一種單浸漬管真空精煉裝置及其使用方法
【專利摘要】本發明公開了一種單浸漬管真空精煉裝置，包括真空室和浸漬管，真空精煉時浸漬管插入鋼包的鋼液中，其特征在于，所述單浸漬管周向分層設置吹氣噴嘴，同一層的噴嘴分組設置、獨立控制，氬氣通過單浸漬管內壁上的吹氣噴嘴吹入浸漬管。真空精煉過程通過加大浸漬管上噴嘴的吹氣量，使鋼液形成一個沿真空室四周上升，沿真空室中心下降的環流來實現真空下的深脫碳、深脫硫。該裝置改變了現有真空精煉裝置的鋼水循環方式，克服了鋼包底吹磚堵塞或由于鋼流紊亂致底吹氣偏離浸漬管而導致精煉過程中斷問題，同時也減少了真空室耐材腐蝕問題，還降低了精煉成本。
【專利說明】一種單浸漬管真空精煉裝置及其使用方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于鋼水爐外精煉領域，特別涉及同時生產超低碳、超低硫鋼的真空精煉裝置。
【背景技術】
[0002]目前工業規模生產超低碳、超低硫鋼的爐外精煉方法主要是采用RH真空精煉。采用RH真空精煉同時生產超低碳、超低硫鋼在工藝上存在的問題主要有:一是RH爐采用上升和下降兩個浸潰管構成，浸潰管內徑偏小，環流量小，造成鋼水處理時間長、浸潰管結瘤嚴重，浸潰管耐材壽命短的問題；二是RH爐采用上升和下降兩個浸潰管構成，浸潰管內徑偏小，鋼渣界面小，不利于脫硫，脫硫率只能達到30%以下。另外，由于其采用的脫硫劑中含有高達30%CaF2，對真空室和浸潰管耐材侵蝕嚴重，縮短其使用壽命。
[0003]為解決RH爐真空精煉過程出現的問題，中國專利“多功能復吹單嘴精煉爐”(專利號ZL00235854.9)、“一種用單嘴精煉爐冶煉低硫鋼的方法”(專利號ZL200910272881.1)和專利“一種用單嘴精煉爐冶煉超低碳鋼的方法”(ZL200910272880.7)通過將雙浸潰管改為單浸潰管結構以增加浸潰管橫截面積，提高真空精煉過程鋼液的循環流量，從而提高脫碳、脫硫效率。然而為保證真空室內鋼液裸露面足夠大以提高脫碳、脫硫反應速率，這些專利首先要嚴格控制出鋼過程下渣量，然后在浸潰管插入鋼水前先通過鋼包底部透氣磚吹氬氣或氮氣排渣。同時在脫硫時噴吹的脫硫劑可以有效彌散分布于鋼液內部增大反應界面、提高脫硫效率。這些專利在真空過程的脫硫原理與RH真空精煉相同，因此必須選擇與RH真空精煉過程脫硫同樣的高CaF2含量(一般在30%)的脫硫劑，脫硫劑對浸潰管和真空室下部耐材侵蝕嚴重，降低了浸潰管和真空室下部槽的使用壽命。目前所公開的單嘴精煉爐都是采用鋼包底部吹氣作為真空過程鋼液循環流動的驅動力，當鋼包底部透氣磚出現堵塞，真空精煉將無法進行，造成生產中斷。
[0004]中國專利“CN101302571A”公開的單嘴精煉爐的吸嘴外圍設置至少一套行波磁場發生器僅僅是為了增大鋼液流速，提升鋼液的循環流量。但其無法解決鋼包頂渣層覆蓋鋼液面導致鋼液裸露面減小，降低脫碳、脫硫效率的問題。同時專利“CN101302571A”公開的浸潰管上行波磁場發生器只能在鋼液有循環流動時促進流動速度加快，一旦鋼包底吹堵塞，鋼液處于靜止狀態時，行波磁場發生器就會失去作用，真空精煉無法進行，造成生產中斷。
[0005]中國專利“一種直筒型真空精煉裝置及其使用方法”(申請號201210302397.0)提供一種直筒型真空精煉裝置，在真空室下部聯接單個直筒型浸潰管，浸潰管的內徑和真空室內徑相同，在環流管內壁圓周上交叉布置單層或多層吹氣系統，鋼包底部偏心位置布置透氣磚。環流管上布置的吹氣系統分為若干單元分段獨立控制流量。在真空精煉過程采用鋼包底部吹氣和環流管上吹氣來驅動鋼水在鋼包與真空室之間循環流動，同時通過鋼包底部吹氣和環流管吹起的不同組合來加快脫硫脫碳過程。該精煉裝置采用鋼包底部吹氣和環流管上吹氣來驅動鋼水在鋼包與真空室之間循環流動，如果鋼包底吹磚堵塞或由于鋼流紊亂致底吹氣偏離浸潰管，將導致精煉過程中斷。另外，該精煉裝置脫碳時，環流管上的噴嘴吹氣量控制為半邊強吹，另半邊弱吹，將鋼包渣吹向真空室的一邊，這容易使有渣的一邊真空室耐材腐蝕嚴重。

【發明內容】

[0006]為克服現有技術存在的問題，本發明的目的是提供一種單浸潰管真空精煉裝置，該裝置改變了現有真空精煉裝置的鋼水循環方式，克服了鋼包底吹磚堵塞或由于鋼流紊亂致底吹氣偏離單浸潰管而導致精煉過程中斷問題，同時也減少了真空室耐材腐蝕問題，還降低了精煉成本。
[0007]為解決上述技術問題，本發明提供一種單浸潰管真空精煉裝置，包括真空室和浸潰管，真空精煉時浸潰管插入鋼包的鋼水中，其特征在于，在所述單浸潰管周向設置吹氣噴嘴，氬氣通過單浸潰管內壁上的吹氣噴嘴吹入浸潰管；所述吹氣噴嘴分層設置、獨立控制，同一層的噴嘴分組獨立控制；所述吹氣噴嘴分層設置、獨立控制，同一層的噴嘴分組獨立控制；真空精煉過程通過加大浸潰管噴嘴的吹氣量，使鋼液形成一個沿真空室四周上升，沿真空室中心下降的環流，實現鋼水深脫碳、深脫硫。調節可獨立控制的噴嘴吹氣量，形成不同的吹氣組合來控制真空過程鋼水的流動狀態以及真空室鋼液面上鋼包渣的狀態去除夾雜物。
[0008]本發明還提供一種單浸潰管真空精煉裝置的精煉方法，首先將浸潰管緩慢插入鋼包渣中，抽真空將鋼包渣緩慢吸入浸潰管內，盡可能將鋼包渣吸入浸潰管內，繼續插入浸潰管進鋼水中，然后加大環流管上的所有噴嘴的吹氣量，使鋼液形成一個沿真空室四周上升，沿真空室中心下降的環流。調節沿浸潰管周向分段獨立控制的噴嘴吹氣量，形成各種吹氣組合方式來控制真空過程鋼 水的流動狀態以及真空室鋼液面上鋼包渣的狀態，實現鋼水在真空下的深脫碳、深脫硫、去除夾雜物。
[0009]在脫碳期，沿浸潰管周向布置的噴嘴全部強吹氣，驅動鋼液由真空室四周上升，由中心區域下降，鋼包渣聚集在真空室中心并充分利用鋼液表面高氧化性渣中的氧進一步深脫碳。在脫硫期通過加入一定量的石灰(或預熔精煉渣)和鋁粒與真空室鋼液面上的頂渣反應形成鈣鋁系脫硫渣系，噴嘴全部強吹氣，驅動鋼液由真空室四周上升，由中心區域下降，讓真空室中鋼液與脫硫渣進行充分接觸反應，實現真空下的深脫硫。精煉后期將環流管吹氣量改為一側稍大、一側很小，控制鋼水循環不卷入真空室表面渣，促進鋼中夾雜物碰撞上浮被表面渣吸收。
[0010]本發明的設計思想是:
本發明在真空室下部聯接單個直筒型圓浸潰管，浸潰管的內徑和真空室內徑相同，在浸潰管內壁圓周上交叉設置單層或多層吹氣噴嘴。吹氣噴嘴分若干單元獨立控制吹氣量，每個單元由若干個吹氣噴嘴組成。在真空精煉時，先將浸潰管插入鋼渣中抽真空將鋼包渣吸入浸潰管內，再降低浸潰管插入鋼水中，然后加大所有噴嘴的吹氣量，使鋼液形成一個沿真空室四周上升，沿中心下降的環流，該環流促使鋼包渣聚集在真空室中心鋼液表面，成為鋼液后續脫碳的部分氧源和脫硫基礎硫容量熔渣。后續真空精煉過程各階段通過分組獨立調控浸潰管噴嘴的吹氣流量，使鋼液在真空室內形成各種不同的循環流動狀態、流動強度及其組合，實現鋼液深脫碳、深脫硫、造功能渣、鋼包頂渣改質和去除夾雜等各種精煉冶金功能。本發明的深脫碳，充分利用聚集在真空室中心鋼液表面的高氧化性鋼包渣中的氧進一步深脫碳，既能深脫碳，又可降低鋼包渣的氧化性，為下一步深脫硫創造條件，還能節約精煉成本。在脫硫期加入一定量的石灰(或預熔精煉渣)和鋁粒與真空室鋼液面上的鋼包渣反應形成鈣鋁系脫硫渣系，噴嘴全部強吹氣，驅動鋼液由真空室四周上升，由中心區域下降，讓真空室中鋼液與脫硫渣進行充分接觸反應，實現真空下的深脫硫。由于脫硫期脫硫渣系位于真空室中心，減少了真空室內壁耐材的腐蝕。在精煉末期將沿浸潰管周向布置的噴嘴組吹入相同或不同的較小氣量，控制鋼液弱循環，促進鋼中夾雜物碰撞上浮被表面渣吸收，進一步去除鋼液中的夾雜物。
[0011 ] 與現有技術相比，本發明具有以下優點。
[0012]中國專利201210302397.0雖然也是采用單浸潰管，但其依靠鋼包透氣磚底吹形成環流，鋼液沿浸潰管一側上升，沿浸潰管另一側下降，對浸潰管內壁沖刷較大，降低了浸潰管壽命。該專利還存在一個重大缺陷，如果鋼包底吹磚堵塞或由于鋼流紊亂致底吹氣偏離浸潰管，將導致精煉過程中斷。該專利在浸潰管也設置吹氣噴嘴，但其主要用于脫碳、脫硫工序。其脫碳是將鋼包渣向一側吹開，充分裸露鋼液面后吹氧或添加氧化劑，這樣會帶來兩個問題，一方面增加精煉成本，另一方面，鋼包渣一側的浸潰管內壁耐材易腐蝕，降低精煉裝置壽命。該發明脫硫期間底吹為強吹，浸潰管周圍的環流管全部為弱吹，底吹為強吹將使鋼液形成沿浸潰管一側上升，沿另一側下降的環流，環流管全部為弱吹將使鋼液形成沿真空室四周上升，沿真空室中心下降的環流，這樣將使環流紊亂，嚴重時底吹氣偏離浸潰管，將導致精煉過程中斷。
[0013]本發明提供的單浸潰管真空精煉裝置，通過浸潰管上所有噴嘴的強吹，使鋼液形成一個沿真空室四周上升，沿真空室中心下降的環流。鋼液沿真空室四周上升時，由于浸潰管四周噴嘴噴出的氣體形成氣幕，減少了鋼液對浸潰管內壁的沖刷，提高了浸潰管壽命。本發明的脫碳，不需要吹氧或添加額外的氧化劑，而是利用聚集在真空室中心鋼液表面的高氧化性鋼包渣中的氧進一步深脫碳，這既能脫碳，又可降低鋼包渣的氧化性，為下一步脫硫創造條件，還能節約精煉成本。 本發明沒有底吹，避免了底吹和環吹引起的環流紊亂問題的發生。本發明在精煉后期通過加入一定量的渣料和脫氧劑與真空室鋼液面上的頂渣一并進行組合攪拌，可實現對鋼包頂渣的目標改質。本發明在精煉末期將沿浸潰管周向布置的噴嘴組吹入相同較小氣量或一側較大另一側較小氣量，控制鋼液弱循環，促進鋼中夾雜物碰撞上浮被表面渣吸收，可進一步去除鋼液中的夾雜物。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]下面結合附圖對本發明詳細說明:
圖1:單浸潰管真空精煉裝置鋼液環流縱向剖視示圖。
[0015]圖2:單浸潰管真空精煉裝置吸渣示意圖。
[0016]圖1:1_浸潰管，2-真空室，3-鋼液環流，4-鋼包渣、5-法蘭。
[0017]圖2中:1_浸潰管，4-鋼包渣，6-鋼包，7-鋼液。
【具體實施方式】
[0018]為驗證本發明精煉裝置的脫碳、脫硫效果，用中國專利201210302397.0和本發明精煉裝置在某鋼廠進行了多爐次對比試驗，兩者脫碳、脫硫效果相當。[0019]下面詳細介紹本發明的實施方法.實施例1
單浸潰管真空精煉裝置按如下步驟進行精煉:
(I)、鋼水精煉時，先將鋼包吊至鋼包車上面，鋼包車開進單浸潰管真空精煉裝置處理工位，然后將浸潰管插入鋼包渣中，抽真空吸渣，盡量多吸入鋼包渣。
[0020](2)、將浸潰管插入鋼水中，浸潰管插入深度400mm，開啟浸潰管環流管上的噴嘴閥門，各噴嘴吹氣量相等，總吹氣流量控制在噸鋼13NL/min。
[0021](3)、抽真空使3min后真空度降73Pa。通過真空室攝像圖觀察真空室鋼液面頂渣情況，進一步調整噴嘴總吹氣流量至噸鋼18NL/min。
[0022](4)、脫碳進行IOmin后，浸潰管上環流管吹氣總流量控制在噸鋼28Nl/min。
[0023](5)、脫碳進行到15min后進行脫硫。先通過加料裝置加入脫氧劑鋁粒2.4kg/t鋼，3min后，在取樣位置定氧，鋼水活度氧為0.32ppm ;再通過噴槍噴吹石灰6.08kg/t鋼；噴吹完石灰后6min，調小浸潰管上環流管吹氣流量，浸潰管一側半周區域環流管各噴嘴吹氣量相等，總吹氣流量調整至噸鋼15NL/min，相對一側半周區域環流管各噴嘴吹氣量相等，總吹氣流量調整至噸鋼5NL/min，鋼水在循環6min后，關閉鋼包底吹，破空，在取樣位置取樣測溫。[0024]實施例2
單浸潰管真空精煉裝置按如下步驟進行精煉:
(I)、鋼水精煉時，先將鋼包吊至鋼包車上面，鋼包車開進單浸潰管真空精煉裝置處理工位，然后將浸潰管插入鋼包渣中，抽真空吸渣，盡量多吸入鋼包渣。
[0025](2)、將浸潰管插入鋼水中，浸潰管插入深度400mm，開啟浸潰管環流管上的噴嘴閥門，各噴嘴吹氣量相等，總吹氣流量控制在噸鋼15NL/min。
[0026](3)、抽真空使3min后真空度降70Pa。通過真空室攝像圖觀察真空室鋼液面頂渣情況，進一步調整噴嘴總吹氣流量至噸鋼20NL/min。
[0027](4)、脫碳進行Ilmin后，浸潰管上環流管吹氣總流量控制在噸鋼30Nl/min。
[0028](5)、脫碳進行到16min后進行脫硫。先通過加料裝置加入脫氧劑鋁粒2.5kg/t鋼，
3.5min后，在取樣位置定氧，鋼水活度氧為0.30ppm ;再通過噴槍噴吹石灰6.12kg/t鋼；噴吹完石灰后7min，調小浸潰管上環流管吹氣流量，浸潰管各噴嘴吹氣量相等，總吹氣流量調整至噸鋼8NL/min，鋼水在循環7min后，關閉鋼包底吹，破空，在取樣位置取樣測溫。
[0029]實施效果:
在某鋼廠用中國專利201210302397.0進行了 86爐真空精煉試驗，用本發明進行了 23爐真空精煉試驗，試驗結果如下。
[0030]采用中國專利201210302397.0精煉的86爐鋼試驗結果是，進真空精煉裝置前初始鋼液中活度氧(a[0])在0.0459~0.0823%之間，平均為0.0589%, [C]在0.025~0.050%之間，平均為0.032%, [S]在0.ΟΟ4~Ο.009%之間，平均為0.0069%,在真空精煉裝置真空精煉3(T45min (平均為39min)的精煉周期內，噸鋼石灰加入量為Slkg/V1，平均為5.32kg/V1，噸鋼鋁粒加入量為0.8~3.1 kg/V1，平均為1.78 kg/t—1，真空精煉終點鋼液[C]在
0.0005~0.0011%之間，平均為 0.0008% ;鋼液[S]含量在 0.0008~0.0021%，平均為 0.0013%,脫硫率在73~87%，平均脫硫率達到81.1%。[0031]采用本發明精煉裝置精煉的23爐鋼試驗結果是，進單浸潰管真空精煉裝置前初始鋼液中活度氧(a[0])在0.0572~0.0792%之間，平均為0.0578%, [C]在0.023~0.048%之間，平均為0.031%, [S]在0.005、.008%之間，平均為0.0062%,在單浸潰管真空精煉裝置真空精煉3(T45min (平均為42min)的精煉周期內，噸鋼石灰加入量為Slkg/V1，平均為5.64 kg/V1，噸鋼鋁粒加入量為1.f3.2 kg/V1，平均為1.92 kg/t—1，真空精煉終點鋼液[C]在0.0007~0.0013%之間，平均為0.0009% ;鋼液[S]含量在0.0007~0.0025%,平均為
0.0014%，脫硫率在69~82%，平均脫硫率達到75.2%。
[0032]由此可見，本發明精煉 裝置和中國專利201210302397.0的脫碳、脫硫效果相當。
【權利要求】
1.一種單浸潰管真空精煉裝置，包括真空室和浸潰管，真空精煉時浸潰管插入鋼包的鋼液中，其特征在于，所述單浸潰管周向分層設置吹氣噴嘴，同一層的噴嘴分組設置，各組噴嘴吹氣量獨立控制，氬氣通過單浸潰管內壁上的吹氣噴嘴吹入浸潰管。
2.如權利要求1所述的單浸潰管真空精煉裝置的使用方法，其特征在于，首先抽真空將鋼包渣盡可能吸入浸潰管內，再將浸潰管插入鋼液中，然后加大環流管上的所有噴嘴的吹氣量，使鋼液形成一個沿真空室四周上升，沿真空室中心下降的環流，調節沿浸潰管周向分段獨立控制的噴嘴吹氣量，形成各種吹氣組合方式來控制真空過程鋼液的流動狀態以及真空室鋼液面上鋼包渣的狀態，實現鋼液在真空下的深脫碳、深脫硫、去除夾雜物。
3.如權利要求2所述單浸潰管真空精煉裝置的使用方法，其特征在于沿浸潰管周向布置的所有噴嘴組同時全部吹入相同的氣量，驅動鋼液在真空室形成周邊上升，由中心區域下降的環流，并使鋼包渣聚集在真空室鋼液面中心，通過噴嘴吹氣量的調節，可以實現不同的循環強度和熔渣、鋼液間反應強度，充分利用鋼液表面高氧化性渣中的氧進一步深脫碳。
4.如權利要求2所述單浸潰管真空精煉裝置的使用方法，其特征在于，在精煉后期通過加入一定量的石灰或預熔精煉渣和鋁粒與真空室鋼液面上的頂渣反應形成鈣鋁系脫硫渣系，噴嘴全部強吹氣，進行高強度攪拌，驅動鋼液鋼液與脫硫渣進行充分接觸反應，實現真空下的深脫硫。
5.如權利要求2所述單浸潰管真空精煉裝置的使用方法，其特征在于，在精煉后期通過加入一定量的渣料和脫氧劑與真空室鋼液面上的頂渣一并進行組合攪拌，實現對鋼包頂渣的目標改質。
6.如權利要求2所述單浸潰管真空精煉裝置的使用方法，其特征在于，在精煉末期將沿浸潰管周向布置的噴嘴組吹入相同的較小氣量，控制鋼液弱循環，促進鋼中夾雜物碰撞上浮被表面渣吸收，進一步去除鋼液中的夾雜物。
7.如權利要求2所述單 浸潰管真空精煉裝置的使用方法，其特征在于，在精煉末期將沿浸潰管周向布置的噴嘴組吹入的較小氣量，其中一側噴嘴組吹氣量稍大、另一側較小，控制鋼液弱循環，促進鋼中夾雜物碰撞上浮被表面渣吸收，進一步去除鋼液中的夾雜物。
【文檔編號】C21C7/068GK103525982SQ201310498891
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月23日 優先權日:2013年10月23日
【發明者】烏力平, 沈昶, 胡玉暢, 潘遠望, 謝世紅 申請人:馬鋼(集團)控股有限公司, 馬鞍山鋼鐵股份有限公司