CN104831017B - 一种控制出钢过程钢水增氮装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种控制出钢过程钢水增氮装置，包括圆柱形氩封塞、电动切断阀和电动流量调节阀，圆柱形氩封塞套在出钢口上，其下端均匀分布多个交错布置氩气孔的2个氩封塞圆环；圆柱形氩封塞内均匀交错设置多个与氩气孔联通的氩气管道；氩气管道外接氩气金属软管与氩气源连接，氩气金属软管连接电动切断阀和电动流量调节阀。控制方法包括出钢前开通管道氩气；出钢时先后开通内圆环和外圆环氩气，形成二层圆锥体氩气层；调整电动流量调节阀控制氮气大小；出钢结束关闭电动切断阀。本发明通过两个氩气圆锥体包围钢水钢溜，实现控制出钢过程钢水增氮的效果，具有结构简单、造价低廉、方法操作简单、效果明显的优点。

Description

一种控制出钢过程钢水增氮装置及控制方法

技术领域

本发明涉及一种防止钢水增氮的装置和方法，属于转炉炼钢设备技术领域。

背景技术

随着炼钢科技的发展与进步，客户对钢的纯净度要求越来越高。钢水中五大危害元素N、H、O、P、S之和最好约100ppm左右，其中N元素含量在30ppm左右，成为钢水纯净度进一步提高的瓶颈因素。转炉炼钢分为装铁、冶炼、出钢、溅渣、倒渣、补炉、空炉等待等过程，由于氮气是空气中的主要物质, 从炼钢到连铸生产过程中很容易被吸入钢水, 特别是出钢过程钢水的大气直接接触，更容易吸氮，转炉出钢过程增氮一般在10-20PPm，并且很难在常规条件下以化学反应的方法去除，因此，控制出钢过程钢水增氮一直是炼钢过程的一个难题。传统的防止出钢过程增氮有两种方式：一是通过维护出钢口外口保证出钢时钢流圆整，防止钢液吸氮；二是利用氧是钢水中是表面活性元素，当钢水中氧含量高时，传质系数小，减少钢水吸氮量；传统的控制出钢过程增氮主要存在三个问题：1）经常维护出钢口外口，需占用转炉冶炼周期，影响生产节奏，而且出钢口外口维护效果难以保证；2）转炉终点氧高，出钢过程微脱氧，造成出钢困难；终点氧含量低时，缺少防止出钢增氮的必要措施；3）出钢时间长短对出钢过程增氮影响较大，特别是新出钢口出钢时间较长，低氮钢生产难以保证。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术存在的缺陷，提供一种控制转炉出钢过程中钢水增氮的装置以及控制增氮方法。

为解决这一技术问题，本发明提供了一种控制出钢过程钢水增氮装置，包括圆柱形氩封塞、电动切断阀和电动流量调节阀，所述圆柱形氩封塞为中间设有圆柱形空间的环柱状，圆柱形氩封塞套在转炉出钢口上，其内封面与转炉出钢口外封面形成相配合的密封面，圆柱形氩封塞上部通过四个螺栓与转炉出钢口外部固定连接，下部与转炉出钢口外部焊接固定；所述圆柱形氩封塞的下端面包括同心的氩封塞内圆环Ⅰ和氩封塞外圆环Ⅱ，所述氩封塞内圆环Ⅰ上均匀分布多个氩气孔Ⅰ，氩封塞外圆环Ⅱ上均匀分布多个氩气孔Ⅱ，氩气孔Ⅰ和氩气孔Ⅱ交错布置；环柱状圆柱形氩封塞的柱壁内部和外部均匀交错设置多个氩气管道Ⅰ和氩气管道Ⅱ，所述氩气管道Ⅰ与氩气孔Ⅰ连通与转炉出钢口呈向外倾斜，氩气管道Ⅱ与氩气孔Ⅱ连通与转炉出钢口呈向外倾斜；所述氩气通道Ⅰ与氩气通道Ⅱ上端外接氩气金属软管分别与氩气源I和氩气源II连接，氩气金属软管内端连接电动切断阀，外端连接电动流量调节阀。

所述氩封塞内圆环Ⅰ上均匀分布4个氩气孔Ⅰ，氩封塞外圆环Ⅱ上均匀分布4个氩气孔Ⅱ，氩气孔Ⅰ和氩气孔Ⅱ交错45°布置。

所述电动流量调节阀的开度调整范围是50％～99％。

本发明还提供了一种控制出钢过程钢水增氮的控制方法，包括如下步骤：

1）转炉出钢前准备：开通管道氩气，吹扫钢包内部的空气，使钢包内部及上部充满氩气；

2）准备出钢时，先开通氩气源I，氩气经氩气通道Ⅰ6从位于氩封塞内圆环Ⅰ8的氩气孔Ⅰ10喷出，使出钢过程钢溜经过的区域充满氩气，同时形成一层圆锥体氩气保护层，实现隔绝空气一次密封；

3）出钢时，再开通氩气源II，氩气经氩气通道Ⅱ7从位于氩封塞外圆环Ⅱ9的氩气孔Ⅱ11喷出，形成第二层圆锥体氩气保护层，实现隔绝空气二次密封；

4）调整氩气管道上的电动流量调节阀（4）控制氩气大小；

5）转炉出钢结束，直接关闭氩气管道上的电动切断阀（3）。

所述步骤4）的电动流量调节阀4根据出钢口炉数及钢种要求调整氩气大小：

1-40炉时，电动流量调节阀4开到50%；

41-70炉时，电动流量调节阀4开到70%；

71-100炉时，电动流量调节阀4开到99%；

生产超低氮钢种时，不论出钢口炉数，电动流量调节阀4直接开到99%；

生产对氮没有要求钢种时，关闭氩气管道上的电动切断阀3。

有益效果：本发明的氩封塞装置安装在出钢口上，出钢过程对钢水和空气进行吹氩隔离，内外两个同心圆孔分别形成内外两个氩气圆锥体，使氩气气流包围钢水钢溜，有效避免钢水在空气中裸露产生二次氧化，从而实现控制出钢过程钢水增氮的效果；本发明通过安装在出钢口的氩封塞装置对出钢过程对钢水进行吹氩隔离，通过电动流量调节阀控制氮气大小，满足不同出钢口炉数及钢种的要求，本发明具有结构简单、造价低廉、方法操作简单、效果明显的优点，显著降低钢液增氮量，极具推广意义。

附图说明

图1为本发明的内部结构示意图；

图2为本发明的结构示意俯视图。

图中：1圆柱形氩封塞、2转炉出钢口、3电动切断阀、4电动流量调节阀、5氩气金属软管、6氩气管道Ⅰ、7氩气管道Ⅱ、8氩封塞内圆环Ⅰ、9氩封塞外圆环Ⅱ、10氩气孔Ⅰ、11氩气孔Ⅱ。

具体实施方式

转炉炼钢分为装铁、冶炼、出钢、溅渣、倒渣、补炉、空炉等待等过程，本发明涉及转炉出钢过程。

下面结合附图及实施例对本发明做具体描述。

图1所示为本发明的内部结构示意图。

图2所示为本发明的结构示意俯视图。

本发明包括圆柱形氩封塞1、电动切断阀3和电动流量调节阀4。

所述圆柱形氩封塞1为中间设有圆柱形空间的环柱状，圆柱形氩封塞1套在转炉出钢口2上，其内封面与转炉出钢口2外封面形成相配合的密封面，圆柱形氩封塞1上部通过四个螺栓与转炉出钢口2外部固定连接，下部与转炉出钢口2外部焊接固定，保证在出钢过程中圆柱形氩封塞1不滑脱。

所述圆柱形氩封塞1的下端面包括同心的氩封塞内圆环Ⅰ8和氩封塞外圆环Ⅱ9，所述氩封塞内圆环Ⅰ8上均匀分布多个氩气孔Ⅰ10，氩封塞外圆环Ⅱ9上均匀分布多个氩气孔Ⅱ11，氩气孔Ⅰ10和氩气孔Ⅱ11交错布置，形成内外两个氩气圆锥体，较之位于同一圆环上密布形成的氩气环对钢水钢溜的隔绝效果更好。

所述氩封塞内圆环Ⅰ8上均匀分布4个氩气孔Ⅰ10，氩封塞外圆环Ⅱ9上均匀分布4个氩气孔Ⅱ11，氩气孔Ⅰ10和氩气孔Ⅱ11交错45°布置，这一设置既可满足工艺要求，又达到减少加工程序。

圆柱形氩封塞1的柱壁内部和外部均匀交错设置与氩气孔Ⅰ10和氩气孔Ⅱ11等数量的氩气管道Ⅰ6和氩气管道Ⅱ7，所述氩气管道Ⅰ6与氩气孔Ⅰ10连通与转炉出钢口2呈向外倾斜，氩气管道Ⅱ7与氩气孔Ⅱ11连通与转炉出钢口2呈向外倾斜，实现出钢时氩气气流包围钢水钢溜，内外两个同心圆孔，分别形成内外两个氩气圆锥体，防止钢水进入钢包前与空气接触，产生二次氧化。

所述氩气通道Ⅰ6与氩气通道Ⅱ7上端外接氩气金属软管5分别与氩气源I和氩气源II连接，氩气金属软管5内端连接电动切断阀3，外端连接电动流量调节阀4，实现出钢时不同的钢种及出钢口，采用不同的流量大小来实现对出钢过程钢水的密封，进而节约了氮气消耗。

所述电动流量调节阀4的开度调整范围是50％～99％，具体根据出钢口炉数和钢种对氮的要求确定具体数值， 既可实现控制出钢过程钢水增氮的效果，又节约了氩气消耗。

本发明的工作原理及工作过程：

当转炉准备出钢前：开通钢包上的管道氩气，吹扫钢包内部的空气，使钢包内部及上部充满氩气；

准备出钢时：先开通氩气源I，氩气经氩气通道Ⅰ6通过氩气孔Ⅰ10，使出钢过程钢溜经过的区域充满氩气，同时形成一层圆锥体氩气保护层，实现隔绝空气一次密封；然后开通氩气源II，氩气经氩气通道Ⅱ7通过氩气孔Ⅱ11，形成第二层圆锥体氩气保护层，实现隔绝空气二次密封。

所述圆柱形氩封塞1氩气管道压力满足转炉出钢口2外口到钢包包沿约1.5米的有效气流射程，实现钢水出钢口到钢包包沿的有效保护。

由于出钢口炉数不同，转炉出钢口2外口出钢时钢水钢流圆整程度不一样，因此，根据出钢口炉数，调整氩气管道上的电动流量调节阀4控制氩气大小：

1-40炉时，电动流量调节阀4开到50%；

41-70炉时，电动流量调节阀4开到70%；

71-100炉时，电动流量调节阀4开到99%；

生产超低氮钢种时，不论出钢口炉数，电动流量调节阀4直接开到99%；

生产对氮没有要求钢种时，关闭氩气管道上的电动切断阀3；

转炉出钢结束，直接关闭氩气管道上的电动切断阀3。

本发明的氩封塞装置安装在出钢口上，出钢过程对钢水和空气进行吹氩隔离，内外两个同心圆孔分别形成内外两个氩气圆锥体，使氩气气流包围钢水钢溜，有效避免钢水在空气中裸露产生二次氧化，从而实现控制出钢过程钢水增氮的效果；本发明通过安装在出钢口的氩封塞装置对出钢过程对钢水进行吹氩隔离，通过电动流量调节阀控制氩气大小，满足不同出钢口炉数及钢种的要求，本发明具有结构简单、造价低廉、方法操作简单、效果明显的优点，显著降低钢液增氮量，极具推广意义。

本发明上述实施方案，只是举例说明，不是仅有的，所有在本发明范围内或等同本发明的范围内的改变均被本发明包围。

Claims (5)

1.一种控制出钢过程钢水增氮装置，其特征在于：包括圆柱形氩封塞（1）、电动切断阀（3）和电动流量调节阀（4），所述圆柱形氩封塞（1）为中间设有圆柱形空间的环柱状，圆柱形氩封塞（1）套在转炉出钢口（2）上，其内封面与转炉出钢口（2）外封面形成相配合的密封面，圆柱形氩封塞（1）上部通过四个螺栓与转炉出钢口（2）外部固定连接，下部与转炉出钢口（2）外部焊接固定；所述圆柱形氩封塞（1）的下端面包括同心的氩封塞内圆环Ⅰ（8）和氩封塞外圆环Ⅱ（9），所述氩封塞内圆环Ⅰ（8）上均匀分布多个氩气孔Ⅰ（10），氩封塞外圆环Ⅱ（9）上均匀分布多个氩气孔Ⅱ（11），氩气孔Ⅰ（10）和氩气孔Ⅱ（11）交错布置；环柱状圆柱形氩封塞（1）的柱壁内部和外部均匀交错设置多个氩气管道Ⅰ（6）和氩气管道Ⅱ（7），所述氩气管道Ⅰ（6）与氩气孔Ⅰ（10）连通与转炉出钢口（2）呈向外倾斜，氩气管道Ⅱ（7）与氩气孔Ⅱ（11）连通与转炉出钢口（2）呈向外倾斜；所述氩气通道Ⅰ（6）与氩气通道Ⅱ（7）上端外接氩气金属软管（5）分别与氩气源I和氩气源II连接，氩气金属软管（5）内端连接电动切断阀（3），外端连接电动流量调节阀（4）。

2.根据权利要求1所述的控制出钢过程钢水增氮装置，其特征在于：所述氩封塞内圆环Ⅰ（8）上均匀分布4个氩气孔Ⅰ（10），氩封塞外圆环Ⅱ（9）上均匀分布4个氩气孔Ⅱ（11），氩气孔Ⅰ（10）和氩气孔Ⅱ（11）交错45°布置。

3.根据权利要求1或2所述的控制出钢过程钢水增氮装置，其特征在于：所述电动流量调节阀（4）的开度调整范围是50％～99％。

4.一种采用如权利要求1-3任一项所述控制出钢过程钢水增氮装置的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）转炉出钢前准备：开通管道氩气，吹扫钢包内部的空气，使钢包内部及上部充满氩气；

2）准备出钢时，先开通氩气源I，氩气经氩气通道Ⅰ（6）从位于氩封塞内圆环Ⅰ（8）的氩气孔Ⅰ（10）喷出，使出钢过程钢溜经过的区域充满氩气，同时形成一层圆锥体氩气保护层，实现隔绝空气一次密封；

3）出钢时，再开通氩气源II，氩气经氩气通道Ⅱ（7）从位于氩封塞外圆环Ⅱ（9）的氩气孔Ⅱ（11）喷出，形成第二层圆锥体氩气保护层，实现隔绝空气二次密封；

4）调整氩气管道上的电动流量调节阀（4）控制氩气大小；

5）转炉出钢结束，直接关闭氩气管道上的电动切断阀（3）。

5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于：所述步骤4）的电动流量调节阀（4）根据出钢口炉数及钢种要求调整氩气大小：

1-40炉时，电动流量调节阀（4）开到50%；

41-70炉时，电动流量调节阀（4）开到70%；

71-100炉时，电动流量调节阀（4）开到99%；

生产超低氮钢种时，不论出钢口炉数，电动流量调节阀（4）直接开到99%；

生产对氮没有要求钢种时，关闭氩气管道上的电动切断阀（3）。