一种利用挡渣系统喷碳脱氧的装置及方法与流程

本发明属于炼钢生产技术领域，具体涉及一种挡渣系统喷碳脱氧的装置及方法。

背景技术：

转炉炼钢过程采用供氧技术进行冶炼，特别是冶炼低磷钢，为了把磷控制在50ppm以下，需要后期进行加料补吹进行强化脱磷，造成钢水中的氧含量大幅上升，甚至达到800ppm以上，造成钢水过氧化严重。为了控制钢水中的氧含量，为精炼提供良好的条件，转炉出钢过程需要进行脱氧，实际生产过程中，大多采用直接向出钢钢包内投入块状硅铁合金、硅锰合金、硅钙钡、硅铝钡等合金进行钢液预脱氧。

钢液预脱氧物料的选取对于钢水中夹杂物控制、炼钢合金成本控制等方面影响巨大。选择硅铁合金、硅锰合金、硅钙钡、硅铝钡等合金进行脱氧，由于反应界面限制脱氧效率较差，造成过程使用的高价值合金收得率降低，对于成本控制不利；另外硅铁合金、硅锰合金、硅钙钡、硅铝钡等合金进行脱氧，由于钢水初始氧含量较高，脱氧过程生成大量的氧化物形态的夹杂物，后续即使采用钙处理等手段也无法全部祛除，剩余的杂夹杂物对于钢材性能影响较大。

现在部分钢厂在转炉出钢过程的向钢包中添加部分碳粉用于预脱氧，降低钢水的初始氧含量，但在钢包中同时存在合金的情况下，起主要脱氧作用的仍然是合金，碳粉脱氧效果变差。另外碳粉密度小，加入钢包中后，未溶解中的碳粉会上浮到钢水表面，会造成后期钢水的增碳。

随着制造行业要求不断提高，对钢材质量要求也随之提高，钢水作为决定最终产品质量的源头，如何通过选择脱氧材料，达到控制钢中夹杂物数量及形态的目的。多年来业内人士开展了大量的研究，通过选取碳粉作为脱氧剂，并通过不同的方式加入钢包中进行脱氧，降低合金脱氧的初始氧势，达到减少夹杂物数量及形态的目的。

朱荣等的发明专利201610602812.2发明了一种炼钢出钢过程在线喷粉脱氧方法及系统，在冶炼的炼钢出钢过程中，根据冶炼终点钢液参数，结合精炼环节目标钢液预期参数，对所需脱氧粉剂的组成成分及各组分质量进行计算并完成在线配比，确定出钢过程的喷粉脱氧工艺参数，采用喷枪直接向出钢钢流喷射载气-脱氧粉剂高速粉气流，实现炼钢出钢过程在线喷粉脱氧，精准控制出钢钢液成分。本发明所述方法和系统能够提高脱氧剂利用效率，稳定精炼环节冶炼工艺节奏，提高产品质量。

刘洪银等的发明专利201810038548.3发明了一种在转炉出钢口中喷吹碳粉的预脱氧方法及装置，在转炉出钢口的管状耐材中安装若干组碳粉喷管，在转炉出钢过程中，通过碳粉喷管向出钢钢流中喷吹碳粉，碳粉与钢水中的溶解氧[o]发生反应生成co。通过出钢口内部的碳粉喷管向出钢钢流中喷吹碳粉来脱氧，脱氧产物为co，气态co会从出钢钢流中逸出并排至大气中，不会在钢水中留下夹杂物，不会对钢材质量产生危害，碳粉具有较大的脱氧空间，拥有很强的脱氧能力，可将钢水中40％以上的溶解氧脱除，相比与用铝脱氧，采用碳粉约能节约90％的脱氧成本；相比于用硅进行脱氧，采用碳粉约能节约80％的脱氧成本。

以上专利方法虽然对于碳粉脱氧的技术做出较大改进，有望提高碳脱氧技术的利用效果，但由于对具体生产情况考虑不足，造成以上专利技术在生产实际过程中无法实施。

朱荣等的发明专利201610602812.2通过喷射冶金的技术，通过在出钢口安装的环形喷嘴向钢流喷吹碳粉，达到碳脱氧的目的，但钢流与碳粉相遇剧烈反应产生的浓烟和火焰，对于出钢后期的下渣的控制极为不利，一旦影响到下渣检测的准确性，将造成钢水后期大量回磷，甚至导致钢水成分出格造成废品。

刘洪银等的发明专利201810038548.3将喷射位置调整至转炉出钢口中，在转炉出钢口的管状耐材中安装若干组碳粉喷管，在转炉出钢过程中，通过碳粉喷管向出钢钢流中喷吹碳粉。实际生产过程中，喷管与高温钢液接触后造成喷管快速侵蚀，缩短出钢口使用寿命，更增加了出钢口漏钢的风险，频繁更换出钢口造成转炉作业率下降；另外停止喷碳后，回流的钢液及钢渣将堵塞下半部分的喷管，造成喷碳系统无法正常运行。

技术实现要素：

本发明的目的在于：为了解决现有技术中喷碳脱氧存在的问题，提供了一种结构简单、使用效果显著的用挡渣系统喷碳脱氧的装置及方法。

本发明采用的技术方案如下：

一种利用挡渣系统喷碳脱氧的装置，包括挡渣锥车大臂、挡渣锥，所述挡渣锥车大臂管道内部设有输粉管道、夹持装置，所述挡渣锥通过夹持装置固定位置，所述所述输粉管道前端与旋转接头一端连接。

优选地，所述挡渣锥锥杆中心位置为带夹持卡槽的单层喷管，挡渣车及挡渣锥通过大臂中间的输粉管道与挡渣锥中心的喷吹管通过旋转接头紧密配合，锥头通过夹持挡渣锥杆外管进行定位，中心管头部与外管通过点焊相连。

优选地，所述挡渣锥一端经过出钢口插入钢水中，所述挡渣锥锥杆外覆耐材部分。

优选地，所述旋转接头的另一个接口与挡渣锥喷吹管接头相连，所述输粉管道接头一端与喷吹罐相连、另一端与金属软管相连接。

一种利用挡渣系统喷碳脱氧的方法，包括以下步骤：

步骤1)：喷吹物料量及气体的选择：根据冶炼钢种及正常终点控制情况，选择喷吹的物料及载气；对于氮含量要求较低的钢种，选用氩气或二氧化碳气体，对于使用钒氮微合金化的钢种，选用氮气；

步骤2)根据预判终点碳含量计算出出钢过程喷吹的粉剂量，并完成称量后进入喷粉罐中，结合上炉的喷吹有效时间及喷吹料量，预设粉剂的喷吹流量；

步骤3)转炉倒炉出钢至挡渣锥车可开入炉内时，将挡渣锥车开至预定位置下降大臂，挡渣锥锥杆进入出钢口300mm后，开始喷吹粉剂，粉剂与钢水接触后开始进行脱氧反应，该反应持续至钢水进入钢包内；

步骤4)持续喷粉至钢流下渣，打开挡渣锥夹持器；同时通过连锁停止喷吹粉剂，出钢过程喷吹粉剂结束，将挡渣锥车退回至准备位，装配特制挡渣锥试气后，等待下一炉出钢。

优选地，所述步骤(3)中所述的挡渣车为特制挡渣锥车，其大臂中间设置喷粉管道，管道末端设置旋转接头。

优选地，所述步骤(3)中所述的挡渣锥为特制挡渣锥，挡渣锥锥杆中心位置为带卡槽的单层喷管，直径为8～30mm，中心管外部按照正常尺寸裹敷一定厚度的耐火材料；中心管头部与外管通过点焊相连；外管长100mm，主要作用保护内管及加持定位。

优选地，所述步骤(3)中所述的挡渣车及挡渣锥通过大臂中间的输粉管道与挡渣锥中心的喷吹管通过旋转接头紧密配合，挡渣锥车卡头通过夹持挡渣锥杆外管进行定位，保证挡渣锥喷吹过程中的定位。

优选地，所用粉剂包括碳粉、低硫煤粉、精炼渣的任意一种或者任意两种以上的混合物；所述粉剂的颗粒直径为1～2mm。

优选地，所述方法适用于所有使用挡渣锥挡渣的转炉出钢脱氧。

优选地，所述挡渣锥为特制挡渣。

优选地，所述挡渣锥锥杆中心位置为带卡槽的单层喷管，直径为8～30mm，中心管外部按照正常尺寸裹敷一定厚度的耐火材料；中心管头部与外管通过点焊相连；外管长100mm，主要作用保护内管及加持定位。

优选地，喷吹气体为氮气、氩气和二氧化碳中的任意一种或者任意两种以上的混合气体，主要根据冶炼钢种不同进行选择。

优选地，所述粉剂为碳粉、低硫煤粉、精炼渣的任意一种或者任意两种以上的混合物；所述粉剂的颗粒直径为1～2mm。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明中，通过丰富挡渣锥车及挡渣锥功能，实现利用碳粉进行钢水脱氧的工艺难题，并解决了其它专利设备施工难度大、限制性环节多、喷碳过程产生烟尘及加剧出钢口侵蚀等问题。

2、本发明中，通过钢包直接加碳粉脱氧的工艺，由于碳粉在包底的铺展性不均匀，造成碳粉的分布厚度不一，一旦出现集中堆积极易在脱氧过程中形成气体集中排除引起喷溅，对于人身及设备安全造成威胁,另外由于碳粉与钢水的密度差异较大，加入钢包底部的碳粉钢水流入以后，全部将浮于钢水表面，反映效果较差，一旦钢水表面出现钢渣，碳粉被卷入钢渣中收得率下降，后期在精炼过程会增碳可能造成钢水成分兑现率下降。

3、本发明中，通过对挡渣系统改造，实现挡渣锥喷碳脱氧，不需要对于主体设备进行大幅度改造，降低了过程的施工难度；另外喷吹管道在冶炼过程远离钢渣避免烧损，保证了设备运行的可靠性,挡渣系统作为一套可移动的设备，即使过程出现管道堵塞，在冶炼过程中即可处理，减少了异常处理的难度。

4、本发明中，通过特殊加工的挡渣锥锥杆中心管喷吹碳粉，其出口位置在出钢口内部，碳粉随钢流进入钢包，在此期间脱氧反应持续进行；由于反应在钢流内部进行，避免了脱氧过程产生大量烟尘影响出钢判断问题。

5、本发明中，通过将挡渣锥锥杆中心设计成中空的喷粉管道，利用挡渣锥直耗件的特点，解决了出钢口喷碳技术面临的加剧出钢口侵蚀问题，为彻底解决喷碳脱氧的技术难题提供了新的方向。

6、本发明中，通过将挡渣锥车功能进行丰富，将喷吹的管道系统整合到挡渣锥车的大臂中，利用挡渣锥车能够前后移动的特点，解决了喷吹管道布置的技术难题，并保证管道在施工使用过程中的安全性，使喷碳脱氧系统的稳定性更高。

7、本发明中，挡渣车喷碳系统采用普通的挡渣锥和挡渣锥车为基础，将喷吹管道整合到挡渣锥车的大臂当中，将挡渣锥锥杆设计成中空形式，并在端头通过旋转接头连接，即可将喷吹的碳粉输送到挡渣锥锥杆中心的喷管当中，易于在现有生产工艺条件下实现；使用挡渣锥喷碳系统，可有效控制碳粉的喷吹速度，避免在过程反应产生烟尘及火焰；挡渣锥及挡渣锥车的功能优化，避免了其它喷碳技术在炉体架设管道带来的安全及运行风险，对于喷碳脱氧技术的广泛应用，具有重要的指导意义。

附图说明

图1为本发明挡渣喷碳系统示意图；

图2为本发明挡渣锥结构示意图。

图中标记：1-挡渣锥车大臂、2-输粉管道、3-旋转接头、4-输粉管道接头、5-夹持装置、6-挡渣锥、7-出钢口、8-转炉本体、9-喷吹管接头、10-锥杆外管、11-锥杆外覆耐材部分、12-夹持卡槽、13-锥头、14-喷吹管。

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，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

如图1、图2所示，一种利用挡渣系统喷碳脱氧的装置，包括挡渣锥车大臂1、挡渣锥6，所述挡渣锥车大臂1管道内部设有输粉管道2、夹持装置5，所述挡渣锥6通过夹持装置5固定位置，所述所述输粉管道2前端与旋转接头3一端连接。

所述挡渣锥6锥杆中心位置为带夹持卡槽12的单层喷管，挡渣车及挡渣锥通过大臂中间的输粉管道2与挡渣锥中心的喷吹管14通过旋转接头3紧密配合，锥头13通过夹持挡渣锥杆外管10进行定位，中心管头部与外管通过点焊相连。

所述挡渣锥6一端经过出钢口7插入钢水中，所述挡渣锥6锥杆外覆耐材部分11。

所述旋转接头3的另一个接口与挡渣锥喷吹管接头9相连，所述输粉管道接头4一端与喷吹罐4相连、另一端与金属软管相连接。

在本实施例中，所述方法应用于100t吨炼钢，挡渣锥锥杆中喷吹管内径16mm，脱氧粉剂采用碳粉，直径小于1mm，粉剂喷吹速率为0～80kg/min,冶炼钢种hrb400e，选择载气为氮气，喷吹粉剂为碳粉。

一种利用挡渣系统喷碳脱氧的方法，包括以下步骤：

步骤1)根据转炉终点预判系统的终点碳含量0.08％控制,根据前期数据统计的钢水氧含量在550ppm，正常情况下碳能够将氧含量脱至300ppm以下，且增碳效果不明显，正常按照300ppm计算，需脱出氧含量为250ppm，喷吹碳粉的量按照1.5kg/t进行控制，将称量后的150kg碳粉加入喷粉罐中，结合上炉的喷吹有效时间及喷吹料量，预设粉剂的喷吹流量；

步骤2)转炉倒炉出钢至挡渣锥车可开入炉内时，将挡渣锥车开至预定位置下降大臂，挡渣锥锥杆进入出钢口300mm后，开始喷吹粉剂，粉剂与钢水接触后开始进行脱氧反应，该反应持续至钢水进入钢包内；

步骤3)持续喷粉至钢流下渣，打开挡渣锥夹持器；同时通过连锁停止喷吹粉剂，出钢过程喷吹粉剂结束，将挡渣锥车退回至准备位，装配特制挡渣锥试气后，等待下一炉出钢。

采用本发明实施例1所述方法后，该100t转炉炼钢出钢后钢包内钢液氧含量稳定在300ppm以下，降低了钢水进入钢包的初始氧势，合金类脱氧剂使用量减少，硅锰合金的收得率提高；喷吹载气选择氮气，钒氮合金的收得率明显提高，钢中的氧化物夹杂物降低，钢液质量稳步提高。

实施例2

在本实施例中，所述方法应用于100t吨炼钢，挡渣锥锥杆中喷吹管内径16mm，脱氧粉剂采用碳粉，直径小于1mm，粉剂喷吹速率为0～80kg/min,冶炼钢种hrb400e，选择载气为氮气，喷吹粉剂为碳粉。

一种利用挡渣系统喷碳脱氧的方法，包括以下步骤：

步骤1)根据转炉终点预判系统的终点碳含量0.07％控制,根据前期数据统计的钢水氧含量在530ppm，正常情况下碳能够将氧含量脱至280ppm以下，且增碳效果不明显，正常按照280ppm计算，需脱出氧含量为250ppm，喷吹碳粉的量按照1.4kg/t进行控制，将称量后的140kg碳粉加入喷粉罐中，结合上炉的喷吹有效时间及喷吹料量，预设粉剂的喷吹流量；

步骤2)转炉倒炉出钢至挡渣锥车可开入炉内时，将挡渣锥车开至预定位置下降大臂，挡渣锥锥杆进入出钢口280mm后，开始喷吹粉剂，粉剂与钢水接触后开始进行脱氧反应，该反应持续至钢水进入钢包内；

步骤3)持续喷粉至钢流下渣，打开挡渣锥夹持器；同时通过连锁停止喷吹粉剂，出钢过程喷吹粉剂结束，将挡渣锥车退回至准备位，装配特制挡渣锥试气后，等待下一炉出钢。

采用本发明实施例2所述方法后，该100t转炉炼钢出钢后钢包内钢液氧含量稳定在280ppm以下，降低了钢水进入钢包的初始氧势，合金类脱氧剂使用量减少，硅锰合金的收得率提高；喷吹载气选择氮气，钒氮合金的收得率明显提高，钢中的氧化物夹杂物降低，钢液质量稳步提高。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。