转炉炼钢高效吹氧方法 本发明属于炼钢领域。主要适用于转炉炼钢吹氧。
在顶吹转炉炼钢中，氧枪是关键设备之一。氧枪的作用是将氧气的压力能转化为动能，在氧枪喷头出口外形成马赫为1.7～2.2的高速度氧气射流。这种高速的氧气射流对金属熔池产生一定的穿透深度。其主要作用是搅拌池，供给炼钢所需的氧气，氧气与熔池中的碳和杂质发生氧化反应，达到脱碳和去除磷、硫杂质，净化钢液的目的；同时，氧气射流对金属熔池和炉渣还有冲击能力，使熔池产生对流，达到传热和加速杂质上浮的作用。所以，氧枪喷头的结构性能直接影响钢的产品质量、原料消耗和成本。
氧枪喷头的几何尺寸参数是影响氧枪射流特性的主要因素，只有氧枪喷头的喷孔几何尺寸保持原设计参数，才能有良好的氧气射流品质。但是，随着冶炼炉数的增加，氧枪喷头都要产生不同程度的侵蚀，使喷孔的几何尺寸偏离设计值，从而导致氧枪射流特性变坏。喷头被侵蚀越严重，其射流特性偏离新喷头越远，对冶炼产生的不良后果也越严重。其主要表现在氧气射流的出口速度下降，冲击面积和反应区域减小等，引起化渣困难，喷溅加剧，终渣氧化铁升高，脱磷脱硫效果下降，铁损过大及吹炼终点命中率低等。因此，当氧气射流特性，即吹炼特性达不到冶炼要求时，就应该更换氧枪喷头。此时地喷头寿命是合理的。
在实践中，一些钢厂的科技人员由于对氧气射流性质变差，影响吹炼过程冶金反应及其所产生的严重后果认真不足，片面地认为喷头寿命越长越好，使氧枪喷头在更换之前已有较长的一段时间处于极不合理的状态，使吹氧效果恶化，技术、经济指标下降。
在这种情况下，研究使用过程中氧枪喷头喷孔几何尺寸和氧气射流的变化及其对冶炼效果的影响具有重要意义。
现有技术中对新的氧枪喷头的射流特性有过许多研究，但对于使用过程中喷头的侵蚀及其对射流的影响还未曾见报道。
本发明的目的在于提供一种转炉炼钢高效吹氧方法，以便在顶吹转炉炼钢中适时地更换氧枪喷头，或者调整氧枪喷吹参数，使氧枪保护良好的射流特性和良好的冶金效果。
根据上述目的，本发明采用了如下技术方案：
(一)、在氧气顶吹转炉炼钢中，当出现下列情况之一者，需及时更换氧枪喷头：
(1)、当终渣氧化铁(TFe)含量比新喷头高3.0％时。
(2)、当氧枪喷射的氧气射流中心速度比新喷头下降30％时。
(3)、在氧枪喷头位置处于钢液液面上0.75～1.3m范围内，当氧气射流对熔池的有效冲击面积和有效作用半径比新喷头各减少20％时。
(4)、当氧枪喷吹的氧气流量系数α低于0.95时。
(5)、当氧枪喷头沿喷孔轴线方向被侵蚀深度超过8mm时。
(6)、当终渣中游离氧化钙含量超过25％时。
(7)、在氧枪喷头位置处于1.0～1.5m钢液液面上，当喷头处的氧气射流中心线偏离喷孔几何轴线的距离大于20～25cm时。
(二)、当氧枪喷头使用一定炉次后，射流特性开始恶化，冶金效果开始下降，可通过调整下列喷吹参数使射流特性和冶金效果保持在较好的状态。
(1)、当氧枪喷头使用100炉以后，每增加50炉，提高工作氧气压力0.07～0.10MPa(氧气压力为喷头入口处的氧气压力)。
(2)、适当降低氧枪喷头位置，使氧气射流对熔池的穿透深度与熔池深度之比为0.25～0.35％。
(3)、适当增加造渣材料中的熔剂(如氧化铁皮、萤石等)的比例。
现就上述技术方案作进一步阐述。
在氧气顶吹转炉炼中，当终渣氧化铁(TFe)含量比新喷头高3.0％时需要换喷头。渣终氧化铁高表明喷头的射流特性恶化，致使吹炼过程中化渣不好，只有适当提高渣中氧化铁比例才能化好渣；渣中氧化铁高还表明氧气射流对熔池的搅拌能力下降，使碳氧反应不能有效地进行，偏高平衡值较大。为此，一方面增加铁损，另一方面使熔池中碳含量偏高于预定值，使吹炼终点的命中率下降；此外，氧化铁升高还延长冶炼时间，降低炉衬寿命。
当氧枪喷射的氧气射流中心速度比新喷头下降30％时，需要换喷头。由于氧气射流中心速度的下降，将导致对熔池穿透深度的下降。如射流中心速度下降30％时，对熔池的穿透深度减小40～45％。这将出现过分软吹，造成渣钢之间反应动力学条件变坏，氧化铁升高，而且有可能发生爆炸性喷溅的危险。
当氧气射流对熔池的有效冲击面积和有效作用半径各减少到一定程度时，表明射流与熔池的作用范围减小，不利于化渣，也减慢了钢-渣之间反应的动力学条件，特别是当有效冲击面积和有效作用半径各减小20％时，氧枪喷头的射流特性显著恶化，已不适应炼钢的需要。
当氧气枪喷头的流量系数α降低时，使氧流量减少，这样就降低了冶炼速度，延长吹氧时间，使钢产量下降，特别是α＜0.95时，更为显著。
当氧枪喷头沿喷孔轴线方向被侵蚀深度超过8mm时，氧气射流特性明显恶化。
在氧枪喷头使用一定炉次之后，氧气射流特性开始恶化，致使冶金产品质量开始下降，生产成本增加，本发明可以通过调整供氧参数来保持良好的氧气射流与熔池的作用和冶金效果。如增加氧枪的氧气压力和适当降低氧枪喷头位置，就能保持所需的氧气射流中心速度和对熔池的必要的穿透深度、有效冲击面积和有效作用半径。这样，就能保持对熔池的良好搅拌和良好的钢—渣间反应动力学条件，以及良好的碳氧反应，使之达到预期的冶金效果。
以上所述的氧气射流参数，本发明采用由微机控制的多点快速压力扫描阀系统和装置测出不同位置、不同距离、不同角度的射流的压力和速度分布，采用声纳测出炼钢过程中氧枪喷头位置和监控化渣情况。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
(1)、能够针对具体的转炉炼钢条件和氧枪新喷头的喷射参数，合理地制定出更换喷头的标准，及时更换喷头，达到既有较高的喷头寿命，又能保持良好的冶金效果。
(2)、在保证良好冶金效果的前提下，通过调整供氧参数，使氧气射流特性及射流与熔池作用都保持在较好范围。尽可能地发挥喷头的潜力，提高喷头使用寿命，达到更佳的技术经济指标。
(3)、由于实际可测量新旧氧枪喷头射流特性的差别和对比新、旧氧枪喷头的不同冶金效果，使炼钢的工作者充分了解到使用过份蚀损的喷头炼钢是很不经济的，喷头寿命不足越长越好，而是有一个合理的使用寿命，从而合理地使用氧枪喷头，降低成本和提高技术和经济效益。
实施例。
采用本发明所述的方法，在30吨的氧气顶吹转炉上进行了两组新喷头和使用一定炉次后旧喷头吹炼普通碳钢试验。一组为氧枪喷头需更换的喷吹参数条件试验，其结果如表1所示；一组是旧喷头使用一定炉次后，通过调整氧枪喷射参数，仍保护良好射流与熔池的作用和冶金效果的试验，其结果如表2、表3所示。
由表1看出，氧枪喷头(即氧枪枪龄)使用200次以上后，与新喷头相比：(1)氧耗量大大增加。这样，成本上升，吹氧时间长，生产效率低；(2)石灰耗量大，渣量大，消耗的热量上升，铁损增加，成本也上升；(3)终渣氧化铁含量高，铁损增加，炉衬侵蚀严重或侵蚀加快，使炉衬寿命下降。所以，以此情况下，仍继续使用旧喷头是不合理的，需及时更换喷头。
由表2和表3对比看出，氧枪喷头使用100次以上后，与新喷头相比，氧耗量、终渣氧化铁含量都有所提高，但还未达到不合理程度。在此基础上，及时调整供氧参数，如表3所示，降低氧枪枪位高度(喷头与静止钢液面之间的距离)和提高氧气压力，就可以大大改善射流特性和冶金效果，如氧气流量增加，氧耗量和石灰用量减少，特别是终渣氧化铁含量下降。也就是就，通过调整供氧参数，可以达到预期效果。
表1氧枪喷头需更换的喷吹参数条件试验数据
喷头类型氧枪枪龄 次 氧枪 枪位 高度 m 氧气 压力 MPa 氧气 流量 Nm3/min 射流 中心 速度 m/sec 射流有 效作用 半径 cm 喷头 侵蚀 深度 mm 终渣氧 化铁含 量(TFe) ％ 氧化铁 皮加入量 Kg/t钢石灰消耗量 Kg/t钢 氧耗量 Nm3/t钢新喷头 10 1.18 1.00 104.0 198 45 0 12.18 5 70.76 44.85 11 1.18 1.00 104.0 198 45 0 13.71 9 70.12 44.72旧喷头 213 0.90 1.16 111.6 145 30 9.8 18.25 10 75.39 48.35 214 0.90 1.16 111.6 145 30 9.8 16.97 9 76.04 48.28 215 0.90 1.17 112.6 145 30 9.8 15.04 9 75.11 48.54 216 0.90 1.16 111.6 145 30 9.8 21.59 10 74.95 48.44
表2氧枪喷吹参数调整前的喷吹参数数据
喷头类型 氧枪 枪龄 次 氧枪 枪位 高度 m 氧气 压力 MPa 氧气 流量 Nm3/min射流中心速度m/sec 射流有 效作用 半径 cm 喷头 侵蚀 深度 mm 终渣氧 化铁含 量(TFe) ％氧化铁皮加入量 Kg/t钢 石灰消耗量 Kg/t钢 氧耗量 Nm3/t钢新喷头 12 1.18 1.00 104.66 198 45 0 13.14 5 70.52 44.86 121 1.12 1.06 105.66 176 36 5.2 15.18 5 73.58 47.82旧喷头 122 1.10 1.05 104.66 176 36 5.2 15.20 5 73.92 47.28 123 1.12 1.06 105.66 176 36 5.2 15.10 5 74.01 47.64 124 1.11 1.06 105.66 176 36 5.2 15.94 5 74.12 47.38 125 1.10 1.05 104.66 176 36 5.2 14.20 5 74.11 47.35
表3调整供氧参数后的氧枪喷吹参数数据
喷头类型 氧枪 枪龄 次 氧枪 枪位 高度 m 氧气 压力 MPa 氧气 流量 Nm3/min射流中心速度m/sec射流有效作用半径 cm 喷头 侵蚀 深度 mm 终渣氧 化铁含 量(TFe) ％ 氧化铁 皮加入量 Kg/t钢 石灰消耗量 Kg/t钢 氧耗量 Nm3/t钢备注新喷头 13 1.18 1.00 104.00 198 45 0 12.52 5 70.58 44.83 126 1.04 1.10 109.64 185 38 5.2 13.25 7 72.95 46.16调整枪位高度及氧气压力旧喷头 127 1.03 1.10 109.64 185 38 5.2 11.63 7 72.88 46.20调整枪位高度和氧气压力 128 1.05 1.11 110.64 187 38 5.2 13.92 8 73.01 46.53调整枪位高度及氧化铁皮 129 1.03 1.11 110.64 189 39 5.2 12.62 7 73.10 46.63调整枪位高度及氧气压力 130 1.05 1.10 109.64 183 37 5.2 13.60 7 72.92 46.22调整枪位高度和氧气流量