CN116694869B - 一种钢包吹氩装置及对钢液进行吹氩精炼的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钢包吹氩装置及对钢液进行吹氩精炼的方法，属于钢铁冶金中炉外精炼技术领域。本发明的钢包吹氩装置简单，采用“侧面两块狭缝式透气砖与底部一块弥散式透气砖”的结构，利用狭缝式透气砖，吹出的气体流量大的特点，对钢液进行充分搅拌，促进了钢中非金属夹杂物的聚集长大，提高钢液的混匀效率；利用弥散式透气砖，吹出的气体气泡较小，易于捕获钢中非金属夹杂物的特点，提高夹杂物的去除率。并通过搭配合理的吹氩参数，能够同时达到提高钢液混匀效率和利于夹杂物去除的钢液精炼目的。
Description
技术领域
本发明属于钢铁冶金中炉外精炼技术领域，具体涉及到一种钢包吹氩装置及对钢液进行吹氩精炼的方法。
背景技术
高品质特殊钢对钢的洁净度和均质化均具有较高的要求。某些应用于航空设备的超洁净钢，要求钢中全氧含量控制在5ppm以下，且要求最大夹杂物不得超过10μm，这对钢的精炼工艺提出了巨大的挑战。
钢包吹氩技术是国内外钢厂普遍采用的一种操作简单、精炼效果明显的炉外精炼工艺。目前钢包吹氩主要是通过钢包底部的透气砖来实现的，现有的钢包底吹透气砖的布置方式，吹氩流场的纵向搅拌能强，横向搅拌能弱，吹氩流量的大小难以控制。主要表现在：吹氩流量较小时，钢液的成分、温度混匀时间较长，不能满足高效的生产节奏需求；而吹氩流量较大时，又易在钢液表面形成较大“渣眼”，导致钢液卷渣或二次氧化严重，影响钢液精炼效果。
现有技术A公开了一种用于铁水罐或钢包精炼的底吹或侧吹多用途透气装置。该装置在钢包或铁水罐侧壁或底面装上一块狭缝式透气砖吹氩，使钢包渣向扒渣机方向游动，从而提高扒渣效率。该技术并未对钢中非金属夹杂物的去除情况进行评价，且钢包侧面单一方向的吹氩方式，为达到一定的混匀效率，容易导致吹氩方向对面的钢包壁冲刷严重，影响钢包的使用寿命。
现有技术B公开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。该方法提供的钢包底吹钢液装置，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。由于钢包底面透气砖的安装位置有限，该发明存在，由底吹氩孔形成的钢液流股之间发生碰撞，钢液动能耗散严重，导致氩气利用率低的问题。
综上，目前还没有一种可以同时提高钢液的混匀效率和有效去除夹杂物的装置和方法，可以达到对钢液进行高效率精炼的目的。
发明内容
针对上述现有钢包吹氩工艺存在的主要技术问题，本发明提供了一种钢包吹氩装置及对钢液进行吹氩精炼的方法，该装置以“侧面两块狭缝式透气砖+底部一块弥散式透气砖”为主要结构，利用狭缝式透气砖，吹出的气体流量大的特点，对钢液进行充分搅拌，促进了钢中非金属夹杂物的聚集长大，提高钢液的混匀效率；利用弥散式透气砖，吹出的气体气泡较小，易于捕获钢中非金属夹杂物的特点，提高夹杂物的去除率。并通过搭配合理的吹氩参数，能够同时达到提高钢液混匀效率和利于夹杂物去除的钢液精炼目的。
第一方面，本发明提供了一种钢包吹氩装置，包括钢包和透气砖，所述钢包的高径比为1.10～1.30，所述透气砖为三块，包括两块狭缝式透气砖和一块弥散式透气砖，所述弥散式透气砖安装于所述钢包底部，所述狭缝式透气砖安装于钢包的内壁，两块所述狭缝式透气砖的吹氩方向相反。
进一步地，在本发明的较佳实施例中，所述狭缝式透气砖与所述钢包底部的距离占钢包高度的1/3～1/2。
进一步地，在本发明的较佳实施例中，两块所述狭缝式透气砖与所述钢包底部的距离不同。
进一步地，在本发明的较佳实施例中，所述狭缝式透气砖的通气狭缝与安装位置切面夹角为45～135°，与水平面夹角为30～50°。
进一步地，在本发明的较佳实施例中，所述弥散式透气砖安装于以所述钢包包底中心为圆心的圆弧面上，圆弧面的半径为钢包底圆半径的1/3～1/2，钢包底圆半径为两块所述狭缝式透气砖水平距离的1/2。
第二方面，本发明提供了一种采用第一方面任一所述的钢包吹氩装置对钢液进行吹氩精炼的方法，包括以下步骤：
(1)在钢包精炼的前期，控制两块狭缝式透气砖的流量为
q狭缝1＝0.3～0.4L/(min·t)；q狭缝2＝0.5～0.7L/(min·t)；
(2)在钢包精炼的中期，控制两块狭缝式透气砖的流量为
q狭缝1＝1.0～1.2L/(min·t)；q狭缝2＝1.6～1.8L/(min·t)；
(3)在软吹阶段，控制两块狭缝式透气砖与弥散式透气砖的流量均为0.1～0.3L/(min·t)；
其中，q狭缝1、q狭缝2分别为两块狭缝式透气砖的吨钢吹氩流量，q弥散为弥散式透气砖的吨钢吹氩流量。
本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比至少具有如下优点：
1、本发明通过采用“侧面两块狭缝式透气砖+底部一块弥散式透气砖”钢包吹氩装置，在钢包精炼的前、中期通过侧面狭缝式透气砖吹氩，搭配“一强一弱的”吹氩模式，能够以较小的流量，在钢包内形成横、纵搅拌能均衡的流场，提高钢液的混匀效率，以满足高效的生产节奏需求。
2、在软吹阶段，侧面狭缝式透气砖吹氩形成的横向旋流对底面弥散式透气砖吹氩气泡具有剪切作用，使氩气泡进一步破碎，增加了钢液中小气泡数量，从而增加气泡捕获夹杂物的几率，提高夹杂物的去除率，达到净化钢液的目的。本发明吹氩流量的大小较易控制，有效解决了现有钢包底吹氩工艺存在的吹氩流量过小，混匀效率低，吹氩流量过大，产生裸钢，影响钢液洁净度的技术难题。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的钢包吹氩装置中狭缝式透气砖的安装位置示意图；
图2为本发明提供的钢包吹氩装置中弥散式透气砖的安装位置(阴影部分)示意图；
图3为狭缝式透气砖安装位置处横剖面的吹氩方向示意图；
图4为狭缝式透气砖安装位置处纵剖面的吹氩方向示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中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申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
除非另有特别说明，本申请中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
第一方面，本申请提供了一种钢包吹氩装置，如图1-2所示，包括钢包和透气砖，其中钢包的高径比为H/D＝1.10～1.30。在钢包底部布置一块弥散式透气砖，在钢包侧面布置两块吹氩方向相反的狭缝式透气砖。
其中，所述狭缝式透气砖，安装于距离钢包底部高度h的截面上，其中h＝(1/3～1/2)H。
所述两块透气砖的安装高度h不同，两块透气砖之间的水平距离为D。
如图3和图4所示，所述狭缝式透气砖，通气狭缝与安装位置切面夹角α为45°～135°与水平面夹角β为30°～50°。
所述弥散式透气砖，安装于以钢包包底中心为圆心、半径为r的圆弧上。
其中r＝(1/3～1/2)R，R为钢包底圆的半径，R＝1/2D。
本发明所述的狭缝式透气砖为现有技术生产的整体式或外装式狭缝式透气砖，弥散式透气砖为现有技术生产的整体式或外装式弥散式透气砖。
本发明中，侧面透气砖的安装高度、两块透气砖的水平距离及透气砖的吹气角度，对方案的实施是有影响的。在本发明限定的范围内，为了提高混匀效率，获得较均匀的流场，吹氩流量的可调空间较大。
本发明中，狭缝式透气砖与弥散式透气砖的区别在于吹出的气泡的大小不一样，两者不能替换，狭缝式透气砖的主要用途是对钢液起到搅拌作用，弥散式透气砖的主要用途是通过吸附夹杂物，对夹杂物起到排除作用。
本发明中，精炼前期的主要任务是化渣，造碱性渣。精炼中期，主要任务是配加合金、混匀成分。软吹阶段主要任务是去除非金属夹杂物。
同时，与现有技术A相比，本发明在钢包侧面安装两块吹氩方向相反的狭缝式透气砖，通过合理布置两块狭缝式透气砖的位置、吹氩方向，分配两透气砖的氩气流量，在钢包内获得更均匀的流场分布，能够有效避免钢包壁某面冲刷严重的问题，提高钢包的使用寿命。
与现有技术B相比，本发明在钢包侧面安装两块吹氩方向相反的狭缝式透气砖，配合底部一块弥散式透气砖进行吹氩，并通过合理设置吹氩参数，能够有效减少钢液流股之间的碰撞，降低钢液动能的耗散，提高氩气的利用率。同等精炼效果下，本发明能够节省精炼过程的氩气消耗量(40～60)L/t。
第二方面，本申请提供了一种采用第一方面任一所述的钢包吹氩装置对钢液进行吹氩精炼的方法，包括以下步骤：
(1)在钢包精炼的前期，侧面两块狭缝式透气砖的流量控制为：
q狭缝1＝0.3～0.4L/(min·t)；q狭缝2＝0.5～0.7L/(min·t)，
其中q狭缝1、q狭缝2分别为狭缝式透气砖的吨钢吹氩流量。
(2)在钢包精炼的中期，侧面两狭缝式透气砖的流量控制为：
q狭缝1＝1.0～1.2L/(min·t)；q狭缝2＝1.6～1.8L/(min·t)，
(3)在软吹阶段，侧面两狭缝式透气砖和底部弥散式透气砖的流量控制为：
q狭缝1＝q狭缝2＝q弥散＝0.1～0.3L/(min·t)，
其中q弥散为弥散式透气砖的吨钢吹氩流量，L/(min·t)表示吨钢每分钟的吹氩量，是与钢包大小关联的单位。
以下结合实施例对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
实施例1
本发明通过采用“侧面两块狭缝式透气砖+底部一块弥散式透气砖”钢包吹氩装置，对钢液进行吹氩精炼，包括以下步骤：
(1)在钢包精炼的前期，侧面两狭缝式透气砖的流量控制为：
q狭缝1＝0.3L/(min·t)；q狭缝2＝0.5L/(min·t)，
其中q狭缝1、q狭缝2分别为狭缝式透气砖的吨钢吹氩流量。
(2)在钢包精炼的中期，侧面两狭缝式透气砖的流量控制为：
q狭缝1＝1.0L/(min·t)；q狭缝2＝1.6L/(min·t)，
(3)在软吹阶段，侧面两狭缝式透气砖和底部弥散式透气砖的流量控制为：
q狭缝1＝q狭缝2＝q弥散＝0.3L/(min·t)。
本实施例中，所述狭缝式透气砖安装高度h1＝1/3H，h2＝1/2H。通气狭缝与安装位置切面夹角α为45°，与水平面夹角β为30°。所述弥散式透气砖的安装位置，r＝1/2R。
实施例2
本实施例的钢包吹氩装置的结构与实施例1相同，不同之处在于，所述狭缝式透气砖安装高度h1＝1/2H，h2＝1/3H。通气狭缝与安装位置切面夹角α为90°，与水平面夹角β为50°。所述弥散式透气砖的安装位置，r＝1/2R。
同时，本实施例采用钢包吹氩装置对钢液进行吹氩精炼的方法，包括以下步骤：
(1)在钢包精炼的前期，侧面两狭缝式透气砖的流量控制为：
q狭缝1＝0.4L/(min·t)；q狭缝2＝0.7L/(min·t)，
(2)在钢包精炼的中期，侧面两狭缝式透气砖的流量控制为：
q狭缝1＝1.2L/(min·t)；q狭缝2＝1.8L/(min·t)，
(3)在软吹阶段，侧面两狭缝式透气砖和底部弥散式透气砖的流量控制为：
q狭缝1＝q狭缝2＝q弥散＝0.1L/(min·t)。
实施例3
本实施例的钢包吹氩装置的结构与实施例1相同，不同之处在于，所述狭缝式透气砖安装高度h1＝1/3H，h2＝1/2H。通气狭缝与安装位置切面夹角α为135°，与水平面夹角β为40°。所述弥散式透气砖的安装位置，r＝1/3R。
同时，本实施例采用钢包吹氩装置对钢液进行吹氩精炼的方法，包括以下步骤：
(1)在钢包精炼的前期，侧面两狭缝式透气砖的流量控制为：
q狭缝1＝0.4L/(min·t)；q狭缝2＝0.6L/(min·t)，
(2)在钢包精炼的中期，侧面两狭缝式透气砖的流量控制为：
q狭缝1＝1.2L/(min·t)；q狭缝2＝1.7L/(min·t)，
(3)在软吹阶段，侧面两狭缝式透气砖和底部弥散式透气砖的流量控制为：
q狭缝1＝q狭缝2＝q弥散＝0.2L/(min·t)。
对比例
本对比例中采用两块狭缝式钢包底吹装置进行等流量吹氩，对钢液进行精炼。
具体方法为：
精炼前期，吹氩流量为q狭缝1＝q狭缝2＝0.7L/(min·t)；
精炼中期，吹氩流量为q狭缝1＝q狭缝2＝1.6L/(min·t)；
软吹后期，吹氩流量为q狭缝1＝q狭缝2＝0.2L/(min·t)。
其中，两块狭缝式透气砖所在圆弧的最佳半径为0.60R，所在圆弧半径的最佳夹角为120°。
试验例
由于实际钢包精炼过程的不可见性，本发明采用水模型来模拟钢包精炼过程，其原理见参考文献(孙赛阳，孙彦辉，赵勇等.100t LF精炼炉底吹氩钢液混合效果模拟[J].过程工程学报，13(05):728-734.)。在钢包液面中心上方一定高度处加入125mL饱和KCl溶液，同时电脑计时，通过安置在钢包内不同位置的2个感应电极测定液体浓度，在电脑上显示变化曲线(RTD曲线)，电导率从起始波动到最后稳定的时间为混匀时间。
将本发明实施例1-3与对比例的180t LF精炼钢包底吹氩精炼方法进行了实验室水模实验(相似比为1:4)的吹氩混匀时间和用于某炼钢厂生产10B21的夹杂物含量、LF精炼时间及吨钢氩气消耗量进行对比分析，对比结果见下表1。
表1
由表1可知，本发明用于180tLF精炼钢包的实验室水模实验(相似比为1:4)的吹氩混匀时间106～112s，比现有技术采用两块狭缝式钢包底吹等流量工艺的混匀时间同比缩短18％以上；用于生产10B21连铸坯的夹杂物含量减少0.45mg/10Kg以上，轧材全氧T[O]降低8ppm以上；用于生产10B21LF精炼周期同比缩短11～17min；用于生产10B21吨钢氩气消耗同比降低46.6L以上。
本申请的各种实施例可以以一个范围的形式存在；应当理解，以一范围形式的描述仅仅是因为方便及简洁，不应理解为对本申请范围的硬性限制；因此，应当认为所述的范围描述已经具体公开所有可能的子范围以及该范围内的单一数值。例如，应当认为从1到6的范围描述已经具体公开子范围，例如从1到3，从1到4，从1到5，从2到4，从2到6，从3到6等，以及所述范围内的单一数字，例如1、2、3、4、5及6，此不管范围为何皆适用。另外，每当在本文中指出数值范围，是指包括所指范围内的任何引用的数字(分数或整数)。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (3)
1.一种钢液进行吹氩精炼的方法，其特征在于，采用钢包吹氩装置对钢液进行吹氩精炼，所述钢包吹氩装置包括钢包和透气砖，所述钢包的高径比为1.10～1.30，所述透气砖为三块，包括两块狭缝式透气砖和一块弥散式透气砖，所述弥散式透气砖安装于所述钢包底部，所述狭缝式透气砖安装于钢包的内壁，两块所述狭缝式透气砖的吹氩方向相反，所述狭缝式透气砖的通气狭缝与安装位置切面夹角为45～135°，所述狭缝式透气砖的通气狭缝与水平面夹角为30～50°，所述弥散式透气砖安装于以所述钢包包底中心为圆心的圆弧面上，圆弧面的半径为钢包底圆半径的1/3～1/2，钢包底圆半径为两块所述狭缝式透气砖水平距离的1/2；
所述方法包括以下步骤：
(1)在钢包精炼的前期，控制两块狭缝式透气砖的流量分别为0.3～0.4L/(min·t)和0.5～0.7L/(min·t)；
(2)在钢包精炼的中期，控制两块狭缝式透气砖的流量分别为1.0～1.2L/(min·t)和1.6～1.8L/(min·t)；
(3)在软吹阶段，控制两块狭缝式透气砖与弥散式透气砖的流量均为0.1～0.3L/(min·t)。
2.根据权利要求1所述的钢液进行吹氩精炼的方法，其特征在于，所述狭缝式透气砖与所述钢包底部的距离占钢包高度的1/3～1/2。
3.根据权利要求1所述的钢液进行吹氩精炼的方法，其特征在于，两块所述狭缝式透气砖与所述钢包底部的距离不同。
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