一种底吹枪、转炉和底吹方法与流程

1.本发明属于炼钢技术领域，具体涉及一种底吹枪、转炉和底吹方法。


背景技术：

2.是我国co2气体排放大户，年排放量约为19.27亿吨(2020年全国粗钢产量10.53亿吨，吨钢排放约1.83吨co2气体)，约占全国工业总排放量的15％。如果开发co2在炼钢过程资源化利用技术，不仅可大幅度减少co2的排放，还可以变废为宝，提升冶金效果，对提高企业在绿色环保环节竞争力意义重大。相关研究表明，转炉采用底吹co2工艺可以利用co2在熔池中与钢液发生化学反应形成气体，形成良好动力学条件，提高搅拌效果。目前工业上大规模使用的底吹co2的底吹枪主要为环缝式和集束管，环缝式的底吹枪的底吹强度大，但是气流集中，不容易形成弥散气泡；集束管底吹的co2气流分布均匀，能形成很好的搅拌效果，但是易发生堵塞，影响使用寿命。
3.因此，亟需一种搅拌效果好且使用寿命长的底吹枪。


技术实现要素：

4.为解决上述技术问题，本发明提供一种底吹枪、转炉和底吹方法，该底吹枪具有良好的搅拌效果，而且不易堵塞，使用寿命长，同时还不会侵蚀转炉内衬，延长了转炉内衬的使用寿命。
5.本发明的技术方案为：
6.一方面，本发明提供了一种底吹枪，用于对转炉内的钢液进行底吹，所述底吹枪包括：
7.外管；
8.内管，同轴设于所述外管内，且与所述外管之间具有用于通入惰性气体的环缝；
9.多个用于喷吹co2的底吹管，间隔且与所述内管相互平行地设于所述内管内，所述内管与多个所述底吹管之间填充有耐火材料。
10.进一步地，所述底吹管的内径为0.5-3.5mm，所述底吹管的数量为50-100个。
11.进一步地，所述外管的内径与所述内管的外径的差值为1-2mm。
12.进一步地，相邻的两个所述底吹管之间的外部距离为5-10mm。
13.进一步地，所述外管的内径为32-50mm。
14.进一步地，所述惰性气体为如下至少一种：n2和ar。
15.第二方面，本发明还提供了一种转炉，包括：
16.炉体，设有内腔；
17.上述的底吹枪，设于所述炉体的底部，且所述底吹枪的环缝和底吹管均与所述内腔连通。
18.第三方面，本发明还提供了一种底吹方法，适用于上述的转炉，所述方法包括：
19.通过底吹枪的环缝向转炉的炉体内底吹惰性气体，并通过多个底吹管向所述转炉
的炉体内底吹co2气体，以对所述转炉内的钢液进行搅拌。
20.进一步地，底吹co2气体的总流量为500～3000nm3/h，内底吹惰性气体的流量为 50～300nm3/h。
21.进一步地，在所述转炉吹炼时间≤12min的过程中，底吹co2气体和惰性气体的总流量为 500～1500nm3/h；在所述转炉吹炼时间为12～18分钟的过程中，底吹co2气体和惰性气体的总流量为1000～3000nm3/h。
22.本发明的有益效果至少包括：
23.本发明所提供的底吹枪，用于对转炉内的钢液进行底吹，底吹枪包括外管、内管和底吹管，内管同轴设于外管内，且内管与外管之间具有用于通入惰性气体的环缝；底吹管设有多个，多个底吹管用于喷吹co2气体，多个底吹管间隔且与内管相互平行地设于内管内，内管与多个底吹管之间填充有耐火材料。将底吹枪设于转炉的底部，外管与内管形成的环缝用于通入惰性气体，该部分惰性气体气流集中，因此喷吹强度大，因此不易堵塞，设于内管中的底吹管用于喷吹co2气体，由于底吹管设有多个，因此喷吹的co2气体会在进入钢液后形成弥散的气泡，增加co2气体与钢液的接触面积，提高钢液的搅拌效果。由于co2气体被环缝吹出的呈环柱状的惰性气体包围，会形成一层屏障，阻止内部的co2气体朝着外部扩散，避免co2气体与底吹转至附近的转炉内衬接触接触，阻止了co2气体与转炉内衬中的碳元素发生化学反应，不会发生转炉内衬侵蚀现象；环柱状的集中气流还会带走co2气体与钢液中的fe、mn元素反应生成的feo和mno，避免feo 以及mno与转炉内衬接触，而是使得feo以及mno上浮进入渣中，从而延长了转炉内衬的使用寿命。另外环柱状的集中喷射的惰性气体流会在底吹枪的附近产生朝上的运动流场，阻止钢液中的炉渣靠近底吹管，避免底吹管被炉渣堵塞，从而延长了底吹砖的使用寿命；由于环柱状的惰性气体的强度随着高度的升高强度会被减弱，因此不会影响co2气体与远离底吹枪的钢液进行脱碳反应。由上述可知，该底吹枪具有良好的搅拌效果，而且不易堵塞，使用寿命长，同时还不会侵蚀转炉内衬，延长了转炉内衬的使用寿命。
附图说明
24.图1为本实施例的一种底吹枪的俯视结构示意图；
25.图2为图1的原理结构示意图。
26.附图标记说明：1-底吹枪，11-外管，12-内管，13-底吹管，14-环缝。
具体实施方式
27.为了使本技术所属技术领域中的技术人员更清楚地理解本技术，下面结合附图，通过具体实施例对本技术技术方案作详细描述。
28.在转炉冶炼过程中，采用底吹co2气体进行冶炼，由于co2气体为弱氧化性气体，因此，co2气体在于钢液中的碳发生化学反应的同时，也会与转炉的内衬中的碳直接发生化学反应，从而侵蚀转炉内衬；co2气体还会和底吹枪附近的钢液中的fe、mn元素发生反应，生成feo和mno，生成的feo以及mno与转炉的内衬接触也会侵蚀转炉的内衬。底吹co2气体对转炉内衬的侵蚀速度为常用的底吹惰性气体n2或ar的1.5倍左右。
29.图1和图2示出了底吹枪的结构，结合图1以及图2，一方面，本发明实施例提供了一
种底吹枪，用于对转炉内的钢液进行底吹，底吹枪1包括外管11、内管12和底吹管13，内管12同轴设于外管11内，且内管12与外管11之间具有用于通入惰性气体的环缝14；底吹管13设有多个，多个底吹管13用于喷吹co2气体，多个底吹管13间隔且与内管12相互平行地设于内管12内，内管12与多个底吹管13之间填充有耐火材料。
30.将底吹枪1设于转炉的底部，外管11与内管12形成的环缝14用于通入惰性气体，该部分惰性气体气流集中，因此喷吹强度大，因此不易堵塞，设于内管12中的底吹管13用于喷吹co2气体，由于底吹管13设有多个，因此喷吹的co2气体会在进入钢液后形成弥散的气泡，增加co2气体与钢液的接触面积，提高钢液的搅拌效果。由于co2气体被环缝14吹出的呈环柱状的惰性气体包围，会形成一层屏障，阻止内部的co2气体朝着外部扩散，避免co2气体与底吹转至附近的转炉内衬接触接触，阻止了co2气体与转炉内衬中的碳元素发生化学反应，不会发生转炉内衬侵蚀现象；环柱状的集中气流还会带走co2气体与钢液中的fe、mn元素反应生成的feo和mno，避免feo以及mno与转炉内衬接触，而是使得feo以及mno上浮进入渣中，从而延长了转炉内衬的使用寿命。另外环柱状的集中喷射的惰性气体流会在底吹枪1的附近产生朝上的运动流场，阻止钢液中的炉渣靠近底吹管13，避免底吹管13被炉渣堵塞，从而延长了底吹砖的使用寿命；由于环柱状的惰性气体的强度随着高度的升高强度会被减弱，因此不会影响co2气体与远离底吹枪1的钢液进行脱碳反应。由上述可知，该底吹枪1具有良好的搅拌效果，而且不易堵塞，使用寿命长，同时还不会侵蚀转炉内衬，延长了转炉内衬的使用寿命；另外，co2气体与钢液中的碳发生的化学反应为吸热反应，可以局部降低钢液温度，保护转炉炉底底吹枪附近的耐材。
31.进一步地，在本实施例中，底吹管13的内径可以为0.5-3.5mm，底吹管13的数量可以为50-100 个。底吹管13的内径过大，钢液的重力会克服表面张力从底吹管13中泄露，底吹管13的内径过小，会影响底吹co2气体的流量，降低底吹搅拌效果。底吹管13的数量过多，会导致底吹枪1的尺寸过大，底吹枪影响转炉炉底的范围更广，造成侵蚀影响范围更大。
32.进一步地，在本实施例中，外管11的内径与内管12的外径的差值大于底吹管13的内径，也就是说环缝14的内径和外径的差值，或者是环缝14的径向宽度大于底吹管13的内径，这样环缝 14处底吹的环柱状的惰性气体才能形成有效的保护屏障，避免中心的co2气体从屏障溢出；另外还可以在底吹枪1附近形成朝上的流场，避免钢液中的炉渣堵塞底吹管13。
33.具体地，在本实施例中，相邻的两个底吹管之间的外部距离可以为5-10mm。
34.更具体地，外管11的内径与内管12的外径的差值为1-2mm，即环缝14的外径和内径的差值为1-2mm，也可以理解为环缝14的宽度为1-2mm，该差值过大，可能会导致钢液从环缝14漏出，该差值过小，会降低惰性气体的底吹流量，从而难以形成保护中心co2气体的屏障，co2气体可能会扩散至环柱状的惰性气体外，与底吹枪1附近的转炉内衬发生化学反应，产生侵蚀，从而降低转炉内衬的使用寿命；另外，还可能导致钢液中的炉渣到达底吹管13处，堵塞底吹管13，降低底吹枪1的使用寿命。
35.更具体地，在本实施例中，外管11的内径可以为32-50mm。
36.内管12、外管11以及底吹管13可以均采用金属管，内管12与底吹管13之间的耐火材料可以选用镁碳砖。环缝14中底吹的惰性气体可以但不限于如下至少一种：n2和ar。
37.第二方面，本发明实施例还提供了一种转炉，该转炉包括炉体和上述的底吹枪1，
炉体设有用于盛装钢液的内腔，底吹枪1设于炉体的底部，且底吹枪1的环缝14和底吹管13均与内腔连通，这样可以顺利的将环缝14中的惰性气体以及底吹管13中的co2气体吹入炉体的熔池内，对钢液进行搅拌。
38.第三方面，本发明实施例还提供了一种底吹方法，适用于上述的转炉，该方法包括：
39.通过底吹枪1的环缝14向转炉的炉体内底吹惰性气体，并通过多个底吹管13向转炉的炉体内底吹co2气体，以对转炉内的钢液进行搅拌。
40.进一步地，在本实施例中，底吹co2气体的总流量为500～3000nm3/h，内底吹惰性气体的流量为50～300nm3/h。
41.更进一步地，在本实施例中，在转炉吹炼时间≤12min的过程中，底吹co2气体和惰性气体的总流量为500～1500nm3/h；在转炉吹炼时间为12～18min的过程中，底吹co2气体和惰性气体的总流量为1000～3000nm3/h。
42.下面将结合具体的实施例对本发明提供的底吹方法做进一步地说明。
43.实施例1
44.实施例1提供了转炉，转炉的容量为300t，转炉包括炉体和设于炉底底部的底吹枪1，采用底吹枪1的底吹管13的内径为1mm，底吹管13的数量为80个，环缝14的径向宽度为1.5mm，外管11的内径为40mm。
45.将上述的转炉用于铁水冶炼，冶炼分三个阶段，第一阶段，底吹co2气体的总流量为500 nm3/h，底吹n2流量为1000nm3/h；第二阶段，底吹co2气体的总流量为3000nm3/h；第三阶段，底吹co2气体的总流量为1000nm3/h，底吹ar流量为2000nm3/h。
46.实施例2
47.实施例2提供了转炉，转炉的容量为200t，转炉包括炉体和设于炉底底部的底吹枪1，采用底吹枪1的底吹管13的内径为1.8mm，底吹管13的数量为70个，环缝14的径向宽度为1mm，外管11的内径为36mm。
48.将上述的转炉用于铁水冶炼，冶炼分三个阶段，第一阶段，底吹co2气体的总流量为300 nm3/h，底吹n2流量为700nm3/h；第二阶段，底吹co2气体的总流量为2500nm3/h；第三阶段，底吹co2气体的总流量为800nm3/h，底吹ar流量为1500nm3/h。
49.实施例3
50.实施例3提供了转炉，转炉的容量为260t，转炉包括炉体和设于炉底底部的底吹枪1，采用底吹枪1的底吹管13的内径为2.5mm，底吹管13的数量为60个，环缝14的径向宽度为2mm，外管11的内径为45mm。
51.将上述的转炉用于铁水冶炼，冶炼分三个阶段，第一阶段，底吹co2气体的总流量为800 nm3/h，底吹n2流量为1000nm3/h；第二阶段，底吹co2气体的总流量为2800nm3/h；第三阶段，底吹co2气体的总流量为900nm3/h，底吹ar流量为1500nm3/h。
52.对比例1
53.对比例1提供了一种带有环缝14式底吹枪1的转炉，环缝14式底吹枪1中的环缝14吹入带有co2的混合气体。
54.对比例2
55.对比例2提供了一种集束管的底吹枪1的转炉，集束管中吹入带有co2的混合气体。
56.对比例3
57.对比例3提供的转炉中底吹枪1为环缝14式底吹枪1，转炉冶炼中前期底吹枪1吹氮气，转炉冶炼后期，底吹枪1吹ar气体。
58.对比例4
59.对比例4提供的转炉中底吹枪1为集束管式底吹枪1，转炉冶炼中前期底吹枪1吹氮气，转炉冶炼后期，底吹枪1吹ar气体。
60.对比例5
61.对比例5以实施例1为对照，对比例5以实施例1不同的是，底吹枪1的环缝14和底吹砖中前期均吹入氮气，冶炼后期环缝14和底吹砖中均吹入氩气。
62.对比例6
63.对比例6以实施例1为对照，对比例5以实施例1不同的是，底吹枪1的环缝14和底吹砖中前期均吹入氮气，冶炼后期环缝14和底吹砖中均吹入氩气。
64.表1
[0065][0066]
根据表1可知：
[0067]
本发明实施例1至实施例4提供的底吹枪进行冶炼后，转炉炉底内衬的侵蚀速率为 0.08-0.10mm/炉，底吹枪的使用寿命为6704-7509炉，转炉终点的氮含量为9-12.8ppm，碳氧积为 0.00143-0.0018。
[0068]
对比例1采用环缝底吹枪进行底吹，转炉炉底内衬的侵蚀速率为0.19mm/炉，底吹枪的使用寿命为4195炉，低于实施例1至实施例4，氮含量为13ppm，碳氧积为0.0015。
[0069]
对比例2采用集束管底吹枪进行底吹，转炉炉底内衬的侵蚀速率为0.22mm/炉，底吹枪的使用寿命为3620炉，低于实施例1至实施例4，转炉终点的氮含量为12，碳氧积为0.0016。
[0070]
对比例3采用环缝底吹枪进行底吹，转炉炉底内衬的侵蚀速率为0.12mm/炉，底吹枪的使用寿命为6072炉，低于实施例1至实施例4，这是由于环缝式底吹枪气流过大，容易侵蚀转炉炉衬所致，转炉终点的氮含量为16ppm，高于实施例1至实施例4，碳氧积为0.0019。
[0071]
对比例4采用集束管作为底吹枪，转炉炉底内衬的侵蚀速率为0.13mm/炉，底吹枪的使用寿命为5988炉，低于实施例1至实施例4，这是因为集束管容易堵塞，堵塞后为了恢复底吹，需要降低转炉炉底所致；转炉终点的氮含量为15ppm，高于实施例1至实施例4，碳氧积
为0.0016。
[0072]
对比例5采用与本发明实施例相同的底吹枪进行底吹，环缝与底吹管均吹n2或ar，转炉炉底内衬的侵蚀速率为0.12mm/炉，底吹枪的使用寿命为6856炉，使用寿命低于实施例1至实施例4，转炉终点的氮含量为17.9ppm，高于实施例1至实施例4，碳氧积为0.0016。
[0073]
对比例6采用与本发明实施例相同的底吹枪进行底吹，环缝与底吹管均吹n2或ar，转炉炉底内衬的侵蚀速率为0.13mm/炉，底吹枪的使用寿命为6963炉，使用寿命低于实施例1至实施例4，转炉终点的氮含量为17.1ppm，高于实施例1至实施例4，碳氧积为0.0016。
[0074]
本发明中的底吹枪1采用双气室结构，即外部为环柱的惰性气体气流，中心为co2气体，环柱的惰性气体气流可以形成co2气体的保护屏障，避免了氧化性气体co2和转炉炉底耐材直接接触发生侵蚀，避免了底吹管13堵塞，同时还保证了炉内的搅拌效果；本专利采用双气室结构，内圈采用细金属管结构，外环采用环缝14结构，内部细金属管结构吹入弱氧化性气体co2，大量吸热保护耐材，外环环缝14吹入n2/ar气体，形成惰性气体气流屏障，包裹氧化性co2气体，避免 co2直接和转炉炉底的内衬接触。另外，本底吹枪1结构合理，且加工维修简单，使用寿命长，可以替代传统环缝14底吹枪1和微孔金属管底吹枪1。
[0075]
尽管已描述了本技术的优选实施例，但本领域内的普通技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本技术范围的所有变更和修改。
[0076]
显然，本领域的技术人员可以对本技术进行各种改动和变型而不脱离本技术的精神和范围。这样，倘若本技术的这些修改和变型属于本技术权利要求及其等同技术的范围之内，则本技术也意图包含这些改动和变型在内。