[发明专利]一种维护底喷粉转炉蘑菇头的吹炼控制方法

说明书

本发明属于底喷粉转炉炼钢技术领域，具体涉及一种维护底喷粉转炉蘑菇头的吹炼控制方法。综合考虑底吹喷嘴端部蘑菇头的实际状态、吹炼过程中实时的钢水过热度变化、不同吹炼阶段的工艺需求以及转炉的宏观热量平衡，在底喷粉转炉冶炼过程中动态调节底吹喷嘴内管的氧气‑二氧化碳‑石灰粉喷吹参数，从而控制底吹喷嘴端部的冷却强度，实现对蘑菇头尺寸的精准调控。本发明能够维持底吹喷嘴端部蘑菇头尺寸的基本稳定，避免蘑菇头尺寸过大导致喷嘴堵塞，以及蘑菇头尺寸过小导致喷嘴快速侵蚀，实现蘑菇头对底吹喷嘴的有效保护，延长底吹喷嘴的使用寿命。

技术领域

本发明属于底喷粉转炉炼钢技术领域，具体涉及一种维护底喷粉转炉蘑菇头的吹炼控制方法。

背景技术

底喷粉转炉是将炼钢所需石灰以粉剂形式由底部喷入金属熔池的先进炼钢方法，能够大幅提高冶金反应效率，在降低炼钢原辅料消耗、提升钢水纯净度、减少炼钢过程固废产生量等方面具有显著优势。

底喷粉转炉虽然具有优异的冶金效果，但是底吹喷嘴侵蚀快、炉底寿命短的问题从根本上阻碍了其工程应用。大量实验研究和工程实践表明，覆盖在底吹喷嘴端部的蘑菇头是保护底吹喷嘴抵御高温钢液侵蚀的关键屏障，蘑菇头的大小和形貌直接决定了底吹喷嘴的侵蚀速率和工作状态，蘑菇头过小将会加速底吹喷嘴的侵蚀，蘑菇头过大易造成喷嘴堵塞，将蘑菇头尺寸控制在合理范围内尤为重要。在底喷粉转炉炼钢过程中，钢水的成分和温度、炉内的反应状态都是随时间不断变化的，蘑菇头的状态也将随之变化，因此必须要制定动态的喷吹工艺制度来控制蘑菇头的生长速率落。

发明内容

本发明的目的是提供一种控制底喷粉转炉蘑菇头生长速率的方法，基于蘑菇头的实际状态、吹炼过程的钢水过热度变化、不同吹炼阶段的工艺需求以及转炉的宏观热量平衡，在吹炼过程中分阶段动态调节底吹喷嘴内管的氧气、二氧化碳和石灰粉喷吹参数，维持蘑菇头尺寸的基本稳定，实现蘑菇头对底吹喷嘴的有效保护。

底吹喷嘴端部的蘑菇头是由钢水冷凝而成，石灰粉和二氧化碳都具有冷却底吹喷嘴的效果，但是石灰粉和二氧化碳的用量对转炉冶金效果有明显影响，且石灰粉的喷吹总量和喷吹时机需要结合炼钢工艺需求，而喷吹二氧化碳会增加转炉的热量损失；本发明在喷吹石灰粉后采用等量二氧化碳替代氧气，并创造性地通过钢水过热度与钢水冷凝所需冷却强度的相关关系来限定二氧化碳的喷吹强度，公开的方法对底喷粉转炉蘑菇头生长有非常好的维护作用，尤其是在满足蘑菇头维护需求的前提下二氧化碳用量少。

由于蘑菇头覆盖在底吹喷嘴端部，本发明利用底吹喷嘴环缝通道气体流量与气体压力的比值表征蘑菇头的实际大小；石灰是转炉造渣所必需的辅料，转炉喷吹石灰粉的主要目的是脱除铁水中的硅、锰、磷、硫等杂质元素，本发明限定在吹炼前期喷吹石灰粉。

本发明的技术方案是：

一种维护底喷粉转炉蘑菇头的吹炼控制方法，包括以下步骤：

（1）在底喷粉转炉开始冶炼之前，测量底吹喷嘴环缝通道气体流量与气体压力，计算获得蘑菇头状态系数；

（2）底喷粉转炉开始冶炼之后，以氧气为载气喷吹石灰粉，待石灰粉喷吹结束后，以二氧化碳等量替代氧气形成二氧化碳-氧气混合气体持续吹气至冶炼结束，完成底喷粉转炉蘑菇头生长速率的控制；二氧化碳的喷吹强度根据步骤（1）的蘑菇头状态系数和冶炼过程中的钢水过热度确定；钢水过热度根据式1计算：

（式1）

其中，T为冶炼过程中的钢水温度；根据式1计算：

（式2）

其中，为钢水中碳的质量分数、为钢水中硅的质量分数、为钢水中锰的质量分数、为钢水中磷的质量分数。

随着转炉炼钢的控制模型日益完善并已广泛应用，通过炼钢控制系统可以准确地获得吹炼过程中实时的钢水温度和钢水成分，从而计算出实时的钢水过热度。