CN111321277B - 真空精炼炉的氧枪保护装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种真空精炼炉的氧枪保护装置，其包括中空的转轴和氧枪挡板，所述氧枪挡板水平固定安装于转轴的底部，转轴的中空内腔穿设有进水管和回水管，氧枪挡板的内部设置有水冷通道，进水管的出水端和回水管的进水端分别与氧枪挡板的水冷通道连通并与氧枪挡板固定连接；转轴的顶部自真空盖下方经转轴通孔穿出真空盖外，转轴与真空盖之间安装有密封机构，氧枪挡板位于真空盖和钢包防溅盖之间，氧枪挡板的边沿具有一缺口，真空盖的外侧安装有旋转驱动机构。本发明通过在真空精炼炉内安装氧枪保护挡板可以在顶吹氧枪吹氧冶炼过程对氧枪进行在线同步保护，显著减轻真空精炼炉内氧枪粘结渣钢程度，实现氧枪稳定、安全及长寿命运行。

Description

真空精炼炉的氧枪保护装置

技术领域

本发明涉及钢铁冶炼领域，尤其涉及一种真空精炼炉氧枪保护装置。

背景技术

VOD精炼炉因真空环境下冶炼热力学和动力学条件相对优越，具有较强冶金功能和能力，是目前生产高等级不锈钢钢液和高合金熔液的最佳冶炼装备。但是，国内外VOD炉生产均存在真空吹氧脱碳冶炼过程渣钢喷溅这一共性工艺控制问题。VOD真空吹氧脱碳冶炼过程中金属和炉渣喷溅相当严重，主要是由于真空条件下吹氧脱碳的碳氧反应剧烈、高马赫数氧气射流冲击金属液面激烈等因素所致。

VOD真空渣钢喷溅给装备运行和正常冶炼带来较大负面影响。真空精炼炉的结构主要包括炉体，炉体顶部安装有真空盖，真空盖上于氧枪穿设工位安装有氧枪中心套筒，炉体内于氧枪中心套筒的下方安装有钢包防溅盖。VOD真空冶炼过程中从熔池喷溅上来的渣钢容易粘附凝结到氧枪端部和真空盖内顶部，极易造成氧枪、氧枪中心套筒等关键设备的损坏。首先，渣钢喷溅严重时可造成氧枪头部熔损漏水和喷嘴堵塞，影响正常安全生产及真空吹氧冶炼控制效果，此种情况下需要停止生产进行换枪修复处理，以致多数VOD炉氧枪端部使用寿命不足100炉；其次，渣钢喷溅严重时渣钢也容易粘附到氧枪中心套筒内，堵塞中心套筒，进而影响氧枪正常升降和顺利投料。因此，为了避免VOD真空喷溅引起的氧枪系统粘结渣钢等问题，有必要从冶炼工艺优化、或局部设备改进等角度采取一些有效的管控措施。

目前包括VOD精炼炉在内的炼钢炉用顶吹氧枪防粘渣保护方法主要涉及如下专利中两大类技术，一是优化工艺控制减少渣钢喷溅及氧枪粘附渣钢，二是增设氧枪刮渣器在线清理氧枪粘结的渣钢。

授权公告号CN101845538B的中国发明专利公开了一种真空吹氧脱碳精炼炉冶炼不锈钢剧烈喷溅控制方法，通过限定VOD炉起始钢包及钢水条件、合理控制真空吹氧脱碳过程工艺参数，可以适度减轻VOD炉氧枪因剧烈喷溅产生的渣钢粘结，枪头熔穿现象有所改观，氧枪寿命得到一定提高。但是，此专利技术存在两点不足：（1）因对入炉钢包、钢水等条件要求苛刻，以致生产管理和工序控制难度大，难以完全做到标准化稳定控制；（2）由于对工艺参数控制及限定要求较高，因此，操控难度较大，尤其是制约了VOD真空冶金功能和装备能力充分发挥，进而影响冶炼质量水平和生产效率。

授权公告号CN106319144B的中国发明专利提供了一种多功能转炉氧枪刮渣器及其使用方法，其刮渣器同时具有喷涂功能，应用后能够减少氧枪粘渣并有效清除氧枪粘结物，减少人工手动处理粘枪作业时间及工作强度。

授权公告号CN106591531B的中国发明专利提供了一种特殊的转炉氧枪使用和保护方法，采取吹氮溅渣护炉枪和吹氧炼钢氧枪双枪运行，其中溅渣枪采用刮渣器在线自动刮渣操作，炼钢氧枪喷涂防粘耐火涂料，解决了氧枪钢渣层裹混粘影响枪龄及安全生产的难题，延长了氧枪寿命，提高了转炉生产效率。

正如碳钢转炉常压冶炼炉氧枪系统一样，部分VOD真空精炼炉也增设有氧枪刮渣器，刮渣器的确一定程度上能事后清理掉氧枪上粘结的渣钢，从而保障了氧枪正常运行，但是，对VOD真空精炼炉来说，此类技术也存在两个缺陷：（1）因VOD精炼炉冶炼不锈钢过程粘结的富铬化渣钢相对偏硬，以致难以清理，刮渣效果不能完全保证；（2）VOD氧枪刮渣器通常设置在始终处于真空高温环境下的氧枪密封通道内，容易受高温强热辐射作用而变形，以致刮渣效果不能持续保证，且变形损坏后维护起来比较麻烦。

综上所述，上述两大类氧枪保护专利技术一定程度上起到了保护氧枪、确保氧枪稳定运行的效果，但是，存在一些技术上的短板，均不能最大程度地解决VOD精炼炉氧枪粘结渣钢及长寿命稳定运行的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种真空精炼炉的氧枪保护装置。

实现本发明目的的技术方案是：一种真空精炼炉的氧枪保护装置，其应用于真空精炼炉，所述真空精炼炉包括炉体，炉体顶部安装有真空盖，真空盖上于氧枪穿设工位安装有氧枪中心套筒，炉体内于氧枪中心套筒的下方安装有钢包防溅盖，所述氧枪保护装置包括中空的转轴和氧枪挡板，所述转轴垂直设置，氧枪挡板水平固定安装于转轴的底部，转轴的中空内腔穿设有至少一根进水管和一根回水管，进水管的进水端与冷却水供应装置连通，回水管的出水端与回水储存装置连通，氧枪挡板的内部设置有水冷通道，所述进水管的出水端和回水管的进水端分别与氧枪挡板的水冷通道的进水口、出水口连通并与氧枪挡板固定连接；所述真空盖上于氧枪中心套筒的安装位置旁侧向上延伸有一通管，通管管腔为转轴通孔，所述转轴的顶部自真空盖下方经转轴通孔穿出真空盖外，转轴通孔内的转轴与真空盖之间安装有对转轴与真空盖的空隙进行密封的密封机构，所述氧枪挡板位于真空精炼炉内的真空盖和钢包防溅盖之间，转轴与氧枪中心套筒远离转轴一侧的外缘在水平面投影的间距小于转轴与氧枪挡板远离转轴一侧的外缘的间距，真空盖的外侧安装有用于驱动转轴旋转的旋转驱动机构；所述氧枪挡板的边沿具有一缺口，所述缺口绕转轴轴心的径向宽度略大于氧枪的外径，所述缺口的开设位置以当氧枪下降到吹氧位置后，氧枪挡板随转轴旋转到氧枪所在工位时所述缺口套设于氧枪外侧壁上为限。

进一步地，所述氧枪挡板包括数根并列的耐热钢管，相邻耐热钢管首尾相连形成水冷通道，各进水管的出水端与回水管的进水端之间的水冷通道均为往复的s型通路。由耐热钢管直接拼焊的全水冷结构，渣钢喷溅到水冷挡板上，高温态渣钢可以实现较快速的冷却，凝固收缩后会与水冷管脱开，在重力作用下自动脱落到钢包内，因此，氧枪挡板自身基本不需要进行特别的设备维护。

进一步地，所述密封机构包括中空的轴套以及安装于轴套内的第一轴承、定距件、第二轴承、环形的密封圈固定座、密封圈和环形的密封压盖；所述轴套的上端部沿其周向向外延伸有轴套挂耳，轴套的下端部水平向内弯折形成环形的支撑平台，轴套通过轴套挂耳悬挂于转轴通孔内，轴套与转轴通孔之间存在膨胀间隙，所述转轴自支撑平台穿设过轴套，所述第一轴承自上而下穿过转轴设置于支撑平台上，定距件自上而下穿过转轴并压设于第一轴承上，第二轴承自上而下穿过转轴并压设于定距件上，第一轴承、定距件以及第二轴承分别与转轴以及轴套内侧壁过盈配合，所述密封圈固定座穿过转轴套设于第二轴承的上表面的轴套内，密封圈穿过转轴嵌套于密封圈固定座内，密封压盖穿过转轴锁紧于密封圈固定座的上端面，密封圈限定于密封圈固定座内。

进一步地，所述密封压盖的外径与密封圈的外径相同，密封压盖的顶部沿其周向向外延伸的压盖挂耳，密封压盖的底面为正圆台状缺口部，密封压盖穿过转轴嵌套于密封圈固定座内，密封压盖底面的缺口部与密封圈紧密接触，压盖挂耳叠置于轴套挂耳上，压盖挂耳以及轴套挂耳由螺栓紧定于真空盖上。在旋紧压盖挂耳的螺栓时，正圆台状的缺口对密封圈的径向施加压力，将密封圈推向旋转轴，实现密封圈紧密环抱转轴达到旋转密封效果。

进一步地，所述转轴驱动机构包括水平设置的气缸和旋转臂，所述旋转臂一端套固于转轴上，旋转臂的另一端与驱动气缸的活塞杆铰接。

进一步地，氧枪挡板与钢包防溅炉盖的垂直间距为300～500mm。

本发明实现的氧枪保护装置的有益效果如下：

1）显著减轻真空精炼炉内氧枪粘结渣钢程度，实现氧枪稳定、安全及长寿命运行

通过在真空精炼炉内安装氧枪保护挡板可以在顶吹氧枪吹氧冶炼过程对氧枪进行在线同步保护，最大程度地阻挡从钢包内并穿过钢包防溅盖中心孔喷溅上来的渣钢，氧枪挡板内的冷却水使喷溅粘附到氧枪挡板上的渣钢快速冷却，凝固收缩后自动脱离又回落到钢包内，以致渣钢基本粘附不到氧枪端部，同时挡板也能阻挡喷溅特别剧烈的渣钢粘附到氧枪挡板上方的氧枪中心套内，从而实现真空精炼炉几乎免维护下的安全、长寿命稳定运行，且能确保氧枪最佳的设备状态、以及理想的真空吹氧脱碳冶炼效果。

2）减少对真空炉的冶炼炼条件及工艺参数的限制，可提升操控性，尤其是能充分发挥装备冶金能力；

使用氧枪保护装置后，可以适当放宽真空冶炼路的起始工况条件、工艺控制参数的严格限制，生产管控难度下降，从而确保了真空精炼炉良好的操控性，尤其使VOD真空精炼装备冶炼能力得到了有效充分发挥，冶炼质量和效率均有所改善，为高等级不锈钢、特殊钢及高温耐蚀合金等产品的高质量稳定化生产提供了有力支撑。

3）可以取消氧枪刮渣器设备，大幅减少了设备维护工作量。

真空精炼炉配置氧枪保护装置后，因氧枪端部几乎不粘结渣钢或粘结渣钢程度非常轻，氧枪能确保长时间稳定运行，因此，完全可以取消真空高温环境下运行效果不佳的氧枪刮渣器，同时，免去了刮渣器的频繁维护和更换作业，大幅减轻了设备维护人员的工作强度。

附图说明

图1为本发明实施例所述真空精炼炉的氧枪保护装置的主视结构示意图；

图2为本发明实施例所述真空精炼炉的氧枪保护装置不包含密封机构的俯视结构示意图；

图3为本发明实施例所述密封机构的结构示意图；

图4为本发明实施例所述氧枪挡板的内部结构示意图，其中箭头代表冷却水流向；

图5为本发明实施例所述氧枪保护装置的初始状态结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明较佳实施例做详细说明。

如图1至图4所示，一种真空精炼炉的氧枪保护装置，其应用于真空精炼炉，所述真空精炼炉包括炉体（未图示），炉体顶部安装有真空盖10，真空盖10上于氧枪穿设工位安装有氧枪中心套筒20，炉体内于氧枪中心套筒20的下方安装有钢包防溅盖30，所述氧枪保护装置包括中空的转轴1和氧枪挡板2，所述转轴1垂直设置，氧枪挡板2水平固定安装于转轴1的底部11，转轴1的中空内腔穿设有两根进水管31和一根回水管32，进水管31的进水端311与冷却水供应装置（未图示）连通，回水管32的出水端321与回水储存装置（未图示）连通，所述氧枪挡板2包括数根并列的耐热钢管，相邻耐热钢管首尾相连形成水冷通道21，所述进水管31的出水端312和回水管32的进水端322分别与氧枪挡板2的水冷通道21的进水口、出水口连通并与氧枪挡板2固定连接，各进水管的出水端与回水管的进水端之间的水冷通道均为往复的s型通路；所述真空盖10上于氧枪中心套筒20的安装位置旁侧向上延伸有一通管，通管管腔为转轴通孔101，所述转轴1的顶部12自真空盖10下方经转轴通孔101穿出真空盖10外，转轴通孔101内的转轴1与真空盖10之间安装有对转轴1与真空盖10的空隙进行密封的密封机构4，所述氧枪挡板2位于VOD真空精炼炉内的真空盖10和钢包防溅盖30之间，转轴1与氧枪中心套筒20远离转轴一侧的外缘201在水平面投影的间距A小于转轴1与氧枪挡板2远离转轴一侧的外缘22的间距B，真空盖10的外侧安装有用于驱动转轴1旋转的旋转驱动机构5；所述氧枪挡板2的边沿具有一缺口23，所述缺口绕转轴轴心的径向宽度C略大于氧枪40的外径D，所述缺口23的开设位置以当氧枪40伸入钢包防溅盖20内后，氧枪挡板2随转轴1旋转到氧枪40所在工位时所述缺口23套设于氧枪40外侧壁上为限。

所述密封机构4包括中空的轴套41以及安装于轴套内的第一轴承42、定距件43、第二轴承44、环形的密封圈固定座45、密封圈46和环形的密封压盖47；所述轴套41的上端部沿其周向向外延伸有轴套挂耳411，轴套41的下端部水平向内弯折形成环形的支撑平台412，轴套41通过轴套挂耳411悬挂于转轴通孔101内，轴套41与转轴通孔101之间存在膨胀间隙，所述转轴1自支撑平台412穿设过轴套41，所述第一轴承42自上而下穿过转轴1设置于支撑平台412上，定距件43自上而下穿过转轴1压设于第一轴承42上，第二轴承44自上而下穿过转轴1并压设于定距件43上，第一轴承42、定距件43以及第二轴承44分别与转轴1以及轴套41的内侧壁411过盈配合，密封圈固定座46穿过转轴1压设于第二轴承上，所述密封圈46穿过转轴1嵌套于密封圈固定座45内，所述密封压盖47的外径与密封圈46的外径相同，密封压盖47的顶部沿其周向向外延伸的压盖挂耳471，密封压盖的底面为正圆台状的缺口部472，密封压盖47穿过转轴1嵌套于密封圈固定座45内，密封压盖47的底面缺口部472与密封圈46紧密接触，压盖挂耳叠置于轴套挂耳上，压盖挂耳471以及轴套挂耳411由螺栓48紧定于真空盖上。

所述转轴驱动机构5包括水平设置的驱动气缸51和旋转臂52，所述旋转臂52一端套固于转轴1上，旋转臂52的另一端与驱动气缸51的活塞杆511铰接。

本实施例所述真空精炼炉的氧枪保护装置的工作原理如下：

1）前炉次VOD真空冶炼氧枪开始吹氧前，如图5所示，氧枪挡板始终处于“待机位”，此时气缸的活塞杆保持在最大行程状态；

2）氧枪下降到吹氧位置开始吹氧之后，启动气缸，气缸带动活塞杆收缩回到最小行程状态，旋转臂带动转轴底部的氧枪挡板立即旋转至“工作位”，形成如图2所示的环抱氧枪的姿态，并于整个吹氧过程保持在该位置；氧枪挡板在真空吹氧脱碳过程中最大程度地阻挡从钢包内并穿过钢包防溅盖中心孔喷溅上来的渣钢，被喷溅粘附到氧枪挡板上的渣钢快速冷却，凝固收缩后自动脱离又回落到钢包内，以致渣钢几乎粘附不到氧枪端部，同时氧枪挡板也能阻挡喷溅特别剧烈的渣钢粘附到上方氧枪中心套内，对氧枪中心套筒起到阻隔渣钢粘附及高温热辐射冲击，一定程度上也确保了中心套筒设备运行状态和冶金功能实现；使用过程中水冷通道中通入一定流量和压力的机械冷却水，避免高温服役环境下受热变形；

3）当停止吹氧、准备提升氧枪至上方氧枪待机位之前，气缸再次驱动活塞杆伸出运行到最大行程状态，氧枪挡板回转至图5所示的“待机位”，氧枪挡板避让开来的主要目的是可以确保从氧枪中心套筒进行投料操作，否则挡板影响正常的物料下料到钢包内；然后氧枪升起，随后氧枪挡板一直维持在待机位至到整个真空冶炼结束，并保持到下一炉次氧枪吹氧之前，随着不同冶炼炉次依次循环下去。

为真空精炼炉增设氧枪保护装置预计渣钢清理频次可以由10炉一次下降约50炉一次，且清理起来比较容易，氧枪喷嘴堵塞影响真空吹氧脱碳冶炼效果的现象也几乎不再发生，氧枪端部平均使用寿命预计可由不足100炉提升到约300炉以上，同时，氧枪中心套筒内也不会出现渣钢粘结及设备快速老化现象，减少了设备维护工作量及运行成本。并且真空精炼装备能力得到充分发挥，超低碳氮不锈钢超低C、N含量冶炼能力得到了提升，预计实施后VOD冶炼结束平均C+N含量较实施前可下降约8ppm，真空冶炼效率也得到一定提高，预计实施后平均真空冶炼周期可较实施前下降约5min。

本发明所述真空精炼炉不限于VOD真空精炼炉，还可以基于VODC法使用的真空精炼炉；所述氧枪挡板可以焊接于转轴的底部，也可以与所述进水管出水端和回水管的进水端固定连接；氧枪挡板水平安装于真空盖与炉口之间的空间内，真空冶炼过程中炉口上方边缘也容易粘结有渣钢，故设置氧枪挡板与炉口的垂直间距为300～500mm，以防渣钢堆积到一定高度后影响氧枪挡板的正常旋转；所述密封机构结构不限于实施例所述，还可以为其他机械领域常规的用于真空密封的装置，由于轴套与转轴通孔之间保留热膨胀间隙，轴套底部向上支撑第一轴承，向下可阻挡冶炼中的高温辐射，第一轴承和第二轴承之间安装的定距件可确保轴承间距稳定，以达到旋转位置的抗扭转强度，密封圈固定座将第二轴承和密封圈隔离，限制了密封圈的工作位置并保证旋转灵活，密封压盖保证密封圈工作的稳定性；所述密封压盖结构不限于实施例所示，还可以设置为固定安装于密封定位座上的垫片结构，但实施例的结构可以使密封压盖在锁定过程中将密封圈推向转轴，实现密封圈紧密环抱转轴达到旋转密封效果；所述转轴驱动机构不限于实施例所示，还可以为旋转电机等机械领域常规的旋转驱动机构；所述氧枪挡板的水冷通道结构不限于实施例所示，可以为其他热交换领域常规的盘管结构；所述进水管和回水管的数量以氧枪挡板时刻能够确保内部水冷通道内时刻充满冷却水为限，所述水管均为耐高温水管。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种真空精炼炉的氧枪保护装置，其应用于真空精炼炉，所述真空精炼炉包括炉体，炉体顶部安装有真空盖，真空盖上于氧枪穿设工位安装有氧枪中心套筒，炉体内于氧枪中心套筒的下方安装有钢包防溅盖，其特征在于：所述氧枪保护装置包括中空的转轴和氧枪挡板，所述转轴垂直设置，氧枪挡板水平固定安装于转轴的底部，转轴的中空内腔穿设有至少一根进水管和一根回水管，进水管的进水端与冷却水供应装置连通，回水管的出水端与回水储存装置连通，氧枪挡板的内部设置有水冷通道，所述进水管的出水端和回水管的进水端分别与氧枪挡板的水冷通道的进水口、出水口连通并与氧枪挡板固定连接；所述真空盖上于氧枪中心套筒的安装位置旁侧向上延伸有一通管，通管管腔为转轴通孔，所述转轴的顶部自真空盖下方经转轴通孔穿出真空盖外，转轴通孔内的转轴与真空盖之间安装有对转轴与真空盖的空隙进行密封的密封机构，所述氧枪挡板位于真空精炼炉内的真空盖和钢包防溅盖之间，转轴与氧枪中心套筒远离转轴一侧的外缘在水平面投影的间距小于转轴与氧枪挡板远离转轴一侧的外缘的间距，真空盖的外侧安装有用于驱动转轴旋转的旋转驱动机构；所述氧枪挡板的边沿具有一缺口，所述缺口绕转轴轴心的径向宽度略大于氧枪的外径，所述缺口的开设位置以当氧枪下降到吹氧位置后，氧枪挡板随转轴旋转到氧枪所在工位时所述缺口套设于氧枪外侧壁上为限。

2.根据权利要求1所述的真空精炼炉的氧枪保护装置，其特征在于：所述氧枪挡板包括数根并列的耐热钢管，相邻耐热钢管首尾相连形成水冷通道，各进水管的出水端与回水管的进水端之间的水冷通道均为往复的s型通路。

3.根据权利要求1所述的真空精炼炉的氧枪保护装置，其特征在于：所述密封机构包括中空的轴套以及安装于轴套内的第一轴承、定距件、第二轴承、环形的密封圈固定座、密封圈和环形的密封压盖；所述轴套的上端部沿其周向向外延伸有轴套挂耳，轴套的下端部水平向内弯折形成环形的支撑平台，轴套通过轴套挂耳悬挂于转轴通孔内，轴套与转轴通孔之间存在膨胀间隙，所述转轴自支撑平台穿设过轴套，所述第一轴承自上而下穿过转轴设置于支撑平台上，定距件自上而下穿过转轴并压设于第一轴承上，第二轴承自上而下穿过转轴并压设于定距件上，第一轴承、定距件以及第二轴承分别与转轴以及轴套内侧壁过盈配合，所述密封圈固定座穿过转轴套设于第二轴承的上表面的轴套内，密封圈穿过转轴嵌套于密封圈固定座内，密封压盖穿过转轴锁紧于密封圈固定座的上端面，密封圈限定于密封圈固定座内。

4.根据权利要求3所述的真空精炼炉的氧枪保护装置，其特征在于：所述密封压盖的外径与密封圈的外径相同，密封压盖的顶部沿其周向向外延伸的压盖挂耳，密封压盖的底面为正圆台状缺口部，密封压盖穿过转轴嵌套于密封圈固定座内，密封压盖底面的缺口部与密封圈紧密接触，压盖挂耳叠置于轴套挂耳上，压盖挂耳以及轴套挂耳由螺栓紧定于真空盖上。

5.根据权利要求1所述的真空精炼炉的氧枪保护装置，其特征在于：所述转轴驱动机构包括水平设置的气缸和旋转臂，所述旋转臂一端套固于转轴上，旋转臂的另一端与驱动气缸的活塞杆铰接。

6.根据权利要求1所述的真空精炼炉的氧枪保护装置，其特征在于：氧枪挡板与钢包防溅炉盖的垂直间距为300～500mm。

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