CN113122676A - 一种减轻转炉出钢过程漩涡抑制卷渣的出钢口砖及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于钢铁冶金领域，具体涉及一种减轻转炉出钢过程漩涡抑制卷渣的出钢口砖及其制备方法，包括砖体和流道，砖体的外轮廓与相应转炉出钢口座砖安装处匹配，砖体内设有上下贯通的流道，其特征在于，流道包括位于砖体上部具有两个以上开口的出口一和位于砖体下部居中的一个出口二，出口一绕砖体中心线同心分布1~3圈，每一圈上的出口一相对砖体中心线均匀设置。本发明的优点是：1）可做为转炉出钢口座砖或袖砖，降低漩涡的转速，减小旋涡的发生高度，改善了漩涡最后导致的卷渣问题；2）满足洁净钢生产的要求，提高了成品钢材质量和性能，按每炉提高金属收得率3%计算，每年将增加可观的钢材产量，同时还可降低重复处理的能耗。

Description

一种减轻转炉出钢过程漩涡抑制卷渣的出钢口砖及其制备 方法

技术领域

本发明属于钢铁冶金领域，具体涉及一种减轻转炉出钢过程漩涡抑制卷渣的出钢口砖及其制备方法。

背景技术

当流体受到不均匀力时，会出现一种普遍的自由涡现象，这种现象就是漩涡。在整个炼钢体系中，当钢水通过一个缩小出口的时候，比如转炉或电炉出钢或连铸钢包向中间包浇注都会在出钢或浇注末期出现漩涡，并且漩涡一旦产生就会出现卷渣现象。可用于更换转炉出钢口用袖砖或座砖，当钢水从转炉流入钢包时，随着液位下降，在转炉出钢口上方会形成涡流，导致渣先于钢液流入钢包，在后续工序中污染冶炼好的钢液，因此，设计各种防下渣设施，从而防止转炉下渣显得尤为重要。目前，通常采用耐材做的挡渣球、挡渣锥、挡渣标，气动挡渣，滑板挡渣等手段，能够起到一定的减少卷渣量的效果，但因其未从本质上改变出钢口结构来抑制卷渣，防下渣效果不够理想，特别对于高附加值的优质钢生产，需要在旋涡卷渣前停止出钢，留钢操作，导致金属产量降低，造成巨大的浪费，还大大提高炼钢的成本。在应用留钢操作的方法避免卷渣影响时，钢的品质越高，残余钢越大，钢水收得率较低。例如，某钢厂300t转炉使用这种方法来控制，残余钢的质量约为15t，约占钢水的5%，这在一定程度上增加了每吨钢的成本。为了获得纯净的钢水，改进出钢工艺是非常有必要的。

申请号为201410274221.8的中国发明专利公开了一种钢包透气上水口座砖及其控制水口卷渣的方法，它包括钢包上水口座砖本体、透气陶瓷棒和气室盒，气室盒位于透气陶瓷棒的底部并与透气陶瓷棒连通，每个透气陶瓷棒的顶端伸出上水口座砖本体的上表面，在钢包内钢液处于低液位时，从进气管开始吹入氩气，在钢包上水口周围形成环形的气幕屏障，对即将进入上水口的钢液进行气洗，控制和解决钢包上水口发生涡流卷渣问题。

可见人们为了获得纯净的钢水，采取了各种措施，但是效果都不尽人意，无法在通用性和使用方便性方面得到理想的解决。

发明内容

本发明的目的是提供一种减轻转炉出钢过程漩涡抑制卷渣的出钢口砖及其制备方法，克服现有技术的不足，采用复合型流道结构，做为常规转炉出钢口上袖砖的替代使用，也可用于中间包或钢包使用，改善出钢或浇注过程中漩涡导致的卷渣问题，提高成品钢材质量和性能，提高金属收得率，满足洁净钢生产的要求。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

技术方案之一：一种减轻转炉出钢过程漩涡抑制卷渣的出钢口砖，包括砖体和流道，所述砖体的外轮廓与相应转炉出钢口座砖安装处匹配，所述砖体内设有上下贯通的流道，其特征在于，所述流道包括位于砖体上部具有两个以上开口的出口一和位于砖体下部居中的一个出口二，所述出口一绕砖体中心线同心分布1~3圈，每一圈上的出口一相对砖体中心线均匀设置。

所述出口一的数量为2个，出口一的直径为20~60 mm，出口二的直径为40~120mm，两个出口一的间距为40~180mm。

所述出口一的数量为4~8个，位置交叉设置在两个同心圆上，出口一的直径为20~60 mm，出口二的直径为40~120mm，内圈上两个出口一的间距为40~90mm，外圈上两个相邻出口一的间距为100~180mm。

所述出口一的数量为3-8个，绕圆周均匀设置，出口一的直径为20~60 mm，出口二的直径为40~120mm，出口一所在圆直径为60~150mm。

所述砖体为刚玉-尖晶石质或刚玉-碳化硅质耐火预制件。

所述出口一与出口二之间的通道为直线形、折线形或曲线形，其截面为圆形、矩形、三角形或椭圆形中的任一种。

处于同一个同心圆上的所述出口一与所述出口二之间的通道交叉点等高。

技术方案之二：一种减轻转炉出钢过程漩涡抑制卷渣的出钢口砖的制备方法，其特征在于，该出钢口袖砖采用浇筑成形，其模具采用组合结构，对于对称结构的出口一，模具采用左右组合结构，流道的型腔分别位于左模具和右模具上。

技术方案之三：一种减轻转炉出钢过程漩涡抑制卷渣的出钢口砖的制备方法，其特征在于，该出钢口袖砖采用浇筑成形，其模具采用组合结构，对于出口一的非对称结构，模具采用上下组合结构或上中下组合结构与左右组合的复合结构，分型面位于所述出口一与所述出口二之间的通道转折点和/或交叉点所在平面上。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：1）采用复合型流道结构，可应用于转炉出钢口袖砖或座砖，有利于出钢时漩涡的相互相解作用，降低漩涡的转速，从而改善了漩涡最后导致的卷渣问题；2）由于流道尺寸的增加了，可缩短出钢时间1~3分钟，提高产量5~12%。3）满足洁净钢生产的要求，提高了成品钢材质量和性能，每年将增加1000万吨~1亿吨的钢材产量，同时还可降低这部分钢水重复处理的能耗，折算标准煤达800万吨~8000万吨。

附图说明

图1是本发明出钢口袖砖实施例一结构示意图；

图2是本发明出钢口袖砖实施例二结构示意图；

图3是图2的俯视图；

图4是本发明实施例一中出钢口入口间距对漩涡形成高度与形成时间的关系图；

图5是现有技术的单出口与本发明实施例一中双出钢口入口的不同流场图；

图6是本发明实施例一中模具分型示意图；

图7是本发明实施例二中模具分型示意图。

图中：1-砖体，2-流道，3-出口一，4-出口二。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步说明：

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“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。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。

见图1，是本发明出钢口袖砖实施例一结构示意图，包括砖体1和流道2，砖体1的外轮廓与相应转炉出钢口座砖安装处匹配，砖体1内设有上下贯通的流道2，流道2包括位于砖体1上部具有两个以上开口的出口一3和位于砖体1下部居中的一个出口二4，出口一3的数量为2个，出口一3的直径为20~60 mm，出口二4的直径为40~120mm，两个出口一3的间距为40~180mm。

见图2、图3，是本发明出钢口袖砖实施例二结构示意图，出口一3的数量为4个，位置交叉设置在两个同心圆上，出口一3的直径为20~60 mm，出口二4的直径为40~120mm，内圈上两个出口一3的间距为40~90mm，外圈上两个出口一3’的间距为100~180mm。

上述实施例中，砖体1为刚玉-尖晶石质或刚玉-碳化硅质耐火预制件。出口一3与出口二4之间的通道为直线形、折线形或曲线形，其截面为圆形、矩形、三角形或椭圆形中的任一种均可。处于同一个同心圆上的出口一3与出口二4之间的通道交叉点等高。

见图4，是本发明实施例一中出钢口的入口距离对漩涡形成高度与形成时间的关系图，随着出钢口的入口变成两个的时候，流体的旋转方式也发生了变化，当出钢口的入口距离逐渐增加时，钢液在旋转的同时两个出钢口的入口上方的钢液之间相互作用，两个出钢口的入口上方钢液的旋转方向相同，均是与初始切向速度方向相同的顺时针方向，所以两个出钢口的入口上方钢液由于旋转方向相同，两个出钢口的入口之间的钢液就会产生相互抑制的作用，从而迫使出钢口的入口上方的钢液旋转速度降低，带动周边钢液旋转速度降低，明显看出钢液的旋转力度降低很多，所以采用两个出钢口的入口转炉浇注对漩涡的产生有较强的抑制作用。

见图5，是现有技术的单出口与本发明双出钢口的入口的不同流场图，通过对比，双出钢口的入口转炉浇注过程中先产生一个漩涡，到浇注末期产生两个漩涡，且最后形成的两个漩涡的旋转方向相同，进一步使漩涡的切向速度降低。双出钢口的入口转炉浇注要优于单出钢口的入口转炉浇注，双出钢口的入口的临界高度比大出钢口的入口的临界高度降低了33.3%，双出钢口的入口临界高度比小出钢口的入口临界高度降低了14%。出钢口的入口距离从0 m增加到0.12 m时，漩涡的形成高度高度降低了38%，漩涡的临界高度相对于单出钢口的入口下降了26%。当静止时间从10 min增加到60 min时，漩涡的临界高度降低了35.3%。

因此采用双出钢口的入口转炉浇注可以较好的抑制漩涡的产生与贯通，当初始切向速度从0.01 rad/s增加到0.05 rad/s时，单出钢口的入口浇注时漩涡的形成高度增加了47.4%，双出钢口的入口的形成高度增加了41.2%，单出钢口的入口转炉浇注时的漩涡临界高度增加了46.7%，双出钢口的入口转炉浇注时漩涡的临界高度增加了23.1%。

见图6是本发明实施例一中模具分型示意图，本发明出钢口袖砖（或座砖）采用浇筑成形，其模具采用组合结构，对于2个出口一的结构，模具采用左右组合结构，流道的型腔分别位于左模具和右模具上。

见图7是本发明实施例二中模具分型示意图，本发明出钢口袖砖采用浇筑成形，其模具采用组合结构，对于4个以上出口一的结构，模具采用上中下组合与左右组合的复合结构，分型面位于出口一与出口二之间的通道转折点和/或交叉点所在平面上。

图6和图7中的模具中流道处采用芯棒占位，浇筑后，从分型面处将模具拆开，即可将芯棒取出，然后各预制件用火泥等耐火材料粘接成一体，即可用于转炉出钢口袖砖和座砖安装处。

以上仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种减轻转炉出钢过程漩涡抑制卷渣的出钢口砖，包括砖体和流道，所述砖体的外轮廓与相应转炉出钢口座砖安装处匹配，所述砖体内设有上下贯通的流道，其特征在于，所述流道包括位于砖体上部具有两个以上开口的出口一和位于砖体下部居中的一个出口二，所述出口一绕砖体中心线同心分布1~3圈，每一圈上的出口一相对砖体中心线均匀设置。

2.根据权利要求1所述的一种减轻转炉出钢过程漩涡抑制卷渣的出钢口砖，其特征在于，所述出口一的数量为2个，出口一的直径为20~60 mm，出口二的直径为40~120mm，两个出口一的间距为40~180mm。

3.根据权利要求1所述的一种减轻转炉出钢过程漩涡抑制卷渣的出钢口砖，其特征在于，所述出口一的数量为4~8个，位置交叉设置在两个同心圆上，出口一的直径为20~60 mm，出口二的直径为40~120mm，内圈上两个出口一的间距为40~90mm，外圈上两个相邻出口一的间距为100~180mm。

4.根据权利要求1所述的一种减轻转炉出钢过程漩涡抑制卷渣的出钢口砖，其特征在于，所述出口一的数量为3-8个，绕圆周均匀设置，出口一的直径为20~60 mm，出口二的直径为40~120mm，出口一所在圆直径为60~150mm。

5.根据权利要求1－4中任一项所述的一种减轻转炉出钢过程漩涡抑制卷渣的出钢口砖，其特征在于，所述砖体为刚玉-尖晶石质或刚玉-碳化硅质耐火预制件。

6.根据权利要求1－4中任一项所述的一种减轻转炉出钢过程漩涡抑制卷渣的出钢口砖，其特征在于，所述出口一与出口二之间的通道为直线形、折线形或曲线形，其截面为圆形、矩形、三角形或椭圆形中的任一种。

7.根据权利要求3－4中任一项所述的一种减轻转炉出钢过程漩涡抑制卷渣的出钢口砖，其特征在于，处于同一个同心圆上的所述出口一与所述出口二之间的通道交叉点等高。

8.一种减轻转炉出钢过程漩涡抑制卷渣的出钢口砖的制备方法，其特征在于，该出钢口袖砖采用浇筑成形，其模具采用组合结构，对于对称结构的出口一，模具采用左右组合结构，流道的型腔分别位于左模具和右模具上。

9.一种减轻转炉出钢过程漩涡抑制卷渣的出钢口砖的制备方法，其特征在于，该出钢口袖砖采用浇筑成形，其模具采用组合结构，对于出口一的非对称结构，模具采用上下组合结构或上中下组合结构与左右组合的复合结构，分型面位于所述出口一与所述出口二之间的通道转折点和/或交叉点所在平面上。

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