多功能復吹單嘴精煉爐的製作方法

2023-05-25 14:18:21 1

專利名稱：多功能復吹單嘴精煉爐的製作方法
技術領域：
本實用新型為煉鋼精煉設備目前我國需要大量汽車和家用電器用薄板鋼，大量超低碳不鏽鋼，高速車輪鋼。同時軸承鋼的質量也有待進一步提高。但現在國內外所用的爐外精煉設備還存在一系列不足之處。
就IF鋼而言，國內外多用RH裝置精煉，其不足之處是(1)吸嘴內徑小，不僅鋼水環流量小，限制了精煉能力的提高，而且由於鋼水流速大，對吸嘴耐火材料衝刷嚴重，致使吸嘴壽命大為降低。
(2)氬氣泡上升路程較短，對鋼水的精煉距離也較短，從而同樣限制精煉能力的提高。
(3)真空室內經常有鋼渣結瘤生成，不僅會造成後期鋼水的增碳，而且也會影響產量，造成真空室耐火材料壽命降低。
(4)無加熱功能，不能控制鋼水溫度，從而不易協調成分與溫度的關係。
以上各點招致用RH生產[C]＜10ppm以下的IF鋼相當困難。
就不鏽鋼而言，一般採用VOD和AOD生產。VOD的不足之處是(1)吹煉過程鋼、渣噴濺嚴重，因此需在盛鋼桶上部留出1m以上的自由空間和控制開吹碳含量為0.2-0.7％，結果使鋼產量減少，使初煉爐的任務加重，並限制廉價高碳鉻鐵的使用量。
(2)盛鋼桶耐火材料壽命低，造成鋼的成本增加。
使用AOD的不足之處是(1)煉超低碳不鏽鋼的能力有限，使生產品種擴大受到限制。
(2)氬氣耗量大，爐襯壽命短，因而引起鋼的成本增加。
由於以上各點，生產不鏽鋼的方法仍然需要作進一步的改進。
就高速車輪鋼和軸承鋼而言，多用LF和VD爐生產，其主要問題在於(1)加熱鋼水時需要採用埋弧渣，而在埋弧渣下進行真空精煉(脫氧、去氣)時，埋弧渣會從盛鋼桶溢出，造成清理真空罐時，勞動條件極為惡劣。
(2)LF爐鋼水面始終有渣，對去除鋼中氣體極為不利。
因此，生產高速車輪鋼和軸承鋼的方法也需要作進一步的改進。
以上就是提出多功能復吹單嘴精煉爐的具體條件，本設備的特點是(1)改兩個小吸嘴為一個大吸嘴，吸嘴斷面大，鋼水環流量大，鋼水流速較小，對吸嘴的衝刷力也較弱，因此吸嘴壽命長。
(2)改從上升管上部吹氬為經由盛鋼桶底部透氣磚偏心吹氬，氬氣泡在鋼水中上升的路程長，鋼水精煉距離長，可以較長的精煉距離換取較短的精煉時間。
(3)大環流量的鋼水在真空室內循環，由於本身帶有大量熱能，且備有氧-燃燒嘴等加熱，不會在真空室壁上造成鋼、渣結瘤，從而避免後期鋼水增碳，並可提高耐火材料壽命。
由於以上三方面，用本設備生產[C]＜10ppm的IF鋼和不同品種的超低碳不鏽鋼是有保證的。
(4)吸嘴插入鋼水時，可以用倒錐體的鐵皮帽將鋼水面的爐渣檔於吸嘴外的環形鋼水面上，既可為吸嘴內部鋼水脫除[H］、[N]、[O]創造良好條件，又可利用熱渣防止吸嘴外鋼水散失熱量，並消除溢所造成的惡劣勞動條件。
(5)本設備有充足的真空容積，且鋼水(和爐渣)處於真空室內部，不論鋼渣如何噴濺，都不會溢出盛鋼桶外邊，所以不會造成鋼產量減少的問題。
(6)本設備由於吸嘴內徑在1m以上，進行噴補極為方便，從而也可為提高耐火材料壽命創造有利條件。
(7)本設備有加熱功能，真空精煉與加熱可以同步進行，既可節省精煉時間，又能為控制吹煉終點(成分與溫度)創造有利條件。
本實用新型的目的是用於進行鋼液真空處理和真空精煉。可進行真空脫碳、脫氧、脫硫，去除鋼中氫、氮等氣體和非金屬夾雜物，生產高潔淨度的優質鋼和合金。經過真空精煉的優質鋼可達到如下潔淨度水平IF鋼[C]＜10ppm，[N]=20～45ppm；不鏽鋼[C]=100～300ppm，鉻的回收率=93～96％；高速車輪鋼和軸承鋼TO＜10ppm，[H]＜1.5ppm。
本實用新型可達到(1)消除RH吸嘴內徑小、氬氣泡上升路程短和真空室存在鋼、渣結瘤、無加熱功能等缺點；(2)消除VOD吹煉過程中鋼、渣噴濺嚴重和桶襯壽命短的缺點以及AOD難於煉超低碳不鏽鋼和氬氣耗量大、爐襯壽命低的缺點；(3)消除LF和VD爐埋弧渣外溢和去氣能力差的缺點並綜合真空、攪拌、加熱、爐渣精煉、噴粉和餵線等多種功能於一臺設備，同時採用頂、底、側三個方向複合吹氣以達到提高脫碳速度，使終點碳＜10ppm，增強去氣效率，使[H]＜1.5ppm，[N]=20～45PPm，經濟、有效、高質量地煉出IF鋼，超低碳不鏽鋼，高速車輪鋼，並進一步提高軸承鋼等多種鋼的質量。
本實用新型多功能復吹單嘴精煉爐的技術方案，包括盛鋼桶、桶底吹氬裝置、真空室、真空抽氣系統、輔助機械裝置。真空室包括吸嘴、爐膛與上真空室。真空室頂部裝有頂吹氧槍，爐膛側壁下部裝有側吹噴嘴，側壁上部設有加熱裝置。鄰近真空室的工作平臺上備有噴粉和餵線裝置。
本實用新型真空室的爐膛內徑與吸嘴內徑之比為1.0～1.5∶1，吸嘴為內襯耐火材料的一個圓筒，用以插入鋼液進行精煉。其內徑可根據盛鋼桶容量和操作方便與否來確定。
本實用新型頂部氧槍為馬赫數＞2.5的拉瓦爾噴頭，氧槍採用水冷裝置。
本實用新型側吹噴嘴為套管式結構，中心為噴嘴，外包三層套管的氣體冷卻器，端頭封閉，第一和第三層為排氣管，第二層為進氣管。冷卻氣體為氮氣、二氧化碳氣體、水汽或壓縮空氣。
本實用新型其加熱裝置包括氧-燃燒嘴，等離子加熱裝置和感應加熱裝置。氧-燃燒嘴置於爐膛側壁上部，其燃料可為天然氣、發生爐煤氣或柴油，按照真空室內鋼水量為盛鋼桶容量的1/4-1/3，其加熱功率為2-30MW。
本實用新型其等離子加熱裝置，按照真空室內鋼水量，其加熱功率為100-250千瓦/噸。
本實用新型在一個精煉爐上同時配置頂吹氧槍、側吹噴嘴(氬或氧)和盛鋼桶底部偏心透氣磚(吹氬)的複合吹鍊形式。
本實用新型盛鋼桶容量為50-380噸，真空室高度為7-11m，吸嘴內徑為1.0-3.2m，爐膛內徑為1.0-4.8m，真空室內鋼水量為12-130噸，鋼水升溫速度為2-5℃/分，精煉時間為15-45分鐘，加熱功率為2-30MW，設等離子發生器1-9支。
本實用新型真空室頂部設一支超音速氧槍，爐膛側下部裝噴嘴1-3支，爐膛側上部設氧-燃燒嘴1-4支。噴粉和餵線裝置設在靠近單嘴精煉爐的合適平臺上。
本實用新型單嘴精煉爐可以精煉的鋼種甚多，下面僅以目前最需要的IF鋼、不鏽鋼、高速車輪鋼和軸承鋼為例以說明其精煉工藝。
(1)IF鋼1)真空吹氬工藝[6]先用鐵水預處理的辦法將鐵水中的磷和硫脫到100ppm以下，再用轉爐將鋼中碳脫到200-300ppm，氮脫到20-25ppm。此時鋼中氧含量為400-500ppm。進而在真空單嘴精煉爐中採用盛鋼桶底部偏心吹氬的方法將鋼水碳含量脫到10ppm以下(最低3ppm)，[H]＜1.5ppm，[N]＜42ppm，T[O]＜40ppm。如鋼水溫度低，可採用頂吹氧、側面氧-燃燒嘴、等離子槍等升溫。吹煉終點通過質譜儀、氧濃差電池等手段控制。於精煉結束前3-5分鐘向鋼水中加適量鈦、鈮和鋁合金。鈦的加入量按下式計算(1)式中A-鈦的回收率，K1-鈦與氧的化合常量，K2-鈦與硫的化合常量。
單嘴精煉爐的處理時間約為15-45分鐘。氬氣耗量為0.01-0.15Nm3/噸鋼。
2)真空吹氧-氬工藝在吹氧的條件下，轉爐終點碳可以控制的高一些，如500-550ppm。與前節一樣，先用鐵水預處理的辦法將鐵水中的磷和硫脫到100ppm以下，再用轉爐將鋼中碳脫到500-550ppm，氮脫到20-25ppm。進而在真空單嘴精煉爐中採用盛鋼桶底部偏心吹氬和頂吹氧的方法將鋼水碳含量脫到10ppm以下(最低3ppm)。原則上當碳小於200ppm時，即可停止吹氧。如遇碳含量=20-30ppm時，脫碳速度極慢，則可採用側吹氬的辦法來加強。如鋼水溫度低，可採用側面氧-燃燒嘴、等離子槍等加熱鋼水。吹煉終點通過質譜儀、氧濃差電池等手段控制。於精煉結束前3-5分鐘向鋼水中加適量鈦、鈮和鋁合金。單嘴精煉爐的處理時間約為15-45分鐘。氬氣耗量為0.01-0.15Nm3/噸鋼。
(2)不鏽鋼煉不鏽鋼時單嘴精煉爐可與轉爐雙聯，也可與電弧爐雙聯。
不論用什麼方法，進入單嘴精煉爐前，初煉鋼水的硫、磷含量均應低於100ppm。鋼水開吹碳含量因精煉與連鑄或鑄錠的協調關係高的可達0.6-0.7％，低的為0.05-0.1％，當然前者精煉時間較長，後者精煉時間較短。鉻、鎳含量均應進入規格中下限。鋼水脫碳可通過頂槍、側槍吹氧和盛鋼桶底部偏心吹氬的複合吹煉方式進行。吹煉終點通過質譜儀、氧濃差電池等手段控制。如要補加不鏽返回鋼，還可用氧-燃燒嘴或等離子槍加速熔化和升溫。到達終點後，調整鋼水成分並加鋁結束精煉。
(3)軸承鋼軸承鋼脫氧可用兩種方法進行1)加鋁進行沉澱脫氧並進行弱攪拌及2)真空碳脫氧與沉澱脫氧相結合併進行弱攪拌。
進入單嘴精煉爐前，初煉鋼水磷含量應低於100ppm。弱攪拌則依靠在盛鋼桶底部偏心吹氬來進行。
(4)高速車輪鋼此類鋼可採用與軸承鋼相同的方法進行精煉，只是由於其對氣體含量要求甚嚴，所以在進行單嘴爐真空精煉時，要使用儘可能高的真空度和較大的吹氬量。
本實用新型單嘴精煉爐進行精煉前，先用氧-燃燒嘴烘烤爐膛、吸嘴和上真空室，使爐膛和吸嘴耐火材料表面溫度達到1200℃以上。並將真空系統予抽到要求的真空度，然後將倒錐體鐵皮檔渣帽帶在吸嘴下面，再將盛有初煉鋼水的盛鋼桶運至單嘴精煉爐下面，用液壓機頂升盛鋼桶到吸嘴插入鋼水約300mm，由於真空的作用，造成大氣與真空室間的壓差，鋼水會上升到吸嘴內一定高度，進而開啟氬氣從盛鋼桶底部偏心吹入鋼液，這樣根據氣泡泵原理，吹入氬氣的一邊鋼水較輕，便會上浮到真空室內部，未吹氬氣的一邊鋼水較重，便會下沉到盛鋼桶底部，如此周而復始，形成鋼水循環，達到脫碳、去氣、脫氧、去除夾雜等目的，直到精煉結束為止。
本實用新型的
附圖1為多功能復吹單嘴精煉爐爐的系統縱剖面原理圖。
本實用新型設兩個工位，一個進行精煉，另一個進行砌耐火材料等修理操作。
本實用新型多功能復吹單嘴精煉裝置如附圖1所示。1-真空抽氣系統，2-加料系統，3-上真空室，4-爐膛，5-吸嘴，6-頂吹氧槍，7-側吹噴嘴，8-氧-燃燒嘴，9-等離子加熱裝置，10-感應線圈，11-盛鋼桶，12-噴粉罐，13-餵線機，14-吹氬透氣磚，15-盛鋼桶車。
本實用新型單嘴精煉爐容量為50噸，其六級蒸汽噴射泵66Pa下的抽氣能力為300-380kg/h。真空室高度為8m，吸嘴高度為1.5m，吸嘴內徑為1m，爐膛內徑為1.3m，高度為1.5m，上真空室直徑為1.0m，高度為5m。採用頂吹氧槍，馬赫數Ma＞2.5～3.0；在爐膛下部側面設有側吹噴嘴，既可以噴吹氧氣，又可以噴吹氬氣；在相當於吸嘴內徑1/2的盛鋼桶底部裝有透氣磚2個，用以進行偏心吹氬，氬耗量約為0.01-0.15Nm3/噸。沿爐膛上部側面設有4支總功率為1.6-4.0MW的等離子加熱裝置。在靠近真空室的最低一層平臺上設有噴粉和餵線裝置。
權利要求1.一種多功能復吹單嘴精煉爐，包括盛鋼桶、桶底吹氬裝置、真空室、真空抽氣系統、輔助機械裝置，其特徵在於真空室包括吸嘴、爐膛與上真空室，真空室頂部裝有頂吹氧槍，爐膛側壁下部裝有側吹噴嘴，側壁上部設有加熱裝置，鄰近真空室的工作平臺上備有噴粉和餵線裝置。
2.根據權利要求1所述單嘴精煉爐，其特徵在於真空室的爐膛內徑與吸嘴內徑之比為1.0～1.5∶1，吸嘴為內襯耐火材料的一個圓筒，用以插入鋼液進行精煉。
3.根據權利要求1所述單嘴精煉爐，其特徵在於頂部氧槍為馬赫數＞2.5的拉瓦爾噴頭，氧槍採用水冷裝置。
4.根據權利要求1所述單嘴精煉爐，其特徵在於側吹噴嘴為套管式結構，中心為嘴，外包三層套管的氣體冷卻器，端頭封閉，第一和第三層為排氣管，第二層為進氣管。冷卻氣體為氮氣、二氧化碳氣體、水汽或壓縮空氣。
5.根據權利要求1所述單嘴精煉爐，其特徵在於其加熱裝置包括氧一燃燒嘴，等離子加熱裝置和感應加熱裝置。
6.根據權利要求1、5所述單嘴精煉爐，其特徵在於氧一燃燒嘴置於爐膛側壁上部，其燃料可為天然氣、發生爐煤氣或柴油，按照真空室內鋼水量為盛鋼桶容量的1/4-1/3，確定其加熱功率為2-30MW。
7.根據權利要求1所述單嘴精煉爐，其特徵在於等離子加熱裝置，按照真空室內鋼水量，其加熱功率為100-300千瓦/噸。
8.根據權利要求1、3、4所述單嘴精煉爐，其特徵在於在一個精煉爐上同時配置頂吹氧槍、側吹(氬或氧)噴嘴和盛鋼桶底部偏心(吹氬)透氣磚的複合吹鍊形式。
9.根據權利要求1所述單嘴精煉爐，其特徵在於盛鋼桶容量為50-380噸，真空室高度為7-11m，吸嘴內徑為1.0-3.2m，爐膛內徑為1.0-4.8m，真空室內鋼水量為12-130噸，鋼水升溫速度為2-5℃/分，精煉時間為15-30分鐘，加熱功率為2-30MW，設等離子發生器1-9支。
10.根據權利要求1所述單嘴精煉爐，其特徵在於真空室頂部設一支超音速氧槍，爐膛側下部裝噴嘴1-3支，爐膛側上部設氧-燃燒嘴1-4支，噴粉和餵線裝置設在靠近單嘴精煉爐的合適平臺上。
專利摘要本實用新型為鋼水精煉設備,其作用在消除RH吸嘴內徑小、真空室內有鋼渣結瘤、無加熱功能等缺點;消除VOD吹煉過程中鋼、渣噴濺嚴重和桶襯壽命短的缺點以及LF/VD爐埋弧渣外溢和去氣能力差的缺點。本設備下部有大吸嘴,真空室頂部設氧槍一支,爐膛側上部設氧－燃燒嘴等加熱裝置,爐膛側下部設噴嘴,盛鋼桶底部偏心裝有透氣磚吹氬,並備有噴粉和餵線裝置。用本設備可以生產(C)<10ppm的IF鋼、各種超低碳不鏽鋼及(H)<1.5ppm的高速車輪鋼等。
文檔編號C21C7/00GK2432219SQ0023585
公開日2001年5月30日 申請日期2000年6月9日 優先權日2000年6月9日
發明者張鑑, 成國光, 王平, 範光前, 楊念祖, 佟福生 申請人:北京科技大學