CN206768169U

CN206768169U - 偏心单嘴精炼炉

Info

Publication number: CN206768169U
Application number: CN201720561665.9U
Authority: CN
Inventors: 成国光; 朱梅婷; 代卫星; 刘扬; 秦哲; 芮其宣; 游志敏; 姜方; 于春梅; 张鉴
Original assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Current assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date: 2017-05-19
Filing date: 2017-05-19
Publication date: 2017-12-19
Anticipated expiration: 2027-05-19

Abstract

本实用新型涉及钢铁冶金生产领域，提供了一种偏心单嘴精炼炉，包括钢包和位于钢包上部的真空系统；钢包底部设置透气砖；真空系统包括上部真空室和与其相连的浸渍管；真空室顶部安装多功能喷枪，多功能喷枪可喷吹氧气或多种粉剂；钢包垂直中心线与真空系统的垂直中心线不重合。本实用新型的有益效果为：钢液流动更加均匀，精炼效率更高；提高了钢包与真空室之间的钢包覆盖渣的温度和活跃程度，促进了钢液中夹杂物的上浮和被炉渣的吸收；冶炼时可在钢包的右上部对钢液进行取样、测温等操作，相比传统单嘴精炼炉，操作更为方便。

Description

偏心单嘴精炼炉

技术领域

本实用新型涉及钢铁冶金生产工艺领域，特别涉及一种偏心单嘴精炼炉。

背景技术

单嘴精炼炉装置最早由我国北京钢铁学院(现：北京科技大学)在1976年首次提出[文献1：北京钢铁学院，大连钢厂试验小组(张鉴执笔)：单咀插入式真空吹氩试验结果，大连特殊钢，1978，No.1，P5-26]，当时起名为“单咀插入式真空吹氩法”，在此基础上形成了“一种单嘴真空精炼设备”专利[文献2：张鉴；杨念祖；王潮；范光前；佟福生等：一种单嘴真空精炼设备，授权公告号：CN2040910U]，并取名为“单嘴精炼炉”，一直沿用至今。“单嘴”就是指图1中的“浸渍管”。

在此基础上，张鉴等进一步实用新型了“多功能复吹单嘴精炼炉”[文献3：张鉴，成国光，王平，范光前，杨念祖，佟福生：多功能复吹单嘴精炼炉，授权公告号CN2432219Y]，其功能是在文献2专利的基础上，增加了真空室顶部氧枪装置、炉膛侧壁下部侧吹喷嘴装置、侧壁上部加热装置，以及邻近真空室工作平台上的喷粉和喂线装置，并提出真空室炉膛内径与吸嘴内径之比为(1.0～1.5)：1。

随着对单嘴精炼炉研究和应用的不断深入，上述申请人课题组通过系统总结实际生产中单嘴精炼炉精炼工艺，实用新型了“单嘴精炼炉冶炼超洁净钢工艺”[文献4：张鉴，成国光，秦哲：单嘴精炼炉冶炼超洁净钢工艺，授权公告号CN101921895B]。

实践证明：单嘴精炼炉与传统的RH或VD真空精炼设备相比，在脱碳、脱硫、脱气和夹杂物去除等方面具有较高的精炼效率，但同时也暴露出了一些不足，在实际生产过程中，为了提高钢液精炼效率，通常采用扩大浸渍管内径的方法来提高钢液循环流量，导致钢包内壁与浸渍管外壁之间的自由空间变窄，由此产生了以下几方面的问题：

1、位于钢包内壁与浸渍管外壁之间的钢液流动性变差，使得精炼过程中钢液成分得不到充分均匀，降低了精炼效率；

2、位于钢包内壁与浸渍管外壁之间的炉渣流动性变差，使得炉渣吸附夹杂物的能力显著降低；

3、在实际精炼过程中进行测温、取样等操作变得困难；

4、在操作过程中，过大的浸渍管内径使得浸渍管难以准确插入钢包钢液面以下指定深度，易发生浸渍管插入过浅等现象，降低了精炼效率，甚至会造成外部炉渣被吸入真空室的现象，影响了冶炼操作的正常进行。

实用新型内容

本实用新型的目的就是克服现有技术的不足，提供了一种偏心单嘴精炼炉及精炼工艺，有效改善了精炼过程中钢液成分和温度的均匀性，提高了精炼效率。

本实用新型一种偏心单嘴精炼炉，包括钢包和位于所述钢包上部的真空系统；

所述钢包底部设置有透气砖；所述真空系统包括上部真空室和与其相连的下部浸渍管；所述真空室顶部安装有多功能喷枪，所述多功能喷枪可喷吹氧气或多种粉剂；

所述钢包垂直中心线与所述真空系统的垂直中心线不重合。

进一步的，该偏心单嘴精炼炉尺寸满足如下条件：

(1)浸渍管内径D₁＝(0.25～0.55)×D₀，D₀为钢包底部内径；

(2)真空室内径D₂＝(1.00～1.40)×D₁；

(3)浸渍管长度h₀＝0.7～1.2m；

(4)真空系统中心线与钢包中心线之间距离AB＝(0.02～0.2)×(D₁/2)；

(5)真空系统中心线与透气砖钢包中心线之间距离BC＝(0.35～0.55)×(D₁/2)。

进一步的，所述真空系统不同部位的耐材厚度为150～450mm。

进一步的，所述浸渍管插入所述钢包内钢液深度h₂为200～600mm。

本实用新型的有益效果为：

1、钢液流动更加均匀，精炼效率更高；从图1可以看出，在压力作用下，搅拌气体(通常为氩气)从钢包底部连续地吹入，在熔池底部产生大量弥散的氩气泡，气泡从钢包底部不断上升至钢液面，形成“倒锥形”的气泡柱，气泡柱不断带动周围钢液向上流动，如图1所示，在靠近气泡柱右侧形成顺时针的环流区(Ⅱ)，左侧形成逆时针的环流区(Ⅰ)，在(Ⅰ)区环流及浸渍管下降流的作用下使得靠近钢包左侧的钢液形成环流区(Ⅲ)，各个环流的形成使得钢包和真空室内不同部位的钢液得以快速均匀流动，有效地改善了精炼过程中钢液成分和温度的均匀性，提高了精炼效率。

2、有效地提高了钢包与真空室之间的钢包覆盖渣的温度和活跃程度，促进了钢液中夹杂物的上浮和被炉渣的吸收；

3、冶炼过程中，可在图1中钢包的右上部对钢液进行取样，测温等操作，相比传统单嘴精炼炉，其操作更为方便。

附图说明

图1所示为本实用新型实施例一种偏心单嘴精炼炉炉型结构示意图。

图2所示为本实用新型实施例中真空系统和钢包相对位置示意图(图1中D-D剖面)。

其中：1-钢包、2-真空室、3-浸渍管、4-透气砖、5-多功能喷枪、6-覆盖渣。

具体实施方式

下文将结合具体附图详细描述本实用新型具体实施例。应当注意的是，下述实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合从而达到更好的技术效果。在下述实施例的附图中，各附图所出现的相同标号代表相同的特征或者部件，可应用于不同实施例中。

如图1、2所示，本实用新型实施例一种偏心单嘴精炼炉，包括钢包和位于所述钢包上部的真空系统；

所述钢包垂直中心线A’A与所述真空系统的垂直中心线B’B不重合；如图1，钢包底部中心位置为A点，真空系统垂直中心线在钢包底部的位置为B点，两点不在同一位置，而传统单嘴精炼炉A，B两点是重合的，也就是钢包和真空系统在同一条垂直中心线上。

优选的，该偏心单嘴精炼炉尺寸满足如下条件：

(1)浸渍管内径D₁＝(0.25～0.55)×D₀，D₀为钢包底部内径；

(2)真空室内径D₂＝(1.00～1.40)×D₁；

(3)浸渍管长度h₀＝0.7～1.2m；

所述真空系统不同部位的耐材厚度为150～450mm；所述浸渍管插入所述钢包内钢液深度h₂为200～600mm。

本实用新型实施例一种偏心单嘴精炼炉的结构连接及实施过程为：上部真空系统(包括上部真空室及与其相连的下部浸渍管)保持固定位置，并与真空管道相连接；承载钢包的钢包车到达精炼工位时，先调整钢包中心与真空系统中心重合，然后根据炉型规定的偏心距AB，向左或向右移动钢包车的位置，使钢包与真空系统中心距满足规定尺寸AB，并对钢包车位置进行固定；随后，利用钢包车自带的液压顶升系统，对钢包进行顶升操作，顶升高度需达到规定的浸渍管插入钢液面深度h₂。以上操作完成后，方可进行真空精炼操作。

一种使用上述偏心单嘴精炼炉炼钢的精炼工艺，在冶炼过程进行真空脱碳生产超低碳钢时，首先钢液达到设定的初始条件；然后相继进行脱碳；脱氧、脱硫；夹杂物去除。

所述初始条件为：

[C]0.02～0.06％；[O]0.03～0.10％；

钢液温度T＝T_liq.+(60～150)℃；其中T_liq.为液相线温度；

钢包到达精炼工位时，其包内炉渣成分：CaO 25～55％，SiO₂ 10～40％，MgO 1～15％，Al₂O₃ 1～30％，Fe_tO 5～30％，CaF₂ 1～10％，其它残余成分总和≤3％，单位均为wt％；所述炉渣厚20～150mm；

钢包到达真空精炼工位时，吹氩流量控制在1～10NL/min/t钢；浸渍管底部插入至钢包内钢液面以下200～600mm处。

所述脱碳的具体工艺为：

1、当精炼钢液的初始碳含量小于0.035％，氧含量大于0.07％时，采用自然脱碳工艺：在尽可能短的时间内将真空室压力降低至小于200Pa，吹氩流量采用两段式控制，精炼前期吹氩流量为1～5NL/min/t钢；精炼后期吹氩流量为2～10NL/min/t钢；所述精炼前期为总脱碳时间的前1/3～1/2，所述精炼后期为总脱碳时间的1/2至脱碳结束；

2、当精炼钢液的初始碳含量大于0.035％，氧含量小于0.07％时，采用强制脱碳工艺：在抽真空开始后1～3min，真空室内压力降至3～30KPa时开始吹氧，供氧强度为0.1～3m³/min/t钢，吹氧时间为0.5～5min；停氧后，快速将真空压力降低至小于100Pa，进行自然脱碳。吹氩流量采用三段式控制：第一段：从抽真空开始到氧枪供氧结束，吹氩流量为1～3NL/min/t钢，此过程持续时间为0.5～3min；第二段：从氧枪停氧后3～10min，吹氩流量为1～5NL/min/t钢；第三段：第二段末至脱碳过程结束，吹氩流量为2～10NL/min/t钢，时间为5～10min。

所述脱氧、脱硫的具体工艺为：

脱氧在脱碳完成以后进行，包括：加入脱氧剂1～6Kg/t钢；添加脱氧剂1～2min后，添加脱硫剂，脱硫剂成分为：CaO 40～70％，SiO₂≤5％，MgO≤5％，Al₂O₃ 1～30％，CaF₂ 5～40％，其余成分总和≤3％，加入量为0.5～8Kg/t钢；单位均为wt％；氩气搅拌流量为1～10NL/min/t钢，脱硫时间为5～15min；

所述脱氧剂为金属脱氧剂；所述金属脱氧剂包括铝、铝铁、铝锰铁、铝锰钛铁之一种或几种。

所述夹杂物去除的具体工艺为：

脱硫完成后，在所述真空室压力小于200Pa的极限真空下，调节氩气流量为1～5NL/min/t钢，精炼时间3～8min；当真空精炼任务完成，准备破空前，将氩气流量调整至0.5～2NL/min/t钢，保证钢液平稳地回流到所述钢包内。

为达到更好的效果，本实用新型精炼工艺还可以包括脱氮和脱氢、升温；

所述脱氮和脱氢的具体方法为：随着精炼过程的进行，钢液中溶解的氮、氢被不断去除，当脱碳结束时，要保证真空室压力达到＜200Pa的极真空状态，从而利用极真空条件对氮、氢气体进行进一步的去除；脱硫和脱气同时进行；当真空处理结束和破空前，将氩气流量控制为0.5～2NL/min/t钢，保证真空系统中的钢液平稳回流至钢包中；

所述升温的具体方法为：在精炼过程中，在钢液中添加金属铝，并利用真空室上部的氧枪对钢液吹氧来提升钢液温度，升温程度按照每添加1KgAl/t钢，吹入氧气0.8～1.5m³/t，升温20～40℃计算。

实施例1

采用转炉+偏心单嘴精炼炉+板坯连铸生产流程，采用自然脱碳工艺冶炼超低碳洁净钢，其冶炼工序如下：

1、转炉出钢钢包到达偏心单嘴精炼炉精炼工位时钢液条件为：出钢量80吨，碳含量为0.025％，氧含量为0.09％，温度1640℃，渣厚80mm。钢包渣面以上自由空间450mm，钢包覆盖渣成分CaO 42％，SiO₂ 24％，MgO 6％，Al₂O₃ 4％，Fe_tO 22％，其它残余成分总量≤3％。

2、当钢包到达偏心单嘴精炼炉工位后，打开钢包底部透气砖控制阀，控制吹氩流量为400NL/min，将钢包表面覆盖渣尽可能吹开，然后将浸渍管插入钢包进行真空处理。

3、采用自然脱碳工艺。在5min内以尽可能快的速度将真空室压力降低到极限值(＜200Pa)，并保持压力稳定。在降低压力的同时，吹氩流量采用两段式控制：精炼前期，从抽真空开始至7min，吹氩流量为120NL/min；7min以后，改为350NL/min，总脱碳时间为14min。

4、脱氧和脱硫。当脱碳任务完成以后，紧接着进行脱硫，其工艺要点包括：加入金属铝5Kg/t钢进行脱氧，1min后，添加脱硫剂，脱硫剂成分为CaO 60％，Al₂O₃ 4％，CaF₂34％，其它残余成分总量≤3％，加入量为4.5Kg/t钢，吹氩流量为450NL/min，脱硫时间为5min。

5、夹杂物去除。脱硫完成，在极限真空下(＜200Pa)调节氩气流量为280NL/min，该阶段精炼总时间为5min。

6、当真空处理结束后，破空前，要将氩气流量控制为70NL/min，确保真空室内的熔渣均匀覆盖真空室内的钢液，防止钢液从空气中吸气和被空气氧化污染。

冶炼效果：表1示出了本实用新型实施例偏心单嘴精炼炉与传统单嘴精炼炉精炼效果对比；表2示出了本实用新型实施例单嘴精炼炉与传统单嘴精炼炉精炼效果对比；精炼总时间25min，其中脱碳时间15min，碳含量从初始的0.028％降至0.0010％，脱硫时间(包括添加脱氧剂和脱硫剂)5min，钢液中硫含量从精炼初期的0.006％降至脱硫后的0.0025％，全氧含量为12ppm，夹杂物金相评级为0～1.0级，脱氧和夹杂物去除时间为5min。

表1实施例1中使用偏心单嘴精炼炉与传统单嘴精炼炉精炼效果对比

表2实施例1中使用单嘴精炼炉与传统单嘴精炼炉精炼效果对比

实施例2

采用转炉+偏心单嘴精炼炉+板坯连铸流程，采用强制脱碳工艺冶炼超低碳洁净钢，其冶炼工序如下：

1、转炉出钢钢包到达偏心单嘴精炼炉精炼工位时钢液条件为：出钢量80吨，碳含量为0.042％，氧含量为0.04％，温度1610℃，渣厚60mm；钢包渣面以上自由空间500mm，钢包覆盖渣成分：CaO 47％，SiO₂ 21％，MgO 7％，Al₂O₃ 3％，Fe_tO 20％，其它残余成分总量≤3％。

2、当钢包到达偏心单嘴精炼炉工位后，打开钢包底部透气砖控制阀，控制吹气流量为450NL/min，将钢包表面覆盖渣尽可能吹开，然后将浸入管插入钢包进行真空处理。

3、采用吹氧强制脱碳工艺：在真空处理前3min内，将真空室内压力降至5KPa，然后开始下枪吹氧，吹氧流量为1800Nm³/h，在2min内吹入60Nm³氧气，停氧后，快速将真空压力降低到极限值(＜200Pa)，进行自然脱碳。吹氩流量采用三段式控制，第一段：从抽真空开始到氧枪供氧结束，吹氩流量为100NL/min；第二段：从氧枪停氧开始以后吹氩流量为300NL/min；第三段：第二段末至脱碳过程结束，吹氩流量为400NL/min，脱碳总时间为15min。

4、脱硫：当脱碳任务完成以后，紧接着进行脱硫，其工艺要点包括：加入金属铝3.0Kg/t钢进行脱氧，1min后，添加脱硫剂，脱硫剂成分为CaO 58％，Al₂O₃ 28％，CaF₂ 12％，其它残余总和≤3％，加入量为5Kg/t钢，吹氩流量为450NL/min/t钢，脱硫时间为5min。

5、脱氧和夹杂物去除：脱硫完成，在极限真空下(＜200Pa)调节氩气流量为250NL/min，持续时间6min。

6、当真空处理结束后，在破空前，要将氩气流量控制为50NL/min，保证破空时钢液平稳回流。

冶炼效果：总精炼时间26min，其中脱碳时间15min，碳含量从初始的0.045％降低到0.0010％，脱硫时间(包括添加脱氧剂和脱硫剂)6min，钢液中硫含量从精炼初期的0.007％降低到脱硫后的0.0025％，全氧含量为12ppm，夹杂物金相评级为0～1.0级，其冶炼效果达到了与表1中所体现的本实用新型单嘴精炼炉工艺同等水平。

本文虽然已经给出了本实用新型的几个实施例，但是本领域的技术人员应当理解，在不脱离本实用新型精神的情况下，可以对本文的实施例进行改变。上述实施例只是示例性的，不应以本文的实施例作为本实用新型权利范围的限定。

Claims

1.一种偏心单嘴精炼炉，其特征在于，包括钢包和位于所述钢包上部的真空系统；

所述钢包垂直中心线与所述真空系统的垂直中心线不重合。

2.如权利要求1所述的偏心单嘴精炼炉，其特征在于，该偏心单嘴精炼炉尺寸满足如下条件：

（1）浸渍管内径D₁=（0.25～0.55）×D₀，D₀为钢包底部内径；

（2）真空室内径D₂=（1.00～1.40）×D₁；

（3）浸渍管长度h₀=0.7～1.2m；

（4）真空系统中心线与钢包中心线之间距离AB=（0.02～0.2）×（D₁/2）；

（5）真空系统中心线与透气砖钢包中心线之间距离BC=（0.35～0.55）×（D₁/2）。

3.如权利要求1或2所述的偏心单嘴精炼炉，其特征在于，所述真空系统不同部位的耐材厚度为150～450mm。

4.如权利要求1或2所述的偏心单嘴精炼炉，其特征在于，所述浸渍管插入所述钢包内钢液深度h₂为200～600mm。