CN100370036C - 狭缝式钢包底吹喷粉工艺及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及狭缝式钢包底吹喷粉工艺，通过喷粉罐系统向狭缝式透气砖输送流态化的粉剂，再由狭缝式透气砖把粉剂从钢包底部喷入钢水中，所采用的狭缝式钢包底吹喷粉装置包括狭缝式透气砖、管路、喷粉罐系统，狭缝式透气砖安装在钢包底部，狭缝式透气砖通过管路与喷粉罐系统连接。由于相关的配套技术包括透气砖的制作和热更换技术较成熟，本发明易于实现；融安全和可靠性为一体，能避免堵塞及钢水倒渗，气量调节范围最高可达10倍以上，可满足各种条件下的钢包底吹气量要求；在脱硫的同时，使脱硫产物及夹杂及时上浮去除，从而净化钢液；底吹钢包充分地利用了动力功，搅拌效果比顶吹喷粉理想。省去了顶吹喷粉所必需的升降设备，所以技术改造成本低。

Description

狭缝式钢包底吹喷粉工艺及装置

技术领域

本发明属于钢铁精炼技术领域，具体涉及狭缝式钢包底吹喷粉工艺及装置。

背景技术

提高钢的纯净度可以明显地改善钢材的机械性能。高洁净钢生产工艺与设备的发展是我国钢铁企业结构优化的重点之一。随着社会的发展对钢材的要求越来越高，即使是大量生产的常用品也应使用条件的恶化而提出了更高的要求。表1是钢中杂质元素单体控制水平发展的趋势。

表1  钢中杂质元素单体控制水平发展趋势  (×10^-6)

从表1中可以看出，用户对钢中硫的要求是越来越苛刻。钢中的硫会导致热脆，钢中的长条形(尤其是沿晶界分布的)硫化物是产生氢致裂纹的必然条件，所以硫在大部分钢中是有害元素(易切屑钢除外)，希望控制得越低越好。

脱硫的热力学条件是高温、高碱度、低的氧化性。转炉炼钢工艺本身的特点决定了理想的脱硫工序是在铁水预处理和二次精炼，而二次精炼是控制钢中硫成分的最后一环工序，它最终决定了钢中元素含量是否符合用户要求。尽管有国内外的生产实践表明，铁水预处理是冶炼纯净钢比较有效、经济的技术保障，也是必不可少的前提工序，但由于转炉冶炼所具有氧化性气氛非常不利于脱硫(甚至有可能增硫)，因此单靠铁水预处理来除硫使之达到成品要求是不现实的。为此出现了各种各样脱硫的二次精炼工艺，如表2所示。

表2  二次精炼工艺及其脱硫效果

工艺	精炼方法	精炼效果/10<sup>-6</sup>
			TN、KIP	喷吹CaO-CaF<sub>2</sub>-Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>或Ca-Si	[S]＜10
LF	加热造还原性炉渣	[S]＜10
			V-KIP	真空喷粉	[S]＜10
VD	真空造渣	[S]＜10
			VOD-PB、RH-PB	真空喷CaO-CaF<sub>2</sub>粉	[S]＜2

其中，喷粉因使用细粉，极大地增加了比表面积造就了良好的动力学条件，而得到普遍使用，粉剂的载体气体又能对钢液进行搅拌，加快了传质。

目前，二次精炼的喷粉装置按往钢包中喷入方式可简单分为两种：一种是直接往钢包中喷，另一种是间接喷。前一种如TN、KIP、V-KIP、VOD-PB、RH-PB等，而RH-PTB等属于后者。直接往钢包中喷粉常用的方法是通过喷枪喷入。

喷枪又可分为自耗式喷枪与非自耗式喷枪，自耗式喷枪的优点是制作简单，价格低廉，但缺点是：

①工作环境恶劣；

②增加了操作人员的劳动强度；

③操作的稳定性差。

非自耗式喷枪克服了自耗式喷枪的缺点，目前应用较广，但现阶段其自身缺点也非常明显，具体如下：

①喷枪是消耗备品，价格较高，它的寿命直接关系到精炼处理工艺的成本。因此努力延长喷枪寿命是降低脱硫成本的重要措施之一。只要喷枪插入钢包，就不可避免要和熔渣接触，发生渣侵，渣侵蚀是缩短喷枪使用寿命的关键因素之一。

②喷枪也可以企业自行制作。自行制作需要有振捣式制枪机，制作耐火材料中混有钢纤维，以及喷枪烘烤炉。对喷枪制作及烘烤有严格的要求，才能得到合格的喷枪。炉子所用燃料根据企业条件决定，按燃料来设计烘烤炉。

③喷枪下降时有可能触碰凸包，引起巨大震动，此时只能把喷枪提起，钢包吊走，严重影响钢水处理计划和生产调度。

④喷枪行程一定，钢水液面高度却有可能变化，有时变化较大，使得枪工作时不是进入太深，就是进入太浅，影响操作得稳定性，不利于生产顺行。而枪的行程不可能每次都调，即使调，也没有钢水液面高度的数据，因此这成了老大难的问题。

⑤喷吹时当万一发生停电等事故时，目前国内外的喷枪都一筹英展，不但损坏了枪，连一包钢水都有可能报废。

⑥目前喷枪的使用寿命都不长，装枪烘烤费工费时，若喷枪断裂掉入钢液中，有影响钢水质量的危险。

RH-PTB(Ruhrsstahl Heraeus——Powder Top Blowing)即RH顶喷粉法是在RH-KTB法(Ruhrsstahl Heraeus-Kawatetsn top Blowing)即顶吹氧循环真空脱气法的基础上配备喷粉系统，通过顶枪向真空室钢水内喷吹脱硫粉剂，构成RH-PTB(或RH-KTB/PB)工艺，可实现真空喷粉脱硫。粉剂由水冷顶枪喷入，如图1所示。此法优点是：

①无喷枪堵塞问题；

②无耐火材料消耗；

③载气量小，因无钢水阻力。

缺点是：

①若RH内的枪位过高，影响脱硫效果；还会造成粉气流冲击RH内壁，缩短内壁耐火材料的使用寿命。

②若RH内的喷枪枪位过低，喷头易结冷钢；且易被钢水烧坏。

③水冷喷枪是由多层无缝钢管制成，价格昂贵。

④若突然停水或停电等极易引发重大事故。

上述各种精炼方法除有许多自身的缺点外，还均存在安全隐患，因此有必要开发一种既安全又价廉，同时又具备较佳脱硫效果的精炼工艺。

发明内容

针对现有钢铁精炼工艺及装置的不足之处，本发明提供一种狭缝式钢包底吹喷粉工艺及装置。

本发明的狭缝式钢包底吹喷粉装置主要由喷粉罐系统和狭缝式透气砖组成，如图2所示。

喷粉罐系统由称重装置和控制装置组成，其中称重装置通过荷重传感器对粉剂重量进行动态显示，并把信号传给控制系统，进而决定喷吹量和时间。喷粉罐系统分手动控制和自动控制。手动控制主要用于平时调试，联锁功能处于关闭状态，自动控制由PLC全程程控和计算机操作，联锁功能处于开启状态。喷粉罐12上部有一贮料仓8，下料量通过二者之间的进料阀10来控制。待罐内压力达到一定值后，输送气体开始送气，下料球阀15开启，喷粉罐开始下粉，物料不断被带入管道输送到透气砖。

狭缝式透气砖中间开有一镞呈轴对称分布的缝隙，缝隙的长度由透气砖的出口直径决定，在常用透气砖的基础上改变缝隙宽度，使之能够达到最佳的粉剂喷吹效果。透气砖的高度由钢包底部厚度决定。结构如图3、图4所示。狭缝的宽度理论上可由下式确定，

r＝-2σcosθ/ρgh                      (1)

式中r-狭缝宽度

σ-钢液表面张力

ρ-钢液比重

g-重力加速度

h-熔池高度

θ-钢液与耐材的接触角。

从上式可以看出，钢液能否渗入供气元件气孔主要取决于熔池高度、钢液表面张力、钢液与耐火材料之间的接触角和供气元件气孔半径。经计算，钢液高度大于2m的钢包，理论上其供气砖气孔半径必须小于15μm，钢液才不会渗入。实际上供气砖的气孔直径为几百微米时也能不发生渗钢，这是由于耐火材料在高温钢液的作用下产生一种胶状液膜阻止钢液渗入气孔。为了达到最佳的粉剂喷吹效果，狭缝宽度应限制在0.1mm～0.3mm，当钢液高度较高时，适当减小狭缝宽度。

喷粉罐系统与狭缝式透气砖之间由管路连接。

采用上述装置进行底吹喷粉的工艺如下：

通过喷粉罐系统向狭缝式透气砖输送合格的流态化的粉剂，再由狭缝式透气砖把粉剂从钢包底部喷入钢水中。手动操作时各种喷吹参数可即时任意调节。若由微机控制时，整个喷吹动作按预定的程序自动进行。具体喷吹过程如下：将粉料从贮料仓8输送进入喷粉罐12，加完粉料后，开始往喷粉罐12内送气加压。直至压力达到一定值时(喷粉罐压力参数需根据现场具体使用条件，调试后确定)，控制引流气体的气控截止阀23打开，引流气体开始工作，然后打开气化室14中的流化气体，最后开启喷粉罐下部出口的下料球阀15，喷粉动作开始，粉料开始被输送到透气砖。粉料进入透气砖的气室，再分配给狭缝，通过狭缝到达钢水中。

输送开始后，喷粉罐内的物料不断被气流带入管道，随着管道内的物料不断增多，喷粉罐的工作压力也不断增高，这一过程为输送起始阶段。当压力达到一定值时，喷粉罐的工作压力再也不升高，保持恒定，此时即进入输送阶段，在这一阶段中，喷粉罐输送浓度也较高，所以效率也较高。随着罐内物料不断减少，喷粉罐的工作压力也不断降低，此时即进入吹扫阶段，即输送结束阶段。当喷粉罐压力降至一定值时(即保持恒定或降低的速度很慢)，即表示输送结束。然后进气阀关闭，从而进入下一个工作循环。

输送气体为干燥后的气体，气体压力为0.30～0.7MPa。

为保证狭缝式透气砖正常工作，出粉顺利，本工艺采用稀相间歇式输送工作方式，每输送一罐物料，即为一个工作循环。

喷吹工艺参数如下：

(1)粉剂的参数要求：

①颗粒直径d_p≤0.2r                           (2)

式中  d_p-粉剂直径  r-狭缝宽度

②必须是固体颗粒

粉剂选用碳粉、钝化石灰、Na₂CO₃粉剂或CaSi合金粉剂等。

粉气比参数要求：

为防止透气砖堵塞，要求粉料容积分数 $\mathrm{\φ}=\frac{V_p}{V_{\mathrm{mix}}}\≤0.6---\left(3\right)$

式中  φ-容积分数  V_p-粉料的体积  V_mix-粉料与气体的总体积

(2)载气要求：

①管道内气体的速度V必须大于粉料的临界流化速度V_mf，即

$V>V_{\mathrm{mf}}=\frac{(1-{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{mf}})({\mathrm{\ρ}}_p-{\mathrm{\ρ}}_g)}{150\frac{{(1-{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{mf}})}^2\mathrm{\μ}}{{{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{mf}}}^2{\left({\mathrm{\φ}}_s\stackrel{\‾}{d_p}\right)}^2}+1.75\frac{1-{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{mf}}}{{{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{mf}}}^2}\·\frac{{\mathrm{\ρ}}_g}{{\mathrm{\φ}}_s\stackrel{\‾}{d_p}}}---\left(4\right)$

式中  V-输送管内气流速度  V_mf-临界流化速度  ε_mf-临界空隙率

     ρ_p-颗粒密度         ρ_g-气体密度       μ-气体黏度

     φ_s-球形度        

-粉剂的平均直径

②为了延长透气砖使用寿命，气体流量应满足下式：

$Q>\frac{2100{\mathrm{\πd}}_0{\mathrm{\μ}}_l}{4{\mathrm{\ρ}}_g}---\left(5\right)$

式中  Q-气体流量     d₀-喷嘴内径

    ρ_g-气体的密度  μ_L-液体的黏度

本发明具有以下优点：

1、与其相关的各种配套技术比较成熟，易于实现。

各种配套技术主要是透气砖的制作和热更换技术，现在国内大部分耐火材料厂家已有能力根据不同的技术要求生产出相应规格的透气砖。至于底吹透气砖的热更换技术，目前也比较成熟，流行的做法是采用分体结构，即透气芯砖+套砖形式。

2、融安全和可靠性为一体。

由于耐火材料——钢水界面张力的作用，钢水难以浸润细小的狭缝，从而避免了堵塞现象。常用底吹透气砖有3种形式：弥散型透气砖、直通孔型透气砖和狭缝式透气砖。显然，弥散型透气砖不适合应用于喷粉。直通孔形与狭缝式二者都具备喷粉的基本条件，其中直通孔型底吹透气砖主要有两种结构形式，一种是喷嘴型透气砖，另一种是定向多孔型透气砖(MHP)。喷嘴型透气砖在安全上较差，容易发生钢水倒渗。定向多孔型透气砖(MHP)是一种比较先进的技术。

MHP砖的优点是可调气量大，安全性好，即使在断气的极端条件下，钢水也不会一贯到底，而在气室上部凝固。可见MHP主要适合于转炉，转炉可以全程吹氧，而钢包在吊运过程中吹氧将给生产带来诸多不便，不然就会造成钢水在气室上部凝固，堵塞透气砖以致无法喷粉。所以在钢包中喷粉，狭缝式透气砖较优。

3、气量可调节的范围大。

狭缝大大改善了气体的动力学条件，气量调节范围最高可达10倍以上。可满足各种条件下的钢包底吹气量要求。

4、改造投资低，不改变原有工艺。

在冶金过程中，为了去除钢水中的气体和杂质，达到均匀钢水成分和温度的目的，国内大部分钢包都采用吹氩气冶炼。大量的实践和理论均已证明，这是一套既行之有效又价廉的工艺。有害气体在氩气泡中的分压较低，所以一个个小氩气泡就犹如一个个小真空室，而上浮的氩气泡又能带动钢液中夹杂上浮，进而被渣捕获。钢包吹氩可分为顶吹与底吹两种，其中钢包底吹氩因在去除钢中夹杂物及有害气体等方面优于顶吹氩，而不占用场地，不需要升降卷扬设备，并可降低工人的劳动强度，被冶金行业广泛采用。

对于原有的钢包底吹氩工艺，只需把透气砖更换成狭缝式透气砖，外加一套供粉的喷粉罐系统即可。省去了顶吹喷粉所必需升降设备，所以技术改造成本低。

5、透气砖熔损少。

关于钢包底吹供气元件熔损机理，目前国内外学者比较认同的是以下三个方面：

气泡反击：吹入熔池的气流以气泡方式进入熔池。气泡脱离供气元件瞬间气流对供气元件周围耐火材料进行冲击的现象称为“气泡反击”。

水锤冲刷：是气泡脱离供气元件时引起四周钢水流动，冲刷供气元件周围耐材的现象。气流量越大，水锤现象引起的钢水冲刷侵蚀越严重。

凹坑熔蚀：由于气体与钢水的冲刷，在供气元件周围形成凹坑。凹坑越深，对流传热越差，加剧侵蚀作用。

为了减轻气泡反击力，要求加大吹气量来提高气体的出口速度，当气体速度大于临界速度时，气泡反击力消失，但当气量加大后，水锤冲刷加剧。气体在透气砖出口为分散的气泡时，气泡反击力影响不可忽略；气体在透气砖出口为射流时，气泡反击力可以忽略。

莱布森等根据空气-水体系的实验结果，提出形成分散的气泡的喷嘴雷诺数条件为：

Re₀＝Ud₀ρ_g/μ_L＜2100                                  (6)

式中  U-喷嘴处气体流速  d₀-喷嘴内径  ρ_g-气体的密度

     μ_L-液体的黏度

当气体流量增加至Re₀＞2100，可能进入射流区时，喷入的气体很快分裂为许多小气泡，且Re₀越大，气泡的直径越小。根据气体流量与喷嘴截面积的关系，可得到变换形式后的雷诺数：

${\mathrm{Re}}_0=\frac{4Q{\mathrm{\ρ}}_g}{\mathrm{\π}{d}_0{\mathrm{\μ}}_l}---\left(7\right)$

式中  Q-气体流量

从(3)式可以看出，在一定的喷吹气量下，减小喷嘴内径d₀即可增大雷诺数，进入射流区。所以从透气砖熔损机理来看，具有细小狭缝的狭缝式耐火砖吹气时反向冲击小、蚀损小，而流动的气体对耐火材料起到冷却保护作用，吹入气体分布均匀，可以大大减少对耐火材料的侵蚀，提高使用寿命。是其他类型常用的耐火砖所不及的。

6、在脱硫的同时，使脱硫产物及夹杂及时上浮去除，从而净化钢液。

钢水中的夹杂物除受到浮力和重力外，还受到运动钢液的作用。夹杂物尺寸越小，流体运动对其影响就越明显。所以对于小尺寸的夹杂物来说，钢包中流体运动的状态是决定其去除效果的关键因素。图6是底吹钢包结构示意图。

底吹去夹杂与RH去夹杂相比，无论是从“上浮的氩气泡粘附悬浮在钢水中的夹杂物并带至钢水表面被渣层所吸收”理论，还是从“向上的流股带动夹杂物，缩短其上浮时间”理论，底吹钢包除夹杂都优于RH。虽然RH在脱气、冶炼超低碳方面有其自身的优越性，但其在钢包中的流动特性非常不利于夹杂物的去除。RH水模实验和流场计算(如图8所示)结果均表明：RH钢包内存在多处漩涡。钢水从下降管出来后冲击包底，流股分散，一部分流股碰到包壁后，在下降管附近形成漩涡，还有一部分进入上升管参与下一轮循环。在RH处理过程中，由于漩涡的存在大大延长了夹杂物上浮时间，也有一部分夹杂物被吸入上升管，之后又重新进入钢包。

钢液在脱硫过程中就不可避免会产生脱硫产物，所以RH-PTB(如图1所示)在脱硫的同时也增加了污染钢水的危险。从钢水净化考虑，RH装置内不适合脱硫。

7、搅拌效果比顶吹喷粉理想。

喷入的气粉流除参与反应外，还对液体做功，搅拌钢水。其中粉剂对钢液的搅拌作用与气体相比可忽略。此结论可由式(4)(气体搅拌能密度)和式(5)(粉剂搅拌能密度)简单计算得到。

$\mathrm{\ϵ}=\frac{{\mathrm{RT}}_l{Q}_g}{V_N{M}_l}\{\ln \frac{p_1}{p_{\mathrm{atm}}}+\mathrm{\η}\·[(1-\frac{T_{g0}}{T_l})+\frac{T_{g0}}{T_l{p}_0}(\frac{1}{2}\·{\mathrm{\ρ}}_{g0}\·{U_{g0}}^2)+\frac{T_{g0}}{T_l}\ln \frac{p_{\mathrm{atm}}}{p_1}\left]\right\}---\left(8\right)$

${\mathrm{\ϵ}}_p=\frac{{\mathrm{\ρ}}_l{\mathrm{\ρ}}_g\mathrm{m\β}}{{\mathrm{\ρ}}_p{M}_l}[g{Q}_g+\frac{{{2Q}_g}^3}{(4+{\mathrm{\ρ}}_l/{\mathrm{\ρ}}_g){\mathrm{\π}}^2{d_0}^4}]---\left(9\right)$

式中ε-搅拌能密度            T_l-液体温度               Q_g-气体的体积流量

    M_l-液体质量              p₁-环境压力               η-搅拌作用有效系数

    ρ_g0-喷嘴出口处气体密度  T_g0-喷嘴出口处气体温度

    p₀-喷嘴出口处气体压力    U_g0-喷嘴出口处气体的速度

    ρ_l-液体密度             ρ_g-气体密度              ρ_p-粉剂密度

    m-固气比                 β-穿透比                 d₀-喷嘴出口直径

以喷吹CaC₂为例，假设固气m＝40，气体流量Q_g＝0.021Nm³/h，穿透比β＝0.5，代入式(8)和式(9)计算，可得知气体和粉剂搅拌能密度之比约为100∶1，可见粉剂对搅拌能的影响很小，可忽略不计，所以气体对搅拌能的影响占主导地位。但吹入气体对液体做功，包括四个方面：

膨胀功：气体在喷嘴附近由于温度升高引起体积膨胀而做功

浮力功：气泡上浮过程中因浮力和膨胀做功

动力功：喷吹时气体流股的动能做功

静压力功：气体喷出时残余静压力使气体膨胀做功。

由于顶吹喷粉装置(如图8所示)中气流从喷枪出来后，还要向下减速运动一段距离，直到速度为零时，气泡才开始上浮。这就把动力功抵消为零，而底吹钢包(如图6所示)则充分地利用了动力功。

附图说明

图1为RH-PTB示意图。图中：1水冷喷枪，2粉料，3循环气。

图2为狭缝式钢包底吹喷粉装置示意图，图中4钢包，5狭缝式透气砖，6管路，7喷粉罐系统。

图3为狭缝式透气砖主视结构示意图。

图4为狭缝式透气砖俯视结构示意图。

图5为喷粉罐系统构成示意图。

图5中：8贮料仓，9手动插板门，10进料阀，11压力变送器，12喷粉罐，13称重传感器，14气化室，15下料球阀，16混合室，17电接点压力表，18排气阀，19泄压阀，20截止阀，21止回阀，22调压阀，23气控截止阀。

图6为底吹钢包结构示意图

图7为RH流场示意图

图8为顶吹喷粉装置示意图

具体实施方式

实施例1进一步描述本发明的狭缝式钢包底吹喷粉装置，实施例2～6具体描述不同设备参数、不同工艺条件下所实施的狭缝式钢包底吹喷粉工艺。

实施例1

如图2所示，本发明的狭缝式钢包底吹喷粉装置包括狭缝式透气砖5、管路6、喷粉罐系统7。狭缝式透气砖5安装在钢包4底部，狭缝式透气砖5通过管路6与喷粉罐系统7连接。

狭缝式透气砖中间开有一镞呈轴对称分布的缝隙，狭缝宽度应限制在0.1mm～0.3mm。

喷粉罐系统7包括8贮料仓、9手动插板门、10进料阀、11压力变送器、12喷粉罐、13称重传感器、14气化室、15下料球阀、16混合室、17电接点压力表、18排气阀、19泄压阀、20截止阀、21止回阀、22调压阀、23气控截止阀，贮料仓8底部通过手动插板门9和进料阀10与喷粉罐12连通；喷粉罐12顶部设有压力变送器11以及排气阀18、泄压阀19；喷粉罐12侧壁安装有称重传感器13，喷粉罐12底部是气化室14，气化室14通过下料球阀15与混合室16连接，混合室16与电接点压力表17之间通过管路连接，管路上依次安装止回阀21、截止阀20、气控截止阀23、调压阀22、截止阀20；喷粉罐12上部装有止回阀21与主管路通过管路连接，管路上依次安装截止阀20、气控截止阀23；气化室14接有止回阀21，通过截止阀20与主管路连接。

以下简要说明喷粉罐系统7各部分的作用：

8贮料仓，待输送物料进入喷粉罐前存放在此处，当打开进料阀，贮料仓内的物料不断进入喷粉罐，直至喷粉罐内的物料达到一定的重量时，控制系统关闭进料阀。

9手动插板门，设备带负荷运行时，将手动插板门打开，可根据下料情况调整其开度。

10进料阀，进料阀是喷粉罐上的关键部件。该阀的工作原理是由外部气缸带动联结轴作上下行动，从而带动锥阀，当锥阀向上时，即关闭进料阀，当锥阀向下时，即打开进料阀。

11压力变送器，测量和显示喷粉罐压力，并把信号反馈给控制系统，控制系统参照此信号进行调整系统参数。

12喷粉罐，存放粉剂的压力容器，向输送系统供粉，是整个喷粉系统的主体。

13称重传感器，实时显示喷粉罐重量，通过称重传感器对喷粉罐工作状况进行监控。在喷粉罐进料时，使用它来控制进料确保进料可靠。

14气化室，对物料进行流化，防止物料堵在出口。气体由气化室侧面进入，输送时对被输送的物料进行流化，以利于物料输送。

15下料球阀，位于气化室底部出料口，主要控制物料是否可以进入输送管道。

16混合室，气体和粉粒在此进行混合，确保向透气砖输送均匀的粉气流。

17电接点压力表，监测总管压力。

18排气阀，位于喷粉罐的上部，在输送结束后打开排气阀来加速罐内泄压，使进料顺利并防止罐内的余气窜入上部影响上部设备的正常工作。

19泄压阀，当喷粉罐内压力过大时，将压力排泄出去，稳定罐体内的压力。

20截止阀，为应对气控系统突发事故，合理地分配气量，在各进气管上设置了手动截止阀来调节气量。

21止回阀，防止气体或粉气流回流。

22调压阀，可以事先设定压力，既稳定系统压力，又对整个系统进行过载保护。

23气控截止阀，通过管线与控制柜相连，易于微机远程控制。

实施例2

冷态实施，实施条件如下：

透气砖：30吨钢包上使用的狭缝式透气砖，透气砖出口直径73mm，狭缝宽度0.15mm，狭缝数为18条。

粉料：钝化石灰，颗粒直径均小于45μm

输送气体：干燥后的压缩空气

管道内气体的速度：10m/s

温度：室温

接触介质：大气

气体压力：0.3MPa

粉料容积百分数：φ＝0、10、20、30、40

实施过程：本实施例直接向大气中喷射气粉流，喷粉前，先打开引流气体直至到达预定压力0.3MPa，接着打开下料阀开始喷粉，待石灰喷吹完毕后，关闭下料阀，引流气继续工作，确保管道中无残留石灰后再关闭引流气。实施过程中通过调整喷粉罐内的气体压力和下料阀的开度来调节粉气比，测试了容积百分数φ＝0、10、20、30和40条件下喷粉系统及狭缝式透气砖运行可靠性。实施过程中没有发现输送管里石灰沉积，实施后打开透气砖的气室，也没有发现石灰沉积。

这说明本工艺装置在冷态情况下是可行的。

实施例3

热态实施，实施条件如下：

透气砖：30吨钢包上使用的狭缝式透气砖，透气砖出口直径73mm，狭缝宽度0.15mm。为了适合在小感应炉上工作，把透气砖的狭缝数由原来的18条减至8条。

粉料：碳粉，颗粒直径均小于30μm

输送气体：干燥后的压缩空气

管道内气体的速度：7m/s

温度：1500℃

接触介质：铁水

气体压力：0.45MPa

容器：200kg的感应炉

粉料容积百分数：φ＝10、30

实施过程：本实施例向装有铁水的200kg的感应炉中喷吹碳粉，喷粉前，先打开引流气体直至到达预定压力0.45MPa，接着打开下料阀开始喷粉，待碳粉喷吹完毕后，关闭下料阀，引流气继续工作，确保管道中无残留碳粉后再关闭引流气。实验过程中通过调整喷粉罐内的气体压力和下料阀的开度来调节粉气比，测试了容积百分数φ＝10和φ＝30下喷粉系统及狭缝式透气砖在高温条件下的运行可靠性。实施过程中输送管中没有观察到碳粉沉积，实施后检查透气砖的气室和输送管均无发现碳粉沉积。

本实施例说明本工艺装置在高温状态下也是可行的。

实施例4

热态实施，实施条件如下：

透气砖：狭缝式透气砖，透气砖出口直径100mm，狭缝宽度0.10mm，狭缝数为16条。

粉料：Na₂CO₃粉剂，颗粒直径均小于20μm

输送气体：工业氮气

管道内气体的速度：9m/s

温度：1590℃

接触介质：钢液

气体压力：0.50MPa

粉料容积百分数：φ＝10、20、30、40

实施过程：本实施例向装有100kg钢水的感应炉中喷射气粉流，喷粉前，先打开引流气体直至到达预定压力0.50MPa，接着打开下料阀开始喷粉，待Na₂CO₃喷吹完毕后，关闭下料阀，引流气继续工作，确保管道中无残留Na₂CO₃后再关闭引流气。实施过程中通过调整喷粉罐内的气体压力和下料阀的开度来调节粉气比，测试了容积百分数φ＝10、20、30和40条件下喷粉系统及狭缝式透气砖运行可靠性。实施过程中没有发现输送管里Na₂CO₃沉积，实施后打开透气砖的气室，也没有发现Na₂CO₃沉积。

本实施例说明只要符合喷吹工艺参数的固体颗粒都可以用于喷吹。

实施例5

热态实施，实施条件如下：

透气砖：狭缝式透气砖，透气砖出口直径150mm，狭缝宽度0.25mm，狭缝数为24条。

粉料：CaSi合金粉剂，颗粒直径均小于50μm

输送气体：工业氮气

管道内气体的速度：9.5m/s

温度：1470℃

接触介质：铁水

气体压力：0.51MPa

粉料容积百分数：φ＝15、25、35、40

实施过程：本实施例向装有100kg铁水的感应炉中喷射气粉流，喷粉前，先打开引流气体直至到达预定压力0.51MPa，接着打开下料阀开始喷粉，待CaSi粉喷吹完毕后，关闭下料阀，引流气继续工作，确保管道中无残留CaSi粉后再关闭引流气。实施过程中通过调整喷粉罐内的气体压力和下料阀的开度来调节粉气比，测试了容积百分数φ＝15、25、35和40条件下喷粉系统及狭缝式透气砖运行可靠性。实施过程中没有发现输送管里CaSi粉沉积，实施后打开透气砖的气室，也没有发现CaSi粉沉积。

实施例6

热态实施，实施条件如下：

透气砖：狭缝式透气砖，透气砖出口直径40mm，狭缝宽度0.12mm，狭缝数为7条。

粉料：钝化石灰，颗粒直径均小于30μm

输送气体：干燥后的压缩空气

管道内气体的速度：8.2m/s

温度：1600℃

接触介质：钢液

气体压力：0.53MPa

粉料容积百分数：φ＝10、20、30、40

实施过程：本实施例向装有150kg钢水的感应炉中喷射气粉流，喷粉前，先打开引流气体直至到达预定压力0.53MPa，接着打开下料阀开始喷粉，待石灰喷吹完毕后，关闭下料阀，引流气继续工作，确保管道中无残留石灰后再关闭引流气。实施过程中通过调整喷粉罐内的气体压力和下料阀的开度来调节粉气比，测试了容积百分数φ＝10、20、30和40条件下喷粉系统及狭缝式透气砖运行可靠性。实施过程中没有发现输送管里石灰沉积，实施后打开透气砖的气室，也没有发现石灰沉积。

Claims (8)

1.狭缝式钢包底吹喷粉工艺，采用狭缝式钢包底吹喷粉装置，其特征在于通过喷粉罐系统向狭缝式透气砖输送流态化的粉剂，再由狭缝式透气砖把粉剂从钢包底部喷入钢水中，具体喷吹过程为：将粉料从贮料仓(8)输送进入喷粉罐(12)，加完粉料后，开始往喷粉罐(12)内送气加压，当压力达到一定值时，控制引流气体的气控截止阀(23)打开，引流气体开始工作，然后打开气化室(14)中的流化气体，最后开启喷粉罐下部出口的下料球阀(15)，开始喷粉动作，将粉料输送到透气砖，粉料进入透气砖的气室，再分配给狭缝，通过狭缝到达钢水中。

2.按照权利要求1所述的狭缝式钢包底吹喷粉工艺，其特征在于喷吹工艺参数如下：

(1)粉剂的参数要求：

①颗粒直径d_p≤0.2r

式中d_p-粉剂直径  r-狭缝宽度

②粉剂为固体颗粒

粉气比参数要求：

要求粉料容积分数 $\mathrm{\φ}=\frac{V_p}{V_{\mathrm{mix}}}\≤0.6$

式中φ-容积分数  V_p-粉料的体积  V_mix-粉料与气体的总体积

(2)载气要求：

①管道内气体的速度V大于粉料的临界流化速度V_mf，即

$V>V_{\mathrm{mf}}=\frac{(1-{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{mf}})({\mathrm{\ρ}}_p-{\mathrm{\ρ}}_g)}{150\frac{{(1-{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{mf}})}^2\mathrm{\μ}}{{{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{mf}}}^2{\left({\mathrm{\φ}}_s\stackrel{\‾}{d_p}\right)}^2}+1.75\frac{1-{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{mf}}}{{{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{mf}}}^2}\·\frac{{\mathrm{\ρ}}_g}{{\mathrm{\φ}}_s\stackrel{\‾}{d_p}}}$

式中V-输送管内气流速度  V_mf-临界流化速度  ε_mf-临界空隙率

ρ_p-颗粒密度  ρ_g-气体密度  μ-气体黏度

φ_s-球形度   

-粉剂的平均直径

②气体流量满足下式：

$Q>\frac{2100{\mathrm{\πd}}_0{\mathrm{\μ}}_l}{{4\mathrm{\ρ}}_g}$

式中Q-气体流量   d₀-喷嘴内径

ρ_g-气体的密度  μ_L-液体的黏度。

3.按照权利要求1所述的狭缝式钢包底吹喷粉工艺，其特征在于输送气体为干燥后的气体，气体压力为0.30～0.7MPa。

4.按照权利要求1所述的狭缝式钢包底吹喷粉工艺，其特征在于采用稀相间歇式输送工作方式，每输送一泵物料，即为一个工作循环，每个工作循环包括输送起始阶段、输送阶段、输送结束阶段，输送开始后，喷粉罐内的物料被气流带入管道，管道内的物料增多，喷粉罐的工作压力增高，这一过程为输送起始阶段，当喷粉罐的工作压力保持恒定即进入输送阶段，随着罐内物料减少，喷粉罐的工作压力降低，此时进入吹扫阶段，即输送结束阶段。

5.按照权利要求1所述的狭缝式钢包底吹喷粉工艺，其特征在于粉剂为直径符合d_p≤0.2r的固体颗粒，包括钝化石灰、碳粉、Na₂CO₃粉剂或CaSi合金粉剂。

6.权利要求1所述的工艺采用的狭缝式钢包底吹喷粉装置，其特征在于该装置包括狭缝式透气砖(5)、管路(6)、喷粉罐系统(7)，狭缝式透气砖(5)安装在钢包(4)底部，狭缝式透气砖(5)通过管路(6)与喷粉罐系统(7)连接。

7.按照权利要求6所述的狭缝式钢包底吹喷粉装置，其特征在于狭缝式透气砖中间开有一镞呈轴对称分布的缝隙，狭缝宽度限制在0.1mm～0.3mm。

8.按照权利要求6所述的狭缝式钢包底吹喷粉装置，其特征在于喷粉罐系统(7)包括贮料仓(8)、压力变送器(11)、喷粉罐(12)、称重传感器(13)、气化室(14)、混合室(16)，贮料仓(8)底部通过手动插板门(9)和进料阀(10)与喷粉罐(12)连通；喷粉罐(12)顶部设有压力变送器(11)以及排气阀(18)、泄压阀(19)；喷粉罐(12)侧壁安装有称重传感器(13)，喷粉罐(12)底部是气化室(14)，气化室(14)通过下料球阀(15)与混合室(16)连接，混合室(16)与电接点压力表(17)之间通过管路连接，管路上依次安装止回阀(21)、截止阀(20)、气控截止阀(23)、调压阀(22)、截止阀(20)；喷粉罐(12)上部装有止回阀(21)与主管路通过管路连接，管路上依次安装截止阀(20)、气控截止阀(23)；气化室(14)接有止回阀(21)，通过截止阀(20)与主管路连接。

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