本发明专利技术属于冶金工艺领域，涉及一种利用CO2延长底吹氧气转炉寿命的炼钢方法，本发明专利技术的底部主吹气体为O2和CO2的混合气体，保护气体为碳氢化合物和CO2的混合气体，并根据底吹氧气转炉的不同冶炼阶段控制底吹O2和CO2的混合气体及碳氢化合物和CO2的混合气体中的CO2混入比例，利用CO2与铁、碳反应吸热和CO2不污染钢液的特点，降低底吹喷嘴出口温度，减少碳氢化合物消耗，改善钢水质量，从而延长底吹氧气转炉的使用寿命、降低冶炼成本。本发明专利技术适用于30~350吨的底吹氧气转炉，采用本发明专利技术可提高底吹氧气转炉的炉底寿命300~600炉，吨钢冶炼成本降低2~3元，终点钢水碳氧积降低0.0002~0.0004。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于冶金工艺领域，特别涉及一种利用CO2延长底吹氧气转炉寿命的炼钢方法。
技术介绍
底吹氧气转炉极大地改善了转炉的搅拌条件，渣-钢反应接近平衡状态，可以在渣中（FeO）基本不增加的条件下将碳脱除到低碳领域，适宜大量生产低碳钢种；将底吹氧气和底吹造渣剂（如石灰粉）相结合，可高效脱除铁水中的磷和硫，并减少钢铁料和造渣料的消耗；底吹氧气转炉在冶金效果方面拥有常规顶底复吹转炉难以媲美的优势。但是，由于底部大流量喷吹氧气，熔池搅拌强烈，而且氧气与Si、Mn、Fe、C等元素反应剧烈放热，底吹纯氧喷嘴的上方反应带的温度可达2000~2400℃，对底吹喷嘴和周围衬砖造成极为严重的威胁；在底吹氧气中混入一定比例的氮气，或以干燥空气代替纯氧虽然有助于降低炉底温度，但是会造成钢水大量增氮，终点钢水氮含量超标，无法满足冶炼需求，混氮工艺并不可行；因此现有技术中底吹氧气转炉仍以喷吹纯氧为主，导致炉底寿命偏低，目前仅为1000~2000炉。 目前，通常采用环缝喷吹碳氢化合物的方法，利用碳氢化合物高温下裂解吸热的特性来保护底吹喷嘴，但碳氢化合物价格昂贵，增加了炼钢成本，且喷吹碳氢化合物会导致钢水增氢；而在碳氢化合物中混入氮气将导致钢水增氮，混入氩气将导致成本增加，且氮气和氩气降温效果不佳，因此现有技术中只能使用碳氢化合物作为保护气体，造成碳氢化合物消耗量大，冶炼成本偏高。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术的目的是在保证钢水质量的前提下，提供一种利用CO2延长底吹氧气转炉使用寿命，降低碳氢化合物消耗和冶炼成本，实现延长底吹氧气转炉寿命、低成本连续生产的炼钢方法。本专利技术由以下方案实现：一种利用CO2延长底吹氧气转炉寿命的炼钢方法，在底吹氧气转炉通过底吹喷嘴底吹O2和碳氢化合物的基础上混入CO2，所述底部主吹气体为O2和CO2的混合气体，所述保护气体为碳氢化合物和CO2的混合气体，所述O2和CO2的混合气体中CO2的混入比例为0~60%，所述碳氢化合物和CO2的混合气体中CO2的混入比例为0~50%；炼钢方法将冶炼过程划分为冶炼初期、脱磷期、脱碳期和冶炼末期四个阶段，根据所述四个阶段控制O2和CO2的混合气体中CO2的混入比例及碳氢化合物和CO2的混合气体中CO2的混入比例，利用CO2与铁、碳反应吸热和CO2不污染钢液的特点，在保证钢水质量的前提下降低底吹氧气转炉的底吹喷嘴出口温度和碳氢化合物消耗，延长底吹氧气转炉的使用寿命，降低冶炼成本。进一步地， 在冶炼初期，由于大量冷料的加入，熔池温度较低，为了快速升温，减少底吹O2和CO2的混合气体中CO2的混入比例为0~20%，依靠O2和硅、锰等元素的氧化放热快速升温；由于CO2和硅、锰反应为微放热反应，为了增强保护气的冷却效果，减少碳氢化合物和CO2的混合气体中CO2的混入比例为0~20%。进一步地， 在脱磷期，为了维持脱磷最佳的热力学条件，并将熔池温度控制在1350~1400℃，适当提高底吹O2和CO2的混合气体中CO2的混入比例至40~60%，利用CO2的反应吸热特性控制熔池温度基本稳定在脱磷最佳的温度区间；由于硅、锰已基本氧化完全，适当提高碳氢化合物和CO2的混合气体中CO2的混入比例至30~50%，减少碳氢化合物的消耗。进一步地， 在脱碳期，为了快速脱碳和避免终点温度偏低，根据熔池的富余热量控制底吹O2和CO2的混合气体中CO2的混入比例为10~30%；随着熔池温度的升高和碳含量的降低，钢液对炉底的侵蚀加剧，降低碳氢化合物中和CO2的混合气体的CO2混入比例至20%~30%，依靠碳氢化合物的裂解吸热保护底吹喷嘴。进一步地， 冶炼末期，随着钢水碳含量的降低，脱碳反应速率逐渐下降，适当提高底吹O2和CO2的混合气体中CO2的混入比例至30~40%，部分CO2参与脱碳反应，其余未反应的CO2可降低CO分压，促进碳氧反应的进行，从而降低终点钢水碳氧积；此阶段熔池温度最高、碳含量最低，钢液对炉底的侵蚀最严重，应大量喷吹碳氢化合物以保护底吹喷嘴，因此碳氢化合物和CO2的混合气体中CO2的混入比例为0~5%。进一步地，所述方法适用于30~350吨的底吹氧气转炉，转炉冶炼所需总氧量的20~40%由底部喷入，所述方法中CO2既可替代部分O2用作底吹氧气转炉的底部主吹气体，也可替代部分碳氢化合物作为底吹元件的保护气体；所述底吹氧气转炉的底部布置有至少一支所述底吹元件，所述底吹元件为双层套管式结构包括底吹枪内层管和环缝。进一步地，所述O2和CO2的混合气体由CO2气体或干冰粉和O2气体经过一个底部主吹气体混合器制备，制备后所述O2和CO2的混合气体通过所述底吹枪内层管喷入所述底吹氧气转炉；所述碳氢化合物和CO2的混合气体由CO2气体或干冰粉和碳氢化合物经过一个保护气体混合器制备，所述碳氢化合物为甲烷、丙烷等可以在高温下裂解吸热的气体，制备后所述碳氢化合物和CO2的混合气体通过所述环缝喷入所述底吹氧气转炉。 本专利技术的技术原理是：本专利技术在底吹氧气转炉中混入CO2，利用CO2与铁、碳反应吸热和CO2比热容较高的特点，适当降低底吹喷嘴上方反应带的温度，从而降低底吹氧气转炉的炉底温度，减少碳氢化合物的消耗，而且CO2供入钢水后并不会污染钢液，因此可在保证钢水质量的前提下延长底吹氧气转炉的使用寿命，降低冶炼成本。本专利技术的有益效果是：该方法适用于30~300吨底吹氧气转炉，将CO2混入底吹O2和保护气碳氢化合物中，分阶段分别控制CO2的混入比例，可在不影响钢水质量的前提下实现底吹氧气转炉长寿命、低成本连续生产。采用本专利技术后，底吹氧气转炉的炉底寿命可提高300~600炉，终点钢水碳氧积降低0.0002~0.0004，吨钢冶炼成本降低2~3元。具体实施方式 下面结合具体实施例对本专利技术的技术方案做进一步说明。实施例1120吨底吹氧气转炉炼钢工艺 本实施例用于120吨底吹氧气转炉，该转炉底部布置有6只双层套管式底吹枪，吹炼过程中底吹枪内层管以O2和CO2混合气体为载气喷吹石灰粉，供气流量为120Nm3/min，供粉流量为480kg/min；环缝喷吹丙烷和CO2的混合气体进行冷却保护，供气流量为12Nm3/min。具体的冶炼操作过程： 冶炼初期，为了快速升温，底吹枪内层管的CO2流量为0~12Nm3/min，即底吹O2中CO2的混入比例为0~10%；由于CO2和硅、锰反应为微放热反应，为了增强保护气的冷却效果，减少丙烷中CO2的混入比例为0~20%，环缝的CO2流量为0~2.4Nm3/min。 脱磷期，为了控温脱磷，将熔池温度控制在1350~1400℃，推迟碳氧反应剧烈发生的时间，此时底吹枪内层管的CO2流量为48~72Nm3/min，即底吹O2中CO2的混入比例为40~60%，利用CO2的反应吸热特性控制熔池温度基本恒定；由于硅、锰等元素已基本氧化完全，因此环缝的CO2流量适当提高至4.8~6.0Nm3/min，即丙烷中CO2的混入比例为40~50%。 脱碳期，为了快速脱碳和避免终点温度偏低，根据熔池的富余热量控制底吹O2中CO2的混入比例为10~20%，即底吹枪内层管的CO2流量为12~24Nm3/min；随着熔池温度的升高和碳含量的降低，钢液对炉底的侵蚀加剧，降低丙烷中的CO2本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种利用CO2延长底吹氧气转炉寿命的炼钢方法，所述炼钢方法将冶炼过程划分为冶炼初期、脱磷期、脱碳期和冶炼末期四个阶段，其特征在于，在底吹氧气转炉通过底吹喷嘴底吹O2和碳氢化合物的基础上混入CO2，底部主吹气体为O2和CO2的混合气体，保护气体为碳氢化合物和CO2的混合气体；所述O2和CO2的混合气体中CO2的混入比例为0~60%，所述碳氢化合物和CO2的混合气体中CO2的混入比例为0~50%；根据所述四个阶段控制O2和CO2的混合气体中CO2的混入比例及碳氢化合物和CO2的混合气体中CO2的混入比例，利用CO2与铁、碳反应吸热和CO2不污染钢液的特点，在保证钢水质量的前提下降低所述底吹喷嘴的出口温度和碳氢化合物消耗，延长底吹氧气转炉的使用寿命，降低冶炼成本。
【技术特征摘要】
1.一种利用CO2延长底吹氧气转炉寿命的炼钢方法，所述炼钢方法将冶炼过程划分为冶炼初期、脱磷期、脱碳期和冶炼末期四个阶段，其特征在于，在底吹氧气转炉通过底吹喷嘴底吹O2和碳氢化合物的基础上混入CO2，底部主吹气体为O2和CO2的混合气体，保护气体为碳氢化合物和CO2的混合气体；所述O2和CO2的混合气体中CO2的混入比例为0~60%，所述碳氢化合物和CO2的混合气体中CO2的混入比例为0~50%；根据所述四个阶段控制O2和CO2的混合气体中CO2的混入比例及碳氢化合物和CO2的混合气体中CO2的混入比例，利用CO2与铁、碳反应吸热和CO2不污染钢液的特点，在保证钢水质量的前提下降低所述底吹喷嘴的出口温度和碳氢化合物消耗，延长底吹氧气转炉的使用寿命，降低冶炼成本。2.如权利要求1所述炼钢方法，其特征在于，在所述冶炼初期，即硅、锰氧化期，为了快速升温，所述O2和CO2的混合气体中CO2的混入比例为0~20%；由于CO2和硅、锰反应为微放热反应，为了增强保护气的冷却效果，所述碳氢化合物和CO2的混合气体中CO2的混入比例为0~20%。3.如权利要求1所述炼钢方法，其特征在于，在所述脱磷期，利用CO2的反应吸热特性控制熔池温度基本稳定在脱磷最佳的温度区间，所述O2和CO2的混合气体中CO2的混入比例为40~60%，所述碳氢化合物和CO2的混合气体中CO2的混...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱荣，胡绍岩，董凯，刘润藻，魏光升，王云，马国宏，王雪亮，李智峥，武文合，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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