一種轉爐出鋼口擋渣器及避渣法的製作方法

2023-06-01 19:44:06 1

專利名稱：一種轉爐出鋼口擋渣器及避渣法的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種轉爐出鋼末期，減少鋼渣進入鋼包的一種避渣方法，以及根據此方法設計而成的擋渣器。
背景技術：
漩渦是日常生活中常見的一種現象，它是流體在流動過程中由於相鄰各質點間流動速度及流動方向不一致而引起的。當無數的微漩渦累積放大，就成為可見漩渦。出鋼口處鋼水各質點流動速度及流動方向顯然存在很大差別，將產生漩渦。但出鋼口產生漩渦的主要原因卻是鋼水供應不足造成，就象固體料倉內粉料不足時，粉料不會旋轉也會產生一個漏鬥狀的凹坑，此時若粉料上面還有另一種粉料，則上面的粉料將與下層粉料一起混合流出。鋼液從轉爐到鋼包的出鋼末期，一方面，由於鋼水供應不足產生凹坑，一方面由於質點存在速度差而產生漩渦。鋼水產生漩渦後，由於離心力的作用，使中心凹坑增大。而鋼渣由鋼水帶動旋轉，鋼渣粘度大，旋轉速度比鋼水低很多，產生的離心力就很小，所以易填滿鋼凹坑，捲入鋼水。鋼渣進入鋼包，造成鋼包中渣量大，對後期的鋼水精煉造成很大的影響，比如由於去除鋼渣中的氧，要消耗大量的金屬鋁，增加精煉成本；同時造成鋼水回磷， 降低鋼水質量。在現代轉爐煉鋼廠中，轉爐出鋼末期的出鋼卷渣一直是個難以完全解決的問題。 自從1970年日本發明擋渣球擋渣出鋼以來，各國為完善轉爐出鋼擋渣技術發明了幾十種擋渣方法。目前已知的轉爐出鋼擋渣方法有擋渣球法、擋渣塞法、擋渣料法、滑板法、氣動擋渣法、避渣罩法、電磁擋渣法、出鋼口吹氣幹擾渦流法、轉動旋臂法、擋渣棒法、擋渣罐法、三孔出鋼法、均流出鋼口法、真空吸渣法、氣動撇渣法、扒渣法、無漩渦水口法。等等。國內外最常用的是擋渣球、擋渣塞法，而效果較好的是擋渣塞法。擋渣塞法所用擋渣塞由導杆和塞體構成，塞體上設置溝槽便於擋渣塞堵塞出鋼口後殘鋼流出。在出鋼末期用專用設備將擋渣塞直接插入出鋼口，比擋渣球定位準確。為了使擋渣塞浮於鋼水鋼渣之間，其密度一般在4. 2 4. 7g/cm3之間。本專利發明人發現，擋渣塞在使用時的受力情況如下重力G，鋼和渣的浮力F，在鋼水靜止或者鋼水還很深時，G=F ；當擋渣塞導杆接近出鋼口時，導杆受到鋼流的摩擦力f， 方向向下。摩擦力f與導杆的表面積有關，表面積越大，受力面積越大，f就越大；當漩渦產生後，漩渦將產生一個負壓，對擋渣塞也產生一個向下的力，可稱之為負壓力，記為Ff，而且鋼水液位越低，漩渦強度越大，對擋渣塞產生的負壓力越大。負壓力就是在沒有擋渣器時， 鋼水卷渣的主要原因。當G+f+Ff>F時，將擋渣塞向下拉，塞體更多地進入鋼水，浮力也增加；當擋渣塞全部進入鋼水，Ff、f繼續增加，擋渣塞便下沉，堵塞出鋼口。通過水模試驗，發現目前擋渣塞存在以下問題密度過大，所受重力大；橫截面小，使用時易陷入漩渦，所受浮力小而負壓力大；導杆過長，所受鋼流摩擦力大；必須在出鋼末期放入，此時已有大量鋼渣進入鋼包；槽過小，堵塞後殘鋼流出時間長；堵塞出鋼口時，產生水擊現象，撞擊出鋼口， 降低了出鋼口壽命。
另外，目前正在國內推廣的氣動擋渣法，是在出鋼末期，用高壓氣體在出鋼口逆向吹，使鋼渣不能下來。一般配套安裝下渣監測系統，當鋼渣混入鋼水時，由於電信號的改變， 及時關閉水口，防止卷渣。國內某大型鋼企使用閘閥式擋渣法，即滑板擋渣法。配套安裝下渣監測系統，當鋼渣在鋼流中達到一定比例時關閉其閘閥，達到擋渣的目的。但是該套設備造價高，運行成本貴，維護不便，事故頻發。以上方法的不足之處是，都是被動地在鋼水卷渣量達到一定比例時，停止出鋼過程，但這時已經有相當一部分渣進入了下一個容器，而且有很大一部分鋼還留在原容器內不能得到利用而被當作廢鋼。按照設計，為了避免鋼渣大量捲入鋼水，我國某鋼鐵企業1996 年引進的大型煉鋼廠一般要在轉爐內留1 %的鋼水、鋼包留0. 5 %，這樣算下來，一年大約有數萬噸鋼水直接變成了廢鋼。而因卷渣而造成鋼中含有大型夾雜物而引起鋼坯鋼材報廢的量就更大。1994年7月《上海金屬》第4期介紹了日本川崎的三孔出鋼法將出鋼口設置為呈等邊三角分布的三個，使發生漩渦的能量互相抵消而達到少渣的目的。此法的缺點在於三孔之間距離的確定存在兩難的選擇，不能過大，過大則相互影響小，不足以抵消漩渦能量； 過小，則三孔之間的耐火材料的強度不易達到，所以此法很少被採用。中國專利「抑制漩渦的方法及無漩渦水口(專利號02139052. 5)」，用擋板將出鋼口分成幾部分，使每部分產生的漩渦相互抵消，從而消除出鋼過程中產生的漩渦。由於鋼水溫度下擋板的壽命達不到生產要求，此專利也沒有應用。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種轉爐出鋼口擋渣器及避渣法，克服上述現有轉爐出鋼口擋渣器及避渣法的缺陷。發明人通過水力模型試驗發現液體從水口向下流出時，如果初速度接近為0時， 其向下流動的速度變化近似於自由落體，流動距離越大，速度V越高，流股的橫截面積S越小，滿足以下關係
v*s=c (常數)
從外觀上看流股呈喇叭形。當落體距離足夠長，由於液體存在表面張力，流股會成為不連續的液滴，並且滴間距離也會越來越大。同樣，鋼水進入出鋼口內向下流動，受重力作用，速度越來越大，鋼流直徑應該越來越細。然而鋼流受到出鋼口壁摩擦力、旋轉離心力等因素影響，鋼流變疏鬆，充滿整個出鋼口，所以在鋼流中產生一個負壓。負壓力使出鋼口下部空氣進入，使出鋼口上部中心鋼流速度增加。所以，出鋼口上方出現凹坑，由三種原因造成1)出鋼口邊緣對鋼流產生摩擦力， 鋼流邊緣速度慢，中心速度快；2)鋼流進入出鋼口後變成疏鬆的流股，產生負壓力，使鋼流中心流速更快；3)當漩渦產生時，由於離心力作用，使液體向外，增加了流股對出鋼口壁間的摩擦力，邊緣速度更慢。當鋼水液位高時，鋼水壓強可以使出鋼口上方周圍鋼水進入出鋼口，保證補充供應，不會出現可見凹坑。液位越低，鋼水壓強越低。鋼流邊緣速度與中心速度差距越大，出鋼口上方鋼水供應不足，凹坑便產生了。雖然鋼渣也由鋼水帶動而旋轉，但鋼渣密度低，粘度大，旋轉速度低，不易被漩渦甩向邊緣，所以出鋼口上方產生的鋼水凹坑由鋼渣填充，鋼渣就與鋼水混合進入鋼包。為解決上述技術問題，本發明提出了一種轉爐出鋼口擋渣器，其特徵在於，包括浮體和耐火管，所述耐火管安裝在浮體重心部位，所述浮體的密度大於鋼渣密度，小於鋼水密度，所述浮體下部具有凹凸結構。所述耐火管、浮體、凹凸結構，在擋渣器製作時可以一次成型，也可以分別成型後組裝。所述耐火管橫截面為圓形、橢圓形、正方形、多邊形或不規則形狀；
所述浮體的輪廓形狀為球體、半球體、球冠、正方體、長方體或多面體，以及不規則形狀、不同形狀的組成體；
所述浮體下部的凹凸結構為凹凸的點、面、筋或溝槽。所述點、面、筋或溝槽的數量至少為三個，便於所述浮體落在出鋼口上後殘餘鋼水流出；
所述筋或溝槽以所述耐火管為中心，呈向外幅射狀。本發明同時提供採用上述轉爐出鋼口擋渣器的避渣方法，將所述轉爐出鋼口擋渣器放置在出鋼口上方，浮體同時浮在鋼水和鋼渣中，使耐火管保持縱向站立，所述耐火管的上端露出鋼渣表面之上，下端伸入鋼水；隨著鋼水出爐，出鋼口上出現鋼水漩渦產生負壓時，浮體受到鋼水鋼渣的浮力，不易被負壓力拉下；鋼渣被浮體所阻，也不易到達出鋼口。而所述耐火管下端正處於漩渦中心，管內的鋼和渣被負壓力吸下，就從上埠吸入爐氣，負壓力對浮體和鋼渣的作用消除，浮體始終浮於鋼水鋼渣之間，避免了擋渣器過早地堵塞出鋼口，使鋼水能夠順利出盡；同時避免鋼渣進入漩渦被吸入出鋼口，達到避渣的目的。被吸入的爐氣通過耐火管下埠與鋼水一起通過出鋼口排出轉爐；在出鋼結束前，浮體下部的凸起結構接觸出鋼口，使殘餘鋼水從凹陷部位進入出鋼口，浮體繼續阻止鋼渣進入出鋼口。當鋼水即將出盡時搖起轉爐，鋼渣留在轉爐內，結束出鋼過程。對於某些鋼種，為了防止或減少鋼水被爐氣氧化，向轉爐內擋渣器耐火管上方噴入惰性氣體。當負壓力產生，耐火管吸入的氣體就是惰性氣體，不會氧化鋼水。本發明帶來的有益效果包括
1.鋼渣大幅度減少，減少鋼水精煉時脫氧劑、精煉渣的用量。·2·減少鋼水精煉處理時間； 3.減少轉爐內殘鋼量，提高產量；
4.轉爐出鋼時間減少，即減少了生產周期，可以提高產能； 5.減少鋼水精煉過程中的回磷量，提高了鋼水質量； 6.擋渣器對出鋼口不撞擊，提高出鋼口壽命。


下面結合附圖和具體實施方式
對本發明的技術方案作進一步具體說明。圖1為現有擋渣塞的結構及受力分析示意圖。圖2為本發明的結構示意圖，1為耐火管，2為浮體，3為凹凸結構。
具體實施例方式本發明的具體實施方式
的擋渣器如圖2所示，耐火管1、浮體2和凹凸結構3，耐火管1連接安裝在浮體2的重心部位，浮體的輪廓形狀為球體、半球體、球冠、正方體、長方體或多面體，以及不規則形狀、不同形狀的組成體；耐火管1橫截面為圓形、橢圓形、正方形、 長方形或不規則形狀；浮體的密度大於鋼渣密度，小於鋼水密度；浮體下部凹凸結構3具有凹凸的點、面、筋或溝槽。點、面、筋或溝槽的數量至少為三個，浮體落在出鋼口上後便於殘餘鋼水流出；筋或溝槽以耐火管1為中心，呈向外幅射狀。上述擋渣器的技術參數如下
1.浮體密度P!=1. 05 1. 2 P 2，P2為鋼渣密度，使浮體下部稍浸入鋼水，將鋼渣阻擋在漩渦外。由於爐氣進入耐火管內，負壓力對鋼渣的作用很小，只要浮體將鋼渣與出鋼口隔離，鋼渣就不能到達出鋼口。同時，由於爐氣進入，也會對耐火管內壁產生向下的摩擦力； 鋼流對耐火管的外壁產生摩擦力，都會使擋渣器有下沉的趨勢。但這兩個摩擦力不會太大， 所以其對擋渣器的下沉影響有限。同時，浮體密度過大(不超過鋼水密度)，也能起到相同作用，但會提高生產成本，而且操作難度加大；
2.浮體俯視以圓形為最佳，其次為正多面體，最大當量直徑01=2 3D2，込為出鋼口直徑；浮體直徑過小，使用時則可能完全落在漩渦內，所受到的浮力馬上變小，在爐氣還未被吸入時就受負壓力作用下沉，過早地堵塞出鋼口 ；浮體直徑過大，也能起到相同作用，但會提高生產成本，而且操作難度加大；
3.擋渣器耐火管上部長度要保證使用時其頂端露在鋼渣表面之上，否則鋼渣將會從耐火管中進入出鋼口 ；耐火管下部長度L<2D2，如果過長，將增加耐火管所受的鋼流摩擦力，使擋渣器下沉。4.耐火管當量內徑5mm 1/3D2。內徑過小，爐氣進入耐火管時阻力大，浮體下沉；內徑過大，其外徑必然過大，會影響鋼流，會降低出鋼速度。5.凹凸結構是為了保證在浮體堵塞出鋼口後，轉爐內殘餘鋼水能夠流出。採用上述轉爐出鋼口擋渣器的避渣方法，將轉爐出鋼口擋渣器放置在出鋼口上方，浮體浮在鋼水中，使耐火管保持縱向站立，所述耐火管的上端露出鋼渣表面之上，下端伸入鋼水；當出鋼口鋼水供應不足時，耐火管內鋼水和鋼渣被負壓力吸出，耐火管上埠隨著吸入爐氣，爐氣通過下埠與鋼水排出轉爐，以消除負壓對浮體的向下的作用力；浮體浮在鋼水與鋼渣之間，擋住鋼渣，避免鋼渣進入凹坑被吸入出鋼口，達到避渣的目的；在出鋼結束前，浮體下部接觸出鋼口，浮體下部的凹凸結構使殘餘的鋼水進入出鋼口流出，同時浮體阻止鋼渣進入出鋼口。為了減少或防止鋼水被爐氣氧化，向耐火管上端噴入惰性氣體。通過對實施例進行水力模型試驗和生產實踐檢驗證明，本發明的擋渣器能夠浮在鋼水與鋼渣之間，隨鋼水面的下移而下移，達到避渣的目的，又不會過早地堵塞出鋼口。本發明的擋渣器能夠大幅度降低轉爐出鋼的下渣量，減少脫氧劑、精煉渣的用量、精煉處理時間。減少殘鋼量，提高產量；出鋼時間減少，提高產能；減少鋼水回磷，提高鋼水質量；另外， 擋渣器對出鋼口不撞擊，提高出鋼口壽命。最後所應說明的是，以上具體實施方式
僅用以說明本發明的技術方案而非限制， 儘管參照較佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的精神和範圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求範圍當中。
權利要求
1.一種轉爐出鋼口擋渣器，其特徵在於，包括浮體和耐火管，所述耐火管連接安裝在所述的浮體重心部位，所述浮體的密度大於鋼渣密度，小於鋼水密度，所述浮體下部具有凹凸結構。
2.根據權利要求1所述的轉爐出鋼口擋渣器，其特徵在於，所述耐火管橫截面為圓形、 橢圓形、正方形、長方形或不規則形狀。
3.根據權利要求1或2所述的轉爐出鋼口擋渣器，其特徵在於，所述浮體的輪廓形狀為球體、半球體、球冠、正方體、長方體或多面體，以及不規則形狀、不同形狀的組成體。
4.根據權利要求3所述的轉爐出鋼口擋渣器，其特徵在於，所述浮體下部的凹凸結構為凹凸的點、面、筋或溝槽。
5.根據權利要求4所述的轉爐出鋼口擋渣器，其特徵在於，所述點、面、筋或溝槽的數量至少為三個。
6.根據權利要求5所述的轉爐出鋼口擋渣器，其特徵在於，所述筋或溝槽以所述耐火管為中心，呈向外幅射狀。
7.一種採用上述轉爐出鋼口擋渣器的轉爐出鋼口避渣法，其特徵在於，將所述轉爐出鋼口擋渣器放置在出鋼口上方，浮體浮在鋼水中，使耐火管保持縱向站立，所述耐火管的上端露出鋼渣表面之上，下端伸入鋼水；隨著鋼水出爐，出鋼口上出現鋼水漩渦產生負壓時， 所述耐火管上埠吸入爐氣，爐氣通過下埠與鋼水排出轉爐；在出鋼結束前，浮體下部的凸起結構接觸出鋼口，使殘餘鋼水從凹陷部位進入出鋼口，浮體阻止鋼渣進入出鋼口。
8.根據權利要求7所述的轉爐出鋼口避渣法，其特徵在於，向轉爐內擋渣器耐火管上方噴入惰性氣體。
全文摘要
本發明公開了一種轉爐出鋼口擋渣器及避渣法，該擋渣器包括，耐火管安裝在浮體重心部位，浮體的密度大於鋼渣密度，小於鋼水密度，浮體下部具有凹凸結構。將所述轉爐出鋼口擋渣器放置在出鋼口上方，浮體同時浮在鋼水和鋼渣中，使耐火管保持縱向站立，耐火管上端露出鋼渣表面之上，下端伸入鋼水；當出鋼口上方產生漩渦時，鋼水內出現負壓，從耐火管上埠吸入爐氣，從而避免鋼渣被負壓吸入出鋼口。本發明擋渣器始終懸浮在鋼水鋼渣之間，通過耐火管吸入爐氣抵消負壓，可達到避渣的目的，大幅度降低轉爐出鋼的下渣量，為鋼水精煉作好準備。
文檔編號C21C5/46GK102534109SQ20111042650
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月19日 優先權日2011年12月19日
發明者萬恩同, 馮軍, 劉海, 劉露長, 盧凱, 周桂峰, 孔勇江, 張先貴, 李小雲, 李希偉, 李慕耘, 楊志婷, 楊松, 楊運超, 林利平, 王金平, 羅傳清, 範宇, 趙元, 鄧德華, 鄒繼新, 郭六法, 饒江平, 龍學輝 申請人:伊川縣金橋鋼鐵爐料有限公司, 武漢鋼鐵(集團)公司, 潛江市環宇冶金材料有限公司