CN103103315A

CN103103315A - Rh真空精炼装置的一体式浸渍管

Info

Publication number: CN103103315A
Application number: CN2013100742717A
Authority: CN
Inventors: 刘向东; 行开新; 钟渝; 黄其明; 杨宁川; 王翔; 艾磊; 高瞻; 吴令; 徐杰
Original assignee: CISDI Engineering Co Ltd
Current assignee: CISDI Engineering Co Ltd; CISDI Shanghai Engineering Co Ltd
Priority date: 2013-03-08
Filing date: 2013-03-08
Publication date: 2013-05-15
Anticipated expiration: 2033-03-08
Also published as: CN103103315B

Abstract

本发明公开了一种RH真空精炼装置的一体式浸渍管，包括上升管和下降管，上升管和下降管均包括内胆和耐火衬，耐火衬包括分别设置在所述内胆内壁上的内耐火衬和设置在内胆外壁上的外耐火衬，上升管和下降管的外耐火衬设置为一体，且上升管的下部设有提升气吹入导管。通过将上升管和下降管的外耐火衬设置为一体，即取消了现有浸渍管的上升管与下降管的耐火衬之间的间隙，使得在满足耐火衬厚度要求的同时，能够减小上升管和下降管之间的耐火衬厚度，由于上升管与下降管之间的耐火衬厚度减小，能够在保持RH真空精炼装置的主体尺寸不变的条件下，增大上升管与下降管的内径，进而增大循环流量，并延长浸渍管的使用寿命，提高RH真空精炼装置的效能。

Description

RH真空精炼装置的一体式浸渍管

技术领域

本发明涉及冶金行业中用于炉外精炼的真空脱气装置，具体的为一种适用于中小容量的RH真空精炼装置的一体式浸渍管。

背景技术

钢水真空循环脱气（RH）技术是一种钢水二次精炼工艺，是生产高质量品种钢必备的炉外精炼手段。RH真空精炼设备最初用于钢水脱气，其冶金原理是依靠压差将钢水提升至真空室，并通过吹氩气使钢水循环流动，利用真空环境达到脱气（N₂、H₂、O₂）的目的，其优点是反应速度快、真空度高、冶金效果好。

近10年，为了满足洁净钢的生产需求，各国积极开发多功能精炼工艺，将真空脱气、脱碳、加热、喷粉脱硫和消除冷钢等功能有机地组合起来，形成综合真空精炼设备，其主要的冶金功能包括：

（1）真空脱碳：可生产[C]≤15ppm的超低碳钢；

（2）真空脱气：可生产[H]≤1.0ppm，[N]≤25ppm的洁净钢；

（3）喷粉脱硫：可生产[S]≤5ppm的超低Ｓ钢；

（4）脱O_２控制夹杂物，对Al镇静超低碳钢，T.O≤15ppm；

（5）合金微调，严格控制钢水成份；

（6）二次燃烧或加铝吹O₂升温。

RH的整个钢水冶金反应是在砌有耐火衬的真空槽内进行的，真空槽的下部是两个带耐火衬的可插入钢水包的浸渍管，其中一只为上升管，另一只为下降管，上升管内通入氩气。真空槽上部装有热弯管，通过管道连接到真空泵。当浸渍管插入到钢水中后，把真空槽抽真空，作用于真空槽外的钢液表面的大气压力使钢液在真空槽内上升高度约1.4m。同时，在上升管的较低位置吹入氩气作为提升气体，提升气体的上升带动上升管中的钢液加速上升。随着压力的降低以及炉内气体的析出，钢水呈喷泉状进入真空槽，钢液雾化为细小的液滴。由于混合于钢液中的气体被吸走，钢液因重力的作用又从下降管流回到钢包中，这样就实现了钢液进出真空槽的循环。

RH 精炼的限制性环节在于钢液的循环流动和混合，无论钢液成分和温度均匀化，还是脱气、脱碳、脱硫等精炼反应的速度与效果，都与之有关。所以，循环流量是反映RH装置处理效率的指标之一。钢水最大循环率v表征了RH处理装置的效能，即：v-=U/W，其中，W为钢包容量，U为每分钟的钢水最大循环量，可由经验公式表达为：

真空度变化时

Figure 2013100742717100002DEST_PATH_IMAGE002

，或：

真空度稳定时

，

式中，D为浸渍管内径，G为提升气流量，Po为大气压力，P为真空槽内残余压力，H为提升气体喷吹口深度。

高效能的装置是技术发展追求的目标，RH的最大钢水循环率已由早期的30%～50%提高到70%以上，甚至达到100%。由经验公式可以得出，对于确定容量的钢包，提高RH循环效能的途径有：

1）增大浸渍管内径；

2）增大提升气流量；

3）减小真空槽内气体压力。

但下述因素已经制约循环效能的进一步提高：

1）RH处理装置的真空度已经达到100Pa以下，一般能达到50Pa，能够满足脱气要求，而继续降低真空度则需要消耗更多能源，得不偿失；

2）生产和实验证明，提升气流量增大到一定程度，钢液循环流量不增反降；并且增大提升气流量需要真空泵有更大的抽气能力才能满足真空度要求；

3）浸渍管工作时需插入钢水包，对于大容量的钢水包，增大浸渍管的内径容易办到，对于中小容量的钢水包，增大浸渍管结构尺寸受到钢水包尺寸的严重制约。

随处理容量的增大，循环流量对喷吹气体流量、喷吹口深度和真空槽真空度的依赖性相应减弱，而浸渍管内径的作用加大。尽管众多的研究指明加大浸渍管内径是提高钢液循环流量的有效方法，但由于受到钢水包的限制，特别是中小吨位的RH处理装置，分体式浸渍管的内径已经无可增加。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种RH真空精炼装置的一体式浸渍管，该RH真空精炼装置的一体式浸渍管能够在不改变现有RH真空精炼装置的尺寸的条件下增大循环流量，并延长浸渍管的使用寿命，提高RH真空精炼装置的效能。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种RH真空精炼装置的一体式浸渍管，包括上升管和下降管，所述上升管和下降管均包括内胆和耐火衬，所述耐火衬包括分别设置在所述内胆内壁上的内耐火衬和设置在内胆外壁上的外耐火衬，所述上升管和下降管的外耐火衬设置为一体，且所述上升管的下部设有提升气吹入导管。

进一步，所述上升管和下降管的内胆焊接连接为一体。

进一步，所述内胆的外周壁上设有用于防止外耐火衬脱落的锚固钉。

进一步，所述外耐火衬采用浇注耐材制成，所述内耐火衬采用浇注耐材或耐火砖制成。

进一步，所述提升气吹入导管的提升气出口设置在所述上升管的下部，且所述提升气出口沿所述上升管轴向设置为1-3层，每一层所述提升气出口包括至少一个出气口。

进一步，所述内胆与RH真空精炼装置的真空槽底部焊接固定，或所述内胆的顶部设有用于与RH真空精炼装置的真空槽底部焊接固定的法兰板。

本发明的有益效果在于：

本发明RH真空精炼装置的一体式浸渍管，通过将上升管和下降管的外耐火衬设置为一体，即取消了现有浸渍管的上升管与下降管的耐火衬之间的间隙，使得在满足耐火衬厚度要求的同时，能够减小上升管和下降管之间的耐火衬厚度，由于上升管与下降管之间的耐火衬厚度减小，能够在保持RH真空精炼装置的主体尺寸不变的条件下，增大上升管与下降管的内径，并取得了如下效果：

1）本发明的RH真空精炼装置的一体式浸渍管与现有的分体式浸渍管相比，循环流量在不增加提升气流量的情况下得到明显提高；

2）由于上升管和下降管的内径增加，允许提升气流量能够有效增加，并进一步加大循环流量；

3）本发明的RH真空精炼装置的一体式浸渍管通过加大上升管和下降管的内径，使得由于工作过程中沾渣导致的上升管与下降管内径减小造成的维修及最终报废的周期延长，因此本发明的RH真空精炼装置的一体式浸渍管比分体式浸渍管使用寿命得以延长；

4）本发明的RH真空精炼装置的一体式浸渍管消除了现有分体式浸渍管的上升管与下降管之间钢液流动的死区，提高了钢液混合的效率，且通过数值仿真实验表明，本发明的RH真空精炼装置的一体式浸渍管对钢液循环流动的形态无影响；

5）本发明的RH真空精炼装置的一体式浸渍管通过增大上升管和下降管的内径后，上升管出口处钢液的最大速度降低，有利于减小钢液飞溅高度，降低真空槽内以及热弯管内的冷钢附着量；

6）对于同样的钢液循环流量要求，本发明的RH真空精炼装置的一体式浸渍管可以比现有的分体式浸渍管减小提升气流量，并进一步减少真空泵抽气量；

7）本发明的RH真空精炼装置的一体式浸渍管比现有的分体式浸渍管更节能，能够有效减少RH真空精炼装置的运行费用。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为本发明RH真空精炼装置的一体式浸渍管实施例的结构示意图；

图2为现有分体式浸渍管的钢液循环死区示意图；

图3为本实施例一体式浸渍管的钢液循环死区示意图；

图4为现有分体式浸渍管的钢液循环流场示意图；

图5为本实施例一体式浸渍管的钢液循环流场示意图；

图6为采用本实施例一体式浸渍管且容量为80T的RH真空精炼装置的结构示意图；

图7为采用分体式浸渍管且容量为80t的RH真空精炼装置结构示意图；

图8采用本实施例一体式浸渍管且容量为120T的RH真空精炼装置的结构示意图；

图9为采用分体式浸渍管且容量为120t的RH真空精炼装置结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

如图1所示，为本发明RH真空精炼装置的一体式浸渍管实施例的结构示意图。本实施例的RH真空精炼装置的一体式浸渍管，包括上升管1和下降管2，上升管1和下降管2均包括内胆3和耐火衬4，耐火衬4包括分别设置在内胆3内壁上的内耐火衬4a和设置在内胆3外壁上的外耐火衬4b，上升管1和下降管2的外耐火衬4b设置为一体，且上升管1的下部设有提升气吹入导管5。

本实施例上升管1和下降管2的内胆3焊接连接为一体，能够增加上升管1和下降管2之间的连接强度，且使得结构紧凑。优选的，内胆3的外周壁上设有用于防止外耐火衬4b脱落的锚固钉6，提高使用寿命。

优选的，外耐火衬4b采用浇注耐材制成，即本实施例的上升管1和下降管2的外耐火衬4b浇注为一体，内耐火衬4a采用浇注耐材和/或耐火砖制成，本实施例的内耐火衬4b采用耐火砖制成。

本实施例的提升气吹入导管5的提升气出口5a设置在上升管1的下部，且提升气出口5a沿着上升管1的轴向方向设置为1-3层，每一层提升气出口5a包括至少一个出气口，本实施例设有两层提升气出口5a，每一层提升气出口5a包括环形均布的6个提升气出口5a。采用该结构的提升气吹入导管5，能够均匀地将提升气通过上升管1内，且通过设置多层提升气出口5a，能够根据需要向上升管1通入足量的提升气流量。

进一步，本实施例的内胆3与RH真空精炼装置的真空槽8底部焊接固定，或内胆3的顶部设有用于与RH真空精炼装置的真空槽8底部焊接固定的法兰板7，本实施例的一体式浸渍管通过法兰板7焊接固定在真空槽8底部。

本实施例RH真空精炼装置的一体式浸渍管，通过将上升管1和下降管2的外耐火衬4b设置为一体，即取消了现有浸渍管的上升管与下降管的耐火衬之间的间隙，在满足耐火衬厚度要求的同时，能够减小上升管和下降管之间的耐火衬厚度，由于上升管与下降管之间的耐火衬厚度减小，能够在保持RH真空精炼装置的主体尺寸不变的条件下，增大上升管1与下降管2的内径，并取得了如下效果：

1）本实施例的RH真空精炼装置的一体式浸渍管与现有的分体式浸渍管相比，循环流量在不增加提升气流量的情况下得到明显提高；

2）由于上升管1和下降管2的内径增加，允许提升气流量能够有效增加，并进一步加大循环流量；

3）本实施例的RH真空精炼装置的一体式浸渍管通过加大上升管1和下降管2的内径，使得由于工作过程中沾渣导致的上升管1与下降管2内径减小造成的维修及最终报废的周期延长，因此本实施例的RH真空精炼装置的一体式浸渍管比分体式浸渍管使用寿命得以延长；

4）本实施例的RH真空精炼装置的一体式浸渍管消除了现有分体式浸渍管的上升管1与下降管2之间钢液流动的死区，提高了钢液混合的效率，如图2和图3所示，且通过数值仿真实验表明，本实施例的RH真空精炼装置的一体式浸渍管对钢液循环流动的形态无影响，如图4和图5所示；

5）本实施例的RH真空精炼装置的一体式浸渍管通过增大上升管1和下降管2的内径后，上升管1出口处钢液的最大速度降低，有利于减小钢液飞溅高度，降低真空槽内以及热弯管内的冷钢附着量；

6）对于同样的钢液循环流量要求，本实施例的RH真空精炼装置的一体式浸渍管可以比现有的分体式浸渍管减小提升气流量，并进一步减少真空泵抽气量；

7）本实施例的RH真空精炼装置的一体式浸渍管比现有的分体式浸渍管更节能，能够有效减少RH真空精炼装置的运行费用。

下面对采用本实施例一体式浸渍管的RH真空精炼装置的具体实施方式作详细说明。

如图6所示，为采用本实施例一体式浸渍管的RH真空精炼装置的结构示意图，该RH真空精炼装置RH真空精炼装置，包括真空槽8和抽真空装置，真空槽8的底部固定设置本实施例的一体式浸渍管，真空槽8的上部设有热弯管，抽真空装置与热弯管相通，本实施例的一体式浸渍管的内胆3通过法兰板7焊接固定在真空槽8底部，连接稳固。

如图6和图7所示，均为容量均为80t的RH真空精炼装置，其中图7为采用现有分体式浸渍管的RH真空精炼装置结构示意图，其上升管和下降管的内径为Φ350mm，上升管氩气流量为57.6 Nm³/h，钢水循环速度设计值为41 t/min。图6所示为采用本实施例一体式浸渍管的RH真空精炼装置结构示意图，在钢包9与浸渍管的间隙以及真空槽8内外径等主体尺寸不变的情况下，其上升管1和下降管2内径扩大为Φ400mm，在上升管氩气流量不变的情况下，钢水循环速度可以达到49t/min，钢水循环率从51.25%提高到61.25%，由于上升管1内径扩大，氩气流量还可以进一步提高到76.8 Nm³/h，钢液循环量可以达到54t/min，钢液循环率可以达到67.5%，明显提高了RH装置效能，缩短冶炼周期。

如图8和图9所示，均为容量均为120t的RH真空精炼装置，其中图7为采用现有分体式浸渍管的RH真空精炼装置结构示意图，为了满足钢液循环流量达到110t/min的设计要求，其上升管和下降管的内径最大设计为Φ500mm，氩气循环流量需要2000NL/min。图6所示为采用本实施例一体式浸渍管的RH真空精炼装置结构示意图，在钢包9与浸渍管的间隙以及真空槽8内外径等主体不变的情况下，上升管1和下降管2内径可以达到Φ600mm。在钢液循环流量不变的情况下，氩气流量减少为960 NL/min，按每炉钢平均吹氩20min计算，每吨钢可节约0.17Nm³氩气，如果RH真空精炼装置每年过钢100万吨，仅提升气则可节约42.5万元，而采用一体式浸渍管的RH真空精炼装置还可节约蒸汽消耗、耐材消耗、维修成本等。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims

1.一种RH真空精炼装置的一体式浸渍管，包括上升管和下降管，所述上升管和下降管均包括内胆和耐火衬，所述耐火衬包括分别设置在所述内胆内壁上的内耐火衬和设置在内胆外壁上的外耐火衬，其特征在于：所述上升管和下降管的外耐火衬设置为一体，且所述上升管的下部设有提升气吹入导管。

2.根据权利要求1所述的RH真空精炼装置的一体式浸渍管，其特征在于：所述上升管和下降管的内胆焊接连接为一体。

3.根据权利要求2所述的RH真空精炼装置的一体式浸渍管，其特征在于：所述内胆的外周壁上设有用于防止外耐火衬脱落的锚固钉。

4.根据权利要求1所述的RH真空精炼装置的一体式浸渍管，其特征在于：所述外耐火衬采用浇注耐材制成，所述内耐火衬采用浇注耐材或耐火砖制成。

5.根据权利要求1-4任一项所述的RH真空精炼装置的一体式浸渍管，其特征在于：所述提升气吹入导管的提升气出口设置在所述上升管的下部，且所述提升气出口沿所述上升管轴向设置为1-3层，每一层所述提升气出口包括至少一个出气口。

6.根据权利要求5所述的RH真空精炼装置的一体式浸渍管，其特征在于：所述内胆与RH真空精炼装置的真空槽底部焊接固定，或所述内胆的顶部设有用于与RH真空精炼装置的真空槽底部焊接固定的法兰板。