CN115595405B - 一种rh喷粉工艺的长寿喷吹装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种RH喷粉工艺的长寿喷吹装置及方法，适用于50‑300吨RH喷粉真空精炼过程，喷吹装置包括气源阀组以及与气源阀组连接的喷粉枪管，喷粉枪管包括弯管部和喷射部，喷射部向弯管部过渡位置设有外通管，外通管内装有红外测温仪，红外测温仪与控制气源阀组的载气中心控制系统电连接，并将测试数据传输给载气中心控制系统；载气中心控制系统根据红外测温仪监测到的温度，利用气源阀组调整载气中O2和CO2配比，调整喷枪出口火点区温度，在降低火点区温度延长喷枪寿命的同时，防止喷枪口火点区温度过低结瘤造成喷枪堵塞，使用本发明能降低喷枪侵蚀速度及事故发生概率，延长RH下部槽200‑250炉的寿命，降低了生产成本，进而稳定控制喷粉精炼的生产节奏。
Description
技术领域
本发明属于炼钢工艺技术领域，具体涉及一种RH喷粉工艺的长寿喷吹装置及方法。
背景技术
RH精炼全称为RH真空循环脱气精炼法。于1959年由德国人发明，其中RH为当时德国采用RH精炼技术的两个厂家的第一个字母。现有的RH真空精炼工艺具有脱气、脱氧、脱碳、脱硫、成分微调、加热等多种冶金功能。由于RH处理效果好，功能多，处理速度快，处理批量大的特点，特别适合现代钢铁冶金企业的快节奏。因此RH的发展速度很快，起初仅为保证少量特殊钢质量而进行的处理，如今已发展成为大部分钢种的大量钢水处理工艺。
随着窄成分稳定化炼钢控制目标的发展，提出了RH喷粉脱磷工艺，由于粉剂随钢液循环，大大增加了脱除有害元素效率的同时，加速了夹杂物的脱除，在良好动力学条件下的冶金反应程度进一步加强，终点元素含量稳定性进一步提升。RH底喷粉脱磷工艺在钢液真空循环过程，喷粉枪埋入钢液面以下，以氧气为载气，将石灰粉直接吹入钢液，冶金效益显著，喷枪口发生铁氧反应放热形成的高达2500℃高温火点区，高温烧蚀作用严重缩短了喷枪及周围耐材的寿命，阻碍了喷粉脱磷工艺的大规模工业化应用。
在载气中混入一定比例弱氧化性的CO2气体，与铁反应为吸热反应，可降低火点区温度，延长喷枪寿命。喷枪口火点区的温度随钢水初始温度的变化而变化，如果CO2混入比例过高，易引起火点区温度过低造成喷枪口结瘤喷枪堵塞，进而致使喷粉工艺无法进行；如果CO2混入比例过低，则喷枪口火点区温度过高易造成喷枪及周围耐材烧蚀过快，最终导致RH真空室下部槽耐材寿命短，与生产节奏不匹配，生产成本高。
如何动态控制喷枪出口火点区温度在合理区间，延长喷枪及耐材寿命、保证喷粉工艺全炉役正常进行成为RH喷粉工艺亟待解决的难题。
发明内容
本发明实施方式的目的在于提供一种RH喷粉工艺的长寿喷吹装置及方法，能够动态控制RH精炼过程中，RH底喷粉喷枪出口火点区温度在合理区间，延长喷枪及耐材寿命、保证喷粉工艺全炉役正常进行。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种RH喷粉工艺的长寿喷吹装置，包括气源阀组以及与气源阀组通过管道连接的喷粉枪管，所述的喷粉枪管包括弯管部和喷射部，弯管部与气源阀组通过管道连接作为气源入口端；
所述的喷射部向弯管部过渡的位置设有外通管，外通管与喷射部同轴同径，所述的外通管内装有红外测温仪，红外测温仪朝向喷射部方向且红外测温仪的镜头位于外通管轴心位置；
所述的红外测温仪与控制气源阀组的载气中心控制系统电连接，并将测试数据传输给载气中心控制系统。
外通管内安装有耐高温高压玻璃镜片，耐高温高压玻璃镜片位于红外测温仪正前方。
所述的耐高温高压玻璃镜片周围设置有气流吹扫口，气流吹扫口正对着耐高温高压玻璃镜片吹扫。
所述的外通管包括与喷粉枪管连通的连接部和用于安装红外测温仪的拆装部；
所述的耐高温高压玻璃镜片为圆片状，安装在外通管的连接部内部截面处，并且耐高温高压玻璃镜片的镜片边沿与外通管内壁密封贴合，外通管的连接部外固定套接着水冷法兰；
所述的外通管的拆装部内部固定着红外测温仪，外部套装着水冷套管，所述的水冷套管和外通管拆装部朝向喷粉枪管的端部均固定连接在同一个法兰盘上，该法兰盘与水冷法兰通过螺栓连接，使外通管的拆装部和连接部连接成一体。
所述的红外测温仪前方还设置有气冷喷口，气冷喷口正对着红外测温仪的测温镜头。
一种RH喷粉工艺的长寿喷吹方法，包括如下步骤：
步骤一：RH真空精炼处理开始，测得钢液进站温度T0，喷粉枪管喷吹的气体由N2切换为Ar，进行喷粉脱磷处理前5min时，将喷粉枪管喷吹气体由Ar切换为预设比例的混合载气O2+CO2，载气总流量Qtotal保持不变；
步骤二：当混合载气喷吹流量与载气总流量Qtotal设定值偏差小于10Nm3/h时候，混合载气达到稳定，红外测温仪开始实时监控喷粉枪管出口处火点区的温度Tt，并将温度值传输至载气中心控制系统，火点区实时温度Tt与预期火点区温度Tm的差值ΔT＝Tt-Tm；
|ΔT|＞5时，载气中心控制系统控制气源阀组调整不同气源阀门的开度大小，进而调整CO2的混入流量，同时改变O2的流量，保证总流量不变；|ΔT|≤5时，气源配比无需调整；
步骤三：不同气源流量调整后，待总流量流量稳定，载气中心控制系统接收到测温装置测得的火点区温度数值，温度值达到预期火点区温度值，即|ΔT|≤5，进行喷粉操作。
所述的步骤一中混合载气O2+CO2的预设比例根据钢液进站温度T0确定，由公式计算得到，T0单位为℃，载气总流量
Nm3/h，总流量为100-1000Nm3/h。
所述的步骤二中，预期火点区温度Tm设定为1495-1505℃，若|ΔT|＞5时，CO2的调节方案如下：
若ΔT＞5，则CO2应在原有的基础上增加流量则O2的流量在原有的基础上减少/>
若ΔT＜-5，则CO2应在原有的基础上减少流量则O2的流量在原有的基础上增加/>
本发明的有益效果如下：
1、本发明通过RH底喷粉工艺的喷粉枪尾端设置红外测温装置，在喷粉前准备阶段，可实现高温工况环境下实时监测不同载气配比条件下的喷枪出口火点区温度。
2、本发明可以根据红外测温装置提供的火点区温度数据，动态调整载气中O2及CO2的配比，将喷粉枪出口的火点区温度调整至预期火点区温度，在RH底喷粉精炼条件下，确保喷枪侵蚀速度最低，同时防止喷枪出口火点区温度过低导致喷枪堵塞的事故发生。
3、本发明可以将喷粉枪寿命从原来的100-150炉提升至300-350炉，确保RH下部槽全炉役实现底喷粉精炼工艺，稳定生产节奏，降低生产成本。
为让本发明的上述内容能更明显易懂，下文特举优选实施例，并结合附图，作详细说明如下。
附图说明
图1是本发明喷吹装置的整体结构示意图。
附图标记说明：
1、喷粉枪管；2、弯管部；3、喷射部；4、外通管；5、红外测温仪；6、耐高温高压玻璃镜片；7、气流吹扫口；8、水冷套管；9、气冷喷口；10、水冷法兰。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
需说明的是，在本发明中，所提及方位的前后内外即为装置在工作过程中所对应的方位。
现参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
第一实施方式：
如图1所示，本实施例提供一种RH喷粉工艺的长寿喷吹装置，包括气源阀组以及与气源阀组通过管道连接的喷粉枪管1，喷粉枪管1包括弯管部2和喷射部3，弯管部2与气源阀组通过管道连接作为气源入口端；工作时，喷粉枪管1位于真空室下端的耐材内部，喷粉枪管1的喷射部3出口端与钢液接触，将粉气混合物在喷粉枪管1内加速并直接喷入钢液内。
为了实时监控喷粉枪管1出口火点区温度，本实施例中，喷射部3向弯管部2过渡的位置设有外通管4，外通管4与喷射部3同轴同径，所述的外通管4内装有红外测温仪5，红外测温仪5朝向喷射部3方向且红外测温仪5的镜头位于外通管4轴心位置；所述的红外测温仪5与控制气源阀组的载气中心控制系统电连接，并将测试数据传输给载气中心控制系统。由红外测温仪5实时监控喷粉枪管1出口火点区温度，并将数据传输给载气中心控制系统，载气中心控制系统通过调节气源阀组中不同气源管道的阀门开度，进而调整不同气源的流量，本发明主要是调整混合载气O2+CO2中氧气和二氧化碳的比例，达到调整喷粉枪管1出口火点区温度的目的。
本实施例中，载气中心控制系统的信号接收和信号处理均属于现有技术，在此不做详细说明，能保证载气中心控制系统对红外测温仪5测温信号进行接收和处理即可。
在上述结构的基础上，在这里本发明进一步进行改进，在外通管4内安装有耐高温高压玻璃镜片6，耐高温高压玻璃镜片6位于红外测温仪5正前方，既保护了红外测温仪5，又不影响红外测温仪5的正常工作。耐高温高压玻璃镜片6周围设置有气流吹扫口7，气流吹扫口7正对着耐高温高压玻璃镜片6吹扫，红外测温工作时，气流吹扫口7吹扫耐高温高压玻璃镜片6，使得镜片不会有异物覆盖，确保测温的准确性；
上述外通管4包括与喷粉枪管1连通的连接部和用于安装红外测温仪5的拆装部；耐高温高压玻璃镜片6为圆片状，安装在外通管4的连接部内部截面处，并且耐高温高压玻璃镜片6的镜片边沿与外通管4内壁密封贴合，耐高温高压玻璃镜片6的存在隔绝了工作过程中高温高压环境对红外测温仪5的损坏，外通管4的连接部外固定套接着水冷法兰10，水冷法兰10的存在能降低耐高温高压玻璃镜片6的工况温度；
外通管4的拆装部内部固定着红外测温仪5，外部套装着水冷套管8，水冷套管8和外通管4拆装部朝向喷粉枪管1的端部均固定连接在同一个法兰盘上，该法兰盘与水冷法兰10通过螺栓连接，使外通管4的拆装部和连接部连接成一体。红外测温仪5前方还设置有气冷喷口9，气冷喷口9正对着红外测温仪5的测温镜头，水冷套管8和气冷喷口9的存在，可降低红外测温仪5的工作温度，水冷套管8的水冷效果一种保持运行状态，气冷喷口9仅在红外测温仪5测温运行过程处于运行状态，冷却红外测温仪5镜头的同时保证测温的准确性；
外通管4的拆装部和连接部通过法兰连接成一体，法兰的存在能方便拆卸更换，在需要更换的时候，可以将外通管4的拆装部整体拆下来连同其内部的装置一起更换，或者只是更换相应需要更换的损坏部件。
本实施例中涉及到的水冷和气冷装置，均属于现有成熟装置，在本发明中不做详细说明，在此处直接将相应装置进行应用。
实际使用过程，RH进行真空精炼钢液时，钢液由真空室的上升管进入真空室，由下降管落入钢包，喷粉枪管1位于真空室下端喷粉枪管1主体位于真空室耐材中，喷粉枪管1入口端经管道与气源阀组连接，真空处理钢液时，喷粉枪管1出口端与钢液接触，喷粉枪管1将粉气混合物加速并直接喷入钢液内；气源阀组通过调节不同气源管道的阀门开度，进而调整不同气源的流量，可实时监测和调整喷粉枪出口火点区的温度。
第二实施方式：
在上述实施里的基础上，本实施例提供一种RH喷粉工艺的长寿喷吹方法，RH真空处理钢液时，喷粉枪位于真空室下端，喷粉枪出口与钢液接触，喷粉枪将粉气流直接吹入钢液内部。
本实施例喷吹方法包括如下步骤：
步骤一：RH真空精炼处理开始，测得钢液进站温度T0，喷粉枪管喷吹的气体由N2切换为Ar，进行喷粉脱磷处理前5min时，将喷粉枪管喷吹气体由Ar切换为预设比例的混合载气O2+CO2，载气总流量Qtotal保持不变；
混合载气O2+CO2的预设比例根据钢液进站温度T0确定，由公式
计算得到，T0单位为℃，载气总流量/>Nm3/h，总流量为100-1000Nm3/h。
步骤二：当混合载气喷吹流量与载气总流量Qtotal设定值偏差小于10Nm3/h时候，混合载气达到稳定，红外测温仪5开始实时监控喷粉枪管出口处火点区的温度Tt，并将温度值传输至载气中心控制系统，火点区实时温度Tt与预期火点区温度Tm的差值ΔT＝Tt-Tm；
|ΔT|＞5时，载气中心控制系统控制气源阀组调整不同气源阀门的开度大小，进而调整CO2的混入流量，同时改变O2的流量，保证总流量不变；|ΔT|≤5时，气源配比无需调整；
预期火点区温度Tm设定为1495-1505℃，若|ΔT|＞5时，CO2的调节方案如下：
若ΔT＞5，则CO2应在原有的基础上增加流量则O2的流量在原有的基础上减少/>
若ΔT＜-5，则CO2应在原有的基础上减少流量则O2的流量在原有的基础上增加/>
步骤三：不同气源流量调整后，待总流量流量稳定，载气中心控制系统接收到测温装置测得的火点区温度数值，温度值达到预期火点区温度值，即|ΔT|≤5，进行喷粉操作。
第三实施方式：
本实施例结合具体试验数据进行喷吹方法的说明，采用第一实施方式中的装置和第二实施方式中的方法，本实施例200吨RH喷粉真空精炼纯净钢的具体过程为：
步骤一：RH真空精炼处理开始，火点区预期火点区温度Tm设定为1500℃，测得钢液进站温度T0为1600℃，喷粉枪管喷吹的气体由100Nm3/h的N2切换为150Nm3/h的Ar，进行喷粉脱磷处理前5min时，将喷粉枪管喷吹气体由Ar切换为比例是1:1的混合载气O2+CO2，载气总流量Qtotal控制为200Nm3/h并保持不变，则O2与CO2的流量均为100Nm3/h；
步骤二：当混合载气喷吹流量与载气总流量Qtotal设定值偏差小于10Nm3/h时候，混合载气达到稳定，红外测温仪5开始实时监控喷粉枪管出口处火点区的温度Tt为1530℃，并将温度值传输至载气中心控制系统，火点区实时温度Tt与预期火点区温度Tm的差值ΔT＝Tt-Tm＝1530-1500＝30＞5，载气中心控制系统控制气源阀组调整不同气源阀门的开度大小，进而调整CO2的混入流量，同时改变O2的流量，保证总流量不变；ΔT＞5，则CO2应在原有的基础上增加流量经计算得到4.5Nm3/h，则CO2应在原有的基础上增加流量4.5Nm3/h，即CO2流量调整为104.5Nm3/h，O2的流量在原有的基础上减少4.5Nm3/h，即O2流量调整为95.5Nm3/h；
步骤三：待总流量流量稳定，载气中心控制系统接收到测温装置测得的火点区温度数值为1501℃，温度值达到预期火点区温度值，即|ΔT|＝1＜5，可以进行喷粉操作。
如此在使用本发明前，喷粉枪的寿命仅可使用150炉，使用本发明的装置及方法，喷粉枪的寿命可达到350炉。
第四实施方式：
本实施例结合具体试验数据进行喷吹方法的说明，采用第一实施方式中的装置和第二实施方式中的方法，本实施例200吨RH喷粉真空精炼纯净钢的具体过程为：
步骤一：RH真空精炼处理开始，火点区预期火点区温度Tm设定为1500℃，测得钢液进站温度T0为1580℃，喷粉枪管喷吹的气体由100Nm3/h的N2切换为150Nm3/h的Ar，进行喷粉脱磷处理前5min时，将喷粉枪管喷吹气体由Ar切换为比例是1:1的混合载气O2+CO2，载气总流量Qtotal控制为200Nm3/h并保持不变，则O2与CO2的流量均为100Nm3/h；
步骤二：当混合载气喷吹流量与载气总流量Qtotal设定值偏差小于10Nm3/h时候，混合载气达到稳定，红外测温仪5开始实时监控喷粉枪管出口处火点区的温度Tt为1480℃，并将温度值传输至载气中心控制系统，火点区实时温度Tt与预期火点区温度Tm的差值ΔT＝Tt-Tm＝1480-1500＝-20＜-5，载气中心控制系统控制气源阀组调整不同气源阀门的开度大小，进而调整CO2的混入流量，同时改变O2的流量，保证总流量不变；ΔT＜-5，则CO2应在原有的基础上减少流量则O2的流量在原有的基础上增加经计算得到3Nm3/h，则CO2应在原有的基础上减少流量3Nm3/h，即CO2流量调整为97Nm3/h，O2的流量在原有的基础上增加3Nm3/h，即O2流量调整为103Nm3/h；
步骤三：待总流量流量稳定，载气中心控制系统接收到测温装置测得的火点区温度数值为1503℃，温度值达到预期火点区温度值，即|ΔT|＝3＜5，可以进行喷粉操作。
如此在使用本发明前，喷粉枪的寿命仅可使用150炉，使用本发明的装置及方法，喷粉枪的寿命可达到350炉。
本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。
Claims (6)
1.一种RH喷粉工艺的长寿喷吹装置，能够动态控制RH精炼过程中，RH底喷粉喷枪出口火点区温度在合理区间，长寿喷吹装置包括气源阀组以及与气源阀组通过管道连接的喷粉枪管(1)，其特征在于：所述的喷粉枪管(1)包括弯管部(2)和喷射部(3)，弯管部(2)与气源阀组通过管道连接作为气源入口端；
所述的喷射部(3)向弯管部(2)过渡的位置设有外通管(4)，外通管(4)与喷射部(3)同轴同径，所述的外通管(4)内装有红外测温仪(5)，红外测温仪(5)朝向喷射部(3)方向且红外测温仪(5)的镜头位于外通管(4)轴心位置；
所述的红外测温仪(5)与控制气源阀组的载气中心控制系统电连接，并将测试数据传输给载气中心控制系统；
所述外通管(4)内安装有耐高温高压玻璃镜片(6)，耐高温高压玻璃镜片(6)位于红外测温仪(5)正前方；
所述的耐高温高压玻璃镜片(6)周围设置有气流吹扫口(7)，气流吹扫口(7)正对着耐高温高压玻璃镜片(6)吹扫。
2.如权利要求1所述的RH喷粉工艺的长寿喷吹装置，其特征在于：所述的外通管(4)包括与喷粉枪管(1)连通的连接部和用于安装红外测温仪(5)的拆装部；
所述的耐高温高压玻璃镜片(6)为圆片状，安装在外通管(4)的连接部内部截面处，外通管(4)的连接部外固定套接着水冷法兰(10)；
所述的外通管(4)的拆装部内部固定着红外测温仪(5)，外部套装着水冷套管(8)，所述的水冷套管(8)和外通管(4)拆装部朝向喷粉枪管(1)的端部均固定连接在同一个法兰盘上，该法兰盘与水冷法兰(10)通过螺栓连接，使外通管(4)的拆装部和连接部连接成一体。
3.如权利要求2所述的RH喷粉工艺的长寿喷吹装置，其特征在于：所述的红外测温仪(5)前方还设置有气冷喷口(9)，气冷喷口(9)正对着红外测温仪(5)的测温镜头。
4.一种RH喷粉工艺的长寿喷吹方法，使用如权利要求1至3中任意一项所述的RH喷粉工艺的长寿喷吹装置，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：RH真空精炼处理开始，测得钢液进站温度T 0，喷粉枪管喷吹的气体由N2切换为Ar，进行喷粉脱磷处理前5min时，将喷粉枪管喷吹气体由Ar切换为预设比例的混合载气O 2+CO 2，载气总流量Q total保持不变；
步骤二：当混合载气喷吹流量与载气总流量Q total设定值偏差小于10Nm 3 /h时候，混合载气达到稳定，红外测温仪(5)开始实时监控喷粉枪管出口处火点区的温度T t，并将温度值传输至载气中心控制系统，火点区实时温度Tt与预期火点区温度Tm的差值ΔT＝Tt-Tm；
|ΔT|＞5时，载气中心控制系统控制气源阀组调整不同气源阀门的开度大小，进而调整CO 2的混入流量，同时改变O2的流量，保证总流量不变；|ΔT|≤5时，气源配比无需调整；
步骤三：不同气源流量调整后，待总流量稳定，载气中心控制系统接收到测温装置测得的火点区温度数值，温度值达到预期火点区温度值，即|ΔT|≤5，进行喷粉操作。
5.如权利要求4所述的RH喷粉工艺的长寿喷吹方法，其特征在于：所述的步骤一中混合载气O 2+CO 2的预设比例根据钢液进站温度T 0确定，由公式计算得到，T 0单位为℃，载气总流量/> Nm3/h，总流量为100-1000Nm 3/h。
6.如权利要求4或5所述的RH喷粉工艺的长寿喷吹方法，其特征在于：所述的步骤二中，预期火点区温度设定为1495-1505℃，若/>时，CO2的调节方案如下：
若，则CO2应在原有的基础上增加流量/>，则O2的流量在原有的基础上减少/>；
若，则CO2应在原有的基础上减少流量/>，则O2的流量在原有的基础上增加/>。
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