CN203602649U - 一种小型冶炼容器的底吹结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种小型冶炼容器的底吹结构，包括圆形炉底、嵌于圆形炉底上的透气耐火元件、与透气耐火元件相连的输气管以及位于圆形炉底中心与其同心设置的顶吹射流冲击区，所述透气耐火元件设于避开顶吹射流冲击区的圆形炉底一侧。本实用新型具有结构简单、避免顶底吹流股相互干扰造成喷溅和顶渣偏聚的问题、提高了供氧效率、缩短了供氧时间、加速熔池搅拌、提升脱磷效果和优化冶炼过程的特点，可以广泛适用于炼钢技术领域。
Description
技术领域
本实用新型涉及炼钢技术领域，特别是涉及一种小型冶炼容器的底吹结构。
背景技术
小型冶炼容器是实验室、中试工厂和小企业经常使用的一种冶炼装置，由于容量小（10～500kg），普遍存在温降大、底吹精炼功能缺失或较弱等不足，影响到工艺研究应用和产品质量升级。炼钢是高温冶金过程，如果熔池搅拌能量不足往往制约过程反应速率和熔体成分温度均匀化，而搅拌能量又受制于底吹元件的结构和喷吹布局。同时，底吹元件的结构和喷吹布局还会直接影响铁水罐脱硫、转炉渣-钢反应的不平衡状态、终点成分、温度命中率、钢包精炼过程成分控制以及钢中夹杂物控制等方面，如何优化冶金容器底吹布局已经成为业界关注的主要课题之一。
针对这一课题，一件中国专利号为201220247413.6的专利文献公开了一种小型顶底复合吹炼转炉底吹透气砖布局，其结构包括分布在炉底的三块透气砖，采用非对称布局设置在直径为熔池炉底直径0.45倍的同心圆周上，形成三维整体循环，可以改善混匀时间和冶金效果。但这种布局结构对容量较小（100kg以下的熔池）的冶炼装置而言，开孔安装的透气砖数量过多，直接影响炉底结构及底吹元件使用寿命，加大了漏钢和成本控制风险，并且从多个底吹流股与顶吹流股冲击区相对位置来看，无法避免顶底吹流股之间的相互干扰，导致能量损耗和过程喷溅。
针对前述专利存在的问题，有的厂家在具有顶底吹功能的小型冶炼装置中采用的是底吹中心单点布局，具体参见图1，一块圆形的透气耐火元件2设置在圆形炉底1中心，供气系统（图中未示出）的惰性气体通过该透气耐火元件2对熔池进行喷吹搅拌，产生的底吹流股涌出区4与顶吹射流冲击区3同心设置，避免了以往停气后底吹喷嘴结构存在的液体金属渗透问题。但也带来了以下问题：底吹流股涌出区4的流股与顶吹射流冲击区3氧射流直接冲突，液面晃动喷溅大；顶渣从熔池中心向炉壁附近偏聚、导致渣化不良；供氧时间延长；脱碳、脱磷反应效率不足。
实用新型内容
本实用新型的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种小型冶炼容器的底吹结构，具有结构简单、避免顶底吹流股相互干扰造成喷溅和顶渣偏聚的问题、提高了供氧效率、缩短了供氧时间、加速熔池搅拌、提升脱磷效果和优化冶炼过程的特点。
本实用新型提供的一种小型冶炼容器的底吹结构，包括圆形炉底、嵌于圆形炉底上的透气耐火元件、与透气耐火元件相连的输气管以及位于圆形炉底中心与其同心设置的顶吹射流冲击区，所述透气耐火元件设于避开顶吹射流冲击区的圆形炉底一侧。
在上述技术方案中，所述圆形炉底顶面设有围绕透气耐火元件周围的底吹流股涌出区，所述底吹流股涌出区位于避开顶吹射流冲击区的圆形炉底一侧。
在上述技术方案中，所述透气耐火元件中心与圆形炉底中心之间的距离L为圆形炉底半径R的0.6倍。
在上述技术方案中，所述透气耐火元件轴向截面为椭圆形状。
在上述技术方案中，所述透气耐火元件为上大下小的椭圆台形状。
在上述技术方案中，所述透气耐火元件的顶面面积占圆形炉底顶面面积的1.9～2.7%。
在上述技术方案中，所述透气耐火元件在圆形炉底上的位置与小型冶炼容器的出钢方向相对设置。
在上述技术方案中，所述透气耐火元件的侧壁设有具有防止漏气功能的密封铁皮。
在上述技术方案中，所述透气耐火元件顶面与圆形炉底顶面在同一平面内。
本实用新型小型冶炼容器的底吹结构，具有以下有益效果：
当小型冶炼容器处于顶底吹状态时，避免了底吹的气液二相流直接进入顶吹射流冲击区，减少动能损耗及液面晃动，有效抑制过程喷溅、提高供氧效率、缩短供氧时间；产生的偏心流股对以往炉壁附近聚集的顶渣和搅拌死区形成搅拌，推动炉渣向中心火点区移动化渣；经过对50kg级冶炼容器进行的试验，在相同铁水原料和顶底吹操作步骤的条件下，出钢后钢中磷含量从0.015wt.%降低到0.010wt.%，甚至更低。
当小型冶炼容器处于底吹状态（即进行化学成分和温度均匀化，或净化钢水促进夹杂物上浮）时，可加速熔体的水平环流与混合，减少搅拌死区，改善处理过程中熔池整体的环流、渣-金反应以及对成分和温度的控制。
相对于现有的小型冶炼容器，扩大了透气耐火元件底吹面积，并通过密封铁皮降低了透气耐火元件侧面漏气的可能性，减少了透气耐火元件过多带来的漏钢风险，倒炉和出钢过程中透气耐火元件露出金属-炉渣液面，便于对透气耐火元件的透气和蚀损情况进行观察和维护。
可适用于转炉和大罐容器底吹的生产与研究，尤其适用于10～100kg的小型冶炼装置。
附图说明
图1为现有的具有顶底吹功能的小型冶炼装置的底吹结构示意图；
图2为本实用新型小型冶炼容器处于顶底吹状态时的底吹结构示意图；
图3为本实用新型小型冶炼容器处于底吹状态时的底吹结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步的详细描述，但该实施例不应理解为对本实用新型的限制。
图1中所述的现有的具有顶底吹功能的小型冶炼装置的底吹结构在背景技术中已有详细叙述，在此不再赘述。
参见图2至图3，本实用新型小型冶炼容器的底吹结构，包括圆形炉底1、透气耐火元件2和输气管（图中未示出）。
所述透气耐火元件2嵌于圆形炉底1上，所述透气耐火元件2的底面与输气管相连。所述圆形炉底1中心具有与其同心设置的顶吹射流冲击区3。所述圆形炉底1的顶面还设有围绕透气耐火元件2周围的底吹流股涌出区4，所述透气耐火元件2和底吹流股涌出区4位于避开顶吹射流冲击区3的圆形炉底1一侧，并与小型冶炼容器的出钢方向相对设置，图2和图3中箭头所示即为出钢方向，这样既避免了底吹的气液二相流与顶吹射流的冲突，又便于倒炉和出钢过程中透气耐火元件2露出金属-炉渣液面，以方便观察和维护。
所述透气耐火元件2中心与圆形炉底1中心之间的距离L为圆形炉底1半径R的0.6倍，参见图2至图3，所述透气耐火元件2中心为圆形炉底1的径向线段5与圆圈6的交汇点处，所述圆圈6的半径r为圆形炉底1半径R的0.6倍，圆圈6的半径r与透气耐火元件2中心与圆形炉底1中心之间的距离L相等，如果透气耐火元件2中心位置太靠近中心会与顶吹射流相冲突，而太靠近侧壁容易对侧壁产生冲击，这个距离L是经过多次试验，综合两种因素确定的参数。所述透气耐火元件2为上大下小的椭圆台形状，当椭圆短轴与圆直径相等时，椭圆面积大于圆面积，使得透气面积大，有利于冶炼容器搅拌钢水，而上大下小的结构是防止透气耐火元件2上浮。所述透气耐火元件2的顶面面积占圆形炉底1顶面面积的1.9～2.7%，这是一个适中的参数，透气面积太小则对钢水的搅拌不够，面积太大影响圆形炉底1强度，容易漏钢，而冶炼过程提供的底吹惰性气体流量为每吨金属0～0.30N m3/min。所述透气耐火元件2的侧壁设有具有防止漏气功能的密封铁皮（图中未示出），避免透气耐火元件2侧壁漏气的情况出现。所述透气耐火元件2顶面与圆形炉底1顶面在同一平面内，如果透气耐火元件2顶面高于圆形炉底1顶面，会被钢水磨损以致磨平，如果透气耐火元件2顶面低于圆形炉底1顶面，会容易造成漏钢。
本实用新型采用椭圆台形状的透气耐火元件2偏心底吹结构。参见图2，当小型冶炼容器处于顶底吹状态时，避免了底吹的气液二相流直接进入顶吹射流冲击区3，减少了动能损耗及液面晃动；产生的偏心流股对炉壁附近聚集的顶渣和搅拌死区形成搅拌，推动炉渣向中心火点区移动化渣。参见图3，当小型冶炼容器处于底吹状态时，可加速熔体水平环流与混合，减少搅拌死区，改善处理过程中熔池整体环流、渣-金反应以及对成分和温度的控制。
本实用新型的底吹结构扩大了透气耐火元件2底吹面积，并通过密封铁皮降低了透气耐火元件2侧面漏气的可能性，减少了透气耐火元件2过多带来的漏钢风险，倒炉和出钢过程中透气耐火元件2露出金属-炉渣液面，便于对透气耐火元件2透气和蚀损情况进行观察和维护，防止漏钢。
经过对50kg级冶炼容器进行的试验，本实用新型的底吹结构在相同铁水原料和顶底吹操作步骤的条件下，可有效抑制过程喷溅、提高供氧效率、缩短吹炼时间，出钢磷含量从0.015wt.%降低到0.010wt.%，甚至更低。可适用于转炉和大罐容器底吹的生产与研究，尤其适用于10～100kg的小型冶炼装置。
显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (9)
1.一种小型冶炼容器的底吹结构，包括圆形炉底（1）、嵌于圆形炉底（1）上的透气耐火元件（2）、与透气耐火元件（2）相连的输气管以及位于圆形炉底（1）中心与其同心设置的顶吹射流冲击区（3），其特征在于：所述透气耐火元件（2）设于避开顶吹射流冲击区（3）的圆形炉底（1）一侧。
2.根据权利要求1所述的小型冶炼容器的底吹结构，其特征在于：所述圆形炉底（1）顶面设有围绕透气耐火元件（2）周围的底吹流股涌出区（4），所述底吹流股涌出区（4）位于避开顶吹射流冲击区（3）的圆形炉底（1）一侧。
3.根据权利要求1或2所述的小型冶炼容器的底吹结构，其特征在于：所述透气耐火元件（2）中心与圆形炉底（1）中心之间的距离L为圆形炉底（1）半径R的0.6倍。
4.根据权利要求1或2所述的小型冶炼容器的底吹结构，其特征在于：所述透气耐火元件（2）轴向截面为椭圆形状。
5.根据权利要求4所述的小型冶炼容器的底吹结构，其特征在于：所述透气耐火元件（2）为上大下小的椭圆台形状。
6.根据权利要求1或2所述的小型冶炼容器的底吹结构，其特征在于：所述透气耐火元件（2）的顶面面积占圆形炉底（1）顶面面积的1.9～2.7%。
7.根据权利要求1或2所述的小型冶炼容器的底吹结构，其特征在于：所述透气耐火元件（2）在圆形炉底（1）上的位置与小型冶炼容器的出钢方向相对设置。
8.根据权利要求1或2所述的小型冶炼容器的底吹结构，其特征在于：所述透气耐火元件（2）的侧壁设有具有防止漏气功能的密封铁皮。
9.根据权利要求1或2所述的小型冶炼容器的底吹结构，其特征在于：所述透气耐火元件（2）顶面与圆形炉底（1）顶面在同一平面内。
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