CN112111625B - 一种rh真空喷粉精炼装置及其喷粉方法 - Google Patents

Abstract

一种RH真空喷粉精炼装置及其喷粉方法，属于钢水炉外精炼技术领域。RH真空精炼喷粉装置包括真空钢液循环装置和喷粉装置。其中，真空钢液循环装置包括真空室、浸渍管、钢包、提升气体管道。喷粉装置包括喷粉元件、供粉管、缓冲气室、快速连接部件。喷粉方法包括且不限于脱硫、脱氧、去夹杂、加入合金等精炼及合金化功能。优点在于，在RH常规结构基础上对真空槽底部进行改进，可对喷管安装参数进行调整，以适应不同钢种工艺需要；易于实施，方便维护，可提高生产效率，节约生产成本，具有很好的应用前景。

Description

一种RH真空喷粉精炼装置及其喷粉方法

技术领域

本发明属于钢水炉外精炼技术领域，特别涉及一种RH真空喷粉精炼装置及其喷粉方法。

背景技术

由德国Rheinstahl和Hutlenwerke公司联合开发的RH精炼技术，将真空精炼技术与钢水循环流动技术作了有效结合。RH技术具备处理周期短、工艺效果好、钢水纯净度高等一系列优点，成为重要的炉外精炼技术，在节奏快且生产能力大的炼钢厂得到广泛的应用。随着技术发展，RH精炼设备已可实现脱气、脱碳、脱硫、去除氧和夹杂、均匀温度和成分等多种精炼目的，由于处理钢种多和应用广泛，国内越来越多的钢厂也均装备和应用此技术。

将真空精炼技术与喷粉冶金技术相结合是RH重要的工艺技术。由于真空冶炼可以降低钢液中氧活度，隔绝空气，避免空气对钢液氧化，采用RH真空喷粉脱硫具有一系列优点。将喷粉与真空精炼进行结合的RH喷粉技术，还可用于实现脱氧、脱磷、加合金、去除夹杂等多个工艺目的。因此，在RH-OB、RH-KTB的基础上相继开发出一系列的RH喷粉技术来提高RH脱硫、脱氧、脱磷、加合金的工艺效果。如1985年新日铁大分厂开发的RH-IJ喷粉法,是在上升管下方设喷枪吹入氩气和粉剂，粉剂与钢液接触时间增长，减小了炉渣的影响。1987年由新日铁名古屋厂开发RH-PB法对RH-OB的吹氧喷嘴进行改造，增加喷粉脱硫脱磷等功能。1993年日本新日铁广钿开发RH-MFB多功能顶吹氧技术，氧枪增加了喷吹燃气和铁矿石粉的功能。1994年住友和歌山厂开发的RH-PTB喷粉技术，目的是解决钢水深冲碳和深脱硫的问题。同年Messo公司开发RH-MESID技术，可喷吹固体粉料。

随市场需求增长，对钢性能要求在提高，用户要求也越来越严格。以硫为例，对钢中硫含量小于0.003％的超低硫钢的需求在增加，个别高级别钢种要求达到15ppm以下，如高质量管线钢、耐腐蚀钢要求[S]≤0.0050％，甚至≤0.0010％，高牌号无取向电工钢也要求[S]≤0.0020％。除硫以外，高纯净钢种对氧、磷、氮等其它元素含量的要求同样也在提高。提高成分的精确控制水平，比如实现钙、镁等活泼元素的精确添加利于提高产品质量。为迎合市场，众多厂家为提高RH喷粉工艺水平，相继推出一系列新技术。主要是通过优化喷枪管道结构、喷枪喷粉方式、喷枪位置等方法进行改进，如RH真空精炼的钢包底吹喷粉技术、浸渍管喷粉技术、顶枪氧粉通道优化技术、偏心顶枪喷粉技术，还有相应的喷粉设备优化技术等。以上新技术均在一定程度上推动了RH喷粉技术的发展。纵观RH各种喷粉方法，仍然有一些问题需要克服：喷枪操作难度高，使用寿命短，如RH-IJ喷粉法；喷溅严重，如真空室侧吹或顶吹；喷口易堵,如RH-IJ喷粉法；影响吹氧或其它操作，如RH顶吹喷粉法；维护难度较大，如RH-PB法；喷入粉剂的利用率较低，精炼时间延长，如RH-PTB法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种RH真空喷粉精炼装置及其喷粉方法，克服了喷枪操作难度高，使用寿命短，喷溅严重，喷口易堵，维护难度较大等问题。

本发明通过改进喷粉装置，提高喷粉技术水平、喷粉粉剂收得率，将喷粉与真空精炼和钢水循环相结合，有效提高RH精炼的脱硫、脱碳、脱磷等反应控制水平，缩短精炼时间，尤其是对于生产超低硫、低氧的高质量优质钢。本发明在提高工艺水平的同时降低高附加值优质钢的生产成本，提高生产能力。

本发明考虑喷粉的技术问题，结合RH真空精炼的流场特点，提出新的RH喷粉方法。本发明通过优化真空室内喷粉的位置，吸取钢包内和真空顶枪喷粉的优点，来提高钢液的喷粉工艺技术水平。

本发明可用于多种精炼功能，适用于RH精炼深脱硫处理，可缩短RH深脱硫时间，进而缩短精炼周期，实现快速精炼的工艺目标，同时也可利于降低用氧消耗，提高钢液的纯净度，还可用于合金加入和改变非金属夹杂物的形态等工艺，这是本发明技术的意义。

本发明的RH真空精炼喷粉装置包括真空钢液循环装置和喷粉装置。其中，真空钢液循环装置包括真空室1、浸渍管2、钢包3、提升气体管道4。浸渍管2分为上升管21和下降管22，上升管21和下降管22上部均与真空室1底部相连，并且上升管21和下降管22下部均插入钢包3内钢液中；提升气体管道4安装在上升管21的耐材内，提升气体管道4自上升管21管壁进入钢液；钢液在真空和提升气体作用下在真空室1和钢包3间循环流动。

其中，喷粉装置包括喷粉元件5、供粉管6、缓冲气室7、快速连接部件8。喷粉元件5通过快速连接部件8和缓冲气室7与供粉系统的供粉管6相连。喷粉元件5上端与钢液接触，下端与快速连接部件8连接。缓冲气室7的入口端与供粉管6连接，出口端与快速连接部件8相连。

其中，喷粉装置采用的喷粉元件5可为钢管或其它耐火材料等形式，安装位置在真空室1的底部。喷粉元件5部分或全部嵌入在底部耐火材料中，贯穿真空室1底部。底部耐火砖通常采用镁铬质或其它材质砌筑。

喷粉元件5的数量为1～10个，可分布在真空槽内与上升管和下降管中心连线相垂直的中心垂线上及其附近区域。喷粉元件5与上升管21和下降管22中心连线的距离可为0～R_{真空槽内径},见图2。根据工艺要求和浸渍管的形状调整喷粉元件的位置。

本发明的喷粉装置采用喷粉元件5为钢管形式，也可采用多种透气砖等其它形式。钢管的竖直安装角度，即与竖直垂线最小夹角为0～60度。钢管的水平安装角度，即在槽底面上钢管的投影与上升管21和下降管22中心连线间最小夹角，为0～90度。钢管的内径为1～30mm。钢管可采用单层管或多层管结构。

本发明的喷粉装置在快速连接部件8的入口处与缓冲气室7连接，同时起到粉剂缓冲和稳定气流的作用。可采用一个缓冲气室7与多个喷粉元件连接的方式，也可为每个喷粉元件单独配备缓冲气室7。

本发明使用的喷粉载气可为氩气、氮气、二氧化碳等气体。

本发明所使用的喷粉粉剂类型不限于钙基化合物、铁基化合物、碳酸盐、镁单质、铝单质等粉剂，粒度为0～3mm。

本发明的喷粉方法包括且不限于脱硫、脱氧、去夹杂、加入合金等精炼及合金化功能。

为进一步实现本发明的目的，本发明针对钢水精炼提供一种RH真空精炼喷粉的方法，包括如下步骤：

(1)钢包进站前，要提前通过快速接头将真空室的喷粉接口与供粉系统对接，并开通载气为保护气状态，压力为>0.1MPa。

(2)钢包进站后，首先通过顶升钢包或下降真空室调整适当插深，可控制在400～700mm；

(3)处理前开启真空系统预抽真空，开始精炼后快速启动真空泵抽真空程序，提升真空室内钢水液位到400mm以上；同时由上升管吹入提升氩气，在提升气体作用下钢液正常循环流动。

(4)根据精炼钢种的要求，抽真空到需要的真空压力，开始精炼，包括吹氧、脱气或脱碳等操作；

(5)根据精炼工艺要求，调节喷粉系统各参数，开启喷粉系统开始喷吹精炼。喷粉载气压力范围0.1～0.8MPa、粉气比2～20，粉剂由载气输送经由喷吹元件进入真空室熔池。

(6)根据喷粉粉剂工艺要求调节吹氩强度0.005～0.015Nm³/(t.min)，提供良好的钢液循环和反应传质条件；

(7)测温取样，达到工艺目标后精炼结束，静置后出站。

(8)保持喷粉载气为保护气状态，压力>0.1MPa，及时检查出口流量压力等参数，保证管口通畅。

本发明的有益效果在于：

1、本发明的RH真空喷粉精炼装置考虑了真空室内钢液的流场特点，通过结合不同钢种的需要来改变喷粉枪的安装位置和布置位置，改进喷粉效果，提高生产效率，节约生产成本。

2、采用本发明装置喷入的粉剂充分结合真空室内钢液的流动特性，与钢液进行充分混合后再进入大包进行循环。由于粉剂喷入真空室内钢液内部后，相间传质和反应速度均提高，可在真空条件下进行高效脱硫反应，提高脱硫效果，生产优质超低硫钢。

3、采用本发明技术喷入合金粉剂，由于传质速率加快，加入的合金迅速与钢液混合，循环时间减少，与熔渣和耐材的接触机率降低，从而提高粉剂的利用率和合金收得率。

4、采用本发明技术可提高喷粉效率，粉剂在钢液中与大量的气泡一起运动，促进夹杂物的碰撞、聚集和长大，有利于夹杂物去除，使生产成本降低，提高钢液纯净度。

5、采用本发明装置喷粉的方法也可用于脱氧和脱磷，增大生产能力，缩短生产周期。

6、此用本发明技术，粉剂在真空室与钢液充分混合，与真空室顶部和侧部加入的方法相比，减少了粉剂在真空室内滞留在液面渣层上或直接受真空系统影响而逸散，提高粉剂的利用率。

7、本发明的喷管位置受真空室中钢液面高度的影响较小，操作比较稳定、方便，利于生产持续可靠稳定的运行。

8、本发明的喷粉精炼装置结构简单，可在维护槽底耐材时对喷管安装参数进行调整，以适应不同钢种工艺需要。

9、本发明技术是在RH常规结构的基础上对真空槽底部进行改进，喷粉元件便于安装，技术利于实施，方便维护，因此技术可在工厂推广使用，具有很好的实用意义。

附图说明

图1为真空精炼喷粉装置立面结构示意图。

图2为真空精炼喷粉装置的喷管布置区域俯视示意图。

图3为真空精炼喷粉装置的喷管角度范围示意图-竖直投影面图。

图4为真空精炼喷粉装置的喷管角度范围示意图－槽底投影面图

图5为本发明实施例1的喷管布置剖面示意图－真空室内俯视图。

图6为本发明实施例1的喷管布置示意图－侧视图。

图7为本发明实施例1嵌入耐火材料的喷管图。

图8为本发明实施例2的喷管布置剖面示意图－真空室内俯视图。

图9为本发明实施例2嵌入耐火材料的喷管装置图。

图10为本发明实施例3的喷管布置剖面示意图－真空室内俯视图。

图11为本发明实施例3嵌入耐火材料的喷管装置图

图中：真空室1、浸渍管2、钢包3、提升气体管道4、喷粉元件5、供粉管6、缓冲气室7、快速连接部件8、上升管21、下降管22。

具体实施方式

参照附图对本发明的装置作进一步说明。

实施例1

如图5～7所示，本发明用于钢水真空精炼喷粉脱硫，装置包括：真空室1、钢包3、喷粉元件5、缓冲气室7、快速连接部件8、上升管21、下降管22、提升气体管道4等。

RH浸渍管内径550m，真空室内径1860mm。喷粉元件采用钢管形式，砌入真空室槽底，见图5，数量为2支。布置位置靠近上升腿附近的真空室上下两侧。上升管上口附近的钢液翻腾剧烈，布置在此区域附近可使脱硫粉剂与钢液有充分的接触并进行反应，同时也最大程度延长了粉剂在真空室内的停留时间，保证粉剂进入钢液后有更充分的机会进行脱硫反应，从而增加移动脱硫的效果。喷粉管的内径为8mm，脱硫剂采用的是氧化钙和氟化钙系粉剂，粒径以小于0.5mm为主。

所述装置为生产超低硫钢采用的真空室精炼喷粉脱硫的方法，按如下步骤进行：

(1)钢包进站前，检查并保证真空室的喷粉接口与输粉系统管道对接，调整载气参数，保持压力0.2MPa。

(2)钢包进站，顶升钢包调整插深，控制在500mm；

(3)开启真空系统，开始精炼后启动真空泵抽真空程序，提升真空室内钢水液位大于400mm；同时由上升管吹入提升氩气，在提升气体作用下钢液正常循环流动，吹氩强度0.006Nm³/(t.min)。

(4)根据精炼钢种的要求，调好真空度。

(5)根据精炼钢种的要求，开始精炼，进行充分的脱氧或其它操作；

(6)根据精炼要求，调节喷粉系统各参数，开启喷粉系统开始脱硫。喷粉载气压力0.35MPa、粉剂由载气输送经由喷吹元件进入真空室熔池。

(7)根据喷粉粉剂工艺要求控制吹氩强度，可保持0.009Nm³/(t.min)；

(8)喷粉完成后，增大吹氩强度至0.012Nm³/(t.min),测温取样，继续完成调合金等其它工艺步骤；

(9)达到目标成分后，精炼结束，静置后破空，关闭提升气体,出站。

(10)始终保持喷粉载气为保护气状态，调节压力为0.2MPa，即时监控出口流量压力等参数，保证喷粉管道通畅。

通过采用本技术方案，本实例在初始硫为0.003％的条件下进行脱硫操作，喷粉时间15min，在出站前硫降低到0.0009％，脱硫率达到70％。钢液喷粉的粉剂利用率提高，同时提升了钢液的脱硫控制水平和钢液洁净度。

实施例2

如图8～9所示，本发明的钢水真空精炼喷粉脱硫装置包括：真空室1、钢包3、喷粉元件5、缓冲气室7、快速连接部件8、上升管21、下降管22、提升气体管道4等。

RH浸渍管内径550m，真空室内径1860mm。喷粉元件采用钢管形式，砌入真空室槽底，见图8，数量为4支。喷管竖直倾角角度为20度，见图9。图中,喷管均指向上升腿的中心上部附近，喷管与升降管中心连线的水平夹角分别为15度和50度。

4支喷嘴均匀布置在上升管至下降管运动的钢流中，同时考虑了脱氧反应的进行和小气泡去夹杂的过程。首先通过多支喷管喷入脱氧粉剂，迅速发生脱氧反应。完成脱氧之后，喷管继续吹入气体，气泡使真空槽内的流场发生微弱扰动，与上升的气泡互相剪切后，生成部分被击碎的小气泡，从而增大夹杂物的碰撞、聚集和长大的机率，达到了促进脱氧及去夹杂的过程。喷管内径为15mm，脱氧剂采用的是以氧化铝、碳酸盐类为主的粉剂，粉粒粒径小于2mm。

所述装置为生产低氧钢采用的真空室精炼喷粉脱氧的方法按如下步骤进行：

(1)钢包进站前，检查并保证真空室的喷粉接口与输粉系统管道对接，调整载气参数，保持压力0.2MPa。

(2)钢包进站，顶升钢包调整插深在500mm；

(3)开启真空系统，开始精炼后启动真空泵抽真空程序，提升真空室内钢水液位到400mm以上；同时由上升管吹入提升氩气，在提升气体作用下钢液正常循环流动，吹氩强度按0.006Nm³/(t.min)调节。

(4)根据精炼钢种的要求，保持真空度，开始精炼，

(5)根据精炼要求，调节喷粉系统各参数，开启喷粉系统开始脱氧。喷粉载气压力0.4MPa，粉剂由载气输送经由喷吹元件进入真空室熔池。

(6)根据喷粉粉剂工艺要求调整吹氩强度0.012Nm³/(t.min)；

(7)喷粉脱氧完成后，继续保持喷粉载气流量，控制压力在0.3MPa。

(8)完成微调合金等其它工艺步骤，测温取样，达到目标成分后精炼结束，静置后破空，关闭提升气体后出站。

(9)保持喷粉载气为保护气状态，调节压力为0.2MPa，即时监控出口流量压力等参数，保证喷粉管道通畅。

通过采用本技术方案，本实例在初始氧为0.030％的条件下进行脱氧操作，喷粉时间10～20min，在出站前氧降低到0.0012％，脱氧率达到60％，大幅提高了钢液的脱氧去夹杂控制水平和钢液洁净度。

实施例3

如图10～11所示，本发明的钢水真空精炼合金粉剂喷吹装置包括：真空室1、钢包3、喷粉元件5、缓冲气室7、快速连接部件8、上升管21、下降管22、提升气体管道4等。

RH浸渍管内径550m，真空室内径1860mm。喷粉元件采用钢管形式，砌入真空室槽底，见图10，数量为2支。喷管竖直倾角角度为15度，见图9。均倾向下降腿中心方向。

通过喷管喷入合金粉剂后，迅速熔化于钢液中，并且随钢液快速参与循环流动中，尽快完成合金成分的均匀化。喷管内径为10mm，粉剂采用的是钙铁合金粉，粉粒粒径小于1mm。

通过所述装置为生产某特钢采用的真空精炼喷吹钙粉方法，可按如下步骤进行：

(1)钢包进站前，检查并保证真空室的喷粉接口与输粉系统管道对接，调整载气参数，保持压力0.2MPa。

(2)钢包进站，顶升钢包调整插深，控制在500mm；

(3)开启真空系统，开始精炼后启动真空泵抽真空程序，提升真空室内钢水液位到400mm以上；同时由上升管吹入提升氩气，在提升气体作用下钢液正常循环流动，吹氩强度按钢种工艺要求进行调节。

(4)根据精炼钢种的要求，保持真空度，开始精炼，完成脱氧脱气等工艺要求。

(5)调节喷粉系统参数，开启喷粉系统开始喷入合金粉剂。喷粉载气压力0.3MPa，粉剂由载气输送经由喷吹元件进入真空室熔池。

(6)保持吹氩强度0.006Nm³/(t.min)；

(7)测温取样，达到目标成分后精炼结束，静置后破空，关闭提升气体后出站。

(8)保持喷粉载气为保护气状态，调节压力为0.2MPa，即时监控出口流量压力等参数，保证喷粉管道通畅。

通过采用本技术方案，本实例进行调节钙含量的操作，喷粉时间3～4min，在出站前钙含量调到0.0012％，通过缩短循环时间，减小合金元素与熔渣、耐材的接触，来提高收得率，钙元素收得率达到35％，利于提高钢液洁净度和降低成本。

以上实例是本发明较佳的具体实施方式，仅用于说明本发明的技术方案而非限制。本领域技术人员应理解，在本发明技术方案范围内进行的通常细节变化、形式变化和替换都应含在本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种RH真空喷粉精炼装置，其特征在于，包括真空钢液循环装置和喷粉装置；

真空钢液循环装置包括真空室(1)、浸渍管(2)、钢包(3)、提升气体管道(4)；浸渍管(2)分为上升管(21)和下降管(22)，上升管(21)和下降管(22)上部均与真空室(1)底部相连，并且上升管(21)和下降管(22)下部均插入钢包(3)内钢液中；提升气体管道(4)安装在上升管(21)的耐材内，提升气体管道(4)自上升管(21)管壁进入钢液；钢液在真空和提升气体作用下在真空室(1)和钢包(3)间循环流动；

喷粉装置包括喷粉元件(5)、供粉管(6)、缓冲气室(7)、快速连接部件(8)；喷粉元件(5)通过快速连接部件(8)和缓冲气室(7)与供粉系统的供粉管(6)相连；喷粉元件(5)上端与钢液接触，下端与快速连接部件(8)连接；缓冲气室(7)的入口端与供粉管(6)连接，出口端与快速连接部件(8)相连；喷粉元件(5)安装位置在真空室(1)的底部；

喷粉元件(5)为钢管或透气砖，喷粉元件(5)部分或全部嵌入在真空室(1)底部耐火材料中，贯穿真空室(1)底部；底部耐火砖采用镁铬质砌筑；

喷粉元件(5)的数量为1～10个，分布在真空槽内与上升管和下降管中心连线相垂直的中心垂线上及其附近区域；喷粉元件(5)与上升管(21)和下降管(22)中心连线的距离为0～R_{真空槽内径}；

钢管的竖直安装角度，即与竖直垂线最小夹角为0～60度；钢管的水平安装角度，即在槽底面上钢管的投影与上升管(21)和下降管(22)中心连线间最小夹角，为0～90度；钢管的内径为1～30mm；钢管采用单层管或多层管结构。

2.根据权利要求1所述的RH真空喷粉精炼装置，其特征在于，喷粉元件在快速连接部件(8)的入口处与缓冲气室(7)连接，同时起到粉剂缓冲和稳定气流的作用；可采用一个缓冲气室(7)与多个喷粉元件连接的方式，也能为每个喷粉元件单独配备缓冲气室(7)。

3.一种权利要求1所述的RH真空喷粉精炼装置的喷粉方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)钢包进站前，要提前通过快速接头将真空室的喷粉接口与供粉系统对接，并开通载气为保护气状态，压力为>0.1MPa；

(2)钢包进站后，首先通过顶升钢包或下降真空室调整400～700mm插深；

(3)处理前开启真空系统预抽真空，开始精炼后启动真空泵抽真空程序，提升真空室内钢水液位到400mm以上；同时由上升管吹入提升氩气，在提升气体作用下钢液正常循环流动；

(4)根据精炼钢种的要求，抽真空到需要的真空压力，开始精炼，包括吹氧、脱气或脱碳操作；

(5)根据精炼工艺要求，调节喷粉系统各参数，开启喷粉系统开始喷吹精炼；喷粉载气压力范围0.1～0.8MPa、粉气比2～20，粉剂由载气输送经由喷吹元件进入真空室熔池；

(6)根据喷粉粉剂工艺要求调节吹氩强度0.005～0.015Nm³/(t.min)，提供良好的钢液循环和反应传质条件；

(7)测温取样，达到工艺目标后精炼结束，静置后出站；

(8)保持喷粉载气为保护气状态，压力>0.1MPa，及时检查出口流量压力参数，保证管口通畅。

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