CN103525982B - 一种单浸渍管真空精炼装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单浸渍管真空精炼装置，包括真空室和浸渍管，真空精炼时浸渍管插入钢包的钢液中，其特征在于，所述单浸渍管周向分层设置吹气喷嘴，同一层的喷嘴分组设置、独立控制，氩气通过单浸渍管内壁上的吹气喷嘴吹入浸渍管。真空精炼过程通过加大浸渍管上喷嘴的吹气量，使钢液形成一个沿真空室四周上升，沿真空室中心下降的环流来实现真空下的深脱碳、深脱硫。该装置改变了现有真空精炼装置的钢水循环方式，克服了钢包底吹砖堵塞或由于钢流紊乱致底吹气偏离浸渍管而导致精炼过程中断问题，同时也减少了真空室耐材腐蚀问题，还降低了精炼成本。

Description

一种单浸渍管真空精炼装置及其使用方法

技术领域

本发明属于钢水炉外精炼领域，特别涉及同时生产超低碳、超低硫钢的真空精炼装置。

背景技术

目前工业规模生产超低碳、超低硫钢的炉外精炼方法主要是采用RH真空精炼。采用RH真空精炼同时生产超低碳、超低硫钢在工艺上存在的问题主要有：一是RH炉采用上升和下降两个浸渍管构成，浸渍管内径偏小，环流量小，造成钢水处理时间长、浸渍管结瘤严重，浸渍管耐材寿命短的问题；二是RH炉采用上升和下降两个浸渍管构成，浸渍管内径偏小，钢渣界面小，不利于脱硫，脱硫率只能达到30%以下。另外，由于其采用的脱硫剂中含有高达30%CaF₂，对真空室和浸渍管耐材侵蚀严重，缩短其使用寿命。

为解决RH炉真空精炼过程出现的问题，中国专利 “多功能复吹单嘴精炼炉”（专利号 ZL00235854.9）、“一种用单嘴精炼炉冶炼低硫钢的方法”（专利号ZL200910272881.1）和专利 “一种用单嘴精炼炉冶炼超低碳钢的方法”（ZL200910272880.7）通过将双浸渍管改为单浸渍管结构以增加浸渍管横截面积，提高真空精炼过程钢液的循环流量，从而提高脱碳、脱硫效率。然而为保证真空室内钢液裸露面足够大以提高脱碳、脱硫反应速率，这些专利首先要严格控制出钢过程下渣量，然后在浸渍管插入钢水前先通过钢包底部透气砖吹氩气或氮气排渣。同时在脱硫时喷吹的脱硫剂可以有效弥散分布于钢液内部增大反应界面、提高脱硫效率。这些专利在真空过程的脱硫原理与RH真空精炼相同，因此必须选择与RH真空精炼过程脱硫同样的高CaF₂含量（一般在30%）的脱硫剂，脱硫剂对浸渍管和真空室下部耐材侵蚀严重，降低了浸渍管和真空室下部槽的使用寿命。目前所公开的单嘴精炼炉都是采用钢包底部吹气作为真空过程钢液循环流动的驱动力，当钢包底部透气砖出现堵塞，真空精炼将无法进行，造成生产中断。

中国专利“CN101302571A”公开的单嘴精炼炉的吸嘴外围设置至少一套行波磁场发生器仅仅是为了增大钢液流速，提升钢液的循环流量。但其无法解决钢包顶渣层覆盖钢液面导致钢液裸露面减小，降低脱碳、脱硫效率的问题。同时专利“CN101302571A”公开的浸渍管上行波磁场发生器只能在钢液有循环流动时促进流动速度加快，一旦钢包底吹堵塞，钢液处于静止状态时，行波磁场发生器就会失去作用，真空精炼无法进行，造成生产中断。

中国专利“一种直筒型真空精炼装置及其使用方法”（申请号201210302397.0）提供一种直筒型真空精炼装置，在真空室下部联接单个直筒型浸渍管，浸渍管的内径和真空室内径相同，在环流管内壁圆周上交叉布置单层或多层吹气系统，钢包底部偏心位置布置透气砖。环流管上布置的吹气系统分为若干单元分段独立控制流量。在真空精炼过程采用钢包底部吹气和环流管上吹气来驱动钢水在钢包与真空室之间循环流动，同时通过钢包底部吹气和环流管吹起的不同组合来加快脱硫脱碳过程。该精炼装置采用钢包底部吹气和环流管上吹气来驱动钢水在钢包与真空室之间循环流动，如果钢包底吹砖堵塞或由于钢流紊乱致底吹气偏离浸渍管，将导致精炼过程中断。另外，该精炼装置脱碳时，环流管上的喷嘴吹气量控制为半边强吹，另半边弱吹，将钢包渣吹向真空室的一边，这容易使有渣的一边真空室耐材腐蚀严重。

发明内容

为克服现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种单浸渍管真空精炼装置，该装置改变了现有真空精炼装置的钢水循环方式，克服了钢包底吹砖堵塞或由于钢流紊乱致底吹气偏离单浸渍管而导致精炼过程中断问题，同时也减少了真空室耐材腐蚀问题，还降低了精炼成本。

为解决上述技术问题，本发明提供一种单浸渍管真空精炼装置，包括真空室和浸渍管，真空精炼时浸渍管插入钢包的钢水中，其特征在于，在所述单浸渍管周向设置吹气喷嘴，氩气通过单浸渍管内壁上的吹气喷嘴吹入浸渍管；所述吹气喷嘴分层设置、独立控制，同一层的喷嘴分组独立控制；所述吹气喷嘴分层设置、独立控制，同一层的喷嘴分组独立控制；真空精炼过程通过加大浸渍管喷嘴的吹气量，使钢液形成一个沿真空室四周上升，沿真空室中心下降的环流，实现钢水深脱碳、深脱硫。调节可独立控制的喷嘴吹气量，形成不同的吹气组合来控制真空过程钢水的流动状态以及真空室钢液面上钢包渣的状态去除夹杂物。

本发明还提供一种单浸渍管真空精炼装置的精炼方法，首先将浸渍管缓慢插入钢包渣中，抽真空将钢包渣缓慢吸入浸渍管内，尽可能将钢包渣吸入浸渍管内，继续插入浸渍管进钢水中，然后加大环流管上的所有喷嘴的吹气量，使钢液形成一个沿真空室四周上升，沿真空室中心下降的环流。调节沿浸渍管周向分段独立控制的喷嘴吹气量，形成各种吹气组合方式来控制真空过程钢水的流动状态以及真空室钢液面上钢包渣的状态，实现钢水在真空下的深脱碳、深脱硫、去除夹杂物。

在脱碳期，沿浸渍管周向布置的喷嘴全部强吹气，驱动钢液由真空室四周上升，由中心区域下降，钢包渣聚集在真空室中心并充分利用钢液表面高氧化性渣中的氧进一步深脱碳。在脱硫期通过加入一定量的石灰（或预熔精炼渣）和铝粒与真空室钢液面上的顶渣反应形成钙铝系脱硫渣系，喷嘴全部强吹气，驱动钢液由真空室四周上升，由中心区域下降，让真空室中钢液与脱硫渣进行充分接触反应，实现真空下的深脱硫。精炼后期将环流管吹气量改为一侧稍大、一侧很小，控制钢水循环不卷入真空室表面渣，促进钢中夹杂物碰撞上浮被表面渣吸收。

本发明的设计思想是：

本发明在真空室下部联接单个直筒型圆浸渍管，浸渍管的内径和真空室内径相同，在浸渍管内壁圆周上交叉设置单层或多层吹气喷嘴。吹气喷嘴分若干单元独立控制吹气量，每个单元由若干个吹气喷嘴组成。在真空精炼时，先将浸渍管插入钢渣中抽真空将钢包渣吸入浸渍管内，再降低浸渍管插入钢水中，然后加大所有喷嘴的吹气量，使钢液形成一个沿真空室四周上升，沿中心下降的环流，该环流促使钢包渣聚集在真空室中心钢液表面，成为钢液后续脱碳的部分氧源和脱硫基础硫容量熔渣。后续真空精炼过程各阶段通过分组独立调控浸渍管喷嘴的吹气流量，使钢液在真空室内形成各种不同的循环流动状态、流动强度及其组合，实现钢液深脱碳、深脱硫、造功能渣、钢包顶渣改质和去除夹杂等各种精炼冶金功能。本发明的深脱碳，充分利用聚集在真空室中心钢液表面的高氧化性钢包渣中的氧进一步深脱碳，既能深脱碳，又可降低钢包渣的氧化性，为下一步深脱硫创造条件，还能节约精炼成本。在脱硫期加入一定量的石灰（或预熔精炼渣）和铝粒与真空室钢液面上的钢包渣反应形成钙铝系脱硫渣系，喷嘴全部强吹气，驱动钢液由真空室四周上升，由中心区域下降，让真空室中钢液与脱硫渣进行充分接触反应，实现真空下的深脱硫。由于脱硫期脱硫渣系位于真空室中心，减少了真空室内壁耐材的腐蚀。在精炼末期将沿浸渍管周向布置的喷嘴组吹入相同或不同的较小气量，控制钢液弱循环，促进钢中夹杂物碰撞上浮被表面渣吸收，进一步去除钢液中的夹杂物。

与现有技术相比，本发明具有以下优点。

中国专利201210302397.0虽然也是采用单浸渍管，但其依靠钢包透气砖底吹形成环流，钢液沿浸渍管一侧上升，沿浸渍管另一侧下降，对浸渍管内壁冲刷较大，降低了浸渍管寿命。该专利还存在一个重大缺陷，如果钢包底吹砖堵塞或由于钢流紊乱致底吹气偏离浸渍管，将导致精炼过程中断。该专利在浸渍管也设置吹气喷嘴，但其主要用于脱碳、脱硫工序。其脱碳是将钢包渣向一侧吹开，充分裸露钢液面后吹氧或添加氧化剂，这样会带来两个问题，一方面增加精炼成本，另一方面，钢包渣一侧的浸渍管内壁耐材易腐蚀，降低精炼装置寿命。该发明脱硫期间底吹为强吹，浸渍管周围的环流管全部为弱吹，底吹为强吹将使钢液形成沿浸渍管一侧上升，沿另一侧下降的环流，环流管全部为弱吹将使钢液形成沿真空室四周上升，沿真空室中心下降的环流，这样将使环流紊乱，严重时底吹气偏离浸渍管，将导致精炼过程中断。

本发明提供的单浸渍管真空精炼装置，通过浸渍管上所有喷嘴的强吹，使钢液形成一个沿真空室四周上升，沿真空室中心下降的环流。钢液沿真空室四周上升时，由于浸渍管四周喷嘴喷出的气体形成气幕，减少了钢液对浸渍管内壁的冲刷，提高了浸渍管寿命。本发明的脱碳，不需要吹氧或添加额外的氧化剂，而是利用聚集在真空室中心钢液表面的高氧化性钢包渣中的氧进一步深脱碳，这既能脱碳，又可降低钢包渣的氧化性，为下一步脱硫创造条件，还能节约精炼成本。本发明没有底吹，避免了底吹和环吹引起的环流紊乱问题的发生。本发明在精炼后期通过加入一定量的渣料和脱氧剂与真空室钢液面上的顶渣一并进行组合搅拌，可实现对钢包顶渣的目标改质。本发明在精炼末期将沿浸渍管周向布置的喷嘴组吹入相同较小气量或一侧较大另一侧较小气量，控制钢液弱循环，促进钢中夹杂物碰撞上浮被表面渣吸收，可进一步去除钢液中的夹杂物。

附图说明

下面结合附图对本发明详细说明：

图1：单浸渍管真空精炼装置钢液环流纵向剖视示图。

图2：单浸渍管真空精炼装置吸渣示意图。

图1：1-浸渍管，2-真空室，3-钢液环流，4-钢包渣、5-法兰。

图2中：1-浸渍管，4-钢包渣，6-钢包，7-钢液。

具体实施方式

为验证本发明精炼装置的脱碳、脱硫效果，用中国专利201210302397.0和本发明精炼装置在某钢厂进行了多炉次对比试验，两者脱碳、脱硫效果相当。

下面详细介绍本发明的实施方法.

实施例1

单浸渍管真空精炼装置按如下步骤进行精炼：

    （1）、钢水精炼时，先将钢包吊至钢包车上面，钢包车开进单浸渍管真空精炼装置处理工位，然后将浸渍管插入钢包渣中，抽真空吸渣，尽量多吸入钢包渣。

（2）、将浸渍管插入钢水中，浸渍管插入深度400mm，开启浸渍管环流管上的喷嘴阀门，各喷嘴吹气量相等，总吹气流量控制在吨钢13NL/min。

（3）、抽真空使3min后真空度降73Pa。通过真空室摄像图观察真空室钢液面顶渣情况，进一步调整喷嘴总吹气流量至吨钢18NL/min。

（4）、脱碳进行10min后，浸渍管上环流管吹气总流量控制在吨钢28Nl/min。

（5）、脱碳进行到15min后进行脱硫。先通过加料装置加入脱氧剂铝粒2.4kg/t钢，3min后，在取样位置定氧，钢水活度氧为0.32ppm；再通过喷枪喷吹石灰6.08kg/t钢；喷吹完石灰后6min，调小浸渍管上环流管吹气流量，浸渍管一侧半周区域环流管各喷嘴吹气量相等，总吹气流量调整至吨钢15NL/min，相对一侧半周区域环流管各喷嘴吹气量相等，总吹气流量调整至吨钢5NL/min，钢水在循环6min后，关闭钢包底吹，破空，在取样位置取样测温。

实施例2

单浸渍管真空精炼装置按如下步骤进行精炼：

    （1）、钢水精炼时，先将钢包吊至钢包车上面，钢包车开进单浸渍管真空精炼装置处理工位，然后将浸渍管插入钢包渣中，抽真空吸渣，尽量多吸入钢包渣。

（2）、将浸渍管插入钢水中，浸渍管插入深度400mm，开启浸渍管环流管上的喷嘴阀门，各喷嘴吹气量相等，总吹气流量控制在吨钢15NL/min。

（3）、抽真空使3min后真空度降70Pa。通过真空室摄像图观察真空室钢液面顶渣情况，进一步调整喷嘴总吹气流量至吨钢20NL/min。

（4）、脱碳进行11min后，浸渍管上环流管吹气总流量控制在吨钢30Nl/min。

（5）、脱碳进行到16min后进行脱硫。先通过加料装置加入脱氧剂铝粒2.5kg/t钢，3.5min后，在取样位置定氧，钢水活度氧为0.30ppm；再通过喷枪喷吹石灰6.12kg/t钢；喷吹完石灰后7min，调小浸渍管上环流管吹气流量，浸渍管各喷嘴吹气量相等，总吹气流量调整至吨钢8NL/min，钢水在循环7min后，关闭钢包底吹，破空，在取样位置取样测温。

实施效果：

在某钢厂用中国专利201210302397.0进行了86炉真空精炼试验，用本发明进行了23炉真空精炼试验，试验结果如下。

采用中国专利201210302397.0精炼的86炉钢试验结果是，进真空精炼装置前初始钢液中活度氧(a_[O])在0.0459~0.0823%之间，平均为0.0589%，[C]在0.025~0.050%之间，平均为0.032%，[S] 在0.004~0.009%之间，平均为0.0069%，在真空精炼装置真空精炼30~45min（平均为39min）的精炼周期内，吨钢石灰加入量为3~8kg/t^-1，平均为5.32 kg/t^-1，吨钢铝粒加入量为0.8~3.1 kg/t^-1，平均为1.78 kg/t^-1，真空精炼终点钢液[C]在0.0005~0.0011%之间，平均为0.0008%；钢液[S]含量在0.0008~0.0021%，平均为0.0013%，脱硫率在73~87%，平均脱硫率达到81.1%。

采用本发明精炼装置精炼的23炉钢试验结果是，进单浸渍管真空精炼装置前初始钢液中活度氧(a_[O])在0.0572~0.0792%之间，平均为0.0578%，[C]在0.023~0.048%之间，平均为0.031%，[S] 在0.005~0.008%之间，平均为0.0062%，在单浸渍管真空精炼装置真空精炼30~45min（平均为42min）的精炼周期内，吨钢石灰加入量为3~8kg/t^-1，平均为5.64 kg/t^-1，吨钢铝粒加入量为1.1~3.2 kg/t^-1，平均为1.92 kg/t^-1，真空精炼终点钢液[C]在0.0007~0.0013%之间，平均为0.0009%；钢液[S]含量在0.0007~0.0025%，平均为0.0014%，脱硫率在69~82%，平均脱硫率达到75.2%。 

由此可见，本发明精炼装置和中国专利201210302397.0的脱碳、脱硫效果相当。

Claims (7)

1. 一种单浸渍管真空精炼装置，包括真空室和浸渍管，真空精炼时浸渍管插入钢包的钢液中，其特征在于，所述单浸渍管周向分层设置吹气喷嘴，同一层的喷嘴分组设置，各组喷嘴吹气量独立控制，氩气通过单浸渍管内壁上的吹气喷嘴吹入浸渍管。  

2. 如权利要求1所述的单浸渍管真空精炼装置的使用方法，其特征在于，首先抽真空将钢包渣尽可能吸入浸渍管内，再将浸渍管插入钢液中，然后加大环流管上的所有喷嘴的吹气量，使钢液形成一个沿真空室四周上升，沿真空室中心下降的环流，调节沿浸渍管周向分段独立控制的喷嘴吹气量，形成各种吹气组合方式来控制真空过程钢液的流动状态以及真空室钢液面上钢包渣的状态，实现钢液在真空下的深脱碳、深脱硫、去除夹杂物。

3.如权利要求2所述单浸渍管真空精炼装置的使用方法，其特征在于沿浸渍管周向布置的所有喷嘴组同时全部吹入相同的气量，驱动钢液在真空室形成周边上升，由中心区域下降的环流，并使钢包渣聚集在真空室钢液面中心，通过喷嘴吹气量的调节，可以实现不同的循环强度和熔渣、钢液间反应强度，充分利用钢液表面高氧化性渣中的氧进一步深脱碳。

4.如权利要求2所述单浸渍管真空精炼装置的使用方法，其特征在于，在精炼后期通过加入一定量的石灰和铝粒与真空室钢液面上的顶渣反应形成钙铝系脱硫渣系，喷嘴全部强吹气，进行高强度搅拌，驱动钢液与脱硫渣进行充分接触反应，实现真空下的深脱硫。

5.如权利要求2所述单浸渍管真空精炼装置的使用方法，其特征在于，在精炼后期通过加入一定量的渣料和脱氧剂与真空室钢液面上的顶渣一并进行组合搅拌，实现对钢包顶渣的目标改质。

6.如权利要求2所述单浸渍管真空精炼装置的使用方法，其特征在于，在精炼末期将沿浸渍管周向布置的喷嘴组吹入相同的较小气量，控制钢液弱循环，促进钢中夹杂物碰撞上浮被表面渣吸收，进一步去除钢液中的夹杂物。

7.如权利要求2所述单浸渍管真空精炼装置的使用方法，其特征在于，在精炼末期将沿浸渍管周向布置的喷嘴组吹入的较小气量，其中一侧喷嘴组吹气量稍大、另一侧较小，控制钢液弱循环，促进钢中夹杂物碰撞上浮被表面渣吸收，进一步去除钢液中的夹杂物。