專利名稱：一種金屬縫隙式鋼包底吹噴粉裝置的制作方法
技術領域：
本發明屬于鋼鐵精煉技術領域，特別涉及一種金屬縫隙式鋼包底吹噴粉裝置。
背景技術：
鋼包底吹噴粉精煉是新興的一項具有創造性和廣闊應用前景的新技術，但由于鋼包底噴粉工作環境比鋼包底吹氬攪拌環境惡劣，鋼包底噴粉工藝提出后面臨著諸多技術問題待解決。噴粉冶煉過程當中，粉劑需經噴粉元件送入熔池內部，噴粉元件設計既要解決粉劑連續穩定噴入不發生堵塞，又要保證安全可靠避免發生漏鋼事故，既要保證粉劑噴入量范圍可調可控，又要求耐火材料耐磨耐蝕使用壽命長，它是鋼包底噴粉工藝的核心元件。噴粉元件處在高溫和強烈粉氣流磨蝕環境當中，其設計和使用性能直接關系到噴粉成敗，決定著鋼包底噴粉工藝能否進行和推廣應用。目前鋼包底噴粉精煉工藝中，有技術提出了采用狹縫式耐火材料進行鋼包底噴粉精煉的工藝。該技術采用的噴粉元件內部由耐火材料形成縫隙，粉劑由蓄氣室進入噴粉元件縫隙，透過縫隙進入鋼包熔池，這種方式，利用氣體作為載體，將反應物的固體粉粒直接噴射到鋼包熔池深處，避免了粉劑與空氣或熔渣的接觸，擴大了放映界面積，增加了局部濃度梯度，加強了攪拌，從而加速了傳質過程，與傳統方式相比，其優點包括以下幾方面(1)提高鋼的質量它能降低鋼中氧和硫的含量，控制鋼中氧化物和硫化物夾雜物形態，改善鋼的切削性能，減小鋼的各個方向異性和氫致裂紋敏感性等。而且也有利于夾雜物的聚合和上浮；( 提高精煉效果載氣將反應物料吹入熔池深處，可以加快物料的熔化和溶解，而且也大大增強了反應面積，同時還強烈的攪拌了熔池，從而加快了傳輸和反應過程，使熔池獲得了較好的動力學條件；C3)粉劑直接噴入熔池深處，避免了與空氣和熔渣的接觸，防止了它們的氧化，因而提高了合金的收得率，另外，噴粉能更好的解決微量合金元素、煉鋼溫度下蒸汽壓很高的元素和放散有毒的氣體元素的加入問題；(4)能精確的調整鋼水成分，使鋼的質量更加穩定；(5)設備簡單，投資少，操作費用少，靈活性大，工作環境好；(6)提高熔煉爐的生產能力。雖然該噴粉元件在鋼包底吹噴粉領域取得一定成效，但存在明顯的缺點(1)底吹噴粉用噴粉元件縫隙由耐火材料構成，耐火材料與粉劑直接接觸，受粉氣流磨蝕嚴重，長期經受粉氣流沖刷導致縫隙寬度變大，鋼液滲入縫隙而堵塞縫隙，嚴重時容易引發漏鋼事故，因此，噴粉用耐火材料使用壽命短；(2)從安全角度考慮，為避免發生漏鋼事故，耐火材料縫隙寬度設計要盡量小些， 這導致粉氣流在縫隙內阻力變大，氣力輸送壓力損失大，鋼包內粉氣流穿透力降低，影響噴吹冶煉效果。

發明內容
為克服現有技術存在的不足，本發明提出一種金屬縫隙式鋼包底吹噴粉裝置，通過金屬縫隙，解決粉氣流對噴粉用耐火材料縫隙內壁強烈磨蝕和噴粉過程壓力損失大等問
本發明的技術方案是這樣實現的一種金屬縫隙式鋼包底吹噴粉裝置，由金屬縫隙式噴粉元件和蓄氣室兩大部分組成，所述金屬縫隙式噴粉元件通過法蘭連接螺栓與蓄氣室連接；其中，金屬縫隙式噴粉元件包括外部的金屬殼和內部設有縫隙的耐火材料，所述縫隙內壁設有金屬板，耐火材料底部設有金屬底面，金屬底面上設有通孔與縫隙連通，金屬底面周邊與金屬殼連接，金屬板底部與金屬底面連接，金屬板頂部位于縫隙頂部；所述的金屬板，其材質包括不銹鋼、耐熱不銹鋼、碳素無縫管；所述的金屬板的厚度為0. 05 20mm ；所述的金屬底面，其材質包括不銹鋼、耐熱不銹鋼、碳素無縫管；所述的金屬底板的厚度為0. 05 20mm ；所述的通孔尺寸與縫隙相同。本發明優點包括以下幾方面(1)使用壽命長，安全可靠金屬縫隙對耐火材料起了增強作用，使磚不易剝落、開裂，磨蝕程度小，不會出現因磨損導致耐火材料縫隙厚度變寬而失去使用性能，提高了噴粉元件使用壽命，降低了成本；(2)有效提高了噴粉冶煉強度金屬縫隙內壁阻力小，粉氣流壓力損失小，能以更高動能噴入鋼包，在同等噴吹條件下， 使用該噴粉元件可在鋼包熔池內獲得更高動能的射流，射流特性直接影響射流的穿透能力、粉粒的侵入量、氣-固-液之間的反應效果、金屬液的流動和耐火材料侵蝕等，射流動能足夠高時，顆粒均勻分布于縫隙橫截面內，形成具有和單相流體特性相類似的均相流動，噴吹冶煉效果更佳；(3)高溫下強度高，金屬縫隙焊接在一起，牢固不容易變形，氣密性好，噴吹穩定；(4)應用范圍廣，制造成本低，可根據冶金效果的要求，可生產制造多種樣式的鋼包底噴粉元件，如直線縫隙式噴粉元件，環形縫隙式噴粉元件等，滿足各類生產條件需求； (5)粉氣量可調節范圍大根據冶金噴粉強度設計縫隙總長度和縫隙條數，縫隙設計大大改善了粉氣流的動力學條件，使鋼包噴粉工藝成為可能，粉氣量可調范圍大，可滿足各種條件下的鋼包底噴粉要求。


圖1為本發明一種金屬縫隙式鋼包底吹噴粉元件的組裝圖；圖2為本發明一種金屬縫隙式鋼包底吹噴粉元件金屬直線縫隙式噴粉元件示意圖；圖3(a)為本發明一種金屬縫隙式鋼包底吹噴粉元件金屬直線縫隙式噴粉元件俯視圖；圖3(b)為本發明一種金屬縫隙式鋼包底吹噴粉元件金屬直線縫隙式噴粉元件金屬縫隙放大圖；圖3(c)為本發明一種金屬縫隙式鋼包底吹噴粉元件金屬直線縫隙式噴粉元件主視圖；圖4(a)為本發明一種金屬縫隙式鋼包底吹噴粉元件金屬環形縫隙式噴粉元件俯視圖；圖4(b)為本發明一種金屬縫隙式鋼包底吹噴粉元件金屬環形縫隙式噴粉元件主視圖；圖中，1、耐火材料；2、縫隙；3、金屬板；4、金屬殼；5、金屬底面；6、法蘭連接螺栓；
7、蓄氣室腔；8、粉氣流輸送管；9、螺孔；I、金屬縫隙式噴粉元件；II、蓄氣室。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明作進一步詳細說明。本發明一種金屬縫隙式鋼包底吹噴粉元件制備原理如下金屬縫隙壁、金屬底面以及金屬外殼預先焊成一體，然后均勻密實填充耐火材料，并對噴粉元件的每根縫隙定位， 要求連接處不存在空隙，耐火材料與金屬緊密連接，噴粉元件加固成型后，根據現場筑爐要求，對噴粉元件進行機械加工(車、切、刨、磨等)，以保證元件外形尺寸及精度符合砌筑要求，與周圍爐襯匹配，同時應對噴粉元件的每根粉氣流通道(縫隙)進行檢查、清理，保證每條縫隙暢通；材質要求包括耐火材料要求氣孔率低、體積密度高，高溫下承受載荷時具有抵抗變形和斷裂的能力，并且耐磨損、抗侵蝕；金屬殼和金屬底面材質可采用具有一定高溫強度的金屬材料，本處給出不銹鋼鋼板或碳素鋼板作為設計時參考；金屬板采用高溫強度高、耐磨損、耐侵蝕的金屬材質，例如不銹鋼、耐熱不銹鋼或碳素無縫管等。如圖1所示，為本發明一種金屬縫隙式鋼包底吹噴粉元件的組裝圖，由金屬縫隙式噴粉元件I和蓄氣室II組成，金屬縫隙式噴粉元件I通過法蘭連接螺栓6與蓄氣室II 連接；所述的金屬縫隙式噴粉元件I包括耐火材料1、縫隙2、金屬板3、金屬殼4和金屬底面5，所述的金屬縫隙式噴粉元件I呈圓臺狀，其外面包有金屬殼4，其內部是設有縫隙2 的耐火材料1，所述縫隙2內壁設有金屬板3，耐火材料1底部設有金屬底面5，金屬底面5 上設有通孔與縫隙2連通，金屬底面5周邊與金屬殼4連接，金屬板3底部與金屬底面5連接，金屬板3頂部位于縫隙頂部；所述的金屬板采用其材質包括不銹鋼、耐熱不銹鋼或碳素無縫管；所述的金屬板的厚度為1. Omm ；所述的金屬底面采用其材質包括不銹鋼、耐熱不銹鋼或碳素無縫管；所述的金屬底板的厚度為1. Omm ；所述的通孔的尺寸與縫隙相同；所述的金屬縫隙的寬度范圍為δ = 0. 05 1. OOmm ；所述的縫隙條數的范圍為n = 8 60 ；所述的耐火材料內徑范圍為=O1 = G- 300mm ；所述的耐火材料外徑范圍為Φ2 = 30 400mm ；所述的金屬縫隙式噴粉元件高度范圍為=Htl = 60 800mm ；實施例1 本實施例設計一種金屬直線縫隙式噴粉元件，其外形如圖2所示，該金屬直線縫隙式噴粉元件呈圓臺狀，其外部設有金屬殼4，內部設有透氣磚1，透氣磚1中設有縫隙2，所述縫隙2呈長方形，其內壁設有金屬板3，透氣磚1底部設有金屬底面5，金屬底面5上設有通孔與縫隙2連通，金屬底面5周邊與金屬殼4連接，金屬板3底部與金屬底面5連接，金屬板3頂部位于縫隙頂部；其金屬縫隙呈直線型，如圖3(a) 3(c)所示，其各參數設計如下(1)所述的耐火材料內徑O1的選擇如下既要避免磚心內徑過小導致粉氣流在鋼包熔池內聚合形成大氣泡布袋，又要避免磚心內徑過大，降低射流穿透力，綜上，本實施例取磚心內徑O1 = 15mm ；(2)所述的金屬縫隙，其參數選擇如下縫隙寬度δ的取值本實施例中，選擇熔池內鋼液深度大于2m的鋼包，理論上縫隙厚度必須小于0. 15mm才不會發生漏鋼，實際上供氣元件縫隙厚度為幾百微米時也不能發生漏鋼，這是由于耐火材料在高溫鋼液的作用下產生一種膠狀液膜阻止了鋼液滲入縫隙，耐火材料表面的粗糙程度也會影響鋼液滲入縫隙，為避免漏鋼事故的發生和達到最佳噴吹效果，本實施例中透氣磚的寬度取值為S = 0. 15mm ；縫隙長度B、縫隙數目η及縫隙布置方式的選取根據噴粉冶煉強度計算粉氣流通過總界面積，然后確定縫隙長度B和縫隙數目η，縫隙圍繞透氣磚磚芯均勻布置，采用直線縫隙設計，一般認為，縫隙的B/δ > 10時，可忽略縫隙兩端邊界的影響，本實施例取縫隙長度B = 15_，縫隙數目取η = 16 ；(3)所述的耐火材料Φ2的選擇如下在保證透氣磚強度的前提下，按照透氣磚磚芯內徑和縫隙布置方式取值，本實施例中取Φ2 = 66mm ；(4)所述的金屬縫隙式噴粉元件高度設計如下金屬縫隙式噴粉元件高度由鋼包底部厚度、粉劑在縫隙內加速長度、侵蝕速度等因素決定，在保證安全可行的噴吹條件下， 應盡量縮短噴粉元件高度，以減少沿程壓力損失；而噴粉精煉所用粉劑一般在300目以下， 粉劑加速度段不超過100mm，噴粉對縫隙厚度影響較大，但對縫隙長度的影響較小，可沿用吹氬攪拌用透氣磚侵蝕速度來判定，本實施例取透氣磚的侵蝕速度平均為5mm/次，本實施例中金屬縫隙式噴粉元件高度取值為Htl = 200mm。實施例2 本實施例設計一種金屬環形縫隙式噴粉元件，其結構如圖4 (a)、圖4 (b)所示，具體結構包括耐火材料1、縫隙2、金屬板3、金屬殼4和金屬底面5，內部設有透氣磚1，透氣磚 1中設有縫隙2，所述縫隙2呈環形，其內壁設有金屬板3，透氣磚1底部設有金屬底面5，金屬底面5上設有通孔與縫隙2連通，金屬底面5周邊與金屬殼4連接，金屬板3底部與金屬底面5連接，金屬板3頂部位于縫隙頂部；其具體參數設計如下(1)所述的耐火材料其內徑O1取值為避免磚心內徑過小導致粉氣流在鋼包熔池內聚合形成大氣泡布袋，又要避免磚心內徑過大，降低射流穿透力，綜上，本實施例取磚心內徑O1 = 20mm ；(2)所述的耐火材料其外徑Φ2取值為在保證透氣磚強度的前提下，按照透氣磚磚芯內徑和縫隙布置方式取值，本實施例中取Φ2 = 80mm ；(3)所述的環形縫隙彼此之間的間距設計為在保證透氣磚強度，避免熱應力集中，考慮加工難度和射流衰減，Δ d = 3 7mm ；(4)所述的環形金屬縫隙，其縫隙寬度的取值為為避免漏鋼事故的發生和達到最佳噴吹效果，本實施例中透氣磚的寬度取值為δ = 0.15mm;
(5)所述的金屬環形縫隙式噴粉元件高度的取值為本實施例中金屬縫隙式噴粉元件高度取值為H0 = 200mm ；(6)所述的環形縫隙條數為η = 2 10條。
權利要求
1.一種金屬縫隙式鋼包底吹噴粉裝置，由金屬縫隙式噴粉元件和蓄氣室組成，所述金屬縫隙式噴粉元件與蓄氣室連接，其特征在于所述金屬縫隙式噴粉元件包括外部的金屬殼和內部設有縫隙的耐火材料，所述縫隙內壁設有金屬板，耐火材料底部設有金屬底面，金屬底面上設有通孔與縫隙連通，金屬底面周邊與金屬殼連接，金屬板底部與金屬底面連接， 金屬板頂部位于縫隙頂部。
2.根據權利要求1所述的金屬縫隙式鋼包底吹噴粉裝置，其特征在于所述的金屬板， 其材質包括不銹鋼、耐熱不銹鋼、碳素無縫管。
3.根據權利要求1所述的金屬縫隙式鋼包底吹噴粉裝置，其特征在于所述的金屬板的厚度為0. 05 20mm。
4.根據權利要求1所述的金屬縫隙式鋼包底吹噴粉裝置，其特征在于所述的金屬底面，其材質包括不銹鋼、耐熱不銹鋼、碳素無縫管。
5.根據權利要求1所述的金屬縫隙式鋼包底吹噴粉裝置，其特征在于所述的金屬底板的厚度為0. 05 20mm。
6.根據權利要求1所述的金屬縫隙式鋼包底吹噴粉裝置，其特征在于所述的通孔尺寸與縫隙相同。
全文摘要
一種金屬縫隙式鋼包底吹噴粉裝置，屬于鋼鐵精煉技術領域，由金屬縫隙式噴粉元件和蓄氣室兩大部分組成，所述金屬縫隙式噴粉元件通過法蘭連接螺栓與蓄氣室連接；其中，金屬縫隙式噴粉元件包括外部的金屬殼和內部設有縫隙的耐火材料，所述縫隙內壁設有金屬板，耐火材料底部設有金屬底面，金屬底面上設有通孔與縫隙連通，金屬底面周邊與金屬殼連接，金屬板底部與金屬底面連接，金屬板頂部位于縫隙頂部；本發明有效提高了噴粉冶煉強度，高溫下強度高，將金屬縫隙焊接在一起，牢固不容易變形，氣密性好，噴吹穩定，制造成本低，粉氣量可調節范圍大，使用壽命長，安全可靠。
文檔編號C21C7/04GK102296146SQ20111023514
公開日2011年12月28日 申請日期2011年8月16日 優先權日2011年8月16日
發明者朱苗勇, 程中福 申請人:東北大學