至等候点”按钮，氧枪自动提至6500mm并关氧，停止供氧。

5)测温取样

吹氧结束后，将转炉向倒渣面摇至83°测温取样位置，待炉内反应平稳后，进行测温取样，实测钢水终点[C]含量为0.076％，钢水[O]含量为313.43ppm，钢水温度1648℃，达到了目标出钢温度1635～1655℃范围，实现了“保碳出钢”。

实施例5

基本同实施例3，以低合金钢HRB400B为例，公称容积70t转炉，平均出钢量68t，该钢种工艺要求出钢温度范围为1640～1660℃。实测钢水终点[C]含量为0.108％，钢水[O]含量为247.32ppm，转炉终点温度1610℃，终点温度达不到目标出钢温度要求，需补偿钢水终点温度。以该钢种工艺要求温度范围中限值1650℃为升温目标值，即，升温幅度为40℃。按照本发明所述的转炉吹炼终点温度补偿的方法，在供氧强度为3.2Nm³/(min·t)条件下，每升温1℃，硅铁合金加入量增加0.07～0.08kg/t，升温速率为1.1～1.2℃/s，分别简便计算出硅铁合金加入量和供氧时间。

1)计算硅铁合金加入量

m(SiFe)＝0.075kg/t×68t×40＝204kg

2)确定供氧时间

t＝1.15℃/s×40℃＝46s

3)加入硅铁合金

通过高位料仓向转炉内加入204kg硅铁合金。

4)吹氧操作

设定供氧压力750kpa，氧枪枪位1200mm，氧气流量13500m³/h。点“下枪吹炼”按钮，氧枪自动下至1200mm，并开氧；手动降枪至1000mm，吹氧时间46s后；点“氧枪提至等候点”按钮，氧枪自动提至6500mm并关氧，停止供氧。

5)测温取样

吹氧结束后，将转炉向倒渣面摇至84°测温取样位置，待炉内反应平稳后，进行测温取样，实测钢水终点[C]含量为0.068％，钢水[O]含量为345.16ppm，钢水温度1657℃，达到了目标出钢温度1640～1660℃范围，实现了“保碳出钢”。

本发明所述实例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的保护范围。