CN115751959A - 一种真空炼钢熔炼炉 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种真空炼钢熔炼炉，还包括气体循环装置系统，所述气体循环装置系统包括供气瓶、第一热量交换器、气体循环泵、第二热量交换器、流体管，第一热量交换器、气体循环泵、第二热量交换器均设置在炉体外且依次通过流体管串联成第一循环回路供气体循环通过；还包括连接第一热量交换器和第二热量交换器的载热管路，载热管路中的流体流经第一热量交换器的冷流体侧再到第二热量交换器的热流体侧。本发明在钢液熔炼时，能够使得气体在钢液表面稳定长时间循环流动，提升气体对钢液表面的保护作用，在钢液凝固过程中，能够实现快速对钢液的冷却，提高了生产效率。

Description

一种真空炼钢熔炼炉

技术领域

本发明涉及钢铁熔炼装置领域，具体涉及一种真空炼钢熔炼炉。

背景技术

用氧化方法去除生铁和废钢中的杂质，加入适量的合金元素，使之成为具有高的强度、韧性或其他特殊性能的钢，这一工艺过程称为“炼钢”。

传统炼钢工艺是用真空熔炼炉冶炼后进行上-上浇注法浇注成锭。浇注过程中会形成湍流，钢液表面炉渣随钢流直接卷入钢锭内部，形夹杂物；另外，钢液对中间包或浇注模具有冲刷作用，剥落的耐火材料也会进入钢锭内部，形夹杂物，最终降低了铸坯的质量。鉴于此，现有技术为了消除浇注过程形成湍流导致的卷入夹渣问题，采用了在坩埚内“就地”凝固的办法，即不经浇注直接在坩埚内冷却成型的方式铸造获得钢锭。

然而此种直接在坩埚内冷却成型的方式，是采用停电慢慢自然冷或者阶梯凝固、然后停电自然冷却的方式，冷却时间过长，导致生产效率低下。

发明内容

为解决上述问题，本发明目的在于提供一种真空炼钢熔炼炉，能够在钢液凝固过程中，实现快速对钢液的冷却，提高了生产效率。

本发明通过下述技术方案实现：

一种真空炼钢熔炼炉，包括炉体、盖设在炉体上方的炉盖，炉体内设置有坩埚，坩埚外壁设置有加热器，加热器连接有设置在炉体外的加热控制系统，炉体的炉腔连通有真空系统，还包括气体循环装置系统，所述气体循环装置系统包括供气瓶、第一热量交换器、气体循环泵、第二热量交换器、流体管，所述流体管的一末端延伸有第一端路，流体管的另一末端延伸有第二端路，第一端路的端口和第二端路的端口均设置在坩埚内且位于钢液上方，第一热量交换器、气体循环泵、第二热量交换器均设置在炉体外且依次通过流体管串联成第一循环回路供气体循环通过；还包括连接第一热量交换器和第二热量交换器的载热管路，载热管路中的流体流经第一热量交换器的冷流体侧再到第二热量交换器的热流体侧，将热量由第一热量交换器转移到第二热量交换器中；

所述供气瓶设置在炉体外并和循环回路的支路连接，用于为坩埚提供保护性气体；工作时，待抽真空后将供气瓶打开，向坩埚内输入保护性气体，待输入的保护性气体量满足需求时，关闭供气瓶，开始熔炼升温，并同时开启设置在炉体外的气体循环泵，气体经流体管进入第一热量交换器的热流体侧，降温后进入气体循环泵，再进入第二热量交换器的冷流体侧，和气体循环泵，使得保护性气体能够在坩埚内的熔化液体表面上循环流动。

本发明巧妙设置的循环回路配合第一热量交换器和第二热量交换器的载热管路，在钢液熔炼时，能够使得气体在钢液表面稳定长时间循环流动，提升气体对钢液表面的保护作用，在钢液凝固过程中，能够实现快速对钢液的冷却，提高了生产效率，第一热量交换器和第二热量交换器的热量转移，使得从第一热量交换器出来的气体热量分散更快，能够对气体循环泵起到保护的作用，防止过高的气体对气体循环泵造成损伤。

考虑到载热管路中载热流体比热对流体管出口温度的影响，载热流体优选采用气体，在具体实施时，采用第一管道将第一热量交换器冷流体侧的出口与第二热量交换器热流体侧入口相连、采用第二管道将第一热量交换器冷流体侧的入口与第二热量交换器热流体侧出口相连，同时在第一管道或第二管道设置相应的气泵即可。

循环回路上还设置有气体干燥机。气体干燥机主要用于除去循环回路可能的水分等。

还包括在炉体外的膨胀节，所述膨胀节设置在第一热量交换器和流体管端路之间。还可以在炉体外第二热量交换器和流体管端路之间设置膨胀节。

流体管外壁设置有保温层。

第一热量交换器和第二热量交换器的流体流动管道均采用耐高温材质。

还包括串联在第二热量交换器和坩埚之间且设置在炉体外的第三热量交换器，流体管连通第三热量交换器的热流体侧供气体通过。当钢液熔炼完成后进行冷却凝固时，启动第三热量交换器用于将从第二热量交换器出来的气体进行降温处理，使得循环进入坩埚内的气体温度降低，如此可在每一次循环后，气体的温度得到适当降低，进一步加快了坩埚内钢液的凝固速度。

还包括第三端路、第二冷却通路和第四端路，第三端路为延伸第一端路的流体管末端的另一延伸支路，第三端路上设置有第三开关，第四端路为延伸第二端路的流体管末端的另一延伸支路，第四端路设置有第四开关，所述第二冷却通路开设在坩埚壁内，供气体流至坩埚壁内以对坩埚内熔液降温，所述第二冷却通路的入口端和第三端路的出口端相连，所述第二冷却通路的出口端和第四端路的入口端相连，第四端路的出口端设置在循环回路上且靠近流体管另一端路处，第三端路、第二冷却通路、第四端路、第一热量交换器、气体循环泵、第二热量交换器构成第二循环回路。为了进一步提升钢液的凝固速率，还设置了第二循环回路，所述第二循环回路主要是将逐渐降温的二氧化碳气体导入坩埚壁内，通过降低坩埚的温度，进而实现降低钢液温度，二氧化碳气体每经一次循环，进入坩埚壁内的温度就会逐渐降低，如此快速的提升了钢液凝固速度。

第二冷却通路为U型通路或者围绕坩埚外围的螺旋形通路。

本装置的保护气体为二氧化碳。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

本发明在钢液熔炼时，能够使得气体在钢液表面稳定长时间循环流动，提升气体对钢液表面的保护作用，在钢液凝固过程中，能够实现快速对钢液的冷却，提高了生产效率。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明结构示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-炉体，2-坩埚，3-加热器，4-气体循环泵，5-第一热量交换器，6-第二热量交换器，7-第三热量交换器，8-膨胀节，9-供气瓶，10-气体干燥机，11-真空系统，12-第二冷却通道，13-第一管道，14-第二管道，15-气泵，16-第一通路，17-第二通路，18-第三通路，19-第四通路。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

如图1所示，一种真空炼钢熔炼炉，包括炉体1、盖设在炉体1上方的炉盖，炉体1内设置有坩埚2，坩埚2外壁设置有加热器3，加热器3连接有设置在炉体1外的加热控制系统，炉体1的炉腔连通有真空系统11，还包括气体循环装置系统，所述气体循环装置系统包括供气瓶9、第一热量交换器5、气体循环泵4、第二热量交换器6、流体管，所述流体管的一末端延伸有第一端路16，流体管的另一末端延伸有第二端路17，第一端路16的端口和第二端路17的端口均设置在坩埚2内且位于钢液上方，第一热量交换器5、气体循环泵4、第二热量交换器6均设置在炉体1外且依次通过流体管串联成第一循环回路供气体循环通过；还包括连接第一热量交换器5和第二热量交换器6的载热管路，载热管路中的流体流经第一热量交换器5的冷流体侧再到第二热量交换器6的热流体侧，将热量由第一热量交换器5转移到第二热量交换器6中，具体的：采用第一管道13将第一热量交换器5冷流体侧的出口与第二热量交换器6热流体侧入口相连、采用第二管道14将第一热量交换器5冷流体侧的入口与第二热量交换器6热流体侧出口相连，同时在第一管道13或第二管道14设置相应的气泵15。

所述供气瓶9设置在炉体1外并和循环回路的支路连接，用于为坩埚2提供保护性气体。

炼钢工作展开时，待抽真空后将供气瓶9打开，向坩埚2内输入保护性气体，待输入的保护性气体量满足需求时，关闭供气瓶9，开始熔炼升温；待熔炼结束后(确认钢液成分达到需求后)，关闭加热器3(注：由于循环装置的设置，能够直接关掉加热器3，利用循环气体的余热使得钢液表面出现大量结膜，而此时循环的二氧化碳气体也已经没有加热来源，处于冷却过程中，由此提升了钢液凝固冷却速率)，开启设置在炉体1外的气体循环泵4，气体经流体管进入第一热量交换器5的热流体侧，降温后进入气体循环泵4，再进入第二热量交换器6的冷流体侧，和气体循环泵4，使得保护性气体能够在坩埚2内的熔化液体表面上循环流动，以降低熔池钢液表面的温度。

在实施的时候，为了保护气体循环泵4和更快的降低钢液温度，还可以在第一热量交换器5和气体循环泵4之间设置第四热量交换器，在靠近第二热量交换器6的位置处设置第五热量交换器，将第四热量交换器和第五热量交换器进行热量交换连接，以进一步降低流经第四热量交换器中二氧化碳气体的温度。

实施例2

循环回路上还设置有气体干燥机10。

还包括在炉体1外的膨胀节8，所述膨胀节8设置在第一热量交换器5和流体管端路之间。还可以在炉体1外第二热量交换器6和流体管端路之间设置膨胀节8。

流体管外壁设置有保温层。

第一热量交换器5和第二热量交换器6的流体流动管道均采用耐高温材质。

还包括串联在第二热量交换器6和坩埚2之间且设置在炉体1外的第三热量交换器7，流体管连通第三热量交换器7的热流体侧供气体通过。

还包括第三端路18、第二冷却通路12和第四端路19，第三端路18为延伸第一端路16的流体管末端的另一延伸支路，第三端路18上设置有第三开关，第四端路19为延伸第二端路17的流体管末端的另一延伸支路，第四端路19设置有第四开关，所述第二冷却通路12开设在坩埚2壁内，供气体流至坩埚2壁内以对坩埚2内熔液降温，所述第二冷却通路12的入口端和第三端路18的出口端相连，所述第二冷却通路12的出口端和第四端路19的入口端相连，第四端路19的出口端设置在循环回路上且靠近流体管另一端路处，第三端路18、第二冷却通路12、第四端路19、第一热量交换器5、气体循环泵4、第二热量交换器6构成第二循环回路。

冷却凝固时，可将第一开关和第二开关均关闭，打开第三开关和第四开关，启用第二循环回路进行冷却降温。在钢液熔炼时，部分二氧化碳和蒸发的铁反应生成一氧化碳气体，减少了铁的蒸发，提升了钢铁质量，同时一氧化碳气体体积变大，冷却面增大，提升了冷却效率。

第二冷却通路12为U型通路或者围绕坩埚外围的螺旋形通路。

本发明中，未详细描述的均是现有技术。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种真空炼钢熔炼炉，包括炉体(1)、盖设在炉体(1)上方的炉盖，炉体(1)内设置有坩埚(2)，坩埚(2)外壁设置有加热器(3)，加热器(3)连接有设置在炉体(1)外的加热控制系统，炉体(1)的炉腔连通有真空系统(11)，其特征在于，还包括气体循环装置系统，所述气体循环装置系统包括供气瓶(9)、第一热量交换器(5)、气体循环泵(4)、第二热量交换器(6)、流体管，所述流体管的一末端延伸有第一端路(16)，流体管的另一末端延伸有第二端路(17)，第一端路(16)的端口和第二端路(17)的端口均设置在坩埚(2)内且位于钢液上方，第一热量交换器(5)、气体循环泵(4)、第二热量交换器(6)均设置在炉体(1)外且依次通过流体管串联成第一循环回路供气体循环通过，还包括连接第一热量交换器(5)和第二热量交换器(6)的载热管路，载热管路中的流体流经第一热量交换器(5)的冷流体侧再到第二热量交换器(6)的热流体侧，将热量由第一热量交换器(5)转移到第二热量交换器(6)中；

所述供气瓶(9)设置在炉体(1)外并和循环回路的支路连接，用于为坩埚(2)提供保护性气体；工作时，待抽真空后将供气瓶(9)打开，向坩埚(2)内输入保护性气体，待输入的保护性气体量满足需求时，关闭供气瓶(9)，开始熔炼升温；待熔炼结束后，关闭加热器(3)，开启设置在炉体(1)外的气体循环泵(4)，气体经流体管进入第一热量交换器(5)的热流体侧，降温后进入气体循环泵(4)，再进入第二热量交换器(6)的冷流体侧，和气体循环泵(4)，使得保护性气体能够在坩埚(2)内的熔化液体表面上循环流动。

2.根据权利要求1所述的真空炼钢熔炼炉，其特征在于，循环回路上还设置有气体干燥机(10)。

3.根据权利要求1所述的真空炼钢熔炼炉，其特征在于，还包括在炉体(1)外的膨胀节(8)，所述膨胀节(8)设置在第一热量交换器(5)和流体管端路之间。

4.根据权利要求1所述的真空炼钢熔炼炉，其特征在于，流体管外壁设置有保温层。

5.根据权利要求1所述的真空炼钢熔炼炉，其特征在于，还包括串联在第二热量交换器(6)和坩埚(2)之间且设置在炉体(1)外的第三热量交换器(7)，流体管连通第三热量交换器(7)的热流体侧供气体通过。

6.根据权利要求1所述的真空炼钢熔炼炉，其特征在于，还包括第一管道(13)和第二管道(14)，所述第一管道(13)将第一热量交换器(5)冷流体侧的出口与第二热量交换器(6)热流体侧入口相连，采用第二管道(14)将第一热量交换器(5)冷流体侧的入口与第二热量交换器(6)热流体侧出口相连，同时在第一管道(13)或第二管道(14)上设置相应的气泵(15)。

7.根据权利要求1所述的真空炼钢熔炼炉，其特征在于，还包括第三端路(18)、第二冷却通路(12)和第四端路(19)，第三端路(18)为延伸第一端路(16)的流体管末端的另一延伸支路，第三端路(18)上设置有第三开关，第四端路(19)为延伸第二端路(17)的流体管末端的另一延伸支路，第四端路(19)设置有第四开关，所述第二冷却通路(12)开设在坩埚(2)壁内，供气体流至坩埚(2)壁内以对坩埚(2)内熔液降温，所述第二冷却通路(12)的入口端和第三端路(18)的出口端相连，所述第二冷却通路(12)的出口端和第四端路(19)的入口端相连，第四端路(19)的出口端设置在循环回路上且靠近流体管另一端路处，第三端路(18)、第二冷却通路(12)、第四端路(19)、第一热量交换器(5)、气体循环泵(4)、第二热量交换器(6)构成第二循环回路。

8.根据权利要求1所述的真空炼钢熔炼炉，其特征在于，第二冷却通路(12)为U型通路或者围绕坩埚外围的螺旋形通路。

9.根据权利要求1所述的真空炼钢熔炼炉，其特征在于，保护性气体为二氧化碳。

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