[发明专利]一种炼钢终点熔体炉内脱氧的方法与装置

说明书

本发明公开了一种炼钢终点熔体炉内脱氧的方法与装置，属于冶金技术领域。本发明在氧气炼钢吹炼终点期通过炼钢炉底吹系统将碳粉喷吹入熔池内，借助碳氧反应及其产物和底吹搅拌气体的共同作用降低熔体中的氧含量，特别是能够有效降低炉渣中的铁氧化物含量。

技术领域

本发明涉及冶金技术领域，更具体地说，涉及炼钢吹炼过程终点期通过炉底向熔池喷吹碳粉对炉渣和钢液进行炉内脱氧的方法与装置。

背景技术

现代氧气炼钢是一个使用纯氧氧化铁熔体中碳和硅、锰、磷等元素并使铁熔体从初始成分氧化为终点目标成分的非平衡氧化过程，主要是通过连续向熔池吹入大量氧气首先氧化铁元素生成铁氧化物，再由铁氧化物间接氧化熔池中需要被氧化的其它元素实现的。根据热力学平衡，炼钢吹炼前期除碳以外的各种所需氧化去除元素均已大部分进入炉渣中，吹炼中后期主要是碳氧反应生成一氧化碳气泡排出的碳元素氧化过程，而且所需炉渣氧含量（炉渣中铁氧化物的比例）随着碳含量的降低不断提高，当熔池钢液中碳含量低于0.3%脱碳速率出现明显下降，尤其是对于熔池上方吹氧的顶吹转炉或电弧炉，鉴于其供氧方式使得富含铁氧化物的炉渣浮在钢液表面，钢渣之间混匀的难度和熔体液柱静压力抑制等反应条件，使得在较短时间内达到目标碳含量的熔体中氧必须有比平衡值高得多的含量。因此，当达到了最终碳元素的终点成分目标停止向熔体供氧时，熔体中的氧含量（特别是低碳钢种冶炼钢液中氧含量，尤其是炉渣中铁氧化物的氧含量）会大大超出与目标碳含量的平衡值，使钢的质量恶化、脱氧合金消耗增加和冶炼过程铁损变大（对终点倒渣的冶炼工艺而言），而且随着不断追求炼钢的高效率和低成本，吹炼供氧强度和废钢比日趋加大，使得冶炼终点碳含量越来越低、熔体中的氧含量越来越高。

为改善这一状况，业界开始尝试采用各种方式对熔体进行脱氧。例如，利用原先旨在改善吹炼过程中炉池冶金反应动力学条件的底吹惰性气体搅拌系统在冶炼顶吹氧停止后仍继续维持从炉底吹入惰性气体进行一定时间的静搅拌（通常为30秒~75秒），通过反应和扩散一定程度地降低熔体中的氧含量后再开始出钢。但由于惰性气体本身不具有还原性，目前典型复吹炼钢炉底吹透气砖可能吹入的气体流量也比较小，仅仅在液气界面通过吸附解吸反应和扩散脱氧速率很低，即便是静搅拌一定时间后的实际效果也很不理想，还会因静搅拌产生附加的冶炼周期时间增加和相应的额外散热损失。还有通过终点向炉内加还原剂或从熔体上部喷吹碳粉（电弧炉顶、侧壁和炉门碳氧枪）等方法，但都不能在冶炼过程顶吹氧停止之前实施，也由于实施中动力学条件不好使得效果不佳，也会造成冶炼周期时间的增加。

发明内容

要解决的问题

本发明的目的是针对现有技术炼钢终点熔体中的氧含量高，或为降低熔体氧含量吹入惰性气体进行静搅拌产生附加的冶炼周期时间增加和相应的额外散热损失等提出一种相对更加迅捷和有效的解决方法。

技术方案

为解决前述问题，本发明提出的技术方案为：在氧气炼钢吹炼终点期，通过炼钢炉炉底将碳粉喷入熔池中，借助熔池碳氧反应及其产物和载气等的共同作用降低炉内炉渣和钢液中的过剩氧含量，特别是所有现有技术都不能很好地解决脱除炉渣中氧的问题。

本发明技术方案基于所喷入碳粉本身对熔体进行脱氧的具体技术原理有以下六个方面：

1）碳氧直接反应降低熔体中钢液的氧含量

碳粉由炉底喷入熔池后随载气泡上浮过程中，部分碳粉首先与钢液接触并产生溶解时会与钢液中的氧直接进行碳氧反应脱氧，[C]+[O]=CO_(g)。

2）碳氧直接反应降低熔体中炉渣的氧含量

未在钢液中溶解和反应消耗的剩余碳随气泡进一步上浮进入炉渣会与炉渣中铁氧化物直接反应脱氧，C_(s)+(FeO)=[Fe]+CO_(g)，被还原的铁有炉渣进入钢液中。在相同喷吹碳强度下，碳粉的粒径对其进入炉渣有效进行直接脱氧的效果有较大关联性，粒径过小会造成碳在气泡内完全反应后体积加大，上浮速度加快、比表面积小，不利于进一步的界面反应和界面扩散，且气泡上浮在钢液与炉气间破裂时剩余碳随气体逸出熔体的损失加大。