[发明专利]一种转炉炼钢动态调节底吹CO2流量改善脱氮的方法

说明书

本发明属于转炉炼钢质量控制领域，涉及一种转炉炼钢动态调节底吹CO₂流量改善脱氮的方法，该方法根据炉气流量划分冶炼阶段，在冶炼中期持续底吹CO₂，利用CO₂与C反应吸热的特性，形成良好的蘑菇头覆盖，为冶炼后期大流量底吹CO₂提供底吹喷嘴的保护，在冶炼后期，基于钢水脱碳速率的下降比例，逐渐提高底吹CO₂的流量，弥补因冶炼后期脱碳速率逐渐降低而导致的炉内气泡产生量逐渐减少，增强熔池搅拌，改善脱氮的动力学条件。采用本发明可将转炉终点氮含量稳定控制在15ppm以内，而且基本不会影响转炉炉底的寿命。

技术领域

本发明属于转炉炼钢质量控制领域，主要涉及一种转炉炼钢动态调节底吹CO₂流量改善脱氮的方法。

背景技术

随着市场对钢材质量的要求日益严苛，钢水氮含量的控制问题正引起广泛关注。目前的转炉炼钢过程，通常采用顶吹超音速氧气射流、底吹惰性气体搅拌的冶炼方式，即使在冶炼后期将底吹氮气切换为底吹氩气，终点钢水氮含量仍普遍高于30ppm，说明现有的转炉吹炼方法难以有效地控制终点氮含量。

对于目前的转炉炼钢过程，冶炼中期碳氧反应剧烈发生，顶吹氧气几乎全部和碳反应，产生大量的一氧化碳气泡，一方面高效搅拌熔池，另一方面利用气泡吸附脱除熔池中的氮原子，可以高效快速地将钢水中的氮脱除。

但是，随着脱碳反应的进行，钢水中的碳含量逐渐降低，顶吹氧气难以和碳剧烈反应，大部分氧气将和铁反应生成氧化铁，脱碳速率逐渐降低，碳氧反应产生的一氧化碳气泡数量随之逐渐减少，炉内气泡产生量的减少显著恶化了脱氮的动力学条件。为了控制转炉冶炼终点的氮含量，目前常用的手段是在冶炼后期将底吹氮气切换为底吹氩气，但是由于底吹强度低，熔池搅拌弱，炉内气泡量少，仍难以满足脱氮的要求。持续大流量底吹又会加剧底吹元件的冲刷侵蚀，缩短转炉炉底的使用寿命。

因此，如何在不影响炉底寿命的前提下，尽量增大转炉冶炼后期的气泡产生量，改善脱氮的动力学条件，成为限制转炉冶炼低氮钢的关键技术问题。

此外，传统的转炉冶炼阶段划分是基于冶炼时间、氧步、炉口火焰状态等参数，并不能准确地反映炉内脱碳速率和气泡产生量的变化，因此需要以新的量化指标来划分冶炼时段，更加高效地配合转炉脱氮。

发明内容

针对上述问题，为了在不影响炉底寿命的前提下改善转炉冶炼后期的脱氮条件，本发明基于CO₂的冶金特性和转炉冶炼过程的脱碳规律，提出了一种转炉炼钢动态调节底吹CO₂流量改善脱氮的方法。

本发明的技术原理是：(1)O₂在炼钢温度下反应活性极强，在转炉冶炼后期碳含量低时，大量的O₂和Fe反应生成FeO，该反应不会生成气泡，导致冶炼后期的气泡产生量逐渐减少，而CO₂无论是和C 反应，还是和Fe反应，都可以生成气泡。(2)1Nm³CO₂与C反应可生成2Nm³的CO，体积加倍，因此在相同的底吹流量下，相比于底吹 Ar，底吹CO₂对熔池的搅拌能力更强。(3)转炉冶炼中期，Si、Mn等元素已氧化完全，底吹CO₂将主要和C发生反应，而CO₂与C的反应为强吸热反应，该阶段持续底吹CO₂可以在底吹喷嘴上方形成良好的蘑菇头覆盖，避免冶炼后期大流量底吹CO₂造成底吹喷嘴侵蚀。(4) 转炉冶炼后期，随着碳含量的逐渐减少，脱碳速率是逐渐下降的，气泡产生量随之逐渐减少，因此应基于脱碳速率的变化逐渐增大底吹 CO₂流量，减轻对底吹元件侵蚀的同时，达到更优的脱氮效果。

本发明的技术方案是：转炉冶炼过程中，实时监测炉气流量，根据炉气流量的变化将冶炼过程划分为冶炼前期、冶炼中期和冶炼后期，具体步骤如下：