专利名称：一种改良的循环式钢液真空精炼方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明属于碳钢的冶炼和熔融铁合金的处理，特别是真空处理的技术领域，即提出了一种改良的循环式钢液真空脱气精炼法。
背景技术：
近年来，由于汽车、石油等工业对钢材质量的要求越来越严格，使得一些高性能钢种中对夹杂物含量和形态都要有严格的控制，甚至已开始寻求如何去除钢液中非金属夹杂物生产纯净钢的方法。
RH(Rheinstahl Hutte-Werke&Heraeus GMBK)循环式真空精炼法是生产纯净钢的有效工艺之一。它通过下部安装有两根管子的真空室和一个吹氩装置同钢包相连接。当真空室下部的两根管子插入钢包中，在其中一根管子下部向内吹氩，钢液将从该吹氩的管子(以下称上升管)进入真空室内，进行脱气、脱杂；而从另一根管子(以下称下降管)中流回钢包中，形成迴流。RH法的主要作用在于经过钢液在真空室和钢包两者之间的反复循环起到(1)脱H2、脱O2和脱N2等脱气作用；(2)真空脱C作用和(3)均匀钢液成分与温度，促进非金属夹杂物上浮的作用。
进入上世纪八十年代后，RH技术的发展加快，其发展趋势表现在(1)优化RH工艺、设备参数，扩大处理能力；(2)开发多功能的RH精炼工艺和设备；(3)开发RH钢液热补偿和升温技术；(4)完善RH技术轻处理工艺设备。
我国的各大型钢铁企业中，循环式真空脱气处理技术发展也很快。近年来各厂家炼钢时采用RH技术，除利用其脱气功能外，还增加了真空脱碳、脱硫、成分微调以及钢液热补偿等多种功能。为加速其脱碳过程，还出现了多种真空下吹氧的强制脱碳技术。
在RH真空精炼过程中，循环流量是衡量RH真空脱气装置冶炼效率的重要参数之一。为了提高RH法真空脱气系统的循环流量，出现过许多改变上升管、下降管的结构和断面形状的方案，然而单纯提高钢液循环流量的方法并不能有效的提高钢中夹杂物的去除效率，也不能更好地满足增加处理钢种和提高钢材质量的要求。
发明内容
本发明的目的是寻求一种更有效的循环式钢液真空脱气精炼法。它在传统的RH真空精炼法的基础上，通过对真空脱气装置的改良，不仅可以改善钢液的脱气、脱碳等功能；还可以有效提高钢中夹杂物的去除效率。
本发明提出了一种改良的循环式钢液真空精炼法，它将钢包中的钢液通过上升管吸入真空室并吹入氩气，再经下降管流回钢包，钢液在钢包与真空室之间循环流动进行精炼，其特征在于对上升管中的钢液施加外力，使钢液在向上流动的同时又作旋转运动。
由于在本发明的方法实施过程中，钢液在上升管内作旋转流动，钢液本身的密度大，而钢液中的气相杂质与非金属夹杂物密度小，受向心力的作用，被钢液挤到上升管的中心区域。因而，一方面管壁附近的气泡和夹杂物大幅度降少，减轻了它们对管壁的侵蚀，增长了上升管的使用寿命；另一方面，由于钢液旋流中，氩气气泡同非金属夹杂物的碰撞、合并的几率增大，提高了去除钢液中夹杂物的效率。此外，通过模拟实验还证明当增大钢液的旋流强度时可以增加钢液循环流量，这对于钢液的真空精炼也是十分有利的。
本发明还提出了一种实施改良的循环式钢液真空精炼方法的装置，它包括真空室、上升管、下降管和喷气嘴，其特征在于另安有与上升管配合的使钢液产生旋流的装置，即钢液搅拌器。
本发明所说的使钢液产生的旋流的装置可以有多种构思和设计方案。
本发明的构思和设计方案之一是在上升管外设计安装一台由水冷电磁绕组构成的电磁搅拌器。利用螺旋形的电磁力搅拌上升管中钢液流，使钢液在作上升流动的同时产生旋转运动，加之钢流中氩气气泡的综合作用，使钢液在真空精炼过程中能更好地脱气和脱杂，从而显著地提高钢材的性能指标。
本发明的构思和设计方案之二是在上升管内设计安装一个机械搅拌器。机械搅拌器由一根用电动机驱动的旋转轴和固定在转轴上的至少一个叶轮组成。当叶轮转动时，利用机械动力搅拌上升管中的钢液流，使它产生涡旋流动，同样可以产生使钢液脱气、脱杂，增大钢液循环流量等多种良好的效果。
本发明的构思和设计方案之三是对上述两种设计方案加以综合，即在上升管内外同时加装机械搅拌器和电磁搅拌器，使用时利用两者的叠加作用，其效果更佳。
上述机械搅拌器和复合搅拌器的叶轮由轮座与叶片组合而成，轮座上至少安有三根以上的叶片。叶片的安装角，即叶片平面与轮座母线之间的夹角为0～60°。
图1为传统的RH值循环式钢液真空精炼法的装置示意图，图中1真空室，2上升管，3下降管，4喷气嘴，5钢包；图2为本发明的改良的循环式钢液真空精炼装置之一——带电磁搅拌器的钢液真空精炼装置示意图，图中1真空室，2上升管，3下降管，4喷气嘴，5钢包，6电磁场绕组；图3为本发明的改良的循环式钢液真空精炼装置之二——带机械搅拌器的钢液真空精炼装置示意图，图中1真空室，2上升管，3下降管，4喷气嘴，5钢包，7机械旋转轴，8叶轮；图4为本发明的改良的循环式钢液真空精炼装置之三——即带机械搅拌器和电磁搅拌器的钢液真空精炼装置示意图，图中1真空室，2上升管，3下降管，4喷气嘴，5钢包，6电磁绕组，7机械旋转轴，8叶轮。
图5为本发明的机械搅拌器和复合搅拌器中叶轮的结构安装图，图中9为轮座、10为叶片，图5a为三叶叶轮，5b为四叶叶轮，c和d为五叶叶轮。
具体实施例方式
下面结合具体实施例对本发明的内容作进一步的补充和说明。
实施例1带电磁搅拌器的改良的循环式钢液真空炼精方法及装置如图2所示，在现有的RH的真空室1的上升管2外，安装一个同上升管外壁相固定的水冷电磁绕组6，绕组的电磁场要同上升管的内径即钢液的流量相配合，以使得电磁力能够驱动钢液作涡旋运动。通常电磁搅拌器适合于内径600毫米以下的上升管，而相应的电磁场的磁感应强度为0.1～0.2特(Tesla)。
在某钢厂使用本发明的方法对120吨的钢包5进行真空精炼处理。装置的上升管和下降管3直径为500毫米，将真空室压在钢包上，使上升管和下降管浸入钢包中，开动真空泵抽真空，当真空室室内压强达到2托(Torr)时，钢液开始通过上升管进入真空室内，此时，接通水冷电磁绕组电源，建立旋转电磁场，将磁感应强度调至0.2特(Tesla)，并通过喷气嘴向钢液中通入氩气。钢液在上升管中由电磁力的搅动，产生涡旋，很容易脱去气体杂质和密度小的非金属夹杂物。进入真空室内钢液达到一定高度后又沿着下降管3流入钢包中，形成循环流动，最终达到炉外真空精炼和脱气、脱杂的目的。
实施例2带机械搅拌器的改良的循环式钢液真空炼精方法及装置此方法和装置适合于上升管内径为600毫米以上的RH装置。采用现有的RH钢液真空处理装置，按如图3所示的设计进行改造；在真空室1上盖安置一台调速电机，并接上一根垂直插入上升管2中的旋转轴7，轴上固定有两个叶轮8。
叶轮是可拆卸的，由轮座9和叶片10装配而成，如图5所示。本发明的机械式搅拌器备有三种叶轮。(1)如图5a所示的三根叶片的叶轮，叶片平面与轮座母线平行，即安装角为0°；(2)图5b所示的四根叶片的叶轮，其叶片安装角为30°，即叶片平面同轮座母线成30°的夹角；(3)5d所示的五根叶片的叶轮，其叶片安装角为60°。
当需要对300吨钢包中的钢液进行真空脱气处理时，上升管和下降管的直径为700毫米。先将真空室压在钢包5上，开动真空泵抽真空，当真空室室内压强达到1托时，钢液开始通过上升管进入真空室内，再通过下降管3流回钢包，形成循环流动。此时一面通过喷气嘴4向钢液中吹入氩气，一面启动调速电机带动旋转轴和叶轮转动。叶轮的叶片的安装角如图5所示，可在0～60°范围内调节。当叶轮在电机驱动下旋转时便可以搅拌上升管中的钢液，使其在上升的过程中产生涡旋。实践证明这样的装置不仅延长了上升管的寿命，而且提高去除钢液中夹杂物的效率。
实施例3带复合搅拌器的改良的循环式钢液真空炼精方法及装置按图4的设计方案改造RH钢液真空处理装置，在真空室1盖上安装调速电机，并接上一根垂直向下插入上升管2中的旋转轴7，轴上固定两个叶轮8，每个叶轮的轮座9上安有五根叶片10，如图5c所示，叶片的安装角为45°角。上升管外则另安装一台0.1特的水冷电磁绕组。
当对180吨的钢包进行真空精炼时，设计上升管和下降管内径为600毫米。将真空室压到钢包5上，开动真空泵抽真空，当真空室压强降至1托时，钢液开始在上升管和下降管3中形成循环流动，此时开始用喷气嘴向钢液中吹氩，同时接通水冷电磁绕组电源，建立0.1特的旋转电磁场和启动调速电机驱动两个叶轮旋转。很快使上升管中的钢液产生涡旋运动。
钢液一方面在真空室与钢包中循环流动，而另一方面还在作涡旋运动。经过25分钟真空精炼之后，不仅使钢液中的H2、O2和N2等气体杂质得以有效去除，而且脱C和脱杂的效果也明显改善，钢材质量得以显著提高。
还可以举出更多的实施例来，这些实施例的共同特点就是对上升管中的钢液施加外力，使其在向上流动的同时又作旋转运动。对钢液施加外力的装置就是钢液搅拌器，其具体设计方案除了上述三种之处，还可以有其它的方案，所有的这些具体的方案均应当视为本发明的技术方案的等同物或等同手段的替代，它们也均在本发明所请求的保护范围之内。
权利要求
1.一种改良的循环式钢液真空精炼方法，它将钢包中钢液通过上升管吸入真空室并吹入氩气，再经下降管流回钢包，通过钢液在钢包与真空室之间的循环流动进行精炼，其特征在于对上升管中的钢液施加外力，使钢液在向上流动的同时又作旋转运动。
2.一种实施按权利要求1所述的改良的循环式钢液真空精炼方法的装置，它包括真空室、上升管、下降管、喷气嘴，其特征在于另安有与上升管相配合使钢液产生旋流的钢液搅拌器。
3.按权利要求2所述的改良的循环式钢液真空精炼装置，其特征在于所说的钢液搅拌器是安装在上升管外的由水冷电磁绕组构成的电磁搅拌器。
4.按权利要求2所述的改良的循环式钢液真空精炼装置，其特征在于所说的钢液搅拌器是安装在上升管内由一根用电机驱动的旋转轴和固定在旋转轴上的至少一个叶轮组成的机械搅拌器。
5.按权利要求2所述的改良的循环式钢液真空精炼装置，其特征在于所说的钢液搅拌器是由安装在上升管外的水冷电磁绕组与上升管内由一根用电机驱动的旋转轴和固定在旋转轴上的至少一个叶轮组合而成的机械——电磁复合搅拌器。
6.按权利要求4或5所述的改良的循环式钢液真空精炼装置，其特征在于所说的叶轮至少安装有三个以上的叶片。
7.按权利要求6所述的改良的循环式钢液真空精炼装置，其特征在于所说的叶片，其安装角为0～60°。
全文摘要
本发明提出了一种改良的循环式钢液真空精炼方法，它将钢包中的钢液通过上升管吸入真空室并吹入氩气，再经下降管流回钢包，通过钢液在钢包与真空室之间的循环流动进行精炼，其特征在于对上升管中的钢液施加外力，使钢液在向上流动的同时又作旋转运动。本发明还提出了一种实施上述方法的循环式钢液真空精炼装置，它包括真空室、上升管、下降管、吹气嘴，其特征在于另安有与上升管相配合使钢液产生旋流的钢液搅拌器。搅拌器可以有电磁式、机械式和机械——电磁复合式多种结构。它们使钢液在上升管中产生涡旋流动，从而起到更好的脱气、脱杂作用，增大钢液的循环流量，其结果显著地提高了精炼后钢材的性能指标。
文档编号C21C7/072GK1718759SQ20051004693
公开日2006年1月11日 申请日期2005年7月27日 优先权日2005年7月27日
发明者李宝宽, 齐凤升 申请人:东北大学