TWI454579B - 具較佳之出口噴嘴之用於將鋼熔融物除氣的裝置 - Google Patents

具較佳之出口噴嘴之用於將鋼熔融物除氣的裝置 Download PDF

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Description

具較佳之出口噴嘴之用於將鋼熔融物除氣的裝置
本發明關於一種具較佳的出口噴嘴(Auslaufrssel，英：outlet nozzle)之用於將鋼熔融物除氣體裝置。本發明特別關於一種特別形式的出口噴嘴，它用於避免在一鋼鑄造盛桶中的局部死水區域(dead water region)。本發明還關於一種利用此較佳的出口噴嘴將液態鋼除氣的方法。
此用於將液態鋼除氣的方法係一種RH方法(Ruhrstahl-Heraeus Verfahren，靜止鋼出去方法)，在RH方法中，液態鋼從一鑄造盛桶在一上升管(Steigrohr)中送入一「排空容器」中。一種「運送氣體」(特別是氬)在鋼槽液位面上方導入該上升管中。這股經數個噴嘴注入上升管中的氬氣流被分散成許多氬氣泡，它們在壁附近上升。藉著將上升管中利用氬使體積加大以及利用外界空氣壓力與排空容器內的低壓之間的壓力差，可使液態鋼能被運送。氬氣泡將鋼熔融物分散，並用於使熔融物均勻循環，部分壓力(偏壓)(Partialdruck)同時下降，且使除碳反應加速。被吸入排空容器中的鋼被噴散，如此，表面積增加，且液態鋼除氣作用較佳。
在整個處理時間時同時導入且以後從熔渣產生的氧氣會使一氧化碳(CO)生成。一氧化碳在真空容器中氣化出來，如此達成所要之除碳作用。藉著另外吹入的氧氣，可將細除碳化用最佳化到儘可能低的值。高的熔融物循環速度、以及運送氣體流量提高、以及真空設備的噴嘴直徑加大，都會使除碳過程更快。
在德專利DE 19511640 C1提到一種除氣容器用的噴嘴，該容器具有耐火襯料層及一設在其中之有數條通道的氣體沖刷裝置。這些通道分佈在噴嘴的周圍且相對於噴嘴的中央縱軸沿徑向延伸通過該耐火襯料層。這些通道可在外側接到至少一氣體供應管路。
這些通道沿噴嘴的內壁以緊密的順序環繞設置，以形成一近乎連續的氣體罩幕(Gasschleien)。液態鋼一直到進入真空容器為止都均勻地流動。這種沿整個周圍範圍分佈的(宜為細氣泡式的)氣體供應方式可使「處理氣體」特別細微地分佈，同時處理氣體與鋼熔融物之間的反應體積大大增加。用此方式可達成較高及較快的除碳效率，因此所需反應介質的量較少。
在日專利JP 1198418 A提到一種用於將熔融鋼作真空除氣的裝置與方法，其中氣體可被導入該入口噴嘴及出口噴嘴，並可輪流地改變噴嘴的功能。
在JP 57200514 A提到一種將熔融鋼除氣的方法，其中藉著在一RH真空設備中除氣使除氣效果改善，在該RH真空設備中從底部將一惰性氣體吹入一鋼熔融物容器中。
在JP 3271315 A提到一種不銹鋼的RH真空除碳方法，其中在短時達成除氣及除碳，且該鉻損失減少。此結果係藉著使用具有低矽含量的鋼以及藉著用RH真空容器重複除氣及除碳過程而達成。
在JP 2173204 A提到一種RH除氣裝置用的真空容器，其中將一種超音波振盪器建入真空容器中的一個與熔融鋼接觸的位置，以將由於氣體吹入產生的氣泡震散並將(氣液)相反應的反應表面積改善。
在JP 11158536 A提到一種用於將具有很低的碳含量的鋼作熔融的方法，其中在除碳後，將惰性氣體經入口管吹入所添加的鋁下方吹入到容器中在出口噴嘴旁吹到循環路線中。
在JP 3107412 A提到一種製造具有很低碳含量的鋼的方法，其中在除碳時同時將氬吹入該入口管及出口管中。
事實顯示(且有許多模擬也顯示出)在一RH設備的鋼鑄造盛桶中會成一些局部的流動區域──所謂的死水區域──這些區域中的熔融物與其他的熔融物較晚混合，在大約兩分後才混合。
在先前技術習知的裝置與方法有一缺點：即在鋼鑄造盛桶中形成死水區域，因此熔融物的均化時間增加。
死水區域一般在出口噴嘴與鑄造盛桶的耐火壁之間形成。由於熔融物流從出口噴嘴出來朝下噴，故有少許的材料從出口噴嘴周圍被吸過來。因此會由於均化作用遲緩，在該處的碳濃度整體上保持在一高位準。此死水區域的熔融物與其他熔融物的混合作用差，因為平均流動速度很低，由於死水區域(其熔融物具碳濃度)與其餘具低碳濃度的熔融物之間的物質、脈動(Impuls，英：pulse)及能量的交換作用很小，故該盛桶的熔融物須頻繁翻轉直到所要的終碳含量為止，由於盛桶的熔融物須頻繁翻動，故處理時間很長。
本發明的目的在提供一種較佳且可靠的用於將鋼熔融物除氣及/或除碳的方法，其中死水區域形成的情事可減少。
本發明這種目的達成之道係利用一種裝置，它包含至少一除氣容器、一鋼鑄造盛桶、一入口噴嘴、一設在其中的氣體沖刷裝置、及一出口噴嘴，該出口噴嘴的下緣相對於出口噴嘴的中央縱軸沿徑向至少有一孔，此裝置宜為一RH設備。
由於一種調整的文氏閥效應(Venturi-Effekt)的結果。該含高碳量的熔融物從出口噴嘴與盛桶供應處之間的死水區域被吸取並導入出口噴嘴之向下液流中。
在出口噴嘴下緣的孔的大小及數目與各RH方法有關且須配合該方法，重要的參數為該入口及出口噴嘴的幾何性質和浸入深度以及RH真空容器中的低壓(真空度)。
我們須防止太多的熔融物從外送入出口噴嘴且因此可能在上方漂浮的熔渣從鋼鑄造盛桶的自由表面一齊吸入。
利用本發明的裝置，特別是這種新穎形式的出口噴嘴，可使局部死水區域的度量尺寸減少。熔融物的處理及循環時間可有利地縮短。這點使得氬的消耗量有利地進一步降低成本。此RH設備的度量提高。
本發明的一較佳設計中，一出口噴嘴有數個孔繞360°的圓周設置。此出口噴嘴尤宜有數個孔沿鑄造盛桶的耐火壁方向繞180°的圓周排列，利用本發明的設計，局部死水區域可有效減少。
孔的大小以及數目與出口噴嘴的幾何形狀以及浸入深度及排空容器中的低壓有關。
本發明的另一較佳設計為一種出口噴嘴，其中該孔的直徑為10毫米～50毫米，且宜25毫米～35毫米。在這種孔的直徑，在減少死水區域方面可達成良好結果。
本發明又一較佳設計為一種出口噴嘴，其浸入鑄造盛桶的鋼熔融物中的深度為300毫米～1200毫米，且宜400毫米～1000毫米。在這種浸入深度的範圍，在減少死水區域方面可達成良好結果。
本發明再一設計為一種出口噴嘴，其中一個或數個孔設在出口噴嘴下緣上方50毫米～900毫米處，且宜100毫米～700毫米。如此，孔與盛桶熔渣之間的垂直距離可儘量大。如此可防止盛桶熔渣被吸入出口噴嘴中的情事。
本發明的另一較佳設計，孔在出口噴嘴上排成一孔列或個上下相鄰的孔列，一個孔列或數個上下相鄰的孔列宜位在出口噴嘴上。
本發明的目的也利用一種用於將鋼熔融物處氣的方法，其中：
(a)　將一種運送氣體(特別是氬)在鋼槽液位面上方導入一入口噴嘴中；
(b)　將液態鋼從一鑄造盛桶導入該入口噴嘴中；
(c)　將液態鋼從該入口噴嘴送入一個位在其上方的排空容器中；
(d)　將液態鋼除氣；及
(e)　將液態鋼經一出口噴嘴送入該鑄造盛桶中，其中該出口噴嘴沿著相對於該出口噴嘴的中央縱軸的徑向至少有一孔。
本發明的目的還利用上述的出口噴嘴，其係用在一RH設備，以將一鑄造盛桶中的局部的死水範圍減少。藉著使用本發明的出口噴嘴，局部死水區域可有效減少。
本發明茲利用圖式詳細說明。圖式中顯示一本發明的實施例。
圖1中所示的RH設備(I)有一鋼鑄造盛桶(3)，其中容積為200噸。出口噴嘴(1)和入口噴嘴(4)的浸入深度各為600毫米。程序時間為時85秒，在此RH設備中進行以下方法步驟：將氬(5)在鋼槽液(10)的位面上方導入入口噴嘴(4)中。將液態鋼(10)從鑄造盛桶(3)吸入該入口噴嘴(4)中。將液態鋼(10)從入口噴嘴(4)送入其上方的排開容器(2)中。將液態鋼(10)在排空容器(2)中除去。將液態鋼(10)再經出口噴嘴(1)送入鑄造盛桶(3)中。在出口噴嘴(4)與鑄造盛桶(3)的耐火壁(8)間形成一局部死水區域(9)。由於從該出口噴嘴(4)出來朝向下的熔融物流，有少許鋼熔融物(10)從出口噴嘴(1)周圍被吸過來。由於均化作用遲緩，在死水區域(9)中的碳濃度維持在位準。此死水區域(9)的熔融物與其他的熔融物(10)的混合作用不佳，因為平均流動速度很低，程序期間很長。
圖2顯示經一本發明的RH設備(1)的橫截面圖，它在出口噴嘴(1)中有孔(7)，且出口噴嘴(1)與鑄造盛桶(3)的耐火壁(8)之間的局部死水區域(9)減少了很多。此方法過程一如圖1的例子，其不同如下：出口噴嘴(1)在朝向鑄造盛桶(3)的耐火壁(5)的那一側相對於出口噴嘴的中央縱軸(6)的徑向有數個孔(7)。孔(7)係設在出口噴嘴(1)下側上方150毫米處。出口噴嘴的浸入深度Hsnorkel 為400毫米。鋼熔融物從出口噴嘴(1)周圍被吸過來。在鋼熔融物(10)中的均化作用進行的較快。因此在死水區域(9)中的碳濃度降低，因此程序期間大大減少。
圖3及圖4顯示以下的例子。首先在表中說明一RH設備的幾何性質，在表2中說明物理量。
在RH容器中的低壓的壓力逐漸減少，例如從開始的250毫巴在約6分鐘內下降到2毫巴，然後此2毫巴的壓力就是RH容器中的最低壓力，特別是在RH容器中的熔融物表面上方者。
在一RH設備中的循環時間為時約10分～50分。在熔融物中在無孔的出口噴嘴的場均化時間為時約90秒～480秒。在熔融物中在有孔的出口噴嘴的場均化時間為時約85秒～456秒。這表示循環時間減少約5%。
孔的數目n宜為3～9個。此數目宜為奇數，因為中央孔在軸上，因此須位在盛桶外襯牆和噴嘴之間最窄的縫隙中。
孔之間的角度依孔的數目n而定，為多達3個孔時，α=10°～20°。如此，可從盛桶的襯層(Zustellung，英：lining)與噴嘴壁之間的區域將「死水」依標的吸出。當多達9個孔時，α=7.5°～11.25°，這相當於60°～90°的蓋住的區域。
較佳的孔直徑為10毫米～50毫米。
在出口噴嘴一般的浸入深度H潛入 =600毫米時，該孔列須位於出口噴嘴的出口開口上方最多300毫米處。孔列沿垂直方向不得靠近鋼鑄造盛桶內的熔融物表面下方300毫米處，否則熔渣有被從表面一起被吸取之虞。
如不採此方式，當浸入深度大於600毫米時也可將二個或數個孔列互相上下重疊設置，見表2。也有一種有利做法，將單一個垂直孔列設在噴嘴外壁與耐火襯層之間。用此方式，所有在無效空間中的材料(它們主要收集在此處)都很依標的地被吸取到噴嘴中。
此外，在出口噴嘴中的孔也可設在該二個噴嘴之間，因此連靜止的熔融物材料也收集在此區域。
在表3中顯示的例子說明噴嘴內直徑Di =650毫米及RH容器中的真空度2毫巳時當出口噴嘴的浸入深度改變時的特性參數。
(I)．．．RH設備
(1)．．．出口噴嘴
(2)．．．排空容器
(3)．．．鑄造盛桶
(4)．．．入口噴嘴
(5)．．．氬
(6)．．．中央縱軸
(7)．．．孔
(8)．．．耐火壁
(9)．．．死水區域
(10)．．．液態鋼(鋼熔融物)
PO ．．．在靜止狀態時鑄造盛桶中的壓力
PRH ‧‧‧除氣容氣中的壓力
H熔融物 ‧‧‧從除氣容器下緣一直到氣體入口的距離
D1 ‧‧‧除氣容器的直徑
D2a ‧‧‧入口噴嘴與出口噴嘴的外直徑
D2i ‧‧‧入口噴嘴與出口噴嘴的入直徑
D3 ‧‧‧鑄造盛桶的直徑
rho‧‧‧熔融物的密度
H潛入 ‧‧‧出口噴嘴的浸入深度
H‧‧‧除氣容器下緣距熔融物液面的距離
Z1 ‧‧‧熔融物的上升距離
△Z‧‧‧除氣容器下緣與氣體入口的距離
T‧‧‧熔融物的溫度
圖1係經一先前技術的RH設備的橫截面，其出口噴嘴中沒有孔，且在出口噴嘴與鑄造盛桶的耐火壁之間有一局部死水區域；
圖2係經一本發明的RH設備的橫截面，在出口噴嘴中有孔，且在出口噴嘴與鑄造盛桶的耐火壁之間的局部死水區域較小；
圖3係經一本發明的RH設備的橫截面，它係在停工狀態；
圖4係經一本發明的RH設備的橫截面，它係在操作狀態。
(1)．．．出口噴嘴
(2)．．．排空容器
(3)．．．鑄造盛桶
(4)．．．入口噴嘴
(5)．．．氬
(6)．．．中央縱軸
(7)．．．孔
(8)．．．耐火壁
(9)．．．死水區域
(10)．．．液態鋼(鋼熔融物)
(I)．．．RH設備

Claims (13)

  1. 一種用於將鋼熔融物除氣的裝置，包含：一排空容器(2)、一鑄造盛桶(3)、一入口噴嘴(4)、及一出口噴嘴(1)，該入口噴嘴(4)具有一設在其中的氣體沖刷裝置(5)，其中該出口噴嘴(1)的下緣(9)上沿著相對於該出口噴嘴(1)的中央縱軸(6)的徑向至少有一孔(7)，以將含碳的熔融物從該出口噴嘴與該盛桶(3)的一供應處之間的一死鐵水區域吸取並導入該出口噴嘴(1)的一道向下的液流中。
  2. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中：該出口噴嘴(1)有數個孔(7)。
  3. 如申請專利範圍第1或第2項之裝置，其中：該出口噴嘴(1)有數個沿360°的圓周的孔(7)。
  4. 如申請專利範圍第1或第2項之裝置，其中：該出孔(7)沿鑄造盛桶(3)的一耐火壁的方向沿180°的圓周有數個孔。
  5. 如申請專利範圍第1或第2項之裝置，其中：該孔(7)的直徑係從10毫米~50毫米。
  6. 如申請專利範圍第5項之裝置，其中：該孔(7)的直徑係從25毫米~35毫米。
  7. 如申請專利範圍第1或第2項之裝置，其中：該出口噴嘴(1)浸入鑄造盛桶(3)中的鋼熔融物(10)的浸入深度為300毫米~1200毫米。
  8. 如申請專利範圍第7項之裝置，其中：該出口噴嘴(1)浸入鑄造盛桶(3)中的鋼熔融物(10)的浸 入深度為400毫米~1000毫米。
  9. 如申請專利範圍第1或第2項之裝置，其中：一個或數個孔(7)設在出口噴嘴(1)的下緣上方50毫米~900毫米處。
  10. 如申請專利範圍第9項之裝置，其中：一個或數個孔(7)設在出口噴嘴(1)的下緣上方100毫米~700毫米處。
  11. 如申請專利範圍第1或第2項之裝置，其中：孔(7)在出口噴嘴(1)上設成一孔列或數個上下相鄰的孔列。
  12. 一種用於將鋼熔融物處氣的方法，其中：(a)將一種運送氣體(特別是氫)在鋼槽液位面上方導入一入口噴嘴(4)中；(b)將液態鋼(10)從一鑄造盛桶(3)導入該入口噴嘴(4)中；(c)將液態鋼(10)從該入口噴嘴(4)送入一個位在其上方的排空容器(2)中；(d)將液態鋼(10)除氣；及(e)將液態鋼(10)經一出口噴嘴(1)送入該鑄造盛桶(3)中，其中該出口噴嘴(1)沿著相對於該出口噴嘴(1)的中央縱軸(6)的徑向至少有一孔(7)，以將含碳的熔融物從該出口噴嘴與該盛桶(3)的一供應處之間的一死鐵水區域吸取並導入該出口噴嘴(1)的一道向下的流中。
  13. 一種如申請專利範圍第1~11項之任一項之出口噴嘴的應用方法，其係用在一RH設備，以將一鑄造盛桶(3) 中的局部的死水範圍減少。
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