CN106381362B - 一种钢液导流器、钢液净化装置以及钢液净化方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种钢液导流器、钢液净化装置以及钢液净化方法，涉及冶金工程领域。钢液导流器包括导流盘和导流管。导流盘具有通孔，导流管具有中空腔，导流管设置于导流盘且中空腔与通孔连通。钢液净化装置包括第一炉体和上述的钢液导流器。钢液导流器设置于第一炉体内部，中空腔的轴向与第一炉体的轴向平行。中空腔和通孔均与第一炉体的内腔连通。第一炉体的底壁设置有与中空腔对应的吹气孔。钢液净化方法，其包括：通过吹气孔向第一炉体内部吹入氮气，完成初步净化；将钢液导流器设置于第一炉体内，在真空环境下，向第一炉体内部吹入氩气，完成除杂和除气。钢液净化装置能够让LF炉与VD炉(或VOD炉)具备RH炉的除杂和除气功能。

Description

一种钢液导流器、钢液净化装置以及钢液净化方法

技术领域

本发明涉及冶金工程领域，具体而言，涉及一种钢液导流器、钢液净化装置以及钢液净化方法。

背景技术

钢液中的气体和杂质会对钢的性能产生有害影响，净化钢液的目的就是较好地去除钢液中的气体和杂质。炉外精炼是冶金工程领域内广泛应用的一种精炼方法。炉外精炼的过程中，在钢包底部通入氩气，钢液中的氮、氢、氧等气体会扩散到上浮的气泡中，钢液中的杂质遇到气泡时，也与气泡一起上浮，因而能够较好地去除钢液中的气体和杂质。炉外精炼后常常进行真空处理，以进一步去除钢液中的气体和杂质。

真空处理有两种典型的方法：其一是将LF炉(亦称钢包)移入VD(或VOD)炉中，在钢包上部抽真空的同时，在钢包底部通入氩气对钢液进行搅拌，排除气体和杂质。其二是采用RH炉对钢液进行循环真空处理，即将两根浸渍管插入钢液中，上部抽真空，从一根浸渍管下部通入氩气，钢液便从这根浸渍管上升到上部的真空室中，除气、除渣后经由另一根浸渍管回流到钢包中，如此便形成了循环运动的钢液。LF+VD(或VOD)炉组合具有设备简单、投资少、成本低、精炼钢种多、质量高、操作简便等优点，主要用于150t以下的钢包；RH炉的一次投资大，但吨钢投入低，大多用于150t以上的钢包，可以获得超低碳、超低氮的不锈钢等。

现有的真空处理方法，还无法同时兼具以上两种真空处理方法的优点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钢液导流器，其具备较好的除气和除杂的特点。

本发明的另一目的在于提供一种钢液净化装置，其能够让LF+VD(或VOD)炉组合具有RH炉的优点。

本发明的第三目的在于提供一种钢液净化方法，其能够使用上述的钢液净化装置对钢液进行精炼。

本发明的实施例是这样实现的：

一种钢液导流器，其包括导流盘和导流管。导流盘具有通孔，导流管具有中空腔，导流管设置于导流盘且中空腔与通孔连通。

一种钢液净化装置，其包括第一炉体和上述的钢液导流器。钢液导流器设置于第一炉体内部，中空腔的轴向与第一炉体的轴向平行。中空腔和通孔均与第一炉体的内腔连通。第一炉体的底壁设置有吹气孔，中空腔的远离与通孔连通的端部与吹气孔对应。

一种钢液净化方法，其包括如下步骤：

设置具有吹气孔的第一炉体，向第一炉体内注入钢液，通过吹气孔向第一炉体内部吹入氮气，初步除去钢液中的杂质。将上述的钢液导流器设置于第一炉体内，保持中空腔和通孔均与第一炉体的内腔连通。在真空环境下，通过吹气孔向第一炉体内部吹入氩气，除去钢液中的杂质和气体。

本发明实施例的有益效果是：本钢液导流器具有结构简单、效果较好和维护方便等特点。通过钢液导流器的导流管和导流盘，能够较好的除去钢液中的杂质和气体。

本钢液净化装置能够让钢包(或LF炉)与VD炉(或VOD炉)的组合具有RH炉的功能，因此，本钢液净化装置既能够以气体搅拌方式除杂和除气，又能够以气体引导钢液循环的方式除杂和除气，具有投资少、成本低、操作简单、精炼效果好以及精炼钢种多等特点。

本钢液净化方法将上述的两种精炼方法相结合，使得本钢液净化方法兼具钢包(或LF炉)与VD炉(或VOD炉)的组合精炼和RH炉精炼的优点。便于得到超低碳、超低氮的不锈钢等。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例提供的钢液净化装置的结构示意图；

图2为本发明实施例一提供的钢液导流器的结构示意图；

图3为本发明实施例一提供的钢液导流器的第一视角的结构示意图；

图4为本发明实施例一提供的钢液导流器的第二视角的结构示意图；

图5为图4中沿Ⅳ-Ⅳ向的剖面结构示意图；

图6为本发明实施例二提供的钢液导流器的整体结构示意图；

图7为本发明实施例二提供的钢液导流器的第一视角的结构示意图；

图8为本发明实施例二提供的钢液导流器的第二视角的结构示意图；

图9为图8中沿Ⅷ-Ⅷ向的剖面结构示意图。

图标：100-钢液导流器；110-导流盘；111-第一支撑臂；112-第二支撑臂；113-第三支撑臂；114-第四支撑臂；115-通孔；116-过渡面；117-第一盘面；118-第二盘面；120-导流管；121-导流管本体；122-支柱；123-中空腔；130-导流槽；200-钢液导流器；210-导流盘；211-第一支撑臂；212-第二支撑臂；213-第三支撑臂；214-第四支撑臂；215-第五支撑臂；216-通孔；217-过渡面；218-第一盘面；219-第二盘面；220-导流管；221-导流管本体；222-支柱；223-中空腔；230-导流槽；300-钢液净化装置；310-第一炉体；311-吹气孔；320-第二炉体；321-真空室；322-吹气管；323-出气口；324-真空盖；325-合金添加孔。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

第一实施例

请参照图1，本实施例提供一种钢液净化装置300，其包括第一炉体310、第二炉体320和钢液导流器100。其中，钢液导流器100包括导流盘110和导流管120。

请参照图2和图4，导流盘110包括第一盘面117、第二盘面118和过渡面116。第一盘面117和第二盘面118相对设置。过渡面116的两端分别与第一盘面117和第二盘面118连接。过渡面116为弧形面，该弧形面朝向导流盘110的外侧凸出，使得第一盘面117和第二盘面118之间通过过渡面116光滑过渡。通过设置该弧形的过渡面116，钢液能够顺畅地流经导流盘110。导流盘110中部设置有通孔115，通孔115的两端分别贯穿第一盘面117和第二盘面118。

请参照图2和图3，导流盘110设置有支撑臂。具体地，支撑臂包括第一支撑臂111、第二支撑臂112、第三支撑臂113和第四支撑臂114。第一支撑臂111的延伸方向、第二支撑臂112的延伸方向、第三支撑臂113延伸方向和第四支撑臂114的延伸方向均与通孔115的轴向垂直。相邻的两个支撑臂之间形成豁口(图中未标注)且每个豁口的大小相等，即第一支撑臂111与第二支撑臂112之间的夹角、第二支撑臂112与第三支撑臂113之间的夹角、第三支撑臂113与第四支撑臂114之间的夹角以及第四支撑臂114与第一支撑臂111之间的夹角均相等，且均为90°。钢液能够通过相邻的支撑臂之间的豁口，更加顺畅地沿导流盘110的第一盘面117和过渡面116至第二盘面118的方向流动。

为了进一步去除钢液中的杂质和空气，第一盘面117设置有四个导流槽130。四个导流槽130分别设置于第一支撑臂111、第二支撑臂112、第三支撑臂113以及第四支撑臂114。每个导流槽130均与通孔115连通，另一端均沿支撑臂的朝向远离通孔115的方向延伸。作为优选，通孔115的孔径沿第二盘面118至第一盘面117的方向逐渐变大，通过这样的设置，能够使得每个导流槽130与通孔115的连通更加顺畅。

请参照图2和图5，导流管120包括导流管本体121和支柱122。导流管本体121具有中空腔123。导流管本体121与第二盘面118连接，且中空腔123与通孔115连通，导流管120设置于导流盘110的第二盘面118。导流管本体121的远离导流盘110的端部与支柱122连接。具体地，支柱122与导流管本体121的管壁连接，且支柱122的延伸方向与中空腔123的轴向平行。作为优选，支柱122成对的设置，能够增加支柱122对钢液导流器100支撑的稳定性。同时，支柱122的长度以100mm～300mm为宜。

请参照图1，第一炉体310优选为LF炉(亦称钢包)，第一炉体310的底壁具有吹气孔311。第二炉体320优选为VD炉或VOD炉。以VD炉为例，第二炉体320具有中真空室321，第二炉体320设置有用于向真空室321通入气体的吹气管322，第二炉体320的侧壁设置有出气口323，第二炉体320的顶部设置有真空盖324，真空盖324设置有合金添加孔325。在VD炉的真空盖324增加顶吹氧系统，例如氧气喷枪等，VD炉即转变为VOD炉。

具体地，第一炉体310设置于第二炉体320内部，钢液导流器100设置于第一炉体310的内部。吹气孔311与吹气管322连通。支柱122的远离导流管120的端部与第一炉体310的底壁连接，使得中空腔123与吹气孔311的位置相对应，实现导流管120的远离导流盘110的端部与吹气孔311的位置相对应。作为优选，支柱122的长度为100～300mm为宜，通过这样的设置，使得杂质和气体能够通过导流管120与第一炉体310之间的空隙进行循环。第一支撑臂111、第二支撑臂112、第三支撑臂113和第四支撑臂114均与第一炉体310的内侧壁相连接。通过支柱122和支撑臂将钢液导流器100稳固的设置于第一炉体310内部。

一种钢液净化方法，其包括以下步骤：

设置具有吹气孔311的第一炉体310，向第一炉体310内注入钢液，通过吹气孔311向第一炉体310内吹入氮气，通过氮气对第一炉体310内的钢液进行搅拌，使得钢液中的杂质与钢液分离并进入钢渣中，实现对钢液的初步净化。将的钢液导流器100设置于第一炉体310盛放的钢液内，保持中空腔123和通孔115均与第一炉体310的内腔连通，中空腔123的远离通孔115的端部与吹气孔311对应。将第一炉体310移入第二炉体320的真空室321内。将第二炉体320的内部抽真空，通过吹气孔311向第一炉体310内吹入氩气，氩气带动钢液依次流经导流管120、导流盘110并在第一炉体310内部持续循环。钢液流经导流管120和导流盘110时，钢液中的残留的杂质伴随氩气的气泡上浮进入钢渣中，钢液中的气体溶解到氩气气泡中上浮进入第二炉体320的真空室321内。钢液在循环过程中实现杂质和气体与钢液的分离，实现对钢液的除杂和除气。

作为优选，钢液加入到第一炉体310内部，导流盘110距离第一炉体310底壁的距离为100mm～300mm，导流盘110与钢液的表面距离为0mm～300mm，通过这样的设置，使得钢液能够通过钢液导流器100在第一炉体310内顺畅循环，并保证杂质、气体与钢液能够彻底的分离，保证杂质、气体向钢液的液面运动，最终杂质进入于钢液液面的钢渣中，气体进入第二炉体320的真空室321内。

在钢液的除杂和除气过程，一方面，钢液在循环过程中，还可以向第二炉体320内部吹入氧气，使钢液中的碳与氧气接触并反应，进而降低了钢液中碳的含量。另一方面，根据所要生产的钢材成分要求，也可以向第一炉体310内部加入合金元素，调整钢液的成分。

综上所述，本钢液导流器100具有结构简单以及效果较好的特点。钢液能够在钢液导流器100的导流管120和导流盘110实现循环，能够较好的除去钢液中的杂质和气体。

本钢液净化装置300将钢包(或LF炉)、VD炉(或VOD炉)以及钢液导流器100组合，能够实现RH炉的功能，使得本钢液净化装置300既能够具备钢包(或LF炉)与VD炉(或VOD炉)的搅拌方式除杂和除气功能，又能够具备RH炉的循环方式除杂和除气功能，具有投资少、成本低、操作简单、精炼效果好以及精炼钢种多等特点。

本钢液净化方法将上述的两种精炼方法相结合，使得本钢液净化方法兼具LF炉与VD炉(或VOD炉)组合精炼和RH炉精炼的优点。便于得到超低碳、超低氮的不锈钢等。

第二实施例

请参照图5，本实施例提供一种钢液导流器200，其与第一实施例的钢液导流器100大致相同，二者的区别在于本实施例的钢液导流器200的导流盘210的结构与第一实施例导流盘110的结构不同。

请参照图6和图7，导流盘210包括第一盘面218、第二盘面219和过渡面217。第一盘面218和第二盘面219相对设置。导流盘210设置有通孔216，通孔216的两端分别贯穿第一盘面218和第二盘面219。过渡面217的两端分别与第一盘面218和第二盘面219连接。过渡面217具有弧形凸起，且该弧形凸起沿导流盘210横截面的朝向远离导流盘210的方向延伸。通过设置该过渡面217，钢液能够顺畅地流经导流盘110。

导流盘210设置有支撑臂。具体地，支撑臂包括第一支撑臂211、第二支撑臂212、第三支撑臂213、第四支撑臂214和第五支撑臂215。第一支撑臂211的延伸方向、第二支撑臂212的延伸方向、第三支撑臂213延伸方向、第四支撑臂214的延伸方向和第五支撑臂215的延伸方向均与通孔216的轴向垂直。相邻的两个支撑臂之间形成豁口(图中未标注)。第一支撑臂211与第三支撑臂213相对设置，第四支撑臂214与第五支撑臂215相对设置，即第二支撑臂212和第一支撑臂211之间的夹角与第二支撑臂212与第三支撑臂213之间的夹角和相等；第一支撑臂211和第五支撑臂215之间的夹角与第三支撑臂213与第四支撑臂214之间的夹角相等。通孔216位于导流盘210的靠近第二支撑臂212的位置，第一盘面218设置有导流槽230。导流槽230的一端与通孔216连通，另一端均贯穿于第四支撑臂214和第五支撑臂215之间的过渡面217。通过这样的设置，钢液能够通过导流槽230更加顺畅地流经导流盘210。

请参照图5和图8，导流管220包括导流管本体221和支柱222。导流管本体221具有中空腔223。导流管本体221与第二盘面219连接，且中空腔223与通孔216连通，导流管220设置于导流盘210的第二盘面219。导流管本体221的远离导流盘210的端部与支柱222连接。具体地，支柱222与导流管本体221的管壁连接，且支柱222的延伸方向与中空腔223的轴向平行。作为优选，支柱222成对的设置，能够增加支柱222对钢液导流器200支撑的稳定性。同时，支柱222的长度以100mm～300mm为宜。

综上所述，本钢液导流器200具有结构简单以及效果较好的特点。通过钢液导流器200的导流管220和导流盘210，能够较好的除去钢液的杂质和气体等。

以下结合应用例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

应用例1

本钢液净化方法在精炼0Cr18Ni9Ti不锈钢中的应用，其包括如下步骤：

将含碳量为0.4％的钢液注入LF炉中，向LF炉内吹入氮气，持续20min，实现初步去气和去渣后，依次加入镍、铬和钛，升温至1640℃。将钢液导流器100放置于LF炉中，再将LF炉移入VOD炉中。将VOD炉抽真空至137Pa以下，向LF炉内吹入氩气，在VOD炉内部吹入吹氧气，持续23min，测得钢液中碳含量达到的0.07％以下后，停止吹氧气。继续吹氩气和抽真空，持续20min，脱氧合格后出炉。

检验表明，本0Cr18Ni9Ti不锈钢符合GB/T20878-2007标准的要求，0Cr18Ni9Ti不锈钢中的镍、铬两种主要合金元素的收得率依次为96.2和95.0％。

应用例2

本钢液净化方法在精炼水轮机轴钢20SiMn钢中的应用，其包括如下步骤：

将初始含碳量为0.25％的钢液注入钢包中，向LF炉内吹入氮气，实现初步去气和去渣后，加入合金元素完成合金化过程，升温至1680℃。将钢液导流器100放置于LF炉中，再将LF炉移入VD炉中。将VD炉内部抽真空至67Pa以下，向LF炉内吹入吹氩气，待碳、氮含量合格后，停止吹氩气和抽真空，出炉。

检验表明，本水轮机轴钢20MnSi刚符合GB1499.2-2007标准的要求。

应用例3

本钢液净化方法在精炼风力发电机轴钢17Cr2Ni2Mo钢中的应用，其包括如下步骤：

将初始含碳量为0.4％的钢液注入LF中，向LF炉内吹入氮气，实现初步去气和去渣后，升温到1660℃。将钢液导流器100放置于LF炉中，再将LF炉移入VOD炉中。将VOD炉抽真空至67Pa以下，向LF炉内吹入氩气，向VOD炉内吹入氧气，碳含量达到要求值后停止吹氧。加入合金元素完成合金化过程，继续向VOD炉内部吹入氩气15min，出炉。

检验表明，本17Cr2Ni2Mo钢符合JB/T 6395-2010标准的要求。

应用例4

本钢液净化方法在精炼压力容器钢12Cr1MoV钢中的应用，其包括如下步骤：

将初始含碳量为0.4％的钢液注入LF炉中，向LF炉内吹入氮气，实现初步去气和去渣后，升温到1670℃。将钢液导流器100放置于VOD炉中，再将LF炉移入VOD炉中。将VOD炉抽真空至67Pa以下，向LF炉内吹入氩气，向VOD炉内吹入氧气，测得钢液中碳含量0.08％～0.15％后，停止吹氧。加入合金元素完成合金化过程，出炉。

经检验，本12Cr1MoV钢符合GB/T3077-2015标准的要求。

从上述应用例1～4可以看出，本发明钢液净化方法能够应用于牌号钢种的精炼，且精炼的钢种均能够符合国家标准或相关标准。同时，本钢液净化方法提高的精炼效率，减少了吹气时间，降低了生产成本。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种钢液导流器，其特征在于，包括导流盘和导流管，所述导流盘具有通孔，所述导流管具有中空腔，所述导流管设置于所述导流盘且所述中空腔与所述通孔连通；所述导流盘具有相对设置的第一盘面、第二盘面和连接所述第一盘面和所述第二盘面的过渡面，所述过渡面为弧形面并朝向所述导流盘外侧凸出，所述导流管设置于所述第二盘面。

2.根据权利要求1所述的钢液导流器，其特征在于，所述第一盘面设置有导流槽，所述导流槽与所述通孔连通。

3.根据权利要求2所述的钢液导流器，其特征在于，所述导流盘设置有多个支撑臂，每个所述支撑臂均设置有一个所述导流槽，每个所述导流槽均与所述通孔连通。

4.根据权利要求2所述的钢液导流器，其特征在于，所述导流盘设置有多个支撑臂，所述导流槽的一端与所述通孔连通，另一端贯穿所述过渡面。

5.根据权利要求1所述的钢液导流器，其特征在于，还包括支柱，所述支柱与所述导流管的远离所述导流盘的端部连接。

6.一种钢液净化装置，其特征在于，包括第一炉体和权利要求1～5任一项所述的钢液导流器，所述钢液导流器设置于所述第一炉体内部，所述中空腔的轴向与所述第一炉体的轴向平行，所述中空腔和所述通孔均与所述第一炉体的内腔连通，所述第一炉体的底壁设置有吹气孔，所述中空腔的远离与所述通孔连通的端部与所述吹气孔对应。

7.根据权利要求6所述的钢液净化装置，其特征在于，还包括第二炉体，所述第二炉体具有真空室，所述第一炉体设置于所述真空室内。

8.根据权利要求6所述的钢液净化装置，其特征在于，所述钢液导流器距离所述第一炉体的底壁100～300mm。

9.一种钢液净化方法，其特征在于，其包括以下步骤：

设置具有吹气孔的第一炉体，向所述第一炉体内注入钢液，通过所述吹气孔向所述第一炉体内部吹入氮气，初步除去所述钢液中的杂质；将权利要求1～5任一项所述的钢液导流器设置于所述第一炉体内，保持所述中空腔和所述通孔均与所述第一炉体的内腔连通，所述中空腔的远离所述通孔的端部与所述吹气孔对应，在真空环境下，通过所述吹气孔向所述第一炉体内部吹入氩气，除去所述钢液中的杂质和气体。