一種單嘴三孔真空精煉爐及其使用方法與流程

2023-10-10 23:04:25 3

本發明涉及冶金行業中用於煉鋼鋼水爐外精煉領域的真空脫氣裝置，具體涉及一種單嘴三孔真空精煉爐及其使用方法。

背景技術：

在爐外精煉領域，鋼水真空精煉設備主要有RH、、單嘴精煉爐、VD等裝置。RH是指整體式或分體式的真空室，在處理鋼液時，所有冶金反應都是在真空室內進行，RH的底部為兩個相同大小的圓形浸漬管，分別為上升管和下降管，上部連接熱彎管，熱彎管與抽真空系統連接，各部分組合成為一套真空精煉裝置。其工作原理是通過上升管吹氣口吹入氬氣，同時在抽真空的作用下，驅動鋼包內的鋼液通過上升管進入真空室內，然後鋼液再由真空室通過下降管回到鋼包內，完成一次鋼液的循環。

RH精煉的限制性環節在於鋼液的循環流動和混合，無論鋼液成分和溫度均勻化，還是脫氣、脫碳、脫硫等精煉反應的速度與效果，都與之有關，循環流量越大，鋼水在鋼包中的混勻時間越短，脫氣脫碳時脫硫間越短。所以，循環流量是反映RH裝置處理效率的指標之一。

對於確定噸位和直徑的鋼包，提高RH循環流量的途徑有：

1)增大浸漬管上升管內徑；

2)增大提升氣流量；

3)增大上升管提升氣吹氣口處靜壓力；

4)減少真空室內壓力。

由於鋼液的精煉效率會受到循環流量的影響，循環流量越大越好。根據生產和實踐證明，但現有採用RH法的真空循環脫氣精煉裝置的鋼液循環流量卻存在一個上限值，依然存在以下不足之處：

1)提升氣流量超過其在上升管內鋼液中的飽和值時，循環流量不再增加，反而減小。

2)浸漬管上升管和下降管均需插入鋼包內，且二者直徑相等，浸漬管直徑受鋼包直徑限制。

3)上升管提升氣吹氣口處靜壓力由於浸漬管插入深度限制有個上限值。

4)RH真空室內的真空度已經達到100Pa以下，一般能達到50Pa，能夠滿足脫氣要求，而繼續降低真空度則需更換更大抽氣能力的真空泵和要更多的能源，得不償失。

5)現有RH真空循環脫氣精煉裝置無法有效解決提升氣流量過小或分布不均時鋼包內死區的問題。

針對以上問題，受DH和RH的啟發，近些年來不斷有公開的專利對其進行改進，將DH的單管和RH的上下流雙管的方法結合的「單嘴精煉爐」。對於單嘴精煉爐來說，是將採用RH法的真空循環脫氣精煉裝置內上升管和下降管合併成一個單獨的圓筒形或橢圓筒浸漬管。單嘴精煉爐是通過鋼包底部透氣磚吹入氬氣。或如專利(申請號201510409388.5)所述在單管浸漬管一周同時設置多層的提升氣吹氣口吹入氬氣驅動鋼水，其中每層吹氣口設置有控制閥門。或如專利(申請號201320187158.5)所述一側帶提升氣吹氣口且橫截面為橢圓筒形的單嘴浸漬管可由其一側提升氣吹氣口吹入的氬氣。或如專利(申請號201210302397.0)所述鋼包底吹透氣磚加上近似圓形橫截面的單嘴精煉爐浸漬管周向設置多層的提升氣吹氣口共同吹入氬氣驅動，其中同層提升氣吹氣口2～6個為一組獨立控制；通過氬氣的上浮對鋼液進行攪拌，同時驅動鋼包內的鋼液向上運動，並實現鋼液在鋼包、浸漬管及真空室之間的循環。

單嘴精煉爐與採用RH法的真空循環脫氣精煉裝置相比，結構更加簡單。帶有鋼包底吹時氬氣氣泡的做功行程更大，鋼液的循環流量更大，鋼液循環過程中的溫降小，脫氣率更高。但單嘴精煉爐浸漬管內上升鋼液流場和下降鋼液流場還會相互幹擾，降低循環效率，同時鋼液循環流量受鋼包底部透氣磚的透氣狀況制約，一旦底部透氣磚透氣性變差或堵塞就會導致鋼液循環量大幅降低，甚至鋼水無法進行循環流動。專利(申請號201420179382.4)所述一種帶中間擋牆將單嘴浸漬管一分為二和鋼包底吹驅動鋼水的單嘴精煉爐。專利(申請號201220713193.1)所述一種中間帶內部擋牆將單嘴浸漬管一分為二，同時浸漬管一側帶提升氣吹氣口驅動鋼水的單嘴精煉爐，

以上幾種專利均不同程度對單嘴精煉爐有一定的改進，一定程度減少了上升鋼液和下降鋼液的幹擾。單嘴浸漬管一側或一周都帶有提升氣吹氣口時能一定程度上有所緩解鋼包底吹氣流量過低時循環流動不暢的問題，但是無法根本解決鋼水在真空室和浸漬管內上升鋼液和下降鋼液的幹擾問題。現有提升氣控制都是同層的多個出氣口為一組的集中控制，一旦出現該組內某些出氣口堵塞的情況，只能重新調節增大該組同層的其他出氣口流量，無法做到在浸漬管軸向相鄰的出氣口間聯動調節流量。其弊端在於當浸漬管其它提升氣出氣口軸向的上升鋼水內所含的吹入的提升氣達到飽和時再增加調節用的提升氣流量將無不能夠再增加該處的鋼水循環流量以彌補堵塞出氣口處的循環流量下降量，也就是說在某些出氣口堵塞時這種出氣口聯動調節的設置模式不能夠保持鋼水總循環流量不下降。同時由於單嘴浸漬管中的中間內部擋牆設置位置和結構並不合理，上升管和下降管內的鋼液流速基本相同，鋼液流場也比較接近，上升鋼液和下降鋼液的之間的幹擾還是比較大，循環效率還不夠高。

技術實現要素：

有鑑於此，本發明的目的在於提供一種單嘴三孔真空精煉爐及其使用方法，以解決現有技術存在的問題。

為達到上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種單嘴三孔真空精煉爐，包括單嘴三孔浸漬管、真空室和鋼包，所述單嘴三孔浸漬管為圓筒型或橢圓筒形，內部的擋牆為T形或者Y形結構，將單嘴三孔浸漬管分隔形成兩個面積相同的上升孔和一個下降孔，兩個上升孔的截面面積之和大於等於下降孔的截面面積，兩上升孔的下部、鋼包包底分別設有若干吹氣口、配套吹氣裝置及調節閥，所述真空室與單嘴三孔浸漬管上部相連，並在單嘴三孔浸漬管內部擋牆上方對應砌有耐材作為真空室底擋牆，。

進一步，設置在兩上升孔的下部的吹氣口為提升氣出氣口，所述提升氣吹氣口沿上升孔的軸向設置為1～2層，各層提升氣吹氣口位於上升孔各層的同一橫截面上，每一層提升氣吹氣口至少包括2個吹氣口，同一層相鄰兩吹氣口之間的間隔距離為0.2m～0.4m。

進一步，所述提升氣吹氣口上層與下層的提升氣吹氣口錯落布置，上下層相鄰每2～6個吹氣口為一組與一個調節閥相連並可獨立調節流量。

進一步，所述真空室底擋牆高度為0.2m～0.8m。

進一步，所述鋼包底部吹氣口有3個，2個吹氣口分別處於兩個上升孔在鋼包底部投影的中心，1個吹氣口處於下降孔在鋼包底部投影的中心，每個吹氣口與一個調節閥相連並可獨立調節流量。

一種單嘴三孔真空精煉爐的使用方法，在真空精煉期間，所述單嘴三孔浸漬管位於真空室的下端並在真空處理時插入鋼包內鋼水中，採用單嘴三孔浸漬管的上升孔吹氣和鋼包底部吹氣複合吹氣模式驅動鋼水循環和混合。

進一步，真空精煉期間浸漬管上升孔的吹氣口和上升孔下方鋼包包底的吹氣口吹氣同時或分別吹氣體驅動鋼水上升循環。

進一步，所述上升孔每一組吹氣口在保持設定該組總流量時該組每個吹氣口的流量根據該組每個出氣口堵塞程度不同自動分配流量。

進一步，所述上升孔吹氣口在保持設定總流量時根據某組吹氣口小於預定該組總流量的流量自動分配到其它組。

進一步，真空精煉期間下降孔下方的鋼包包底的吹氣口全程弱吹氬氣攪拌鋼水。

本發明的有益效果在於：

1)能夠適用於50T及以上容量的小鋼包和大鋼包，在保持現有單嘴精煉爐的主體設備尺寸不變的條件下，增大了每個上升孔(管)的當量直徑，可增大循環流量，同時相對於單上升孔(管)增加了一個上升孔驅動鋼水循環，相對於單上升孔(管)可增加一倍的循環流量。

2)在保持上升孔內的吹入氣體飽和度不變的情況下可增加設置於上升孔處的提升氣吹氣口數量，相應的增加總提升氣流量，進而增大循環流量。

3)上下層相鄰每2～6個吹氣口為一組與一個調節閥相連並可獨立調節流量，在上升孔內的部分吹氣口因堵塞時可以在浸漬管軸向相鄰的出氣口間聯動調節，保持該組出氣口總流量不變且該處鋼水所含吹入提升氣不至於超過飽和而導致該處的循環流量下降，可保持總循環流量不變。

4)上升孔內的吹氣口和上升孔下方鋼包包底的吹氣口可同時或分別吹氣驅動鋼水循環。同時吹氣驅動時可進一步增大循環流量；因上升孔吹氣口堵塞總吹氣流量過小時配合上升孔下方的鋼包包底吹氣口調大底吹流量輔助驅動鋼水循環，避免因上升孔總吹氣流量過小造成循環不良導致浸漬管報廢，可延長浸漬管的使用壽命。

5)由於上升孔水平截面積大於等於下降孔，下降孔出口處的鋼液流速大於等於上升孔處的鋼液流速，鋼液能夠以較快的速度衝向鋼包底部，減少和上升孔下部周圍的鋼液相互幹擾，有利於鋼液在鋼包中的循環流動和混合均勻，減少鋼包中循環死區。

6)下降孔下方的吹氣裝置採用小流量弱吹氬氣攪拌鋼水，可促進下降孔流出的超大流量鋼水與底吹氬氣在鋼包中下部進行撞擊，使下降孔下方的吹入的小流量底吹氬氣被打散成細小的氣泡並分散開來與鋼水充分接觸增大反應面積，促進鋼水的脫氣等冶金反應但又不影響鋼水在鋼包內主要的循環流場。

7)由浸漬管三塊內部擋牆形成T形或Y形的擋牆結構對浸漬管內部擋牆及真空室底部擋牆的中心部位形成了相互支撐，有效的提高了擋牆中心部位的支撐強度，避免擋牆中心部位變形下垮坍塌，延長了浸漬管壽命。

附圖說明

為了使本發明的目的、技術方案和有益效果更加清楚，本發明提供如下附圖進行說明：

圖1為本發明單嘴三孔真空精煉爐的結構示意圖；

圖2為圖1的A-A截面圖。

圖1中：1-真空室，2-單嘴三孔浸漬管，3-鋼包，4-下降孔鋼包包底吹氣口，5-上升孔鋼包包底吹氣口，6-真空室與下料系統接口，7-真空室與真空系統及頂槍系統接口。

圖2中：9、10-上升孔，11-浸漬管下降孔，4-下降孔鋼包包底吹氣口，5-上升孔鋼包包底吹氣口，8-提升氣吹氣口，α-單嘴三孔浸漬管下降孔的兩塊內部擋牆的夾角。

具體實施方式

下面將結合附圖，對本發明的優選實施例進行詳細的描述。

如圖1和圖2所示，本實施例一種單嘴三孔真空精煉爐，包括單嘴三孔浸漬管2、真空室1和鋼包3，所述單嘴三孔浸漬管2位於真空室1的下端並設置在鋼包內，單嘴三孔浸漬管2的頂部與真空室1的底部焊接連接固定。真空室1與真空系統及下料系統、頂槍系統相連，真空系統對真空室1進行抽真空以使真空室內達到鋼水精煉所需真空度。鋼包的中心線和真空室中心線重合，單嘴三孔浸漬管的外牆與所述鋼包內壁之間的距離為0.2m。6為真空室與下料系統接口，7為真空室與真空系統及頂槍系統接口。

真空室1內部由耐火磚組成，外部為鋼板製成的圓筒形外殼，內徑與單嘴三孔浸漬管2內徑相同，真空室1下部設有耐火磚砌成的三塊高度為0.5m.內部擋牆，形成與上升孔9、上升孔10和下降孔11形狀相同的圓筒形單嘴式三孔結構，以此形成和浸漬管的上升孔和下降孔的相通的空間。所述單嘴三孔浸漬管2為圓筒型或橢圓筒形，內部的擋牆為T形或者Y形結構，將單嘴三孔浸漬管2分隔形成兩個面積相同的上升孔9、10和一個下降孔11。兩個上升孔的截面面積之和與下降孔的截面面積之比為2，下降孔兩塊內部擋牆夾角α為120°，上升孔的下部設有若干提升氣吹氣口8。根據三孔浸漬管的尺寸和安裝方向更改了鋼包底吹出氣口的位置以利於和提升氣吹氣口的配合吹氣驅動鋼水循環，在下降孔中心正下方鋼包包底設有下降孔鋼包包底吹氣口4，兩個上升孔中心正下方鋼包包底設有兩個上升孔鋼包包底吹氣口5，在生產時每個底吹出氣口的流量均根據提升氣吹氣口的流量及鋼水循環情況單獨調節。

作為本實施例的進一步改進，單嘴三孔浸漬管高度為0.9m。提升氣吹氣口沿上升孔的軸向設置為2層，各層提升氣吹氣口位於上升孔的各層同一橫截面上，同層相鄰兩提升氣吹氣口之間的間隔為0.25m～0.35m不等，上下層橫截面距離為0.15m。上層與下層的提升氣吹氣口錯落布置，總共設有36個提升氣吹氣口，上下層相鄰6個出氣口為一個控制閥控制，其中上層3個下層3個。

在鋼水真空精煉時，真空室的下端的單嘴三孔浸漬管插入鋼包內鋼水中，採用單嘴三孔浸漬管的上升孔出氣口和鋼包包底出氣口同時吹氣模式。上升孔吹氣總流量144Nm3/h，上升孔正下方的兩個鋼包包底吹氣口總流量24Nm3/h，強吹氬氣驅動鋼水循環；下降孔正下方的鋼包包底吹氣口吹氣流量為6Nm3/h，為弱吹氬氣攪拌鋼水。

最後說明的是，以上優選實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，儘管通過上述優選實施例已經對本發明進行了詳細的描述，但本領域技術人員應當理解，可以在形式上和細節上對其作出各種各樣的改變，而不偏離本發明權利要求書所限定的範圍。