一种底喷粉单嘴真空脱气精炼钢液的装置及方法

摘要

本发明属于钢铁精炼技术领域，特别涉及一种底喷粉单嘴真空脱气精炼钢液的装置及方法。本发明的装置包括供气系统、喷粉系统、单嘴真空脱气精炼炉和底喷粉元件，其中供气系统的气流分配器上分出三支气路与喷粉系统连接，喷粉系统中的粉气流输送管与底喷粉元件相连，底喷粉元件砌筑在单嘴真空脱气精炼炉的钢包炉底部，单嘴精炼炉的真空室下端开口并插入钢包熔池。本发明底喷粉单嘴真空脱气精炼钢液的方法是先喷吹气体搅拌钢液，然后在载气流的运载下将粉剂通过底喷粉元件喷吹进入钢包，待喷吹时间结束，进入下一个工作循环。本发明易于实现，生产周期短，生产能力高，减少了高位料仓、喂丝机构的设备投资和运营成本，工艺操作简单，利于实现节能减排。

说明书

技术领域

本发明属于钢铁精炼技术领域，特别涉及一种底喷粉单嘴真空脱气精炼钢液的装置及方法。

背景技术

钢精炼中常规采用的真空脱气精炼钢液法，是将钢包精炼与真空脱气技术相结合，形成的一种真空处理法。单嘴精炼炉是二十世纪七十年代由RH改造而成的新型炉外精炼装置，它在保留了RH法原有的冶金功能的同时，将其两根浸渍管改为直径较大的单浸渍管，同时将RH的上升浸渍管吹氩改为钢包底部偏心吹氩，从包底吹入氩气后，利用气泡泵原理引导钢液产生上升和下降流股，进而产生循环流动，并在真空室内脱除气体。此装置在增加钢液循环流量的同时，增大了氩气泡上升路径，充分利用氩气的搅拌能力，提高了真空脱碳、脱硫、脱气、快速合金化等精炼能力，具体有以下几方面的有点：

(1)   精炼效率高，能高效脱碳和有效脱硫；

(2)   结构简单，耐料寿命均匀，维修方便；

(3)   浸渍管端面大，钢液环流量大；

(4)   可用于小容量钢包，而RH则很难；

(5)   氩气消耗少，节约成本；

(6)   钢液喷溅低，不易在真空室内结瘤。

单嘴精炼炉从提出至今已有30多年的历史了，在这几十年的发展过程当中，该技术也进行了不断的摸索，衍生出了S-DH，REDA等精炼设备及方法，REDA设备中的容器有了一个比传统直径更大的吸入管且真空槽不再做垂直移动，氩气从钢包底部吹入进入容器内部并在容器内部和钢包之间形成钢液循环流动。SUS-REDA（Steel Use Stainless-Revolutionary Degassing Activator）除了可以用于冶炼超低碳钢，也可用于不锈钢的冶炼，其主要特点是将真空室内部的截面积扩大，如图1所示，有效的减轻了真空脱气精炼过程对真空室上部的喷溅。

目前，单嘴炉主要通过顶部喷枪喷吹粉剂进行精炼，而单嘴精炼炉与喷粉设备结合进行脱硫去夹杂时，是以氩气作为载体，通过浸入喷枪把粉粒状的精炼剂喷入钢液，由于喷枪是消耗备品，价格较高，它的寿命直接关系到精炼处理工艺的成本，且喷枪插入钢液就不可避免要和熔渣接触发生渣浸，渣侵蚀是缩短喷枪使用寿命的关键因素之一；喷枪行程一定，钢液液面高度却有可能变化，导致喷枪浸入不是太深就是太浅，影响操作得稳定性，不利于生产顺行；而且喷吹时一旦遇到停电事故时，不但喷枪损坏，整包钢液都有可能报废，浸入式喷枪也会带来喷溅或钢液的二次污染严重等问题。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明公开一种底喷粉单嘴真空脱气精炼钢液的装置及方法，即SSVD—BPI法(Single Snokel Vacuum Degassing—Bottom Powder Injection )，通过将单嘴炉真空脱气精炼法与底喷粉精炼有机结合，区别于传统单嘴精炼炉喷粉精炼，目的是增强搅拌效果，提高喷入粉剂的收得率，缩短处理周期，提高生产能力，改善钢质量，降低高附加值优质钢的生产成本。

本发明的底喷粉单嘴真空脱气精炼钢液的装置，包括供气系统、喷粉系统、单嘴真空脱气精炼炉和底喷粉元件；

其中所述的供气系统包括储气罐和气流分配器，储气罐与气流分配器连接，从气流分配器上分出三支气路，每支气路上装有流量计和压力表，其中第一气路与喷粉系统的喷粉罐连接，第二气路与喷粉系统的流化室连接，第三气路与喷粉系统的混合室连接；

所述的喷粉系统包括储料仓、喷粉罐、流化室和混合室，其中储料仓位于喷粉罐上部，通过第一下料阀与喷粉罐连接，喷粉罐下部是倒锥状的流化室，流化室底部通过第二下料阀与混合室的顶部连接，混合室一侧与第三气路连接，另一侧与粉气流输送管连接，所述的粉气流输送管另一端与底喷粉元件相连；

所述的底喷粉元件砌筑在单嘴真空脱气精炼炉的钢包炉底部，并贯穿钢包炉底部，上端与钢液接触；

所述的单嘴精炼炉包括钢包、真空室和排气系统，钢包内装有钢液，钢液熔池深度视精炼钢包吨位而定，真空室位于钢包上部，为单嘴，下端开口并插入钢包熔池，真空室上部与排气系统相连接。

所述的底喷粉元件包括透气砖和蓄气室，透气砖由耐火材料制成，是圆台形的缝隙式透气砖，上面设有直线缝隙或者环形缝隙，直线缝隙以喷粉元件中心为圆心沿喷粉元件半径方向呈辐射状布置，环形缝隙与喷粉元件中心同心，直线缝隙宽度为0.08~0.3mm，条数为10~80条；环形缝隙宽度为0.08~0.3mm，条数为2~60条，缝隙贯穿透气砖，透气砖外面包裹着钢套，下端通过法兰与蓄气室连接或直接焊接在蓄气室之上。底喷粉元件布置方式为距离钢包炉底部中心0~0.7倍钢包炉底部半径，数目为1或2个，呈对称或非对称方式布置。

采用上述装置进行底喷粉单嘴真空脱气精炼钢液的方法，按照以下步骤进行：

（1）初炼炉出钢，钢包吊入工作车位，关闭喷粉系统的阀门，打开供气系统的气阀，气体通过第三气路经由缝隙式喷粉元件进入钢包熔池，对钢液进行吹气搅拌，待喷吹稳定，观察钢包熔池渣圈大小，缓慢下降真空室，将真空室下端开口插入钢包熔池，真空室采用单嘴上升管，插入钢液深度200~600mm，同时避免真空室接触渣层，然后对真空室进行抽真空处理，同时降低喷吹气体流量，钢液在真空室内上升至一定高度；

（2）将粉剂从储料仓加入到喷粉罐中，关闭第一下料阀，通过第一气路向喷粉罐加压，同时通过第二气路对粉剂进行初步流化，待流化室中的压力大于第三气路压力时，打开第二下料阀，通过第二下料阀控制粉剂流量，流化室内初步流化的粉剂进入到混合室中，控制第三气路的气体流量和压力，使得混合室内粉气流安全稳定的进入粉气流输送管；

（3）进入粉气流输送管的粉剂，在载气流的运载下，通过缝隙式底喷粉元件，喷吹进入钢包熔池，喷吹压力控制在0.3~1.5MPa，喷吹过程当中要求粉气流量比小于1，待喷吹时间结束，关闭第二下粉阀，关闭第一气路，关闭第二气路，缓慢提升真空室，将真空室提高脱离钢包熔池，关闭第三气路，进入下一个工作循环。

所述的喷吹粉剂为现有精炼工艺中应用的脱碳剂、脱氧剂、脱硫剂、脱磷剂和合金化粉剂，所述的合金化粉剂是铁的化合物为基含有所需添加合金的精矿粉、锰铁精矿粉、铬铁精矿粉、镍粉或稀土元素粉剂，其中所述的合金元素为锰、铬、镍或稀土元素，粉剂的粒度为200~800目。

所述的喷吹的气体为氩气、氮气、二氧化碳或天然气。

所述的粉剂喷吹时间按照下式计算得出：

                                                                                       

式中，t₁为喷吹粉剂操作时间，m₁为粉剂加入量，β₁为粉气流量比，ρ_g1为喷吹气体的密度，Q_g1为喷吹气体体积流量。

与现有技术相比，本发明的特点和有益效果在于：

（1）本发明采用底喷粉单嘴真空脱气精炼钢液的方法喷入的粉剂可全部融入钢液，同时利用钢液深度的全部行程，增加粉剂在钢液中的停留时间，提高精炼粉剂的利用率，提高合金粉剂的收得率，缩短了单嘴真空脱气精炼炉的操作时间，降低了成本，提高了精炼效率；

（2）本发明采用底喷粉单嘴真空脱气精炼钢液的方法克服了传统单嘴真空脱气精炼钢液喷枪易堵塞、使用寿命短、操作不稳定、喷枪易剥落污染钢液等缺陷，降低了生产成本，提高了操作安全性，提高了个钢生产质量，利于生产持续、可靠、稳定进行，而且喷粉精炼过程无喷溅，稳定可靠；

（3）本发明采用底喷粉单嘴真空脱气精炼钢液的方法将单嘴真空脱气法与钢包底喷粉精炼相结合，可以实现真空脱碳，真空脱气，脱硫，脱磷，均匀钢液温度，均匀钢液成分和去除夹杂物的功能；

（4）本发明采用底喷粉单嘴真空脱气精炼钢液的方法易于实现，生产周期短，生产能力高，减少了高位料仓、喂丝机构的设备投资和运营成本，工艺操作简单，利于实现节能减排。

附图说明

图1是本发明的底喷粉单嘴真空脱气精炼钢液的装置示意图；

图2是图2中的底喷粉元件结构示意图；

图3是现有技术中SUS-REDA工艺的装置示意图；

其中：1：储气罐；2：气阀；3：气流分配器；4：第一压力表；5：第一流量计；6：第二流量计；7：第三流量计；8：第二压力表；9：第三压力表；10：第四压力表；11：储料仓；12：第一下料阀；13：喷粉罐；14：流化室；15：第二下料阀；16：混合室；17：粉气流输送管；18：底喷粉元件；19：钢液；20：钢包；21：保护渣；22：真空室；23：排气系统；24：喷枪；25：管道；26：气体冷却器；27：钢套；28：透气砖；29：喷粉元件缝隙；30：连接螺栓；31：喷粉元件蓄气室。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

本发明的底喷粉真空脱气精炼钢液的装置，如图1和图2所示，

本发明的底喷粉真空脱气精炼钢液的装置，包括供气系统、喷粉系统、单嘴真空脱气精炼炉和底喷粉元件；

其中所述的供气系统包括储气罐1和气流分配器3，储气罐1与气流分配器3连接，储气罐1与气流分配器间设有气阀2，气流分配器3上设有第一压力表4，从气流分配器3上分出三支气路，每支气路上装有流量计和压力表，其中第一气路与喷粉系统的喷粉罐13连接，第一气路上设有第一流量计5和第二压力表8，第二气路与喷粉系统的流化室14连接，第二气路上设有第二流量计6和第三压力表9，第三气路与喷粉系统的混合室16连接，第三气路上设有第三流量计7和第四压力表10；

所述的喷粉系统包括储料仓11、喷粉罐13、流化室14和混合室16，其中储料仓11位于喷粉罐13上部，通过第一下料阀12与喷粉罐13连接，喷粉罐13下部是倒锥状的流化室14，流化室14底部通过第二下料阀15与混合室16的顶部连接，混合室16一侧与第三气路连接，另一侧与粉气流输送管17连接，所述的粉气流输送管17与底喷粉元件18相连；

所述的底喷粉元件18砌筑在单嘴真空脱气精炼炉的钢包炉底部，并贯穿钢包炉底部，上端与钢液19接触；

所述的单嘴精炼炉包括钢包20、真空室22和排气系统23，钢包内装有钢液19，钢液19熔池深度视精炼钢包吨位而定，真空室22位于钢包20上部，为单嘴，下端开口并插入钢包熔池，真空室22上部与排气系统23相连接。

所述的底喷粉元件18包括透气砖28和蓄气室31，透气砖28由耐火材料制成，是圆台形的缝隙式透气砖，上面设有直线缝隙或者环形缝隙，直线缝隙以喷粉元件18中心为圆心沿喷粉元件半径方向呈辐射状布置，环形缝隙与喷粉元件中心同心，直线缝隙宽度为0.08~0.3mm，条数为10~80条；环形缝隙宽度为0.08~0.3mm，条数为2~60条，缝隙贯穿透气砖，外面包裹着钢套27，下端通过法兰与蓄气室31连接或直接焊接在蓄气室31之上，底喷粉原件18数目为1或2个，布置方式为距离钢包炉底部中心0~0.7倍钢包炉底部半径，呈对称或非对称方式布置。

采用上述装置进行底喷粉单嘴真空脱气精炼钢液的方法，按照以下步骤进行：

（1）初炼炉出钢，钢包20吊入工作车位，关闭喷粉系统的阀门，打开供气系统的气阀2，气体通过第三气路经由缝隙式喷粉元件18进入钢包熔池，对钢液19进行吹气搅拌，待喷吹稳定，观察钢包熔池渣圈大小，缓慢下降真空室22，将真空室22下端开口插入钢包熔池，真空室22采用单嘴上升管，插入钢液19深度200~600mm，同时避免真空室22接触渣层，然后对真空室22进行抽真空处理，同时降低喷吹气体流量，钢液19在真空室22内上升至一定高度；

（2）将粉剂从储料仓11加入到喷粉罐13中，关闭第一下料阀12，通过第一气路向喷粉罐13加压，同时通过第二气路对粉剂进行初步流化，待流化室14中的压力大于第三气路压力时，打开第二下料阀15，通过第二下料阀15控制粉剂流量，流化室14内初步流化的粉剂进入到混合室16中，通过控制第三气路的气体流量和压力，保证混合室16内粉气流安全稳定的进入粉气流输送管17；

（3）进入粉气流输送管17的粉剂，在载气流的运载下，通过缝隙式底喷粉元件18，喷吹进入钢包熔池，喷吹压力控制在0.3~1.5MPa，喷吹过程当中要求粉气流量比小于1，待喷吹时间结束，关闭第二下料阀15，关闭第一气路，关闭第二气路，缓慢提升真空室22，将真空室22提高脱离钢包熔池，关闭第三气路，进入下一个工作循环。

实施例1

采用上述装置，以50t底喷粉SSVD-BPI法脱硫冶炼超低碳钢为例进行说明，运载气体为干燥氩气，喷吹粉剂为600目CaO粉，粉气比为0.8，喷吹时间为10min。底喷粉元件采用直线缝隙式喷粉元件，缝隙宽度为0.18mm，长度20mm，缝隙条数为20条，喷粉元件个数为1个，布置在底喷粉单嘴真空脱气精炼炉钢包底部距离底部中心0.5倍半径处。单嘴真空脱气精炼炉插入钢液深度为300mm，钢液在真空室内上升高度600mm，喷吹压力为0.5Mpa。具体按照以下步骤进行：

（1）初炼炉出钢，将装有钢液的钢包20吊入工作车位，关闭喷粉系统的阀门，打开供气系统的气阀2，氩气通过第三气路经由缝隙式喷粉元件18进入钢包熔池，调节气流量为50L/min，喷吹压力0.5MPa，对钢液19进行吹气搅拌，待喷吹稳定，观察钢包熔池渣圈大小，缓慢下降真空室22，将真空室22下端开口插入钢包熔池，真空室22采用单嘴上升管，插入钢液20深度300mm，同时避免真空室22接触渣层，然后对真空室22进行抽真空处理，同时降低喷吹气体流量至30L/min，钢液19在真空室22内上升至600mm；

（2）将粒度为600目的CaO粉剂从储料仓11加入到喷粉罐13中，关闭第一下料阀12，通过第一气路向喷粉罐13加压，气流量10L/min，同时通过第二气路对粉剂进行初步流化，气流量20L/min，待流化室14中的压力大于第三气路压力时，打开第二下料阀15，通过第二下料阀15控制粉剂流量，流化室14内初步流化的粉剂进入到混合室16中，通过控制第三气路的气体流量和压力，保证混合室16内粉气流安全稳定的进入粉气流输送管17；

（3）进入粉气流输送管17的粉剂，在载气流的运载下，通过缝隙式底喷粉元件18，喷吹进入钢包熔池，喷吹压力控制在0.5MPa，喷吹过程当中要求粉气流量比为0.8，喷吹10min，待喷吹时间结束，关闭第二下料阀15，关闭第一气路，关闭第二气路，缓慢提升真空室22，将真空室22提高脱离钢包熔池，关闭第三气路，测量钢水温度使其控制在钢种液相线以上20℃，进行浇铸，精炼炉进入下一个工作循环。