CN113005256B - 一种顶吹底吹双用熔炼装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种顶吹底吹双用熔炼装置，包括转炉、炉盖、支座、用于驱动转炉旋转的驱动机构和吹炼机构，转炉的炉身为球形，转炉与支座旋转连接，转炉内部设有耐火内衬，转炉与支座的连接处设有用于排出烟气的排出管，吹炼机构包括顶吹管、底吹结构和进气管，顶吹管和底吹结构均固定于炉盖上，顶吹管与炉盖同轴心设置，顶吹管设有耐火包裹层，底吹结构设于炉盖内侧，底吹结构为圆柱形，底吹结构可插入转炉的炉口中且底吹结构外壁紧贴炉口内壁，底吹结构采用与耐火内衬相同的材料，底吹结构留有多个气孔，所有气孔均连通至进气管，炉盖及吹炼机构可随着转炉的旋转同步运动，吹炼机构还配备有用于限制进气管运动路径的管路控制机构。

Description

一种顶吹底吹双用熔炼装置

技术领域

本发明涉及金属冶炼领域，具体为一种顶吹底吹双用熔炼装置。

背景技术

转炉炼钢（ConverterSteelmaking）是以铁水、废钢、铁合金为主要原料，不借助外加能源，靠铁液本身的物理热和铁液组分间化学反应产生热量而在转炉中完成炼钢过程，主要用于生产碳钢、合金钢及铜和镍的冶炼。转炉按耐火材料分为酸性和碱性，按气体吹入炉内的部位有顶吹、底吹和侧吹，按气体种类为分空气转炉和氧气转炉。

顶吹法是把氧气喷枪从炉顶插入炉内，吹入氧气（纯度大于99%的高压氧气流），使它直接跟高温的铁水发生氧化反应，除去杂质。用纯氧代替空气可以克服由于空气里的氮气的影响而使钢质变脆，以及氮气排出时带走热量的缺点。在除去大部分硫、磷后，当钢水的成分和温度都达到要求时，即停止吹炼，提升喷枪，准备出钢。出钢时使炉体倾斜，钢水从出钢口注入钢水包里，同时加入脱氧剂进行脱氧和调节成分。

底吹法是将底吹气体在底吹阀门站经压力和流量调节后通过转炉托圈耳轴上的旋转接头供给转炉炉底的各个透气元件，在冶炼时，底吹气体通过透气元件吹入熔池。

氧气顶吹转炉炼钢法具有冶炼速度快、炼出的钢种较多、质量较好，以及建厂速度快、投资少等许多优点，但是顶吹法的特点决定了它具有渣中含铁高，钢水含氧高，废气铁尘损失大和冶炼超低碳钢困难等缺点，而底吹法则在很大程度上能克服这些缺点。

只采用顶吹工艺时，在冶炼过程中都是氧化性气氛，去硫效率差，昂贵的合金元素也易被氧化而损耗，因而所炼钢种和质量就受到一定的限制，且顶吹法存在较大的搅拌死区，从而造成熔池成分和温度不均匀，且炉衬的侵蚀也很不均匀，尤其在炉役后期炉容比增大时尤为突出。

只采用底吹工艺时会使得钢水含氢量偏高，需在停吹后喷吹惰性气体进行清洗。基于以上两种方法在冶金学上显现出的明显差别，故在20世纪70年代以后，国外许多国家着手研究结合两种方法优点的顶底复吹冶炼法。继奥地利人Dr.Eduard等于1973年研究转炉顶底复吹炼钢之后，世界各国普遍开展了转炉复吹的研究工作，出现了各种类型的复吹转炉。

但是，现有的复吹转炉一般包含用于顶吹的炉口和底部的底吹供气结构，底吹供气结构直接在炉体上开设供气孔，在吹炼过程中，炉体是保持固定的，即顶吹装置和底吹装置无法跟随转炉进行旋转，导致炉内仍然存在一定的搅拌死区，吹炼一旦开始便无法轻易调整，使用灵活性差；顶吹系统和底吹系统相互分离，不仅结构复杂，操作复杂，而且增大了现场施工布置难度。

发明内容

本发明的目的是针对上述背景技术中存在的问题，提供一种顶吹底吹双用熔炼装置，将顶吹系统和顶吹系统结合在一起，只需通过转炉的一个炉口便可以进行顶吹和底吹的工序，在吹炼的过程中可对转炉进行翻转，提高炉内物料的搅拌度，消除搅拌死区。

为了实现上述发明目的，本发明采用了以下技术方案：

一种顶吹底吹双用熔炼装置，包括转炉、炉盖、用于支撑转炉的支座、用于驱动转炉旋转的驱动机构和吹炼机构，所述转炉的炉身为球形，转炉与支座旋转连接，转炉内部设有耐火内衬，转炉与支座的连接处设有用于排出烟气的排出管，所述吹炼机构包括顶吹管、底吹结构和进气管，所述顶吹管和底吹结构均固定于炉盖上，顶吹管与炉盖同轴心设置，顶吹管设有耐火包裹层，所述底吹结构设于炉盖内侧，底吹结构为圆柱形，底吹结构可插入所述转炉的炉口中且底吹结构外壁紧贴所述炉口内壁，底吹结构采用与所述耐火内衬相同的材料，底吹结构留有多个气孔，所有气孔均连通至进气管，所述炉盖及吹炼机构可随着转炉的旋转同步运动，吹炼机构还配备有用于限制所述进气管运动路径的管路控制机构。

与现有技术相比，采用了上述技术方案的顶吹底吹双用熔炼装置，具有如下有益效果：

一、顶吹系统和顶吹系统可以同时通过一个炉口对炉内物料进行吹炼，相比于现有顶底分别吹炼的方式，顶吹系统和顶吹系统无需单独布置，结构更加简单，有利于降低投入，且在吹炼的过程中，可通过控制转炉的旋转随时切换顶吹和底吹模式，可以使顶吹和底吹循环交替进行，结合顶吹和底吹的优势，在转炉翻转的过程中，可以提高炉内物料的搅拌度，消除搅拌死区。

二、球形的炉体可以最大程度地消除偏心旋转的惯性，缩短转炉重心与旋转之间的力矩，有利于减少能耗和旋转轴的磨损。

三、通过管路控制机构使得顶吹系统和底吹系统的气路布置更加合理，在转炉翻转的过程中，输送气体的管道可以随着炉盖以一定的路径运动，避免被管道被损坏和发生缠绕。

优选的，耐火内衬延伸至转炉的炉口内侧边缘；所述底吹结构与炉盖之间留有用于气体通过的通道，所述通道和气孔共同连通至进气管，进行底吹工序时，底吹结构侧壁与转炉的炉口内壁之间必然存在一定缝隙，通过所述通道可以使部分底吹气体穿过底吹结构与炉口内壁之间的缝隙进入炉腔中，从而防止颗粒度较小的物料或已经融化的物料进入底吹结构与炉口内壁之间的缝隙中，避免导致漏料或炉口被封死的后果。

优选的，进气管包括有顶吹气路和底吹气路，所述顶吹气路连接至顶吹管，所述底吹气路连接至底吹结构。

优选的，管路控制机构包括半环形的管路轨道和管路收放结构，管路收放结构设于管路轨道外侧，所述进气管与管路轨道内侧滑动连接，所述进气管与管路收放结构通过输气管相连接，所述输气管采用软质材料，输气管内置于管路轨道中，在转炉翻转的过程中，与炉盖连接的进气管可以沿着半环形的管路轨道滑动，且输气管可以随之向外延伸和向内收回，即可以保持气路的通畅，又可以防止输气管暴露于外部被温度较高的炉身烫坏，降低危险发生概率。

优选的，管路收放结构包括限位壳体和螺旋管，所述螺旋管采用弹性材料，螺旋管一端与限位壳体固定连接，另一端与输气管一体连接，螺旋管结构简单易进行施工布置，且螺旋管既可以实现输送气体的作用，又可以实现对输气管的收放。

优选的，管路轨道内侧设有滑槽和可沿所述滑槽运动的滑轮，所述进气管与所述滑轮固定连接，所述滑槽的槽底留有槽道，所述进气管端部穿过所述槽道连接至输气管，有利于进气管沿着管路轨道沿着特定路径滑动，且可以对连接着进气管的炉盖起到支撑作用，方便炉盖的打开和关闭。

优选的，进气管侧壁设有弧形隔热板，所述弧形隔热板紧贴管路轨道内侧壁，弧形隔热板的凹面还设有热反射板，由于转炉周围温度较高，而采用软质材料的输气管耐热性相对较差，且输气管中的输送的气体往往是易燃气体，若输气管被高温破坏容易产生严重的后果，弧形隔热板隔绝大量热量，而且热反射板可以将部分热量反射回转炉上，有利于降低转炉的热能损失。

附图说明

图1为本发明顶吹底吹双用熔炼装置实施例的结构示意图（顶吹状态）。

图2为本发明顶吹底吹双用熔炼装置实施例的结构示意图（底吹状态）。

图3为本实施例中转炉的结构示意图。

图4为本实施例中吹炼机构的结构示意图。

图5为本实施例中吹炼机构的剖面示意图。

图6为本实施例中吹炼气路的示意图。

图7为本实施例中管路控制机构的结构示意图。

图8为本实施例中管路控制机构的侧视图。

图9为本实施例的工作方式示意图。

附图标记：1、转炉；10、耐火内衬；11、排出管；2、炉盖；3、支座；4、驱动机构；5、吹炼机构；50、顶吹管；500、耐火包裹层；51、底吹结构；510、气孔；511、通道；52、进气管；520、顶吹气路；521、底吹气路；53、弧形隔热板；530、热反射板；6、管路控制机构；60、管路轨道；600、滑槽；601、滑轮；61、管路收放结构；610、限位壳体；611、螺旋管；62、输气管。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述。

如图1和图2所示的顶吹底吹双用熔炼装置，包括转炉1、炉盖2、用于支撑转炉1的支座3、用于驱动转炉旋转的驱动机构4、吹炼机构5和管路控制机构6，转炉1的炉身为球形，转炉1与支座3旋转连接，自然状态下转炉1的炉口朝向正上方，驱动机构4可以驱动转炉1旋转180°使得炉口朝向正下方。炉盖2及吹炼机构5可随着转炉1的旋转同步运动，管路控制机构6用于限制和引导吹炼所用管路的运动路径。 当转炉1的炉口朝向正上方时，炉内进行顶吹工序；当转炉1的炉口朝向正下方时，炉内进行底吹工序。

如图3所示，转炉1内部设有耐火内衬10，耐火内衬10采用耐火性抗摩擦性较好的高纯镁白云石砖，耐火内衬10延伸至转炉1的炉口内侧边缘，即转炉1内腔及炉口均被耐火内衬10覆盖，转炉1与支座3的连接处设有用于排出烟气的排出管11，排出管11由支座3向外延伸，由于排出管11位于转炉1的旋转轴处，无论转炉1旋转至任何角度，排出管11的位置一定，可以避免排出管11被转到靠下位置而被物料堵塞。

如图4至图6所示，吹炼机构5包括顶吹管50、底吹结构51和进气管52，顶吹管50和底吹结构51同时固定于炉盖2上，进气管52用于各种吹炼所用其他的输入，进气管52采用与炉盖2相同的金属材料，进气管52固定设于炉盖2的外侧中心位置，进气管52包括有顶吹气路520和底吹气路521，顶吹气路520连接至顶吹管50，底吹气路521连接至底吹结构51。

顶吹管50与炉盖2同轴心设置，顶吹管50与进气管52内部的顶吹气路520连通，顶吹管50设有耐火包裹层500，该耐火包裹层500采用与耐火内衬10相同的耐火材料，当炉盖2盖在转炉1上时，顶吹管50由炉盖2内侧延伸至转炉1的炉腔中。

底吹结构51设于炉盖2内侧，底吹结构51为圆柱形，底吹结构51采用与耐火内衬10相同的材料，底吹结构51可插入转炉1的炉口中，且当底吹结构51插入炉口中时，其外壁紧贴炉口内壁。

底吹结构51留有多个气孔510，多个气孔510于底吹结构51朝向炉腔的一面上周向等距排列，底吹结构51与炉盖2的内表面之间留有用于气体通过的通道511，该通道511和气孔510共同连通至进气管52内部的底吹气路521，进行底吹工序时，底吹结构51侧壁与转炉1的炉口内壁之间必然存在一定缝隙，通过所述通道511可以使部分底吹气体穿过底吹结构51与炉口内壁之间的缝隙进入炉腔中，从而防止颗粒度较小的物料或已经融化的物料进入底吹结构51与炉口内壁之间的缝隙中，避免导致漏料或炉口被封死的后果。

如图7至图9所示，管路控制机构6包括半环形的管路轨道60和管路收放结构61，管路收放结构61设于管路轨道60外侧，所述进气管52与管路轨道60内侧滑动连接，管路轨道60内侧设有滑槽60和可沿该滑槽600运动的滑轮601，进气管52与滑轮601固定连接，滑槽60的槽底留有槽道。

管路轨道60中内置有两条输气管62，输气管62采用软质材料，进气管52的尾端部穿过槽道，进气管52中的顶吹气路520和底吹气路521分别通过一条输气管62与管路收放结构61相连接，管路收放结构61包括限位壳体610和两个螺旋管611，螺旋管611采用弹性材料，螺旋管611一端与限位壳体610固定连接，另一端可自由活动，两个螺旋管611互相盘绕在一起，两个螺旋管611的自由端分别与两条输气管62一体连接，螺旋管611在自然状态下处于收缩状态，受到外力时可向外延伸。

进气管52侧壁设有弧形隔热板53，弧形隔热板53紧贴管路轨道60内侧壁，弧形隔热板53的凹面还设有热反射板530，由于转炉1周围温度较高，而采用软质材料的输气管62耐热性相对较差，且输气管62中的输送的其他往往是易燃气体，若输气管62被高温破坏容易产生严重的后果，弧形隔热板53隔绝大量热量，而且热反射板530可以将部分热量反射回转炉1上，有利于降低转炉1的热能损失。

以上所述是本发明的优选实施方式，对于本领域的普通技术人员来说不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干变型和改进，这些也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种顶吹底吹双用熔炼装置，其特征在于：包括转炉（1）、炉盖（2）、用于支撑转炉（1）的支座（3）、用于驱动转炉（1）旋转的驱动机构（4）和吹炼机构（5），所述转炉（1）的炉身为球形，转炉（1）与支座（3）旋转连接，转炉（1）内部设有耐火内衬（10），转炉（1）与支座（3）的连接处设有用于排出烟气的排出管（11），

-所述吹炼机构（5）包括顶吹管（50）、底吹结构（51）和进气管（52），所述顶吹管（50）和底吹结构（51）均固定于炉盖（2）上，顶吹管（50）与炉盖（2）同轴心设置，顶吹管（50）设有耐火包裹层（500），所述底吹结构（51）设于炉盖（2）内侧，底吹结构（51）为圆柱形，底吹结构（51）可插入所述转炉（1）的炉口中且底吹结构（51）外壁紧贴所述炉口内壁，底吹结构（51）采用与所述耐火内衬（10）相同的材料，底吹结构（51）留有多个气孔（510），所有气孔（510）均连通至进气管（52），

-所述炉盖（2）及吹炼机构（5）可随着转炉（1）的旋转同步运动，吹炼机构（5）还配备有用于限制所述进气管（52）运动路径的管路控制机构（6）；

所述耐火内衬（10）延伸至转炉（1）的炉口内侧边缘；所述底吹结构（51）与炉盖（2）之间留有用于气体通过的通道（511），所述通道（511）和气孔（510）共同连通至进气管（52）；

所述管路控制机构（6）包括半环形的管路轨道（60）和管路收放结构（61），管路收放结构（61）设于管路轨道（60）外侧，所述进气管（52）与管路轨道（60）内侧滑动连接，所述进气管（52）与管路收放结构（61）通过输气管（62）相连接，所述输气管（62）采用软质材料，输气管（62）内置于管路轨道（60）中；

所述管路轨道（60）内侧设有滑槽（600）和可沿所述滑槽（600）运动的滑轮（601），所述进气管（52）与所述滑轮（601）固定连接，所述滑槽（600）的槽底留有槽道，所述进气管（52）端部穿过所述槽道连接至输气管（62）。

2.根据权利要求1所述的顶吹底吹双用熔炼装置，其特征在于：所述进气管（52）包括有顶吹气路（520）和底吹气路（521），所述顶吹气路（520）连接至顶吹管（50），所述底吹气路（521）连接至底吹结构（51）。

3.根据权利要求1所述的顶吹底吹双用熔炼装置，其特征在于：所述管路收放结构（61）包括限位壳体（610）和螺旋管（611），所述螺旋管（611）采用弹性材料，螺旋管（611）一端与限位壳体（610）固定连接，另一端与输气管（62）一体连接。

4.根据权利要求1所述的顶吹底吹双用熔炼装置，其特征在于：所述进气管（52）侧壁设有弧形隔热板（53），所述弧形隔热板（53）紧贴管路轨道（60）内侧壁，弧形隔热板（53）的凹面还设有热反射板（530）。

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