CN113528755A - 钢包底吹钢液装置、喷吹气体形成横向流场的方法及应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种钢包底吹钢液装置、喷吹气体形成横向流场的方法及应用，涉及钢铁冶金技术领域，所述钢包底吹钢液装置，包括钢包和透气砖，所述透气砖倾斜设置于钢包底面上，所述透气砖的轴线与所述钢包底面之间的夹角为30°‑85°，以使得气体沿所述透气砖的轴线方向喷吹，形成钢液横向流场。本发明提供的钢包底吹钢液装置，通过将透气砖的轴线与钢包底面之间呈30°‑85°夹角倾斜设置，气体沿透气砖的轴线方向喷吹，使得钢包内的钢液能够在气体的带动下产生横向和纵向的循环流动，利于钢包精炼的合金均匀化、温度均匀化和夹杂物的去除，提高钢包的精炼能力以及钢的质量。

Description

钢包底吹钢液装置、喷吹气体形成横向流场的方法及应用

技术领域

本发明涉及钢铁冶金技术领域，尤其是涉及一种钢包底吹钢液装置、喷吹气体形成横向流场的方法及应用。

背景技术

炉外精炼是生产洁净钢、特殊钢等优质钢种所必不可少的生产流程，随着科技的发展，生产领域不仅需要越来越多的优质钢，而且对优质钢的种类和质量提出了更高的要求，提高精炼能力和生产效率，降低生产成本显得尤为重要。

钢包底吹氩技术又称钢液吹氩处理，是一种操作简单、精炼效果明显的炉外精炼工艺，钢包底吹氩气可以达到均匀钢液成分和温度、降低夹杂物和气体含量的效果。钢包底吹氩是通过钢包底部的透气砖来实现的，现有的透气砖摆放位置形成的底吹氩流场的纵向搅拌能强，但横向的搅拌能力较弱，且易造成流场横向的分区现象，不利于夹杂物的去除。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种钢包底吹钢液装置，以改善现有透气砖摆放位置形成的底吹氩流场的纵向搅拌能高，易造成流场横向的分区现象，不利于夹杂物去除的技术问题。

本发明提供的钢包底吹钢液装置，包括钢包和透气砖，所述透气砖倾斜设置于钢包底面上，所述透气砖的轴线与所述钢包底面之间的夹角为 30°-85°，以使得气体沿所述透气砖的轴线方向喷吹，形成钢液横向流场。

进一步的，所述透气砖的轴线与所述钢包底面之间的夹角为30° -60°。

进一步的，所述透气砖的轴线在所述钢包底面的投影与所述钢包底面的直径相垂直，其中，所述钢包底面的直径为透气砖的轴线与钢包底面相交点所在的直径。

进一步的，所述透气砖的轴线在所述钢包底面的投影呈逆时针设置。

进一步的，所述透气砖的位置位于0.2R-0.6R，优选为0.2-0.4R。

进一步的，所述透气砖的数量为多个，优选为2-4个。

所述透气砖的轴线之间的夹角为30-180°。

本发明的目的之二在于提供一种喷吹气体形成横向流场的方法，主要采用本发明目的之一提供的钢包底吹钢液装置进行钢液冶炼，气体沿透气砖的周向方向喷吹钢液，使得钢液形成横向流场。

进一步的，钢液形成的横向流场的流速为0.1-4m/s。

本发明的目的之三在于提供本发明目的之一提供的钢包底吹钢液装置或本发明目的之二提供的喷吹气体形成横向流场的方法在金属冶炼领域的应用。

本发明至少具有如下有益效果：

本发明提供的钢包底吹钢液装置，通过将透气砖的轴线与钢包底面之间呈30°-85°夹角倾斜设置，气体沿透气砖的轴线方向喷吹，使得钢包内的钢液能够在气体的带动下产生横向和纵向的循环流动，利于钢包精炼的合金均匀化、温度均匀化和夹杂物的去除，提高钢包的精炼能力以及钢的质量。

本发明提供的喷吹气体形成横向流场的方法，底吹气体沿透气砖的轴线方向喷吹钢液，使得钢包内的钢液能够在气体的带动下产生横向和纵向的循环流动，有效分散气泡，并且钢液的横向旋流对气泡形成剪切作用，易于破碎气泡，增加小气泡的数量，从而增加气泡和夹杂物碰撞几率，提高夹杂物的去除率，达到净化钢液，提高钢质量的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1提供的透气砖的轴线与底面之间的位置关系示意图；

图2为图1的俯视图；

图3为图1的侧视图；

图4为实施例2提供的钢包精炼池形成的稳定流场流线图；

图5为实施例2和对比例1提供的钢包底吹气体流量-钢液横向动量图；

图6为实施例2和对比例1提供的钢包时间-夹杂物去除率图。

图标：101-钢包底面；102-钢包底面的直径；103-透气砖的轴线在钢包底面的投影；201-透气砖的轴线。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

根据本发明的第一个方面，本发明提供了一种钢包底吹钢液装置，包括钢包和透气砖，所述透气砖倾斜设置于钢包底面上，所述透气砖的轴线与所述钢包底面之间的夹角为30°-85°，以使得气体沿所述透气砖的轴线方向喷吹，形成钢液横向流场。

在本发明中，透气砖设置有通孔，通孔与透气砖共轴线，以使得气体能够沿着透气砖的轴线方向通过通孔喷吹至钢包内。通孔的形状包括圆柱形，圆锥形以及棱柱形中的至少一种，优选为圆柱形。

典型但非限制性的，在本发明中，透气砖的轴线与钢包底面的夹角如为30°、35°、40°、45°、50°、55°、60°、65°、70°、80°或85°。

传统钢包底吹氩时，透气砖的轴线垂直于底面设置，使得底吹氩流场的纵向搅拌能强，易造成流场横向的分区现象，不利于夹杂物的去除，若采用钢包底部软吹，依靠夹杂物自身浮力上浮去除，其生产效率低，钢质量难以控制，不能满足当今的工业生产需要。

本发明通过将透气砖倾斜设置，并使得透气砖的轴线与底面之间的夹角为30°-85°，使得底吹气体沿透气砖的轴线方向喷吹至钢包内，形成有利于夹杂物去除的横向流场，钢液中密度较小的夹杂物在离心力的作用下向钢包中心富集，并伴随夹杂物的膨胀长大和气泡的剪切破碎，夹杂物在自身浮力和气泡的作用下上浮至渣面被捕捉去除，达到净化钢液，提高钢质量的目的。

另外，本发明提供钢包底吹钢液装置能够通过在钢包底部强吹气体，提高形成的横向流场的流速，从而在净化钢液保证钢质量的同时，提高生产效率，满足当今工业生产的需要。

在本发明的一种优选方案中，透气砖的轴线和钢包底面之间的夹角为 30°-60°时，更利于通过控制底吹气体的喷吹角度，依靠水平方向的气体冲量，提高钢包整体的搅拌能，并使钢液形成具有较大离心力的横向流场，从而更有利于钢液中密度较小的夹杂物在离心力的作用下向钢包中心富集并上浮至渣面被捕捉去除，从而更有利于净化钢液并提高冶炼效率，满足现代工业生产需要。

在本发明的一种优选方案中，透气砖的轴线在所述钢包底面的投影与所述钢包底面的直径相垂直，其中，所述钢包底面的直径为透气砖的轴线与钢包底面相交点所在的直径。

通过控制透气砖的轴线所在的钢包底面的投影与透气砖的轴线与钢包底面相交点所在的直径相垂直，以控制底吹气体的喷吹方向，使其更利于形成钢液横向流场，从而利于夹杂物上升至渣面捕捉去除。

在本发明的一种优选方案中，透气砖的轴线在所述钢包底面的投影呈逆时针设置。

所述透气砖的轴线在所述钢包底面的投影呈逆时针设置指的是，透气砖的轴线在钢包底面的投影以透气砖的轴线与钢包底面的相交点为起点沿逆时针方向延伸设置。

在本发明的一种优选方案中，透气砖的位置位于0.2R-0.6R，其中，R 为钢包内径。

上述透气砖的位置指的是透气砖的轴线与钢包底面相交点所在的位置。

不同的透气砖位置对于钢包内钢液流动产生不同的影响，将透气砖的位置设置于0.2R-0.6R，能够充分促进钢液在钢包中的横向流动，促进钢液的均匀性，提高底吹效率。

典型但非限制性的，透密砖的位置如为0.2R、0.3R、0.4R、0.5R或0.6R。

进一步优选地，当透气砖的位置位于0.2R-0.4R时，更利于通过底吹气体的喷吹促进钢液在钢包中的横向流动，提高钢液的均匀性。

在本发明的一种方案中，透气砖的数量为多个，多个透气砖分别分布于钢包底面的不同位置，以利于通过多个透气砖的喷吹，促进钢包内钢液的快速流动，避免出现死区，影响钢的质量。

进一步优选地，透气砖的数量为2-4个，在保证钢包内钢液充分流动形成横向流场的同时，更利于在钢包内部进行设置。

典型但非限制性的，透气砖的数量如为2、3或4个。

在本发明的一种优选方案中，当透气砖的数量为多个时，多个透气砖的轴线之间的夹角为30-180°，从而更有利钢包内钢液的横向流动，避免出现死区，影响钢的质量。

典型但非限制性的，多个透气砖之间的夹角如为30°、40°、50°、60°、70°、80°、90°、100°、110°、120°、130°、140°、150°、 160°、170°或180°。

根据本发明的第二个方面，本发明提供了一种喷吹气体形成横向流场的方法，主要采用本发明第一方面提供的钢包底吹钢液装置进行钢液冶炼，气体沿透气砖的轴线喷吹钢包内的钢液，使得钢液旋转形成具有一定离心力的横向流场。

本发明提供的喷吹气体形成横向流场的方法，通过钢包底部设置的倾斜透气砖，强吹气体，依靠水平方向的气体冲量，提高钢包整体的搅拌能，并使钢液旋转形成具有离心力的横向流场。钢液中密度较小的夹杂物在离心力的作用下向钢包中心富集，并伴随夹杂物的膨胀长大和气泡的剪切破碎，最终在自身的浮力和气泡的作用下上浮至渣面被捕捉去除，达到净化钢液，提高钢质量的目的。

在本发明的一种优选方案中，钢液形成的横向流场的流速为0.1-4m/s 时，更利于钢液中密度较小的夹杂物上浮至渣面被捕捉去除。

典型但非限制性的，钢液形成的横向立场的流速如为0.1m/s、0.2m/s、 0.5m/s、0.8m/s、1m/s、1.2m/s、1.5m/s、2m/s、2.5m/s、3m/s、3.5m/s或4m/s。

在本发明中，可以通过钢包吨位，设定气体喷吹流量，使得钢液形成的横向流场的流速为0.1-4m/s。

在本发明的一种方案中，气体喷吹的流量为500-2000NL/min，以利于形成流速为0.1-4m/s的横向流场。

典型但非限制性的，气体喷吹的流量如为500、600、800、1000、1200、 1500、1800或2000NL/min。

根据本发明的第三个方面，本发明提供了钢包底吹钢液装置或喷吹气体形成横向流场的方法在金属冶炼领域的应用。

为了便于本领域技术人员理解，下面结合实施例和对比例对本发明提供的技术方案做进一步的描述。

实施例1

本实施例提供了一种钢包底吹钢液装置，包括钢包和两个透气砖，两个透气砖分别倾斜设置于钢包底面101上，透气砖的轴线201与钢包底面 101的位置关系如图1所示，从图1可以看出，透气砖的轴线201与所述钢包底面101之间形成夹角，该夹角为30°-85°，从而使得气体沿所述透气砖的周向方向喷吹时，能够有效改变流场流动特征，使得钢包内的钢液能够在气体喷吹形成的气流的带动下产生横向和纵向的循环流动，钢液中密度较小的夹杂物在离心力的作用下向钢包中心富集，并伴随夹杂物的膨胀长大和气泡的剪切破碎，夹杂物在自身浮力和气泡的作用下上浮至渣面被捕捉去除，达到净化钢液，提高钢质量的目的。

另外，本实施例提供钢包底吹钢液装置能够通过在钢包底部强吹气体，提高形成的横向流场的流速，从而在净化钢液保证钢质量的同时，提高生产效率，满足当今工业生产的需要。

需要说明的是，在本实施例中，透气砖由市售购买得到，透气砖的内部设置有通孔，该通孔与透气砖共轴线。通孔的形状包括圆柱形，圆锥形以及棱柱形中的至少一种，优选为圆柱形或圆锥形。

典型但非限制性的，在本发明中，透气砖的轴线与钢包底面的夹角如为30°、35°、40°、45°、50°、55°、60°、65°、70°、80°或85°。

优选地，透气砖的轴线201和钢包底面101之间的夹角为30°-60°时，更利于通过控制底吹气体的喷吹角度，依靠水平方向的气体冲量，提高钢包整体的搅拌能，并使钢液形成具有较大离心力的横向流场，从而更有利于钢液中密度较小的夹杂物在离心力的作用下向钢包中心富集并上浮至渣面被捕捉去除，从而更有利于净化钢液并提高冶炼效率，满足现代工业生产需要。

如图2和图3所示，在本实施例中，透气砖的轴线在钢包底面的投影 103与所述钢包底面的直径102相垂直，其中，所述钢包底面的直径102为透气砖的轴线201与钢包底面101相交点所在的直径。

通过控制透气砖的轴线在钢包底面的投影103与透气砖的轴线201与钢包底面101相交点所在的直径相垂直，以控制底吹气体的喷吹方向，使其更利于形成钢液横向流场，从而利于夹杂物上升至渣面捕捉去除。

如图2和图3所示，在本实施例中，透气砖的轴线在钢包底面的投影 103呈逆时针设置。

透气砖的轴线在钢包底面的投影103呈逆时针设置指的是，透气砖的轴线在钢包底面的投影103以透气砖的轴线201与钢包底面101的相交点为起点沿逆时针方向延伸设置。

在实施例中，透气砖的位置位于0.2R-0.6R，其中，R为钢包内径。

上述透气砖的位置指的是透气砖的轴线201与钢包底面101相交点所在的位置。

不同的透气砖位置对于钢包内钢液流动产生不同的影响，将透气砖的位置设置于0.2R-0.6R，能够充分促进钢液在钢包中的横向流动，促进钢液的均匀性，提高底吹效率。

典型但非限制性的，透气砖的位置如为0.2R、0.3R、0.4R、0.5R或0.6R。

优选地，当透气砖的位置位于0.2R-0.4R时，更利于通过底吹气体的喷吹促进钢液在钢包中的横向流动，加入钢液的均匀性。

在本实施例中，两块透气砖的轴线201之间的夹角为30-180°，从而更有利钢包内钢液的横向流动，避免出现死区，影响钢的质量。

实施例2

本实施例提供了一种180吨钢包精炼池，钢包内设置有4块透气砖，4 块透气砖均设置于0.5R处，且沿0.5R的周向均匀分布，并呈逆时针设置， 4块透气砖的轴线与钢包底面的夹角均为45°，且4块透气砖的轴线均与钢包底面相交点所在的直径垂直。

控制底吹气体的流量，使得喷吹流量为1000NL/min，稳定流场流线图如图4所示。从图4可以看出，钢包内的钢液在喷吹气体产生的气流的带动下产生横向和纵向的循环流动，形成了横向流场，使得钢液横向旋流对气泡形成剪切作用，易于破碎气泡，增加小气泡的数量，从而增加气泡和夹杂物的碰撞机率，提高夹杂物的去除率。

对比例1

本对比例提供了一种180吨钢包精炼池，钢包内设置有4块透气砖，4 块透气砖均设置于0.5R处，且沿0.5R的周向均匀分布，4块透气砖的轴线均垂直于钢包底面。

试验例1

分别从实施例2和对比例1提供的180吨钢包精炼池底部喷吹气体，在不同的气体流量下，分别测定钢包内钢液的横向动量，结果如图5所示，其中图5中经典底吹指的是采用对比例1提供的钢包精炼池，底吹倾斜指的是采用对比例2提供的钢包精炼池。

从图5可以看出，采用实施例2提供的底吹倾斜方式进行钢液的精炼能够显著提高钢包内钢液横向的动量，从而提高整体的搅拌能和精炼效率。

试验例2

分别从实施例2和对比例1提供的180吨钢包精炼池底部喷吹气体，控制气体流量均为1000NL/min，测定两钢包在不同时间的夹杂物去除率，结果如图6所示。其中图6中经典底吹指的是采用对比例1提供的钢包精炼池，底吹倾斜指的是采用对比例2提供的钢包精炼池。

从图6可以看出，采用对比例1提供的钢包采用传统底吹方式在前期夹杂杂物去除的较快，但是总去杂时间较长，采用实施例2提供的钢包采用底吹倾斜方式喷吹气体夹杂物去除能力能够提高7％-10％。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种钢包底吹钢液装置，其特征在于，包括钢包和透气砖，所述透气砖倾斜设置于钢包底面上，所述透气砖的轴线与所述钢包底面之间的夹角为30°-85°，以使得气体沿所述透气砖的轴线方向喷吹，形成钢液横向流场。

2.根据权利要求1所述的钢包底吹钢液装置，其特征在于，所述透气砖的轴线与所述钢包底面之间的夹角为30°-60°。

3.根据权利要求1所述的钢包底吹钢液装置，其特征在于，所述透气砖的轴线在所述钢包底面的投影与所述钢包底面的直径相垂直，其中，所述钢包底面的直径为透气砖的轴线与钢包底面相交点所在的直径。

4.根据权利要求3所述的钢包底吹钢液装置，其特征在于，所述透气砖的轴线在所述钢包底面的投影呈逆时针方向设置。

5.根据权利要求1所述的钢包底吹钢液装置，其特征在于，所述透气砖的位置位于0.2R-0.6R，优选为0.2-0.4R。

6.根据权利要求1-5任一项所述的钢包底吹钢液装置，其特征在于，所述透气砖的数量为多个，优选为2-4个。

7.根据权利要求6所述的钢包底吹钢液装置，其特征在于，所述透气砖的轴线之间的夹角为30-180°。

8.一种喷吹气体形成横向流场的方法，其特征在于，主要采用权利要求1-7任一项所述的钢包底吹钢液装置进行钢液冶炼，气体沿透气砖的轴线方向喷吹钢液，使得钢液形成横向流场。

9.根据权利要求8所述的喷吹气体形成横向流场的方法，其特征在于，所述钢液形成的横向流场的流速为0.1-4m/s。

10.根据权利要求1-7任一项所述的钢包底吹钢液装置或权利要求7-9任一项所述的喷吹气体形成横向流场的方法在金属冶炼领域的应用。

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