CN118166180A - 一种可提高精炼效率的rh喷吹装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可提高精炼效率的RH喷吹装置和方法，包括：真空室、钢包、上升管、下降管，所述上升管上开设有上升管吹气孔，所述真空室下部开设有若干真空室下部侧壁吹气孔，所述上升管和下降管的上端连通所述真空室，所述上升管和下降管的下端浸入在所述钢包内。在真空室下部侧壁喷吹氩气，与上升管内提升气体合理配合，在加快钢液循环流动速度、缩短精炼时间、提高精炼效率的基础上，可降低精炼过程中真空室内的钢液高度，改善了真空室钢液面过高而造成的严重喷溅问题，减少了真空室上部的冷钢，同时，在原有RH装置的基础上进行改造，成本低，简单可行，便于实现。
Description
技术领域
本发明涉及RH真空精炼技术领域，更具体的说是涉及一种可提高精炼效率的RH喷吹装置和方法。
背景技术
RH真空精炼装置是用于生产高品质钢的钢液二次精炼工艺装置，在精炼过程中，将与真空室连通的两根浸渍管(上升管、下降管)插入待处理的钢包钢水中，当真空室抽真空时，在压力作用下，钢包内一部分钢液溢入真空室，上升管处吹入的氩气作为驱动气体，带动上升管内的钢液流入真空室，在压差和重力作用下，由上升管一侧经过下降管以一定的速度重新流回钢包。如此不断循环，流经真空室时，钢液中的一氧化碳、氢气等气体被抽走，同时进行一系列的冶金反应，使钢液得到净化。
现有的RH精炼装置一般只从上升管侧壁处喷吹氩气，在生产过程中，此工艺会引发一系列问题：(1)在较大的吹气量下，真空室内上升管一侧的钢液会被气泡带动到很高的位置，且会形成较严重的喷溅，导致更多的钢液粘附在真空室内壁，在后续处理过程中极有可能造成脱碳后的钢水再增碳、氧枪堵塞等问题；(2)上升管内产生的气泡进入真空室后，一大部分会在真空的作用下被抽走，剩余部分气泡带动钢液流向下降管，因此真空室底部的钢液有可能只在底部位置循环，形成死区，不利于精炼过程的进行。
专利公开(公告)号：CN204918662U,公开了一种带有可加热挡板的RH真空精炼装置，该装置包括钢包、真空室和浸渍管，其特征是在真空室上方出气口下沿侧壁处添加了两块挡板，上下距离为20-60cm，在挡板周围缠绕感应线圈，使其具有加热功能，可挡住喷溅的钢液，有效减少了真空室上口的粘附冷钢，同时还可加热清理真空室内的冷钢，但飞溅的钢液还是会冲刷挡板和感应线圈，后期维护成本较高，且会影响顶部氧枪的插入使用。
专利公开(公告)号：CN215404339U,公开了一种RH装置，涉及RH真空处理技术领域，包括真空室和两根浸渍管，真空室与浸渍管的横截面呈椭圆形设置，扩大了真空室内钢水反应界面，改变了钢液自浸渍管进入真空室后的流动状态，减弱了钢液对真空室下部的冲刷，但并未解决真空室下部钢液可能存在的死区，不能有效地提高装置的精炼效率。
发明内容
本发明提供一种可提高精炼效率的RH喷吹装置和方法，以解决上述技术问题。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种可提高精炼效率的RH喷吹装置，包括：真空室、钢包、上升管、下降管，所述上升管上开设有上升管吹气孔，所述真空室下部开设有若干真空室下部侧壁吹气孔，所述上升管和下降管的上端连通所述真空室，所述上升管和下降管的下端浸入在所述钢包内。
在一些实施例中，所述真空室下部侧壁吹气孔位于真空室侧壁，且距离真空室底部35-40mm。
在一些实施例中，真空室下部侧壁吹气孔的直径与上升管处吹气孔的直径相同。
在一些实施例中，所述真空室下部侧壁吹气孔分布在五个位置，分别为位置A的吹气孔、位置B的吹气孔、位置C的吹气孔、位置D的吹气孔、位置E的吹气孔，5个吹气孔与真空室截面圆心的连线呈一定角度。
在一些实施例中，位置A的吹气孔、位置B的吹气孔、位置C的吹气孔、位置D的吹气孔、位置E的吹气孔处于同一水平面上。
在一些实施例中，5个吹气孔与真空室截面圆心的连线的角度范围为0°-90°。
在一些实施例中，所述位置A的吹气孔、位置B的吹气孔、位置C的吹气孔、位置D的吹气孔、位置E的吹气孔的出口垂直于所述真空室的内壁。
本实施例还提供了一种可改善精炼状态的RH喷吹方法，基于所述的装置实现，包括以下步骤：
打开抽真空系统对真空室进行抽真空，之后打开吹气系统，气体通过上升管处吹气孔吹入上升管内，带动钢包内钢液流入真空室，之后在重力的作用下，再通过下降管流回钢包，如此循环流动，实现真空精炼；在上升管吹气的同时，通过真空室下部侧壁吹气孔增加喷吹气体。
优选的，上升管处吹气孔吹入上升管内的吹气流量为40-45L/min，真空室下部侧壁吹气孔吹入真空室内的吹气流量为5L/min。
本发明与现有技术相比具有的有益效果是：
在真空室侧壁增加喷吹气流，与上升管内提升气体合理配合，降低上升管一侧的钢液高度，减少了真空室上部的冷钢，提高了钢液的流动速度，缩短了精炼时间，从而提高了精炼效率。同时，在原有RH装置的基础上进行改造，成本低，简单可行，便于实现。
附图说明
图1是一种可改善精炼状态的RH喷吹装置结构示意图；
图2是一种可改善精炼状态的RH喷吹装置中真空室的俯视图；
图3、图4采用水模型研究不同工况下真空室内的液体流动状态示意图，水模型中以水代替钢液，以空气代替氩气。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请的优选实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的部件或具有相同或类似功能的部件。所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。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。
下面结合附图对本申请的实施例进行详细说明。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应作广义理解，例如，可以使固定连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或者两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或者位置关系为基于附图的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或者暗示所指的装置或者元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或显示器不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或显示器固有的其它步骤或单元。
以下将结合图1-4，对本申请实施例所涉及的一种可提高精炼效率的RH喷吹装置和方法进行详细说明。值得注意的是，以下实施例，仅仅用于解释本申请，并不构成对本申请的限定。
参见图1-图2，一种可改善精炼状态的RH喷吹装置，包括：真空室1、钢包4、上升管5、下降管2，所述上升管上开设有上升管吹气孔3，所述真空室下部开设有若干真空室下部侧壁吹气孔6，所述上升管和下降管的上端连通所述真空室，所述上升管和下降管的下端浸入在所述钢包内。
所述真空室下部侧壁吹气孔位于真空室侧壁，且距离真空室底部35-40mm。优选为37mm。真空室下部侧壁吹气孔的直径与上升管处吹气孔的直径相同。
本实施例采用本申请的RH真空精炼喷吹装置，精炼过程中仅通过上升管处吹气孔5持续吹入氩气，吹气流量为45L/min。物理模型所采用的提升气体流量通过弗鲁德数相等来确定与实际气流量的关系，两系统的Fr数相等表达式：
式中Dm，Dp——几何特征参数，取上升管内径，m；
ρg,m，ρg,p——空气、氩气密度，kg/m3；
μm,μp——流速，m/s；
ρl,m，ρl,p——水、钢液密度，kg/m3。
提升气体通过喷嘴进入上升管后，气体流量与上升管内径的关系式为：
将(2)代入(1)得到物理模型中提升气体流量Qm和实际提升气体流量Qp的关系式：
获得精炼过程中下降管内的循环流量与钢包液面附近的混匀时间，如下表1和表2所示。
对比例1-1
同实施例1，区别在于，增加真空室侧壁喷吹，通过真空室下部侧壁位置A的吹气孔向真空室内吹入氩气，吹气流量为5L/min，并调节上升管处的吹气流量为40L/min，获得精炼过程中下降管内的循环流量，如下表1所示，与实施例1相比提高了7.3％，钢包液面附近的示踪剂混匀时间如下表2所示，与实施例1相比缩短了35.3％。
对比例1-2
同对比例1-1，区别在于，通过真空室下部侧壁位置B的吹气孔向真空室内吹入氩气，吹气流量为5L/min，获得精炼过程中下降管内的循环流量，如下表1所示，与实施例1相比提高了2.3％，钢包液面附近的示踪剂混匀时间如下表2所示，与实施例1相比缩短了21％。
对比例1-3
同对比例1-2，区别在于，通过真空室下部侧壁位置C的吹气孔向真空室内吹入氩气，吹气流量为5L/min，获得精炼过程中下降管内的循环流量，如下表1所示，与实施例1相比提高了2.7％，钢包液面附近的示踪剂混匀时间如下表2所示，与实施例1相比缩短了19.7％。
对比例1-4
同对比例1-3，区别在于，通过真空室下部侧壁位置D的吹气孔向真空室内吹入氩气，吹气流量为5L/min，获得精炼过程中下降管内的循环流量，如下表1所示，与实施例1相比提高了1.8％，钢包液面附近的示踪剂混匀时间如下表2所示，与实施例1相比缩短了5.8％。
对比例1-5
同对比例1-4，区别在于，通过真空室下部侧壁位置E的吹气孔向真空室内吹入氩气，吹气流量为5L/min，获得精炼过程中下降管内的循环流量，如下表1所示，与实施例1相比提高了0.6％，钢包液面附近的示踪剂混匀时间如下表2所示，与实施例1相比缩短了3.3％。
图3为实施例1工况下，仅通过上升管处吹气孔5持续吹入氩气，吹气流量为45L/min，真空室内液体表面的波动状态，可以直观地观察到真空室两侧的液体高度可达17cm。
图4为对比例1-1工况下，通过真空室下部侧壁位置A的吹气孔向真空室内吹入氩气，吹气流量为5L/min，并调节上升管处的吹气流量为40L/min，真空室内液体表面的波动状态。与图3相比，选取真空室两侧高度最高的时刻，两侧高度保持在15cm以下。
对比可以证明，将上升管处的少部分气流量通过真空室下部侧壁的吹气孔喷吹，可降低真空室内液体隆起高度，改善真空室内液体表面波动状态。
因此，使用本发明提出的精炼装置，在加快循环流动速度、缩短混匀时间、提高精炼效率的同时，可有效改善真空室内钢液的波动喷溅，减少喷溅引起的冷钢。
表1循环流量
表2均混时间
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种可提高精炼效率的RH喷吹装置，其特征在于，包括：真空室、钢包、上升管、下降管，所述上升管上开设有上升管吹气孔，所述真空室下部开设有若干真空室下部侧壁吹气孔，所述上升管和下降管的上端连通所述真空室，所述上升管和下降管的下端浸入在所述钢包内。
2.根据权利要求1所述的一种可提高精炼效率的RH喷吹装置，其特征在于：所述真空室下部侧壁吹气孔位于真空室侧壁，且距离真空室底部35-40mm。
3.根据权利要求1所述的一种可提高精炼效率的RH喷吹装置，其特征在于：真空室下部侧壁吹气孔的直径与上升管处吹气孔的直径相同。
4.根据权利要求1所述的一种可提高精炼效率的RH喷吹装置，其特征在于：所述真空室下部侧壁吹气孔分布在五个位置，分别为位置A的吹气孔、位置B的吹气孔、位置C的吹气孔、位置D的吹气孔、位置E的吹气孔，5个吹气孔与真空室截面圆心的连线呈一定角度。
5.根据权利要求4所述的一种可提高精炼效率的RH喷吹装置，其特征在于：位置A的吹气孔、位置B的吹气孔、位置C的吹气孔、位置D的吹气孔、位置E的吹气孔处于同一水平面上。
6.根据权利要求4所述的一种可提高精炼效率的RH喷吹装置，其特征在于：5个吹气孔与真空室截面圆心的连线的角度范围为0°-90°。
7.根据权利要求4所述的一种可提高精炼效率的RH喷吹装置，其特征在于：所述位置A的吹气孔、位置B的吹气孔、位置C的吹气孔、位置D的吹气孔、位置E的吹气孔的出口垂直于所述真空室的内壁。
8.一种可改善精炼状态的RH喷吹方法，其特征在于：基于权利要求1-7任一所述的装置实现，包括以下步骤：
打开抽真空系统对真空室进行抽真空，之后打开吹气系统，气体通过上升管处吹气孔吹入上升管内，带动钢包内钢液流入真空室，之后在重力的作用下，再通过下降管流回钢包，如此循环流动，实现真空精炼；在上升管吹气的同时，通过真空室下部侧壁吹气孔增加喷吹气体。
9.根据权利要求8所述的一种可改善精炼状态的RH喷吹方法，其特征在于：上升管处吹气孔吹入上升管内的吹气流量为40-45L/min，真空室下部侧壁吹气孔吹入真空室内的吹气流量为5L/min。
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