CN207958424U - 一种高效单嘴精炼炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种高效单嘴精炼炉，属于冶金设备技术领域。该设备包括钢包和单嘴真空系统，单嘴真空系统位于钢包上方，单嘴真空系统包括真空加料仓、真空室上部、真空室下部和浸渍管，钢包底部设有底吹透气砖一和底吹透气砖二。本实用新型在传统单嘴精炼炉与偏心单嘴精炼炉的基础上，通过增设钢包透气砖、优化炉型参数使钢包内部及浸渍管外围的钢液流动更为均匀，浸渍管外围所存在的流动“滞缓区”大幅降低，有效提高了精炼效率。本实用新型提供的单嘴精炼炉冶炼特殊钢工艺，能够在小于30min时间内，将钢液中O、N、H等杂质元素及夹杂物含量稳定降低至极低水平，其中ω[O]≤15ppm，ω[H]≤2ppm，ω[N]≤50ppm，非金属夹杂物数量少且细小弥散。

Description

一种高效单嘴精炼炉

技术领域

本实用新型涉及钢铁冶金生产技术领域，特别是指一种高效单嘴精炼炉。

背景技术

本实用新型所涉及到的单嘴精炼炉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。

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，成国光等：多功能复吹单嘴精炼炉，授权公告号：CN2432219Y]，其功能在文献2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(单嘴)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，申请人通过系统总结实际生产中单嘴精炼炉精炼工艺，提出了“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]。针对小钢包(容量80t以下)匹配单嘴精炼炉在使用过程中产生的取样与测温等困难，申请人通过系统的理论研究与工业实践，提出了“偏心单嘴精炼炉”[文献5：成国光，朱梅婷，代卫星等：偏心单嘴精炼炉及精炼工艺，授权公告号： CN206768169U]，浸渍管的偏心布置有效的解决了上述实际问题，并在一定程度上改善了浸渍管外围钢液和炉渣的流动性，精炼效果有所提高。

在进一步的生产实践中发现，浸渍管外围的钢液仍存在一部分流动“滞缓区”，“滞缓区”的分布主要集中于“环流区Ⅲ”(上述文献5)的上方，“滞缓区”的存在容易发生炉渣结壳、浸渍管粘渣等现象，影响冶炼的顺行，同时，“滞缓区”的存在也会导致精炼过程中该区域钢液成分、温度的不均匀。

为解决以上问题，综合实验研究及工业实践提出了一种高效单嘴精炼炉及相关的特殊钢冶炼工艺，通过对单嘴精炼炉的炉型及冶炼工艺进行深入地优化设计，使单嘴精炼炉具有更高精炼效率、更稳定的精炼效果。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种高效单嘴精炼炉。

高效单嘴精炼炉包括钢包和单嘴真空系统，单嘴真空系统位于钢包上方，单嘴真空系统包括真空加料仓、真空室上部、真空室下部和浸渍管，真空室上部、真空室下部和浸渍管分别位于单嘴真空系统的上、中、下部位，真空加料仓位于单嘴真空系统右上方并穿过真空室上部，浸渍管浸入钢液液面下，钢包底部设有底吹透气砖一和底吹透气砖二，竖直位置上底吹透气砖一和底吹透气砖二分别位于浸渍管内部和外部，底吹透气砖一产生的气泡柱通过浸渍管进入单嘴真空系统内部，底吹透气砖二产生的气体进入单嘴真空系统外部。

其中：

真空加料仓、真空室上部、真空室下部内部均为抽真空。

浸渍管内径D₁满足D₁＝(0.35～0.45)×D₀，D₀为钢包底部内径；浸渍管内壁耐材高度h₀满足h₀＝1.4m～1.7m，浸渍管段外壁耐材高度h₃满足h₃＝0.9m～1.2m；真空室下部直径D₂满足D₂＝(1.1～1.4)×D₁；真空室下部耐材高度h₄满足h₄＝(1.0～1.5)×h₀；浸渍管壁厚δ满足δ＝0.2m～0.35m；底吹透气砖一中心与浸渍管中心距离R₁满足R₁＝(0.35～0.55)×(D₁/2)；底吹透气砖二中心与浸渍管中心距离R₂满足R₂＝D₁/2+δ+(0.4～0.6)×d，底吹透气砖一、底吹透气砖二位于钢包底部同一条直径上，且分居钢包中心两侧，其中d 为底吹透气砖一、底吹透气砖二所在的钢包直径方向上浸渍管外壁与钢包内壁之间的最大距离；浸渍管偏心距AB满足AB＝(0～0.2)×(D₁/2)。

高效单嘴精炼炉进行特殊钢冶炼的工艺步骤如下：

S1.精炼前钢液需要满足一定的初始条件；

S2.浸渍管排渣；

S3.脱气；

S4.夹杂物去除。

其中：

S1的初始条件包括ω[O]≤0.005％，ω[H]≤0.0015％，ω[N]≤0.03％；钢液温度T＝T_liq.+(80～200)℃；渣厚≤200mm，其中T_liq.为液相线温度。

S2浸渍管排渣工艺的步骤包括：

S21.钢包到达单嘴精炼炉处理工位；

S22.调整底吹透气砖一吹氩量为2～5NL/min/t钢，底吹透气砖二吹氩量为 0～1NL/min/t钢；

S23.调整钢包位置使浸渍管偏心距AB满足AB＝(0～0.2)×(D₁/2)；

S24.增大底吹透气砖一吹氩量至5～8NL/min/t钢，将钢包渣面吹开，使钢液面裸露，将浸渍管插入至钢液液面以下，调整浸渍管插入深度h₂满足h₂＝ (100～200)mm；

S25.继续保持底吹透气砖一、底吹透气砖二吹氩量不变，吹氩1～3min，通过底吹透气砖一大流量吹氩将浸渍管内残余的炉渣排出。

S3脱气工艺的步骤包括：

S31.S2操作完成后，降低底吹透气砖一吹氩量至2～5NL/min/t钢，增大底吹透气砖二吹氩量至1～3NL/min/t钢；

S32.开启真空泵，将真空室上部、真空室下部内部压力迅速降低至200Pa 以下，抽真空过程中调整浸渍管插入钢液液面的深度；

S33.待真空室上部和真空室下部内部压力≤100Pa时浸渍管插入钢液液面的深度h₂满足h₂＝(0.3～0.6)m；

S34.调整底吹透气砖一吹氩量至5～8NL/min/t钢，底吹透气砖二吹氩量保持1～3NL/min/t钢，精炼5～15min，脱气工艺结束。

S4夹杂物去除工艺的步骤：

S41.S3完成后，在真空室上部和真空室下部内部压力≤100Pa时调节底吹透气砖一吹氩量至2～5NL/min/t钢，底吹透气砖二吹氩量至1～3NL/min/t钢，精炼时间5～10min；

S42.将底吹透气砖一、底吹透气砖二的吹氩流量调整至≤3NL/min/t钢，然后破真空，使钢液平稳回流至钢包中，精炼结束。

本实用新型的上述技术方案的有益效果如下：

本实用新型提出的单嘴精炼炉，通过增设钢包底吹透气砖、优化炉型参数，在总的氩气消耗量不增加的前提下，相比以往的单嘴精炼炉，浸渍管外围钢液和炉渣流动性得到加强，大幅度减小了浸渍管外围的钢液“滞缓区”，有效改善了钢液精炼过程中温度与成分的均匀性。浸渍管外围炉渣及炉渣流动性得到了明显改善，有效减少了实际生产过程遇到的炉渣结壳、浸渍管粘渣等现象，使精炼过程更为顺行。

本实用新型提出的单嘴精炼炉冶炼特殊钢工艺中所涉及的排渣操作可将浸渍管内炉渣几乎排净，为后续脱气创造了良好的动力学条件，显著提高了脱气速率。本实用新型工艺能够在不大于30min的时间内，将钢液中O、N、H 等杂质元素及夹杂物低至极低水平，其中ω[O]≤15ppm，ω[H]≤2ppm，ω[N] ≤50ppm，非金属夹杂物数量少且细小弥散。

附图说明

图1为本实用新型高效单嘴精炼炉的炉型结构示意图；

图2为本实用新型高效单嘴精炼炉主要结构尺寸说明图；

图3为本实用新型高效单嘴精炼炉主要结构A-A剖面视图。

其中：1-真空加料仓，2-真空室上部，3-真空室下部，4-浸渍管，5-钢包， 6-底吹透气砖一，7-底吹透气砖二，8-钢液，9-炉渣，10-气泡柱。

具体实施方式

为使本实用新型要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本实用新型提供一种高效单嘴精炼炉。

如图1所示，高效单嘴精炼炉包括钢包5和单嘴真空系统，单嘴真空系统位于钢包5上方，单嘴真空系统包括真空加料仓1、真空室上部2、真空室下部3和浸渍管4，真空室上部2、真空室下部3和浸渍管4分别位于单嘴真空系统的上、中、下部位，真空加料仓1位于单嘴真空系统右上方并穿过真空室上部2，浸渍管4浸入钢液8液面下，钢包5底部设有底吹透气砖一6和底吹透气砖二7，竖直位置上底吹透气砖一6和底吹透气砖二7分别位于浸渍管4 内部和外部，底吹透气砖一6产生的气泡柱10通过浸渍管4进入单嘴真空系统内部，底吹透气砖二7产生的气体进入单嘴真空系统外部。

其中：

真空加料仓1、真空室上部2、真空室下部3内部均抽为真空。

如图2和图3，A为钢包中心，B为浸渍管中心，A’A为钢包中心线，B’ B为浸渍管中心线。浸渍管4内径D₁满足D₁＝0.35～0.45×D₀，D₀为钢包5底部内径；浸渍管4内壁耐材高度h₀满足h₀＝1.4m～1.7m，浸渍管4外壁耐材高度h₃满足h₃＝0.9m～1.2m；真空室下部3直径D₂满足D₂＝1.1～1.4×D₁；真空室下部3耐材高度h₄满足h₄＝1.0～1.5×h₀；浸渍管4壁厚δ满足δ＝0.2m～0.35m；底吹透气砖一6中心与浸渍管4中心距离R₁满足R₁＝0.35～0.55×D₁/2；底吹透气砖二7中心与浸渍管4中心距离R₂满足R₂＝D₁/2+δ+(0.4～0.6)×d，底吹透气砖一6、底吹透气砖二7位于钢包5底部同一条直径上，且分居钢包5中心两侧，其中d为底吹透气砖一6、底吹透气砖二7所在的钢包5直径方向上浸渍管4外壁与钢包5内壁之间的最大距离；浸渍管4偏心距AB满足 AB＝0～0.2×D₁/2。

采用该高效单嘴精炼炉进行特殊钢冶炼的工艺步骤如下：

S1.精炼前钢液需要满足一定的初始条件；

S2.浸渍管4排渣；

S3.脱气；

S4.夹杂物去除。

其中：

S1的初始条件包括ω[O]≤0.005％，ω[H]≤0.0015％，ω[N]≤0.03％；钢液温度T＝T_liq.+80～200℃；渣厚h₁≤200mm，其中T_liq.为液相线温度。

S2浸渍管4排渣工艺的步骤包括：

S21.钢包5到达单嘴精炼炉处理工位；

S22.调整底吹透气砖一6吹氩量为2～5NL/min/t钢，底吹透气砖二7吹氩量为0～1NL/min/t钢；

S23.调整钢包5位置使浸渍管4偏心距AB满足AB＝0～0.2×D₁/2；

S24.增大底吹透气砖一6吹氩量至5～8NL/min/t钢，将钢包5渣面吹开，使钢液面裸露，将浸渍管4插入至钢液8液面以下，调整浸渍管4插入钢液深度h₂满足h₂＝100～200mm；

S25.继续保持底吹透气砖一6、底吹透气砖二7吹氩量不变，吹氩1～3min，通过底吹透气砖一6大流量吹氩将浸渍管4内残余的炉渣9排出。

S3脱气工艺的步骤包括：

S31.S2操作完成后，降低底吹透气砖一6吹氩量至2～5NL/min/t钢，增大底吹透气砖二7吹氩量至1～3NL/min/t钢；

S32.开启真空泵，将真空室上部2、真空室下部3内部压力在尽可能短的时间内降低至200Pa以下，抽真空过程中调整浸渍管4插入钢液8液面的深度；

S33.待真空室上部2和真空室下部3内部压力≤100Pa时浸渍管4插入钢液8液面的深度h₂满足h₂＝0.3～0.6m；

S34.调整底吹透气砖一6吹氩量至5～8NL/min/t钢，底吹透气砖二7吹氩量保持1～3NL/min/t钢，精炼5～15min，脱气工艺结束。

S4夹杂物去除工艺的步骤包括：

S41.S3完成后，在真空室上部2和真空室下部3内部压力≤100Pa时调节底吹透气砖一6吹氩量至2～5NL/min/t钢，底吹透气砖二7吹氩量至 1～3NL/min/t钢，精炼时间5～10min；

S42.将底吹透气砖一6、底吹透气砖二7的吹氩流量调整至≤3NL/min/t 钢，然后破真空，使钢液平稳回流至钢包中，精炼结束。

本实用新型的实施例及实施效果说明如下：

实施例包括本实用新型例与对照例，本实用新型例采用本实用新型高效单嘴精炼炉对钢液进行真空精炼，对照例采用偏心单嘴精炼炉(授权公告号： CN206768169U)对钢液进行真空精炼，本实用新型例与对照例都采用“电炉 +LF精炼炉+单嘴精炼炉+连铸”的生产流程冶炼GCr15轴承钢，两种单嘴精炼炉采用同一套单嘴系统，所用的钢包大小相同，浸渍管偏心距相同。区别在于：本实用新型例单嘴精炼炉精炼过程采用双透气砖吹氩并进行浸渍管排渣操作，而对照例仅采用一个透气砖进行吹氩，过程无排渣操作。

本实用新型例：高效单嘴精炼炉精炼钢液(双透气砖吹氩，浸渍管排渣)

①LF精炼完成后，钢包进入单嘴精炼炉工位，两个钢包透气砖接通吹氩管，取样，钢液成分：ω[C]0.96％，ω[Si]0.24％，ω[Mn]0.32％，ω[P]0.017％，ω[S]0.012％，ω[Cr]1.52％，ω[Ti]0.0024％，ω[Al]0.028％，ω[O]0.0016％，ω[H]0.0005％，ω[N]0.0058％，炉渣成分：ω(CaO)57.8％，ω(Al₂O₃)26.8％，ω(SiO₂)6.68％，ω(MgO)4.57％，ω(CaF₂)1.42％，ω(FeO)0.54％，钢水量66t，钢液温度1630℃，炉渣厚度约100mm，底吹透气砖一吹氩流量为 160NL/min，底吹透气砖二吹氩流量为50NL/min。

②浸渍管排渣工序：调整钢包位使浸渍管中心与钢包中心偏心距为20cm，调节底吹透气砖一吹氩流量至420NL/min，底吹透气砖二吹氩量控制在 50NL/min，用底吹透气砖一进行大流量搅拌进而将钢包渣面吹开，使钢液面裸露，启动液压顶升装置顶升钢包使浸渍管底部浸入钢液面下，调整浸渍管插入钢液深度约为150mm，底吹透气砖一、二吹氩量保持不变，吹氩2.5min，测温1605℃。

③脱气工序：上述排渣操作完成后，减低底吹透气砖一吹氩量至160 NL/min，底吹透气砖二吹氩量增至80NL/min保持不变，继续抬升钢包，增加浸渍管插入钢液的深度，逐级开启真空泵，抽真空，5min后，真空室压力降低至63Pa，此时浸渍管插入钢液深度约为0.4m，然后调整底吹透气砖一吹氩量为420NL/min，底吹透气砖二吹氩量为50NL/min，精炼8min，脱气结束，测温1582℃。

④去夹杂工序：上述脱气完成后，调节底吹透气砖一吹氩量为230NL/min，底吹透气砖二吹氩量至80NL/min，真空室压力63Pa，精炼时间8min，精炼结束。逐级关闭真空泵后，打开破空阀，调节底吹透气砖一吹氩量为120NL/min，底吹透气砖二吹氩量至50NL/min，钢液逐渐回流至钢包中，测温1550℃，取样，精炼结束。

对照例：偏心单嘴精炼炉精炼钢液(单透气砖吹氩，无浸渍管排渣)

①LF精炼完成后，钢包入单嘴精炼炉工位，钢包透气砖接通吹氩管，取样，钢液成分：ω[C]0.95％，ω[Si]0.25％，ω[Mn]0.32％，ω[P]0.016％，ω[S] 0.013％，ω[Cr]1.52％，ω[Ti]0.0026％，ω[Al]0.027％，ω[O]0.0016％，ω[H]0.0005％，ω[N]0.0058％，炉渣成分：ω(CaO)57.3％，ω(Al₂O₃)25.5％，ω(SiO₂)6.52％，ω(MgO)4.61％，ω(CaF₂)4.30％，ω(FeO)0.55％，钢水量65t，钢液温度1640℃，炉渣厚度约90mm，透气砖吹氩流量为210NL/min。

②浸渍管插入工序：调整钢包位使浸渍管中心与钢包中心偏心距为20cm，调节透气砖吹氩流量至240NL/min，启动液压顶升装置顶升钢包使浸渍管底部浸入钢液面下，逐级开启真空泵，抽真空，5min后，真空室压力稳定至63Pa，此时浸渍管插入深度约为0.4m。

③脱气工序：真空压力稳定后，调整透气砖吹氩量为470NL/min，精炼 8min，脱气结束，测温1588℃。

④去夹杂工序：上述脱气完成后，调节透气砖吹氩量为310NL/min，真空室压力86Pa，精炼时间9min。精炼结束，逐级关闭真空泵后，打开破空阀，调节透气砖吹氩量为170NL/min，钢液逐渐回流至钢包中，测温1558℃，取样，精炼结束。

冶炼效果对比：

采用以上所述的本实用新型例与对照例的冶炼流程，分别冶炼20炉GCr15 轴承钢，通过精炼前后取样分析，对真空精炼前后钢液成分变化及材上夹杂物评级进行统计对比，得出的对比结果如表1所示，从表中可以看出，在平均冶炼时间及耗氩量几乎相同的条件下，采用本实用新型单嘴精炼炉精炼后，钢液中T[O]、[H]、[N]杂质元素的去除效果要优于对照例，尤其是[H]、[N]的去除效果更为显著，充分体现了本实用新型浸渍管排渣工艺对脱气的有利优势，从夹杂物评级对比可以看出，本实用新型例B类、D类夹杂物的等级要明显低于对照例，且本实用新型例冶炼过程中所发生的浸渍管严重粘渣现象要少于对照例。

表1本实用新型例与对照例所达到的真空精炼效果对比

注：A类为硫化物类夹杂，B类氧化铝类夹杂，C类为硅酸盐类夹杂，D 类为球状氧化物类夹杂，评级范围从0到3，级别随夹杂物的长度，数量，直径的增加递增，详细评级方法见GB/T10561-2005。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (3)

1.一种高效单嘴精炼炉，其特征在于：包括钢包(5)和单嘴真空系统，单嘴真空系统位于钢包(5)上方，单嘴真空系统包括真空加料仓(1)、真空室上部(2)、真空室下部(3)和浸渍管(4)，真空室上部(2)、真空室下部(3)和浸渍管(4)分别位于单嘴真空系统的上、中、下部位，真空加料仓(1)位于单嘴真空系统右上方并穿过真空室上部(2)，浸渍管(4)浸入钢液(8)液面下，钢包(5)底部设有底吹透气砖一(6)和底吹透气砖二(7)，竖直位置上底吹透气砖一(6)和底吹透气砖二(7)分别位于浸渍管(4)内部和外部，底吹透气砖一(6)产生的气泡柱(10)通过浸渍管(4)进入单嘴真空系统内部，底吹透气砖二(7)产生的气体进入单嘴真空系统外部。

2.根据权利要求1所述的高效单嘴精炼炉，其特征在于：所述真空加料仓(1)、真空室上部(2)、真空室下部(3)内部均为抽真空。

3.根据权利要求1所述的高效单嘴精炼炉，其特征在于：所述浸渍管(4)内径D₁＝(0.35～0.45)×D₀，D₀为钢包(5)底部内径；浸渍管(4)内壁耐材高度h₀＝1.4m～1.7m，浸渍管(4)段外壁耐材高度h₃＝0.9m～1.2m；真空室下部(3)直径D₂＝(1.1～1.4)×D₁；真空室下部(3)耐材高度h₄＝(1.0～1.5)×h₀；浸渍管(4)壁厚δ＝0.2m～0.35m；底吹透气砖一(6)中心与浸渍管(4)中心距离R₁＝(0.35～0.55)×(D₁/2)；底吹透气砖二(7)中心与浸渍管(4)中心距离R₂＝D₁/2+δ+(0.4～0.6)×d，底吹透气砖一(6)、底吹透气砖二(7)位于钢包(5)底部同一条直径上，且分居钢包(5)中心两侧，其中d为底吹透气砖一(6)、底吹透气砖二(7)所在的钢包(5)直径方向上浸渍管(4)外壁与钢包(5)内壁之间的最大距离；浸渍管(4)偏心距AB＝(0～0.2)×(D₁/2)。