一种AOD精炼工艺中侧吹风枪参数的设计方法

摘要

本发明涉及一种AOD精炼工艺中侧吹风枪参数的设计方法，属于钢水精炼技术领域。技术方案是：侧吹风枪的供气强度控制在1.0‑1.5m³/t/min；确定侧吹风枪的最大流量之后，具体计算方法如以下：先确定中心管的阀后压力和流速，然后再进行侧吹风枪支数和中心铜管内径的选择，以确保侧吹风枪满足最大流量的要求；选择侧吹风枪保护气冷却方式以及环缝宽度、面积。本发明有益效果：提高AOD炉龄，缩短AOD冶炼周期，降低AOD燃料硅铁和渣料石灰、萤石消耗。

权利要求

1.一种AOD精炼工艺中侧吹风枪参数的设计方法,其特征在于包括以下步骤：①侧吹风枪供气强度的选择：侧吹风枪的供气强度控制在1.0-1.5m³/t/min；

②侧吹风枪支数的选择以及中心铜管内径的选择：确定侧吹风枪的最大流量之后，具体计算方法如以下：先确定中心管的阀后压力和流速，然后再进行侧吹风枪支数和中心铜管内径的选择，以确保侧吹风枪满足最大流量的要求：Q=D/2/1000×D/2/1000×3.14×10×P×U×N×60Q:多支风枪中心气流的最大流量，m³/minD:中心铜管内径，mm

P:进入中心管气流，其调节阀阀后压力，MPaU:进入中心管气流，其调节阀阀后流速，m/sN:侧吹风枪支数；

③侧吹风枪保护气冷却方式以及环缝宽度、面积：A、每支风枪的冷却控制系统采用独立控制，均配有独立的调节阀，以绝对保证每支风枪进入的冷却气量绝对相同，杜绝不均匀冷却，这样即保证AOD耐材的均匀侵蚀，避免局部损毁而停炉；

B、冷却气环缝宽度和面积

冷却气环缝宽度： 1≤d/h≤2其中：d：中心铜管的壁厚，mm；h:冷却气环缝宽度，mm；

冷却气环缝面积：1≤S/F≤3 其中：S:中心铜管的横截面，mm²； F：环缝的横截面，mm²。

2.根据权利要求1所述的一种AOD精炼工艺中侧吹风枪参数的设计方法，其特征在于对侧吹风枪的选择要求：A、单只风枪中心铜管最大内径不应超过18mm，否则容易造成气流直接穿透熔池，气体利用率下降；同时容易造成风枪对面的耐材熔损；

B、风枪支数选择3、5、7、9支，便于风枪的布置和熔池的搅拌；

C、进入中心管气流，其调节阀阀后压力按照1.4-1.5MPa计算；阀前压力需保证在

2.0MPa以上，不得低于1.6MPa，以保证侧吹风枪中心气流出口处的压力不低于0.3MPa,不至于形成堵枪；

D、进入中心管气流，其调节阀阀后流速按120-130m/s计算；阀前的气体流速设计是

50m/s。

说明书

一种AOD精炼工艺中侧吹风枪参数的设计方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种AOD精炼工艺中侧吹风枪参数的设计方法，属于钢水精炼技术领域。

背景技术

[0002] AOD精炼工艺是氧气和惰性气体（氩气、氮气）的混合气体从炉体侧面通过风枪直接吹入熔池之中（液面之下）进行精炼，采用的环形风枪（喷枪）是AOD精炼工艺的重要设备，环形风枪的中心为中心铜管，中心铜管与外套之间为环形的冷却环缝，通过均匀分配侧吹风枪的保护气流Ar、N2，达到风枪的均匀冷却，不至因个别风枪的损坏，导致风枪周围的耐材受到严重熔损而停炉；中心铜管的内径参数决定冶炼所需的最大供气强度（O2+惰性气体Ar、N2）。已有技术的风枪参数设计不合理，容易导致风枪周围的耐材受熔损，冶炼周期长，热量损失大，造成燃料硅铁和渣料石灰的消耗增加。

发明内容

[0003] 本发明目的是提供一种AOD精炼工艺中侧吹风枪参数的设计方法，提高AOD炉龄，缩短AOD冶炼周期，降低AOD燃料硅铁和渣料石灰、萤石消耗,解决已有技术存在的上述技术问题

[0004] 本发明的技术方案如下：

[0005] 一种AOD精炼工艺中侧吹风枪参数的设计方法，包括以下步骤：

[0006] ①侧吹风枪供气强度的选择：侧吹风枪的供气强度控制在1.0-1.5m³/t/min；

[0007] ②侧吹风枪支数的选择以及中心铜管内径的选择：

[0008] 确定侧吹风枪的最大流量之后，具体计算方法如以下：先确定中心管的阀后压力和流速，然后再进行侧吹风枪支数和中心铜管内径的选择，以确保侧吹风枪满足最大流量的要求：

[0009] Q=D/2/1000×D/2/1000×3.14×10×P×U×N×60

[0010] Q:多支风枪中心气流的最大流量（m³/min）

[0011] D:中心铜管内径(mm)

[0012] P:进入中心管气流，其调节阀阀后压力(MPa)

[0013] U:进入中心管气流，其调节阀阀后流速（m/s）

[0014] N:侧吹风枪支数

[0015] ③侧吹风枪保护气冷却方式以及环缝宽度、面积：

[0016] A、每支风枪的冷却控制系统采用独立控制，均配有独立的调节阀，以绝对保证每支风枪进入的冷却气量绝对相同，杜绝不均匀冷却，这样即可保证AOD耐材的均匀侵蚀，避免局部损毁而停炉；

[0017] B、冷却气环缝宽度和面积

[0018] 冷却气环缝宽度： 1≤d/h≤2其中：d：中心铜管的壁厚（mm）；h:冷却气环缝宽度(mm)；

[0019] 冷却气环缝面积：1≤S/F≤3 其中：S:中心铜管的横截面（mm²）； F：环缝的横截面（mm²）。

[0020] 侧吹风枪的长度选择：风枪长度的选择主要是依据AOD熔池砖的长度决定。个别钢厂出于为了提高炉龄，有意识加长其长度，但一般不会得到意想中的效果。其原因主要是风枪加长后，如果阀前压力得不到明显的提高，就会造成风枪出口处的压力达不到要求，致使气流出现间歇喷入，从而不能有效保护风枪；根据资料介绍，环缝气出口处压力不得低于环境压力的1.9倍，否则出现间歇气流。如果一味提高阀前压力，会增加气体能耗，成本就会增加，因而长度不应一味加长，主要应该从设计参数入手。

[0021] 对侧吹风枪的选择要求：

[0022] A、单只风枪中心铜管最大内径不应超过18mm，否则容易造成气流直接穿透熔池，气体利用率下降；同时容易造成风枪对面的耐材熔损；

[0023] B、风枪支数一般选择3、5、7、9支，便于风枪的布置和熔池的搅拌；

[0024] C、进入中心管气流，其调节阀阀后压力可按照1.4-1.5MPa计算；阀前压力需保证在2.0MPa以上，不得低于1.6MPa，以保证侧吹风枪中心气流出口处的压力不低于0.3MPa,不至于形成堵枪；

[0025] D、进入中心管气流，其调节阀阀后流速可按120-130m/s计算；阀前的气体流速设计是50m/s。

[0026] 本发明有益效果：

[0027] 1、缩短冶炼周期：尤其对于长流程不锈钢厂格外重要。比如高炉+AOD炉生产200系不锈钢，或者是矿热炉+AOD炉生产300系不锈钢模式。其生产特点是不间断，不能因局部工艺制约而造成生产流程不衔接，这些流程属于大规模生产流程，不等同于电炉+AOD炉的短流程生产模式。因而要求AOD的生产节奏必须具有一定弹性，以满足生产的需要。在侧吹风枪的设计上，必须留有一定空间。AOD顶枪虽然对冶炼周期也有一定影响，但由于顶枪只在主吹供氧阶段使用，而冶炼后期一般不进行投入使用，可制约冶炼周期的主要环节是后期脱碳，因而侧吹风枪的设计至关重要。从风枪的设计参数上，主要表现在中心铜管内径的设计和支数的选择上；

[0028] 2、提高AOD炉龄：现阶段我国AOD炉龄普遍较低，公称容量小于100吨的AOD炉龄一般在80-90炉，100-120吨的AOD炉龄也就120-130炉，对于较大的炉子也很少超过200炉。这样情况下，会造成频繁更换炉体，制约全套流程的有效发挥，也就是生产效率较低，工人劳动强度大。为了提高AOD寿命，在风枪的参数和布局设计上，主要应该在每支风枪保护气流上，实行单独控制，也就是分别配置一个气体流量调节阀，以实现保护气流在每次风枪上得到均匀分配。我国AOD寿命偏低，主要原因就是没有独立控制。其次是环缝的宽度和面积设计，当然这个不是最主要原因。再就是阀前压力必须保证，如果保护气阀前压力不能保证，会造成保护气流的间歇式喷入；如果氧气压力低，会造成出口处氧气射流核心段缩短，氧气反应区集中在风枪周围的耐材处，造成局部耐材严重熔损；

[0029] 3、降低AOD冶炼成本：冶炼周期的有效控制，可以明显减少热损失，降低燃料硅铁和渣料石灰、萤石的消耗。按照60吨AOD炉进行测算，冶炼时间缩短10分钟，每分钟降温按照6°计算，大约可减少1%的铬氧化，吨钢可节约5公斤硅铁，20公斤石灰，3公斤萤石，效益非常可观。

具体实施方式

[0030] 下面通过实施例对本发明做进一步详细的说明。

[0031] 一种AOD精炼工艺中侧吹风枪参数的设计方法，包括以下步骤：

[0032] ①侧吹风枪供气强度的选择：侧吹风枪的供气强度控制在1.0-1.5m³/t/min。

[0033] 具体需考虑整个工艺流程布局，涉及到与AOD炉相匹配的电炉、高炉、矿热炉以及连铸机的生产能力。如果需要快节奏生产，供气强度可选择上限，反之，可选择下限。

[0034] ②侧吹风枪支数的选择以及中心铜管内径的选择：

[0035] 确定侧吹风枪的最大流量之后，具体计算方法如以下：先确定中心管的阀后压力和流速，然后再进行侧吹风枪支数和中心铜管内径的选择，以确保侧吹风枪满足最大流量的要求：

[0036] Q=D/2/1000×D/2/1000×3.14×10×P×U×N×60

[0037] Q:多支风枪中心气流的最大流量（m³/min）

[0038] D:中心铜管内径(mm)

[0039] P:进入中心管气流，其调节阀阀后压力(MPa)

[0040] U:进入中心管气流，其调节阀阀后流速（m/s）

[0041] N:侧吹风枪支数

[0042] 对侧吹风枪要求：

[0043] A、单只风枪中心铜管最大内径不应超过18mm，否则容易造成气流直接穿透熔池，气体利用率下降；同时容易造成风枪对面的耐材熔损；

[0044] B、风枪支数一般选择3、5、7、9支，便于风枪的布置和熔池的搅拌；

[0045] C、进入中心管气流，其调节阀阀后压力可按照1.4-1.5MPa计算；阀前压力需保证在2.0MPa以上，不得低于1.6MPa，以保证侧吹风枪中心气流出口处的压力不低于0.3MPa,不至于形成堵枪；

[0046] D、进入中心管气流，其调节阀阀后流速可按120-130m/s计算；阀前的气体流速设计是50m/s；

[0047] ③侧吹风枪保护气冷却方式以及环缝宽度、面积：

[0048] 冷却气的均匀冷却，为了有效保护侧吹风枪，提高炉衬寿命，保护气（Ar/N）对中心气流（O2）的均匀冷却至关重要，国内AOD炉龄偏低的一个重要原因就是多支侧吹风枪的不均匀冷却，个别风枪冷却过度，局部风枪的冷却又偏弱，进而导致局部风枪区域的耐材受到高温氧气的严重冲刷，而被迫停炉。对于长流程生产不锈钢的企业，造成频繁的更换炉体，使生产秩序难于组织，同时增加了工人的劳动强度。

[0049] 经过认真的对比分析后发现，国内绝大多数企业的风枪冷却采用的是一个调节阀整体控制多支风枪的冷却，这样会造成风枪冷却不均匀，其原理是由于控制冷却气的调节阀后的每支风枪，其管路布局一定会存在压力损失的不同，导致实际进入各支风枪入口处的冷却介质压力、流量分配不均，因而形成了冷却的不均匀。

[0050] A、每支风枪的冷却控制系统采用独立的控制方法，均配有独立的调节阀，以绝对保证每支风枪进入的冷却气量绝对相同，杜绝不均匀冷却，这样即可保证AOD耐材的均匀侵蚀，避免局部损毁而停炉。AOD炉龄偏低的主要原因是风枪区域耐材的熔损，只要能够有效控制风枪区域，炉龄可望大幅度提高。

[0051] B、冷却气环缝宽度和面积

[0052] 冷却气环缝宽度： 1≤d/h≤2其中：d：中心铜管的壁厚（mm）；h:冷却气环缝宽度(mm)；

[0053] 冷却气环缝面积：1≤S/F≤3 其中：S:中心铜管的横截面（mm²）； F：环缝的横截面（mm²）；

[0054] 环缝宽度和面积偏小，会造成冷却偏弱；宽度和面积偏大，会造成冷却气的浪费，以及冷却过度，阻碍氧气射流的喷入，严重情况下会导致氧气的反向喷入，直接冲刷喷枪周围的耐材。

[0055] ④侧吹风枪的长度选择

[0056] 风枪长度的选择主要是依据AOD熔池砖的长度决定。个别钢厂出于为了提高炉龄，有意识加长其长度，但一般不会得到意想中的效果。其原因主要是风枪加长后，如果阀前压力得不到明显的提高，就会造成风枪出口处的压力达不到要求，致使气流出现间歇喷入，从而不能有效保护风枪；根据资料介绍，环缝气出口处压力不得低于环境压力的1.9倍，否则出现间歇气流。如果一味提高阀前压力，会增加气体能耗，成本就会增加，因而长度不应一味加长，主要应该从设计参数入手。

[0057] 实施例一：某工厂10吨AOD炉，其侧吹风枪采用3只铜管内径D:8mm，铜管壁厚d:1mm，环缝宽度h:0.5mm,供氧强度10m³/分，阀前压力要求1.6MPa，阀后压力1.0MPa，风枪冷却采用单调节阀集中控制三支风枪的抢体结构，其炉龄一般在30炉左右。经过计算分析得出：

[0058] 中心管横截面积S:50.24mm²；环缝横截面积F:16.49mm²；S/F=3.05 d/h=2.0；

[0059] 在使用过程中经常出现局部风枪区域耐材受到严重熔损，其原因就是由于冷却系统采用单调节阀集中控制，导致局部风枪冷却严重不足；其次是由于环缝宽度是0.5mm，制枪过程中外层不锈钢管的支撑点不易控制，容易打偏，造成了冷却不均匀。

[0060] 采用本发明，使用两只铜管内径在10-11mm的喷枪，解决了上述技术问题。

[0061] 实施例二：某工厂20吨AOD炉，其侧吹风枪采用3只铜管内径D:14mm，铜管壁厚d:1.5mm，环缝宽度h:1.0mm,供氧强度30m³/分，阀前压力要求1.8MPa，阀后压力0.80-1.0MPa，风枪冷却采用单调节阀集中控制三支风枪的抢体结构，其炉龄一般在30-40炉左右。经过计算分析得出：中心管横截面积S:153.86mm²；环缝横截面积F:56.52mm²；S/F=2.72 d/h=1.5；

[0062] 冷却参数选择符合要求，主要是中心铜管内径选择偏大，导致阀后压力明显偏低，风枪出口处气流核心段缩短，氧气反应区集中在风枪周围的耐材区域，因而导致炉龄较低；同时也存在局部风枪的冷却不均匀问题。

[0063] 采用本发明，择铜管内径在11-12mm的三只风枪，解决了上述技术问题。

[0064] 实施例三：某工厂60吨AOD炉，其侧吹风枪采用3只铜管内径D:16mm，铜管壁厚d:1.0mm，环缝宽度h:1.0mm,供氧强度60m³/分，阀前压力要求2.0MPa，阀后压力1.3-1.5MPa，风枪冷却采用分散控制，每支风枪的冷却各由一个独立控制的调节阀进行冷却的抢体结构，其炉龄一般在100炉左右。经过计算分析得出：

[0065] 中心管横截面积S:200.96mm²；环缝横截面积F:59.66mm²；S/F=3.37 d/h=1.0[0066] 冷却强度虽然看似偏弱，但由于冷却系统独立控制，冷却气在每支风枪的分配绝对均匀，使得每支风枪得以均匀冷却，避免了局部耐材由于冷却不均而导致严重熔损。不足之处是由于中心管内径较大，炉子公称容量偏小，而导致风枪对面耐材易受熔损。

[0067] 采用本发明，使用5支铜管内径为13mm的喷枪结构，解决了上述问题。