CN106480257B - 泵阀真空除气装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种泵阀真空除气装置。包括承接漏斗、加注体、真空处理仓、排注体；其各部分之间顺序密封连接，内腔连通。承接漏斗可实现完全彻底的避渣；且无须任何人为控制。真空处理仓设阻挡体，用以延长钢液的滴落时间，并充分破碎钢液，使之分散；给有害气体的脱除创造更理想、更充分的条件。以加注体和排注体的U型结构，保证设备停运时真空环境的保持，不失压；不再充气破真空。对钢液精炼处理所需的动力也由初炼钢液的静压力自然提供，无须人为控制。该法可改变目前在世界范围内，钢铁冶炼的炉外真空精炼生产均是以钢包为单元断续进行的现状，实现真空连续生产。

Description

泵阀真空除气装置

技术领域

本发明涉及一种金属液真空除气装置，具体地说是一种用于钢液炉外精炼的泵阀真空除气装置。

背景技术

随着社会的发展和科技的进步，人们对钢材的性能要求越来越高。这就要求炼钢炉外精炼生产必须提供洁净度更高的钢液。而真空除气精炼是理论研究和生产实践均已证明了的最为理想的除气精炼手段。

用于钢液真空除气精炼的设备虽然很多；但，所采用的方法却不外乎以下几种：滴流法、罐式法、DH法、RH法。这些技术和设备都来自国外。目前，包括典型设备VD、VOD、VAD、DH、RH、ASEA-SKF、LFV等在内的所有现行设备，对钢液的真空精炼处理都是以钢包为单元断续进行的。断续式的生产模式其生产过程必然要频繁进行破真空与真空抽吸的重复操作，不但抽气负担重，能耗高；而且系统密封条件差(密封对接面大)，真空度不高；同时，钢液在真空中的暴露面积和停留时间都十分有限……。这些都严重制约了精炼设备真空效能的发挥。尤其RH使用中还要人为充入提升气体(一般为氩气)，一边在抽真空，另一方面又要人为充入气体。既造成成本浪费，又增加了真空泵的工作负担，存在相互矛盾的做功消耗情况。

理论研究和生产实践均表明，悬空滴淋才具有最为理想的气体脱除条件；其除气精炼效果最好。但基于现行设备所存在的问题：①真空暴露条件不好；②抽气负担重，蒸汽喷射泵的过热蒸汽耗量大；③真空停留时间短……导致目前工艺除气效果不理想；能耗高；并且工艺操作困难。对于洁净度要求高的钢种，尤其是要求深脱N、深脱C、脱O的钢种而言，现行 设备已明显力不从心了。人们只能通过严格的原料选择和过程控制来适应这些苛刻的要求，这无疑会推高精炼生产成本并增加工艺操作难度。真空效能没有充分有效地发挥。

总之，在世界范围内，钢铁冶炼的炉外真空精炼生产均是以钢包为单元的断续式的生产模式；未能实现真空连续生产。断续式生产模式决定了现行设备的运行操作困难；生产能耗高；难以实现更深度的精炼净化要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够实现钢液连续真空精炼处理的设备——泵阀真空除气装置。它能够解决现有炉外真空精炼设备所存在的问题和不足。

本发明为了实现上述目的，通过以下技术方案实现：包括承接漏斗，承接漏斗呈不对称锥形结构，一侧开口，用以排出从钢包注入的过量浮渣，自然实现渣-钢分离。承接漏斗下端与加注体相连，加注体呈U型，是钢液经承接漏斗进入真空仓的通道，同时也是隔绝外部大气环境与处理仓真空环境，实现保压密封的部分。加注体末端与真空处理仓上部相连通。真空处理仓内腔设置阻挡体，下部与排注体连通。真空处理仓的真空抽气口与真空泵连接。排注体是经真空处理的精炼钢液排出真空仓的通道。排注体呈U型，其内腔充满钢水，与加注体共同实现真空仓的保压密封。承接漏斗、加注体、真空处理仓、排注体的内腔均设置耐火材料衬层。在衬层合适位置设置电热元件，用以保温补热，防止因热散失造成钢水冷凝。

承接漏斗、加注体、真空处理仓、排注体依次顺序固定连接在一起，其内腔连通；并保证它们之间的对接密封。

附图说明：

图1是本发明结构示意图

图2是图1中A-A剖面结构示意图

(一)是图中数字所代表的含义。

(二)是图中字母所代表的含义。

一、图中数字的含义

1——承接漏斗 2——加注体 3——真空处理仓

4——排注体 5——真空抽气口 6——精炼钢液排出口

7——浮渣溢出口 8——耐火材料内衬 9——阻挡体

10——电热元件 11——壳体 12——钢水 13——浮渣

二、图中字母的含义

a-钢水液位上限。在钢包加注的情况下(精炼运行工况)，钢水12的液面会高于静平衡液位b点，并在一定范围内波动。通过对注入流量与加注体2内腔通量的配合设计，可以确保这一波动控制在合适的范围内；不超过某一极限值。a点是由结构确定并由配合设计保证的在最大加注流量下可能达到的最高液位上限。总体的配合设计，应确保在任何情况下钢水液位均不超过此点；以确保钢水上表面有足够厚度的渣层覆盖保护。

b-停运工况下的钢水液位(真空仓3保持真空)。因为加注体2的钢水进入侧为大气环境，导出侧为真空环境。在停运状态下，由于大气压的作用，钢水液位b会低于真空吸注液位置d-定高度；且会自然满足如下条件，达到平衡不流动：

P_渣+P_bc钢水+P_大气＝P_dc钢水

c-加注体2的U型内腔密封底点。只要c点的内腔始终充满钢水，就可保证外界大气与真空环境的隔绝，不造成真空仓3失压。

d-真空吸注液位。只有加注体2的钢水注入侧所提供的压强足以使真空侧的钢水上升至d点以上，才可能实现钢水12向真空仓3的转注，维持真空除气精炼的进行。

e-渣位。e点位置是由浮渣溢出口7决定的。只要真空仓3不失压，且工作真空稳定，则渣位就会稳定在此点。注入的过量渣则会自然地从浮渣溢出口7排出。因此，可实现完全彻底的避渣；且无须任何人为的操作。运行中渣层厚度会有一定波动；但，其厚度不会大于eb。因为渣的密度小，在浮渣厚度达到eb时，继续注入的渣会很自然地从浮渣溢出口排出；所以不会积存增厚超过eb。

a¹-真空仓3内钢水的液位上限。运行中经精炼除气的钢水在此汇集，液位会上升。高出b¹点的钢水静压力便产生排出动力，使钢水经排注体4的内腔，从精炼钢液排出口6排出。通过对总体之间各部分的通量设计，可以使钢水顺利导出，在此处不过多积存，使钢水液面波动不超过允许的范围。a¹点是在最大处理量情况下(钢包最大注入流量)，此处允许的最高钢水液位。以此确保精炼钢水不挤占真空仓3的内腔空间，保证精炼处理的顺利进行。

b¹-换包停运状态下(真空仓3保持真空)精炼钢液的静止液位。

此时附合：

P_b ¹ _c ¹ _钢水＝P_d ¹ _c ¹ _钢水+P_大气

也即：P_h钢水＝P_大气

c¹-排注体4内腔的密封底点。其作用与加注体的c点相同。排注体4与加注体2的内腔充满钢水，共同实现真空仓3的保压密封，不失压。

h-真空负压形成的钢水液柱高度差。在工作真度条件下(100Pa以内)，融熔钢水的真空液柱高度h≈1.48米。既便真空度在1000Pa以内波动，其h的变化值也不会超过1.5cm，因此可以认为h值是稳定的。

具体实施方式

本发明所述的泵阀真空除气装置包括承接漏斗1，承接漏斗1与加注体2固定连接。加注体2与真空处理仓体3的上部密封固定连接。真空处理仓3与排注体4密封固定连接，真空处理仓3设真空抽气口5与真空泵连接。工作状态下加注体2和排注体4的内腔U型部分应事先注入钢水，以此实现真空仓与大气环境的隔离，保证真空抽气的进行。

精炼处理时，随着待处理钢液由钢包注入承接漏斗1，精炼处理随即自行开始。钢包所注入的钢水12经加注体2的内腔导入真空处理仓3。钢液在真空处理仓3内的真空环境中被充分地破碎、翻滚、暴露，给内部有害气体的脱除提供良好的条件，使之彻底脱除。经除气处理的钢液汇集在真空处理仓3下部，进入排注体4的内腔，经排注体4的内腔从精炼钢液排出口6排出，完成精炼过程。

本发明可实现目前在世界范围内未能实现的真空连续生产。精炼处理和停运换包等待均无须人为的控制操作；不再重复真空抽气和充气破真空的频繁操作；加注动力也由钢水静压力自然提供，无须人为动力提供和操作。换包停运时(停止加注即是)，由于真空处理仓3的真空负压作用，会使承接漏斗1内的静止液位b与真空吸注液位d保持高度差h(工作真空条件下h≈1.48m)。同样，真空负压也会使排注体4的仓内静止液位b¹与排出口液位d¹之间保持高度差h，工作真空下，此处液位稳定在b¹点附近；承接漏斗的液位稳定在b点附近。由于加注体2和排注体4的U型部分均充满钢水，加注体2内腔cb段钢水与渣层静压力同大气压形成的合力与cd段钢水的压力相平衡，钢水不发生流动。同理，排注体4内腔c¹d¹段钢水的静压力与大气形成的合力与c¹b¹段钢水的压力相平衡，钢水也保持稳定不流动。此时精炼处理停止，真空仓与外界大气环境隔绝，持续保持真空。并且，这一过程自然实现，无须人为控制。精炼处理时，随着待处理钢水的注入，真空精炼随即开始。随着钢水12注入承接漏斗1，钢水液面上升，高于b点液位，高出b点部分的钢水压力形成的压差打破了原有的平衡，促使钢水沿加注体2的内腔流入真空仓3。钢水在仓内下降过程中被破碎、暴露除气后，汇集于真空仓3下部。随着精炼的持续进行，精炼钢水不断汇集使仓内钢水液位高于b¹，高出部分钢水压力形成的压差打破静态平衡，产生排出动力，使精炼处理后的钢水排出。整个过程的工艺操作十分简单、轻松；且过程稳定、易于控制。

进一步的设计，由于出钢下渣难以避免，这些氧化渣会对之后的精炼处理产生诸多不利影响。而本发明所设计的承接漏斗结构和整体设计，可以在无任何人为控制操作的情况下实现完全彻底的避渣。通过加注体内腔通量和钢包注入流量的配合设计，我们可以有效地控制承接漏斗接受钢包注入的初炼钢液时，其液位不超过设计要求的钢水液位上限a，以此保证承接漏斗1内，钢水12上面有足够厚的渣层13，对钢水保温和防氧化覆盖保护。同样我们可以通过排注体4的内腔通量与精炼处理流量的配合设计有效地控制精炼处理的钢液不在真空仓3内积存，随时排出，使仓内液位不超过a¹点。从而保证真空仓3的空间不被钢水充填，以此保证真空精炼处理的持续进行。

在精炼工况下，钢包注入速度的加大会使承接漏斗内钢水12液位升高(但不会超过a点，这是通量设计决定的)。液位升高产生的压力增大，使加注体2内的流速加大。因为结构设计已决定了钢水液位不会超过a点，更不会溢出，从而保证精炼处理的正常进行。过多的浮渣会很自然地从溢渣口溢出排除。既便出现大量下渣的情况，由于渣的密度比钢水小很多， 渣层厚度增加会使加注体2的钢水注入侧压强减小，当渣层厚度达到一定数值(下限达到b点，即渣厚为eb)时，就已不能提供钢水流动的动力了，继续注入的渣只能随之从浮渣溢出口7排除掉，不会进入真空仓3内。因此，承接漏斗对钢水和渣会有很好的分离作用，可实现完全彻底的避渣；且这一过程无须任何人为操作。

还有进一步的设计。钢液的真空暴露条件和真空停留时间，是影响除气效果的决定因素；这正是现有设备除气效果不够理想的核心症结。为了解决这一问题，充分发挥真空效能，本发明在真空处理仓3内设置阻挡体9。阻挡体9可减缓钢水的下降速度，并使下降路径曲折，过程延长，从而延长钢液的真空停留时间。阻挡体9的另一作用是破碎钢流，使之分散，从而使钢水充分暴露，给有害气体脱除创造良好的条件。

更进一步的设计，承接漏斗1、加注体2、真空仓3、排注体4内的耐火材料衬层中可埋设电热元件10。电热元件10的产热对处理过程的热损失予以补偿，防止冷凝，使钢水的温度稳定，从而确保精炼处理的正常进行。电热元件10采用不污染钢水的材料制作。

本发明可实现真空连续生产。不破真空，不重复真空抽气与充气破真空的频繁操作，工艺操作简单；真空仓的保压密封由结构设计很自然地实现，过程稳定、可靠，且无须人为控制；不使用提升气体，真空泵的工作负担可大幅减轻，生产能耗显著降低。本发明可为钢液提供现有设备难以提供的良好的真空精炼条件：①良好的暴露条件；②更高的真空度(由良好的密封条件和低抽气负担保证)；③更长的真空停留时间。因此可以实现现有设备难以达到的高净化处理要求。

Claims (4)

1.泵阀真空除气装置，其特征在于：包括承接漏斗(1)、加注体(2)、真空处理仓(3)、排注体(4)，它们之间按顺序连接，其内腔相互连通，各部分之间密封固定连接；真空处理仓(3)为L型结构，其竖直部分为飞溅区，在此设置阻挡体(9)；水平部分为无飞溅区，真空抽气口(5)在此处设置。

2.根据权利要求1，所述的泵阀真空除气装置，其特征在于：承接漏斗(1)为不对称锥形一侧开口的结构，用于排出过量浮渣。

3.根据权利要求1，所述的泵阀真空除气装置，其特征在于：加注体(2)、排注体(4)的内腔为U型结构，其两侧内腔设计有液位差h，承接漏斗(1)的b点液位和排注体(4)的d¹点液位其液位线以下有足够高度的保压密封液柱bc和d¹c¹，用于实现真空处理仓(3)的保压密封。

4.根据权利要求1，所述的泵阀真空除气装置，其特征在于：承接漏斗(1)、加注体(2)、真空处理仓(3)、排注体(4)均设耐火材料内衬(8)，内衬(8)内埋设电热元件(10)。