CN115354118A - 一种rh真空精炼装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种RH真空精炼装置和方法，RH真空精炼装置包括钢包、浸渍管和真空室，所述浸渍管的下端连通并浸入所述钢包内，所述浸渍管的上端连通所述真空室；所述浸渍管具有呈左右对称设置的上升管和下降管，所述上升管和下降管的截面均由向内凹陷的内弧段、向外凸起的外弧段以及连接内弧段和外弧段的倒角弧段围合而成；所述上升管和下降管之间通过耐火隔墙隔离；所述上升管的内弧段和外弧段的下端位置均匀分布有多个吹气口。在钢液循环精炼中，钢液的流动状态能够明显改善，使得钢液在真空室内的流动更均匀，活塞流比例更大，死区比例减小，提高了精炼效率，增加RH精炼系统的精炼极限。
Description
技术领域
本发明涉及RH精炼技术领域，具体涉及一种RH真空精炼装置和方法。
背景技术
RH是一种在炉外精炼领域中经常用到的真空精炼装置，通常由RH本体及其抽真空系统、加料系统、运输系统、钢包顶升机构、更换台车、烘烤干燥以及维修系统等组成。
钢水处理前，先将浸渍管浸入待处理的钢包钢水中，然后打开抽真空系统进行抽真空，因真空室内气压远小于外界大气压，钢液被抽引到真空室内，此时，打开气阀，使提升气体从上升管侧吹入，气体进入钢液后温度急剧升高，同时在气体上升过程中压强降低，导致吹入的惰性气体体积膨胀，上升管内气液两相的平均密度降低，带动钢包内钢液通过上升管流入真空室，在真空室内又因重力的作用，真空室内钢液会通过下降管流入钢包，从而实现了钢液在钢包→上升管→真空室→下降管→钢包间的循环流动过程。同时，进入真空槽内的钢水还进行一系列的冶金反应，比如碳氧反应等，如此循环脱气精炼使钢液得到净化。
在RH真空循环脱气时，钢液的脱气、脱碳、脱硫、成分和温度的均匀化等都与钢液的流动状态密切相关，钢液的流动均匀性越好，活塞流体积分数越高，其上述指标越好。所以，在RH真空精炼时，钢液的流动均匀性、活塞流占比和死区大小是反映RH装置精炼能力的重要指标。
专利公开号：CN103834766A，此发明公开了一种RH真空精炼装置所用的浸渍管，此种结构的浸渍管较好的利用了真空室底部空间，增大浸渍管钢液的流通面积，增加RH的循环流量。但是通过研究发现，此种RH及其操作工艺对于真空室及钢包内的流动状态及均匀性仍存在进一步优化的空间。
发明内容
为此，本发明从RH本体结构入手，提供一种RH真空精炼装置和方法，能够提高真空室内钢液流动均匀性，提高活塞流比例，减小死区，从而提高RH精炼能力。
为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：
一种RH真空精炼装置，包括钢包、浸渍管和真空室，所述浸渍管的下端连通并浸入所述钢包内，所述浸渍管的上端连通所述真空室；所述浸渍管具有呈左右对称设置的上升管和下降管，所述上升管和下降管的截面均由向内凹陷的内弧段、向外凸起的外弧段以及连接内弧段和外弧段的倒角弧段围合而成；所述上升管和下降管之间通过耐火隔墙隔离；所述上升管的内弧段和外弧段的下端位置均匀分布有多个吹气口。
进一步的，所述真空室的底部与浸渍管的上端面等大，或略小于浸渍管的上端面；所述外弧段为以真空室底部中心为圆心、直径D1为0.75-0.95倍的真空室底部直径L1所在圆的圆弧段；所述内弧段为真空室底部边缘为圆心、直径D2为1.3-1.6倍的真空室底部直径L1所在圆的圆弧段。
进一步的，所述浸渍管的下端浸入所述钢包的浸入深度L为100mm-1000mm。
进一步的，所述吹气口离上升管底部的距离在100-300mm之间，呈单层分布或双层分布；所述吹气口的孔径在8-60mm之间，所述吹气口的中心轴线与上升管中心线夹角在60°-120°之间。
一种RH真空精炼方法，包括如下步骤：
A1，提供上述所述的RH真空精炼装置；
A2，打开抽真空系统对真空室进行抽真空，此时，将提升气体吹入上升管内，带动钢包内钢液通过上升管流入真空室，钢液在真空室内又因重力的作用，再通过下降管流入钢包，进行循环流动，实现RH真空精炼。
进一步的，在步骤A2中，所述上升管的外弧段的吹气口的进气总量大于内弧段的吹气口的进气总量。
进一步的，所述上升管的外弧段的吹气口的进气总量是内弧段的吹气口的进气总量的N倍，1<N≤3。
进一步的，所述吹气口吹出的气体流速为0.8-2.8Nm3/min。
通过本发明提供的技术方案，具有如下有益效果：
在钢液循环精炼中，钢液的流动状态能够明显改善，使得钢液在真空室内的流动更均匀，活塞流比例更大，死区比例减小，提高了精炼效率，增加RH精炼系统的精炼极限。同时结构简单，可以直接在原有的结构的基础上对其进行改造，无需进行大改动即可投入生产。
附图说明
图1所示为实施例中RH真空精炼装置的立体结构示意图；
图2所示为实施例中RH真空精炼装置的内部结构示意图；
图3所示为实施例中RH真空精炼装置的剖视图；
图4所示为图3中A-A线的剖视图。
具体实施方式
为进一步说明各实施例，本发明提供有附图。这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。
现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
参照图1至图4所示，本实施例提供一种RH真空精炼装置，包括钢包4、浸渍管8和真空室1，所述浸渍管8的下端连通并浸入所述钢包4内，具体的，本实施例中，所述浸渍管8的下端浸入所述钢包4的浸入深度L为100mm-1000mm，当然的，在其它实施例中不局限于此。所述浸渍管8的上端连通所述真空室1。所述浸渍管8具有呈左右对称设置的上升管2和下降管3，如图4所示，所述上升管2和下降管3的截面均由向内凹陷的内弧段22、向外凸起的外弧段21以及连接内弧段22和外弧段21的倒角弧段23围合而成；上升管2和下降管3的截面大致呈弯月形结构。所述上升管2和下降管3之间通过耐火隔墙5隔离；所述上升管2的内弧段22和外弧段21的下端位置均匀分布有多个吹气口7。
本实施例还提供一种RH真空精炼方法，其特征在于，包括如下步骤：
A1，提供上述所述的RH真空精炼装置；
A2，打开抽真空系统对真空室1进行抽真空，此时，将提升气体吹入上升管2内，具体经吹气口7吹入上升管2内，带动钢包4内钢液通过上升管2流入真空室1，钢液在真空室1内又因重力的作用，再通过下降管3流入钢包4，进行循环流动，实现RH真空精炼。
本申请提供的RH真空精炼装置，在钢液循环精炼中，钢液的流动状态能够明显改善，使得钢液在真空室内的流动更均匀，活塞流比例更大，死区比例减小，提高了精炼效率，增加RH精炼系统的精炼极限。同时结构简单，可以直接在原有的结构的基础上对其进行改造，无需进行大改动即可投入生产。
进一步的，所述真空室1的底部与浸渍管8的上端面等大，或略小于浸渍管8的上端面；所述外弧段21为以真空室1底部中心为圆心、直径D1为0.75-0.95倍的真空室1底部直径L1所在圆的圆弧段；所述内弧段22为真空室1底部边缘为圆心、直径D2为1.3-1.6倍的真空室1底部直径L1所在圆的圆弧段，以此得到弯月形的上升管2和下降管3；结构设计巧妙。
进一步的，对吹气口7的优选设计为：所述吹气口7离上升管2底部的距离在100-300mm之间，可呈单层分布或双层分布；所述吹气口7的孔径在8-60mm之间，所述吹气口7的中心轴线(即相当于从吹气口7吹出的吹气方向)与上升管2中心线(即上升管的延伸轴线)夹角在60°-120°之间；如上升管2中心线为竖直线，吹气口7的中心轴线为水平线，即吹气口7的中心轴线与上升管2中心线的夹角为90°，气体从吹气口7水平吹出。
具体的，所述浸渍管8的外周壁上装配有连通吹气口7的进气管6，通过进气管6连接供气源。
进一步的，在RH真空精炼方法的步骤A2中，所述上升管2的外弧段21的吹气口7的进气总量可以等于内弧段22的吹气口7的进气总量，但优选是大于内弧段22的吹气口7的进气总量。当所述上升管2的外弧段21的吹气口7的进气总量大于内弧段22的吹气口7的进气总量时，外层钢液的速度会大于内层钢液的速度，实现内外分层流动，减小内外两股钢液的碰撞，精炼效果更好。更为优选的，所述上升管2的外弧段21的吹气口7的进气总量是内弧段22的吹气口7的进气总量的N倍，1<N≤3。
具体的，所述吹气口7吹出的气体流速优选为0.8-2.8Nm3/min。
实施例1
本实施例采用本申请的RH真空精炼方法，即弯月形的上升管2和下降管3的结构，精炼过程中吹气口7持续喷吹惰性气体，吹气量为1.60Nm3/min，外弧段21的吹气口7的进气总量与内弧段22的吹气口7的进气总量相同。结果：真空室内液面vave/vmax为0.63(用真空室液面平均速度vave与液面最大速度vmax的比来表征流动均匀性，比值越大，流动状态越好)；真空室活塞流体积分数为64.1％；钢包内的死区体积分数为20.2％。
对比例1-1
该对比例采用传统圆形浸渍管RH精炼系统，即圆形的上升管和下降管，其余结构、几何尺寸及操作条件与实施例1相同。结果：真空室内液面vave/vmax为0.42；真空室活塞流体积分数为53.4％；钢包内的死区体积分数为31.3％。
对比例1-2
该对比例采用CN103834766A所提供的RH精炼系统，即上升管和下降管的形状为D形，其余结构、几何尺寸及操作条件与实施例1相同。结果：真空室内液面vave/vmax为0.47；真空室活塞流体积分数为57.6％；钢包内的死区体积分数为23.5％。
针对上述实施例1、对比例1-1和对比例1-2的数据分析：实施例1和对比例1-1之间，钢液在上升管的惰性气体的带动下，由上升管2流入真空室1，在真空室上升管侧流向下降管侧，真空室内弯月形进出口间钢液流动距离不同，钢液在真空室内停留时间及流动状态与传统双圆形截面浸渍管RH明显不同，钢液在本发明的双弯月形浸渍管RH真空精炼装置真空室内流动更均匀，活塞流比例更大，死区小，传质更均匀，后经过真空室1从下降管3流入钢包4，从下降管留下冲击钢包底部后向四周散开。实施例1和对比例1-2之间，因弯月形浸渍管截面更靠近钢包两侧，与对比例1-2的D形截面相比，其在钢包内的流动状态更好，死区体积减小，活塞流体积增大。
实施例2
本实施例提供的一种RH真空精炼方法，其方式大致与实施例1相同，区别在于，外弧段21的吹气口7的进气总量是内弧段22的吹气口7的进气总量的1.5倍。结果：真空室内液面vave/vmax为0.65；真空室活塞流体积分数为70.8％；钢包内死区体积分数为16.8％。由此可知，相对于实施例1中的外弧段21的吹气口7的进气总量与内弧段22的吹气口7的进气总量相同的方式，在钢包4内的流动状态更好，死区体积减小，活塞流体积增大。
对比例2-1
本实施例提供的一种RH真空精炼方法，其方式大致与实施例1相同，区别在于，外弧段21的吹气口7的进气总量是内弧段22的吹气口7的进气总量的0.8倍，即外弧段21的吹气口7的进气总量小于内弧段22的吹气口7的进气总量。结果：真空室内液面vave/vmax为0.60；真空室活塞流体积分数为58.7％；钢包4内死区体积分数为21.9％。由此可知，相对于实施例1中的外弧段21的吹气口7的进气总量与内弧段22的吹气口7的进气总量相同的方式，各项参数(流动状态、死区体积和活塞流体积)均较差，但相较于现有技术是改进的。
实施例3
本实施例提供的一种RH真空精炼方法，其方式大致与实施例1相同，区别在于，外弧段21的吹气口7的进气总量是内弧段22的吹气口7的进气总量的2.3倍。结果：真空室内液面vave/vmax为0.65；真空室活塞流体积分数为67.1％；钢包内死区体积分数为16.1％。由此可知，相对于实施例1中的外弧段21的吹气口7的进气总量与内弧段22的吹气口7的进气总量相同的方式，在钢包4内的流动状态更好，死区体积减小，活塞流体积增大。
实施例4
本实施例提供的一种RH真空精炼方法，其方式大致与实施例1相同，区别在于，精炼过程中持续喷吹的惰性气体的吹气量为1.20Nm3/min，即吹气量变小，真空室内液面vave/vmax为0.58；真空室活塞流体积分数为62.8％；钢包内死区体积分数为21.8％；也能实现改善效果。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种RH真空精炼装置，包括钢包、浸渍管和真空室，所述浸渍管的下端连通并浸入所述钢包内，所述浸渍管的上端连通所述真空室；其特征在于：所述浸渍管具有呈左右对称设置的上升管和下降管，所述上升管和下降管的截面均由向内凹陷的内弧段、向外凸起的外弧段以及连接内弧段和外弧段的倒角弧段围合而成；所述上升管和下降管之间通过耐火隔墙隔离；所述上升管的内弧段和外弧段的下端位置均匀分布有多个吹气口。
2.根据权利要求1所述的RH真空精炼装置，其特征在于：所述真空室的底部与浸渍管的上端面等大，或略小于浸渍管的上端面；所述外弧段为以真空室底部中心为圆心、直径D1为0.75-0.95倍的真空室底部直径L1所在圆的圆弧段；所述内弧段为真空室底部边缘为圆心、直径D2为1.3-1.6倍的真空室底部直径L1所在圆的圆弧段。
3.根据权利要求1所述的RH真空精炼装置，其特征在于：所述浸渍管的下端浸入所述钢包的浸入深度L为100mm-1000mm。
4.根据权利要求1所述的RH真空精炼装置，其特征在于：所述吹气口离上升管底部的距离在100-300mm之间，呈单层分布或双层分布；所述吹气口的孔径在8-60mm之间，所述吹气口的中心轴线与上升管中心线夹角在60°-120°之间。
5.一种RH真空精炼方法，其特征在于，包括如下步骤：
A1，提供权利要求1至4任一所述的RH真空精炼装置；
A2，打开抽真空系统对真空室进行抽真空，此时，将提升气体吹入上升管内，带动钢包内钢液通过上升管流入真空室，钢液在真空室内又因重力的作用，再通过下降管流入钢包，进行循环流动，实现RH真空精炼。
6.根据权利要求5所述的RH真空精炼方法，其特征在于：在步骤A2中，所述上升管的外弧段的吹气口的进气总量大于内弧段的吹气口的进气总量。
7.根据权利要求6所述的RH真空精炼方法，其特征在于：所述上升管的外弧段的吹气口的进气总量是内弧段的吹气口的进气总量的N倍，1<N≤3。
8.根据权利要求5所述的RH真空精炼方法，其特征在于：所述吹气口吹出的气体流速为0.8-2.8Nm3/min。
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