专利名称：多功能复吹单嘴精炼炉的制作方法
技术领域：
本实用新型为炼钢精炼设备目前我国需要大量汽车和家用电器用薄板钢，大量超低碳不锈钢，高速车轮钢。同时轴承钢的质量也有待进一步提高。但现在国内外所用的炉外精炼设备还存在一系列不足之处。
就IF钢而言，国内外多用RH装置精炼，其不足之处是(1)吸嘴内径小，不仅钢水环流量小，限制了精炼能力的提高，而且由于钢水流速大，对吸嘴耐火材料冲刷严重，致使吸嘴寿命大为降低。
(2)氩气泡上升路程较短，对钢水的精炼距离也较短，从而同样限制精炼能力的提高。
(3)真空室内经常有钢渣结瘤生成，不仅会造成后期钢水的增碳，而且也会影响产量，造成真空室耐火材料寿命降低。
(4)无加热功能，不能控制钢水温度，从而不易协调成分与温度的关系。
以上各点招致用RH生产[C]＜10ppm以下的IF钢相当困难。
就不锈钢而言，一般采用VOD和AOD生产。VOD的不足之处是(1)吹炼过程钢、渣喷溅严重，因此需在盛钢桶上部留出1m以上的自由空间和控制开吹碳含量为0.2-0.7％，结果使钢产量减少，使初炼炉的任务加重，并限制廉价高碳铬铁的使用量。
(2)盛钢桶耐火材料寿命低，造成钢的成本增加。
使用AOD的不足之处是(1)炼超低碳不锈钢的能力有限，使生产品种扩大受到限制。
(2)氩气耗量大，炉衬寿命短，因而引起钢的成本增加。
由于以上各点，生产不锈钢的方法仍然需要作进一步的改进。
就高速车轮钢和轴承钢而言，多用LF和VD炉生产，其主要问题在于(1)加热钢水时需要采用埋弧渣，而在埋弧渣下进行真空精炼(脱氧、去气)时，埋弧渣会从盛钢桶溢出，造成清理真空罐时，劳动条件极为恶劣。
(2)LF炉钢水面始终有渣，对去除钢中气体极为不利。
因此，生产高速车轮钢和轴承钢的方法也需要作进一步的改进。
以上就是提出多功能复吹单嘴精炼炉的具体条件，本设备的特点是(1)改两个小吸嘴为一个大吸嘴，吸嘴断面大，钢水环流量大，钢水流速较小，对吸嘴的冲刷力也较弱，因此吸嘴寿命长。
(2)改从上升管上部吹氩为经由盛钢桶底部透气砖偏心吹氩，氩气泡在钢水中上升的路程长，钢水精炼距离长，可以较长的精炼距离换取较短的精炼时间。
(3)大环流量的钢水在真空室内循环，由于本身带有大量热能，且备有氧-燃烧嘴等加热，不会在真空室壁上造成钢、渣结瘤，从而避免后期钢水增碳，并可提高耐火材料寿命。
由于以上三方面，用本设备生产[C]＜10ppm的IF钢和不同品种的超低碳不锈钢是有保证的。
(4)吸嘴插入钢水时，可以用倒锥体的铁皮帽将钢水面的炉渣档于吸嘴外的环形钢水面上，既可为吸嘴内部钢水脱除[H］、[N]、[O]创造良好条件，又可利用热渣防止吸嘴外钢水散失热量，并消除溢所造成的恶劣劳动条件。
(5)本设备有充足的真空容积，且钢水(和炉渣)处于真空室内部，不论钢渣如何喷溅，都不会溢出盛钢桶外边，所以不会造成钢产量减少的问题。
(6)本设备由于吸嘴内径在1m以上，进行喷补极为方便，从而也可为提高耐火材料寿命创造有利条件。
(7)本设备有加热功能，真空精炼与加热可以同步进行，既可节省精炼时间，又能为控制吹炼终点(成分与温度)创造有利条件。
本实用新型的目的是用于进行钢液真空处理和真空精炼。可进行真空脱碳、脱氧、脱硫，去除钢中氢、氮等气体和非金属夹杂物，生产高洁净度的优质钢和合金。经过真空精炼的优质钢可达到如下洁净度水平IF钢[C]＜10ppm，[N]=20～45ppm；不锈钢[C]=100～300ppm，铬的回收率=93～96％；高速车轮钢和轴承钢TO＜10ppm，[H]＜1.5ppm。
本实用新型可达到(1)消除RH吸嘴内径小、氩气泡上升路程短和真空室存在钢、渣结瘤、无加热功能等缺点；(2)消除VOD吹炼过程中钢、渣喷溅严重和桶衬寿命短的缺点以及AOD难于炼超低碳不锈钢和氩气耗量大、炉衬寿命低的缺点；(3)消除LF和VD炉埋弧渣外溢和去气能力差的缺点并综合真空、搅拌、加热、炉渣精炼、喷粉和喂线等多种功能于一台设备，同时采用顶、底、侧三个方向复合吹气以达到提高脱碳速度，使终点碳＜10ppm，增强去气效率，使[H]＜1.5ppm，[N]=20～45PPm，经济、有效、高质量地炼出IF钢，超低碳不锈钢，高速车轮钢，并进一步提高轴承钢等多种钢的质量。
本实用新型多功能复吹单嘴精炼炉的技术方案，包括盛钢桶、桶底吹氩装置、真空室、真空抽气系统、辅助机械装置。真空室包括吸嘴、炉膛与上真空室。真空室顶部装有顶吹氧枪，炉膛侧壁下部装有侧吹喷嘴，侧壁上部设有加热装置。邻近真空室的工作平台上备有喷粉和喂线装置。
本实用新型真空室的炉膛内径与吸嘴内径之比为1.0～1.5∶1，吸嘴为内衬耐火材料的一个圆筒，用以插入钢液进行精炼。其内径可根据盛钢桶容量和操作方便与否来确定。
本实用新型顶部氧枪为马赫数＞2.5的拉瓦尔喷头，氧枪采用水冷装置。
本实用新型侧吹喷嘴为套管式结构，中心为喷嘴，外包三层套管的气体冷却器，端头封闭，第一和第三层为排气管，第二层为进气管。冷却气体为氮气、二氧化碳气体、水汽或压缩空气。
本实用新型其加热装置包括氧-燃烧嘴，等离子加热装置和感应加热装置。氧-燃烧嘴置于炉膛侧壁上部，其燃料可为天然气、发生炉煤气或柴油，按照真空室内钢水量为盛钢桶容量的1/4-1/3，其加热功率为2-30MW。
本实用新型其等离子加热装置，按照真空室内钢水量，其加热功率为100-250千瓦/吨。
本实用新型在一个精炼炉上同时配置顶吹氧枪、侧吹喷嘴(氩或氧)和盛钢桶底部偏心透气砖(吹氩)的复合吹炼形式。
本实用新型盛钢桶容量为50-380吨，真空室高度为7-11m，吸嘴内径为1.0-3.2m，炉膛内径为1.0-4.8m，真空室内钢水量为12-130吨，钢水升温速度为2-5℃/分，精炼时间为15-45分钟，加热功率为2-30MW，设等离子发生器1-9支。
本实用新型真空室顶部设一支超音速氧枪，炉膛侧下部装喷嘴1-3支，炉膛侧上部设氧-燃烧嘴1-4支。喷粉和喂线装置设在靠近单嘴精炼炉的合适平台上。
本实用新型单嘴精炼炉可以精炼的钢种甚多，下面仅以目前最需要的IF钢、不锈钢、高速车轮钢和轴承钢为例以说明其精炼工艺。
(1)IF钢1)真空吹氩工艺[6]先用铁水预处理的办法将铁水中的磷和硫脱到100ppm以下，再用转炉将钢中碳脱到200-300ppm，氮脱到20-25ppm。此时钢中氧含量为400-500ppm。进而在真空单嘴精炼炉中采用盛钢桶底部偏心吹氩的方法将钢水碳含量脱到10ppm以下(最低3ppm)，[H]＜1.5ppm，[N]＜42ppm，T[O]＜40ppm。如钢水温度低，可采用顶吹氧、侧面氧-燃烧嘴、等离子枪等升温。吹炼终点通过质谱仪、氧浓差电池等手段控制。于精炼结束前3-5分钟向钢水中加适量钛、铌和铝合金。钛的加入量按下式计算(1)式中A-钛的回收率，K1-钛与氧的化合常量，K2-钛与硫的化合常量。
单嘴精炼炉的处理时间约为15-45分钟。氩气耗量为0.01-0.15Nm3/吨钢。
2)真空吹氧-氩工艺在吹氧的条件下，转炉终点碳可以控制的高一些，如500-550ppm。与前节一样，先用铁水预处理的办法将铁水中的磷和硫脱到100ppm以下，再用转炉将钢中碳脱到500-550ppm，氮脱到20-25ppm。进而在真空单嘴精炼炉中采用盛钢桶底部偏心吹氩和顶吹氧的方法将钢水碳含量脱到10ppm以下(最低3ppm)。原则上当碳小于200ppm时，即可停止吹氧。如遇碳含量=20-30ppm时，脱碳速度极慢，则可采用侧吹氩的办法来加强。如钢水温度低，可采用侧面氧-燃烧嘴、等离子枪等加热钢水。吹炼终点通过质谱仪、氧浓差电池等手段控制。于精炼结束前3-5分钟向钢水中加适量钛、铌和铝合金。单嘴精炼炉的处理时间约为15-45分钟。氩气耗量为0.01-0.15Nm3/吨钢。
(2)不锈钢炼不锈钢时单嘴精炼炉可与转炉双联，也可与电弧炉双联。
不论用什麽方法，进入单嘴精炼炉前，初炼钢水的硫、磷含量均应低于100ppm。钢水开吹碳含量因精炼与连铸或铸锭的协调关系高的可达0.6-0.7％，低的为0.05-0.1％，当然前者精炼时间较长，后者精炼时间较短。铬、镍含量均应进入规格中下限。钢水脱碳可通过顶枪、侧枪吹氧和盛钢桶底部偏心吹氩的复合吹炼方式进行。吹炼终点通过质谱仪、氧浓差电池等手段控制。如要补加不锈返回钢，还可用氧-燃烧嘴或等离子枪加速熔化和升温。到达终点后，调整钢水成分并加铝结束精炼。
(3)轴承钢轴承钢脱氧可用两种方法进行1)加铝进行沉淀脱氧并进行弱搅拌及2)真空碳脱氧与沉淀脱氧相结合并进行弱搅拌。
进入单嘴精炼炉前，初炼钢水磷含量应低于100ppm。弱搅拌则依靠在盛钢桶底部偏心吹氩来进行。
(4)高速车轮钢此类钢可采用与轴承钢相同的方法进行精炼，只是由于其对气体含量要求甚严，所以在进行单嘴炉真空精炼时，要使用尽可能高的真空度和较大的吹氩量。
本实用新型单嘴精炼炉进行精炼前，先用氧-燃烧嘴烘烤炉膛、吸嘴和上真空室，使炉膛和吸嘴耐火材料表面温度达到1200℃以上。并将真空系统予抽到要求的真空度，然后将倒锥体铁皮档渣帽带在吸嘴下面，再将盛有初炼钢水的盛钢桶运至单嘴精炼炉下面，用液压机顶升盛钢桶到吸嘴插入钢水约300mm，由于真空的作用，造成大气与真空室间的压差，钢水会上升到吸嘴内一定高度，进而开启氩气从盛钢桶底部偏心吹入钢液，这样根据气泡泵原理，吹入氩气的一边钢水较轻，便会上浮到真空室内部，未吹氩气的一边钢水较重，便会下沉到盛钢桶底部，如此周而复始，形成钢水循环，达到脱碳、去气、脱氧、去除夹杂等目的，直到精炼结束为止。
本实用新型的
附图1为多功能复吹单嘴精炼炉炉的系统纵剖面原理图。
本实用新型设两个工位，一个进行精炼，另一个进行砌耐火材料等修理操作。
本实用新型多功能复吹单嘴精炼装置如附图1所示。1-真空抽气系统，2-加料系统，3-上真空室，4-炉膛，5-吸嘴，6-顶吹氧枪，7-侧吹喷嘴，8-氧-燃烧嘴，9-等离子加热装置，10-感应线圈，11-盛钢桶，12-喷粉罐，13-喂线机，14-吹氩透气砖，15-盛钢桶车。
本实用新型单嘴精炼炉容量为50吨，其六级蒸汽喷射泵66Pa下的抽气能力为300-380kg/h。真空室高度为8m，吸嘴高度为1.5m，吸嘴内径为1m，炉膛内径为1.3m，高度为1.5m，上真空室直径为1.0m，高度为5m。采用顶吹氧枪，马赫数Ma＞2.5～3.0；在炉膛下部侧面设有侧吹喷嘴，既可以喷吹氧气，又可以喷吹氩气；在相当于吸嘴内径1/2的盛钢桶底部装有透气砖2个，用以进行偏心吹氩，氩耗量约为0.01-0.15Nm3/吨。沿炉膛上部侧面设有4支总功率为1.6-4.0MW的等离子加热装置。在靠近真空室的最低一层平台上设有喷粉和喂线装置。
权利要求1.一种多功能复吹单嘴精炼炉，包括盛钢桶、桶底吹氩装置、真空室、真空抽气系统、辅助机械装置，其特征在于真空室包括吸嘴、炉膛与上真空室，真空室顶部装有顶吹氧枪，炉膛侧壁下部装有侧吹喷嘴，侧壁上部设有加热装置，邻近真空室的工作平台上备有喷粉和喂线装置。
2.根据权利要求1所述单嘴精炼炉，其特征在于真空室的炉膛内径与吸嘴内径之比为1.0～1.5∶1，吸嘴为内衬耐火材料的一个圆筒，用以插入钢液进行精炼。
3.根据权利要求1所述单嘴精炼炉，其特征在于顶部氧枪为马赫数＞2.5的拉瓦尔喷头，氧枪采用水冷装置。
4.根据权利要求1所述单嘴精炼炉，其特征在于侧吹喷嘴为套管式结构，中心为嘴，外包三层套管的气体冷却器，端头封闭，第一和第三层为排气管，第二层为进气管。冷却气体为氮气、二氧化碳气体、水汽或压缩空气。
5.根据权利要求1所述单嘴精炼炉，其特征在于其加热装置包括氧一燃烧嘴，等离子加热装置和感应加热装置。
6.根据权利要求1、5所述单嘴精炼炉，其特征在于氧一燃烧嘴置于炉膛侧壁上部，其燃料可为天然气、发生炉煤气或柴油，按照真空室内钢水量为盛钢桶容量的1/4-1/3，确定其加热功率为2-30MW。
7.根据权利要求1所述单嘴精炼炉，其特征在于等离子加热装置，按照真空室内钢水量，其加热功率为100-300千瓦/吨。
8.根据权利要求1、3、4所述单嘴精炼炉，其特征在于在一个精炼炉上同时配置顶吹氧枪、侧吹(氩或氧)喷嘴和盛钢桶底部偏心(吹氩)透气砖的复合吹炼形式。
9.根据权利要求1所述单嘴精炼炉，其特征在于盛钢桶容量为50-380吨，真空室高度为7-11m，吸嘴内径为1.0-3.2m，炉膛内径为1.0-4.8m，真空室内钢水量为12-130吨，钢水升温速度为2-5℃/分，精炼时间为15-30分钟，加热功率为2-30MW，设等离子发生器1-9支。
10.根据权利要求1所述单嘴精炼炉，其特征在于真空室顶部设一支超音速氧枪，炉膛侧下部装喷嘴1-3支，炉膛侧上部设氧-燃烧嘴1-4支，喷粉和喂线装置设在靠近单嘴精炼炉的合适平台上。
专利摘要本实用新型为钢水精炼设备,其作用在消除RH吸嘴内径小、真空室内有钢渣结瘤、无加热功能等缺点;消除VOD吹炼过程中钢、渣喷溅严重和桶衬寿命短的缺点以及LF/VD炉埋弧渣外溢和去气能力差的缺点。本设备下部有大吸嘴,真空室顶部设氧枪一支,炉膛侧上部设氧－燃烧嘴等加热装置,炉膛侧下部设喷嘴,盛钢桶底部偏心装有透气砖吹氩,并备有喷粉和喂线装置。用本设备可以生产(C)<10ppm的IF钢、各种超低碳不锈钢及(H)<1.5ppm的高速车轮钢等。
文档编号C21C7/00GK2432219SQ0023585
公开日2001年5月30日 申请日期2000年6月9日 优先权日2000年6月9日
发明者张鉴, 成国光, 王平, 范光前, 杨念祖, 佟福生 申请人:北京科技大学