CN216337785U - 一种密排金属通孔钢包底吹喷粉装置 - Google Patents

Abstract

一种密排金属通孔钢包底吹喷粉装置，属于钢铁精炼技术领域，由法兰螺栓连接透气元件和蓄气室组成。所述透气元件由耐火材料透气砖和金属板组成，耐火材料透气砖内部设有毛细管，金属板位于耐火材料透气砖的外壁、底部以及毛细管内壁，透气元件底部设有多个密排规则几何形状，所述规则几何形状与毛细管以漏斗状锥形多边通孔相连接。一方面解决了在喷粉条件下粉剂与透气砖之间的摩擦导致的耐火材料损耗；另一方面利用漏斗状锥形多边通孔显著提高了喷吹效率，减少了喷吹动能损失。本实用新型有效提高了底吹喷粉效率，改善动力学条件，其使用寿命长，冶炼效果强，可靠性能好，喷吹动能佳。

Description

一种密排金属通孔钢包底吹喷粉装置

技术领域

本实用新型属于钢铁精炼技术领域，特别涉及一种密排金属通孔钢包底吹喷粉装置。

背景技术

钢包底吹是一项简单有效的炉外精炼措施，在此基础上，将喷粉工艺与底吹工艺相结合是一项新兴的精炼方法。其有效的融合了渣洗以及吹气的冶金效果，大大增强了钢包冶炼能力，发展前景尤为可观，并能够完成钢液的脱硫、脱氧、脱磷、去夹杂物、改变夹杂物形态、调温、控制微量元素和合金化等任务。可喷入的粉剂很多，根据工艺确定如：石灰、萤石、矿石、各种合成渣、Ca-Si、CaC₂、碳粉、铝粉、镁粉及各种金属粉末等。

利用气体作为载体将粉剂从钢包底部连续喷入，与传统以“块状”和“批料”加入冶金物料到钢包表面的方法相比，其优点有以下几个方面：

（1）提高钢液质量：喷入粉剂在气体的搅拌作用下，使粉剂与钢液之间产生强烈的搅拌作用，极大地扩大了反应物与钢液的接触面积，改善反应动力学条件，均匀温度和成分，加速物理化学反应速度，有利于脱硫脱氧和夹杂物的改性控制；（2）减少合金烧损：由于粉剂不需要越过表面渣层，不与大气接触，直接从底部喷入钢液内部，可有效防止粉剂氧化，特别是解决了易氧化元素（Al、Ti、B、Re）以及在炼钢温度下蒸气压高的元素（Mg、Ca等）的加入问题，提高了合金利用率；（3）夹杂物控制：能够合理地控制钢液中的反应，从而改变夹杂物的组成和形态，另外由于气体的搅拌作用，有利于夹杂物的上浮和聚集；（4）设备操作简单灵活。

但是由于底吹透气元件所处环境的恶劣性，客观上限制了底吹喷粉工艺的发展。喷粉冶炼过程中，在高温以及气-固高压射流强烈吹刷下，需要考虑以下几点：1.保证粉剂喷入连续稳定不堵塞；2.保证透气装置易吹透不漏钢；3.保证粉剂喷入量可控可调；4.保证透气元件使用寿命。所以底吹透气元件的设计以及使用性能将直接关系到炼钢整体工艺的顺行。

专利CN201110235141.8公开了一种金属缝隙式钢包底吹喷粉装置，其采用耐高温不锈钢覆盖透气砖狭缝的方法降低粉剂对耐材内壁的冲刷，能很好地解决粉剂冲刷的磨损和压力损失大的问题。但存在以下缺点：（1）在炼钢温度下，耐材与钢液接触的前端常规磨损之后，耐高温不锈钢（目前最高1100℃）很难在恶劣环境下保证性能，特别是在喷口位置，在钢水压力、粉剂冲刷以及高温同时作用下，极大可能会造成变形甚至是融化，从而造成狭缝堵塞，降低底吹设备寿命。（2）狭缝型透气砖气缝总面积小，直接接收率低，在气室横截面上，绝大多数粉剂直接冲击到砖体上并未进入气缝，在气室内部易形成乱流，导致压力损失大，且粉剂利用率低，另外粉剂聚集在气室，有堵塞狭缝的风险，将影响生产顺行。

发明内容

鉴于上述的分析，本实用新型旨在提供一种安全、高效的钢包底吹喷粉装置，用以解决现有底吹粉剂对耐材内壁冲刷大、压力损失大、底吹孔堵塞、喷粉效率低下及底吹喷粉元件寿命短等问题。

本实用新型的目的主要是通过以下技术方案实现的：一种密排金属通孔钢包底吹喷粉装置，由法兰螺栓连接透气元件和蓄气室组成；所述透气元件由耐火材料透气砖和金属板组成，所述耐火材料透气砖内部设有毛细管，透气元件底部设有漏斗状锥形多边通孔，并通过锥形通道与毛细管连接；所述金属板位于耐火材料透气砖的外壁、底部以及毛细管内壁。

进一步的，所述锥形多边通孔（4）底部形状为正多边形，除正多边形之外，所述锥形多边通孔（4）底部形状也可以由多边形改为圆形，从而形成圆锥形通孔，所述锥形多边通孔（4）与耐火材料透气砖（1）底面夹角α=0~90°。

进一步的，所述耐火材料透气砖（1）为刚玉耐火材料，其高度为H，所述金属板（3）为耐高温不锈钢，其高度H0=0~1.0H；厚度σ=0.1-10mm。

与现有技术相比，本实用新型的优点有以下几个方面：（1）使用寿命长。避免了粉剂对耐材的直接冲刷，使耐材不会因为粉剂的冲刷而磨损，从而造成透气通道变宽失去作用，减少了漏钢事故的发生，且外壁金属板对耐材起到了一定的增强作用，使耐材不易开裂，综合提高耐材的使用寿命。（2）冶炼效果强。粉剂在高压高速气体的推动下从透气元件通道进入钢液内部，由于金属覆盖使得粉剂与内壁摩擦力大大降低，射流阻力减少，压力损失小，使其以更高动能喷入钢包内部，增强穿透力，改善动力学条件，使冶金效果提高。（3）可靠性能好。外壁金属板以及毛细管内壁金属板远离喷口前端高温恶劣环境，在耐材前端常规磨损的情况下不影响其正常使用，解决了在炼钢温度下金属易变形软化的风险，强化整体底吹结构的完整性，再次提升设备在恶劣工况下的可靠性与完整性。（4）喷粉动能佳。本实用新型使用密排金属通孔结构布满透气砖底部，另外毛细管与金属通孔以漏斗状金属锥形通道连接，吹气效果如图2（b）所示，相比较传统狭缝型透气砖图2（a），使粉剂有效接受面积大大提高，减少喷吹动能损失，再次优化喷粉动力学条件，提升冶金效果。

附图说明

图1（a）为本实用新型提出的一种密排金属通孔底吹喷粉装置的主视图。

图1（b）为实本用新型提出的一种密排金属通孔底吹喷粉装置的剖面示意图。

图2（a）为传统狭缝型透气砖射流示意图。

图2（b）为本实用新型提出的一种密排金属通孔底吹喷粉装置射流示意图。

图3（a）为实施例1提出的一种密排金属通孔底吹喷粉装置蜂窝型透气元件剖面示意图。

图3（b）为实施例1提出的一种密排金属通孔底吹喷粉装置蜂窝型透气元件毛细管放大图。

图3（c）为实施例1提出的一种密排金属通孔底吹喷粉装置蜂窝型透气元件俯视图。

图3（d）为实施例1提出的一种密排金属通孔底吹喷粉装置蜂窝型透气元件底部示意图。

图4（a）为实施例2提出的一种密排金属通孔底吹喷粉装置圆形透气元件主视图。

图4（b）为实施例2提出的一种密排金属通孔底吹喷粉装置圆形透气元件底面示意图。

图中，1、耐火材料透气砖；2、毛细管；3、金属板；4、锥形多边通孔；5、法兰螺栓；6、蓄气室。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

本实用新型一种密排金属通孔底吹喷粉元件的制备方法如下，先将金属板模铸成型，再利用耐材均匀填充。应保证以下三点：（1）填充完毕的透气砖应符合尺寸要求；（2）所述金属板密封不透气且应与耐材紧密结合；（3）毛细管通透不堵塞。

耐火材料要求高温下耐磨蚀和抗侵蚀能力强，推荐使用刚玉质，其价格便宜，且有外壁金属板保护抗裂性能好，金属板应保证耐高温性，推荐使用耐高温不锈钢材质。

如图1（a）所示，为本实用新型一种密排金属通孔底吹喷粉元件的组装图，由透气元件和蓄气室组成，所述蓄气室与透气元件由法兰螺栓5相连接。

所述透气元件由耐火材料透气砖1和耐高温不锈钢金属板3组成。包括：1、耐火材料透气砖；2、毛细管；3、金属板；4、锥形多边通孔。所述透气元件Ⅰ为圆柱或者圆台形。所述耐火材料1外壁、底部、毛细管2内壁均覆盖有金属板3。

所述金属板厚度σ=0.1-10mm

所述透气元件顶部直径为：Φ1=50~200mm

所述透气元件高度H=70~700mm

所述毛细管内径Φ2=0.1~3.00mm

毛细管数量n=10~500

所述金属通孔与金属底板夹角α=0~90°

所述金属板3高度H₀=0~1H具体实施例

实施例1：

本实施例设计一种蜂窝型密排毛细管式透气元件，其外形如图1（a）所示，该蜂窝型密排毛细管式透气元件呈圆台状，耐火材料透气砖1的外壁、底部以及内部毛细管2内壁均覆盖有金属板3。透气元件底部与毛细管2由漏斗状正六边形锥形通孔4连接，毛细管如图3（b）所示。

所述耐火材料透气砖直径Φ1的选取：在实际生产过程中，若毛细管端口距离过窄，则会在吹气过程中形成大气泡，减弱冶金反应动力学条件，若端口距离过宽，又会造成气流的分散导致气流的穿透力减弱。综上，本实例取端口直径Φ1=100mm，由于圆台状透气元件有一定的锥度，故透气元件底部直径Φ应该大于100mm，具体尺寸随圆台锥度和高度H的变化而变化。

所述透气元件高度H的选取：透气元件的高度取决于钢包包底厚度，透气砖的侵蚀速度等因素，为避免气流在沿途的压力损失，透气元件的高度应尽可能的小，考虑到实际使用情况，本实例选取H=300mm。

所述金属板3高度H₀的选取：金属板3高度的选取是决定透气元件底吹效果的关键因素之一，毛细管2内壁的金属板过短会导致粉剂在毛细管内与耐火材料透气砖摩擦加剧，太长会导致前端金属板在耐材磨损后软化变形。在透气元件外壁的金属板则起到提升透气元件强度的作用，应尽可能的长，但是太长同样会导致前端金属外壳在耐材磨损后软化变形，综合考虑，本实例取H₀=0.8H。

所述毛细管直径Φ2的选取：考虑到钢水静压力，内径过大，可能造成漏钢，内径过小，导致压力损失大，造成气流穿透力减弱，本实例取毛细管内径Φ2=1.0mm。

所述毛细管的数量n的确定：一般情况下，毛细管在耐火材料中都是均匀分布，一方面是为了稳定和均匀气流，另一方面，可以最大限度利用透气元件。其数量n也能影响到各毛细管之间的间距，间距过宽会影响气流穿透力，间距过窄容易形成大气泡以及“气泡反击”与“水锤冲刷”对耐材的侵蚀。本实例中取n=91。

所述底部金属通孔大小的确定：底部金属通孔的大小根据所选耐材直径以及毛细管的数量来决定，在本实例中，底部蜂窝型（正六边形）通孔边长a=5 mm。

所述金属通孔与金属底板夹角α的选取：在实际使用中，夹角过大会导致加工难度增加以及透气砖强度的降低，夹角过小会加剧射流对通孔内壁的冲刷，导致喷粉动能减弱，综上，本实例取金属通孔与金属底板夹角α=60°。

实施例2：

本实施例为一种圆形密排毛细管式透气元件，其结构如图4（a）所示，其底面结构如图4（b）所示。该圆型密排毛细管式透气元件呈圆台状，透气砖1中设有毛细管2，金属板3位于透气元件外壁、底部以及毛细管2内壁，透气元件底部设有漏斗状圆锥形通孔4。

所述耐火材料透气砖直径Φ1的选取：为了避免端口距离过窄导致大气泡，又要避免端口过宽降低气流动能，本实例取直径Φ1=80mm.

所述透气元件高度H的选取：为避免气流在沿途的压力损失，本实例选取H=200mm。

所述金属板高度H₀的选取，为防止毛细管内壁金属板过长在前端损毁，又要考虑过短造成摩擦加剧导致射流动能变弱，同时也要防止外壁金属板在耐材磨损后软化变形，综合考虑，本实例取H₀=0.7H。

所述毛细管直径Φ2的选取：考虑到毛细管内径过大造成漏钢情况和过小导致气流动能减弱情况，综上，本实例取毛细管内径Φ2=1.0mm。

所述毛细管的数量n的确定：本实例中取n=61。

所述底部金属通孔大小的确定：底部金属通孔的大小根据所选耐材直径以及毛细管的数量来决定，为保证透气砖强度，避免热应力集中，在本实例中，底部圆形通孔直径a=8.5mm。

所述金属通孔与金属底板夹角α的选取：既要避免夹角过大导致加工难度增加，并造成透气砖强度降低，又要避免夹角过小导致喷粉动能减弱，综上，本实例取金属通孔与金属底板夹角α=45°。

最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种密排金属通孔钢包底吹喷粉装置，由法兰螺栓连接透气元件和蓄气室组成；其特征在于：所述透气元件由耐火材料透气砖（1）和金属板（3）组成，所述耐火材料透气砖（1）内部设有毛细管（2），透气元件底部设有漏斗状锥形多边通孔（4），并通过锥形通道与毛细管（2）连接；所述金属板（3）位于耐火材料透气砖（1）的外壁、底部以及毛细管（2）内壁。

2.根据权利要求1所述的密排金属通孔钢包底吹喷粉装置，其特征在于：所述锥形多边通孔（4）底部形状为正多边形，除正多边形之外，所述锥形多边通孔（4）底部形状也可以由多边形改为圆形，从而形成圆锥形通孔，所述锥形多边通孔（4）与耐火材料透气砖（1）底面夹角α=0~90°。

3.根据权利要求1所述的密排金属通孔钢包底吹喷粉装置，其特征在于：所述耐火材料透气砖（1）为刚玉耐火材料，其高度为H，所述金属板（3）为耐高温不锈钢，其高度H₀=0~1.0H；厚度σ=0.1-10mm。

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