一种单嘴三孔真空精炼炉及其使用方法与流程

本发明涉及冶金行业中用于炼钢钢水炉外精炼领域的真空脱气装置，具体涉及一种单嘴三孔真空精炼炉及其使用方法。

背景技术：

在炉外精炼领域，钢水真空精炼设备主要有RH、、单嘴精炼炉、VD等装置。RH是指整体式或分体式的真空室，在处理钢液时，所有冶金反应都是在真空室内进行，RH的底部为两个相同大小的圆形浸渍管，分别为上升管和下降管，上部连接热弯管，热弯管与抽真空系统连接，各部分组合成为一套真空精炼装置。其工作原理是通过上升管吹气口吹入氩气，同时在抽真空的作用下，驱动钢包内的钢液通过上升管进入真空室内，然后钢液再由真空室通过下降管回到钢包内，完成一次钢液的循环。

RH精炼的限制性环节在于钢液的循环流动和混合，无论钢液成分和温度均匀化，还是脱气、脱碳、脱硫等精炼反应的速度与效果，都与之有关，循环流量越大，钢水在钢包中的混匀时间越短，脱气脱碳时脱硫间越短。所以，循环流量是反映RH装置处理效率的指标之一。

对于确定吨位和直径的钢包，提高RH循环流量的途径有：

1)增大浸渍管上升管内径；

2)增大提升气流量；

3)增大上升管提升气吹气口处静压力；

4)减少真空室内压力。

由于钢液的精炼效率会受到循环流量的影响，循环流量越大越好。根据生产和实践证明，但现有采用RH法的真空循环脱气精炼装置的钢液循环流量却存在一个上限值，依然存在以下不足之处：

1)提升气流量超过其在上升管内钢液中的饱和值时，循环流量不再增加，反而减小。

2)浸渍管上升管和下降管均需插入钢包内，且二者直径相等，浸渍管直径受钢包直径限制。

3)上升管提升气吹气口处静压力由于浸渍管插入深度限制有个上限值。

4)RH真空室内的真空度已经达到100Pa以下，一般能达到50Pa，能够满足脱气要求，而继续降低真空度则需更换更大抽气能力的真空泵和要更多的能源，得不偿失。

5)现有RH真空循环脱气精炼装置无法有效解决提升气流量过小或分布不均时钢包内死区的问题。

针对以上问题，受DH和RH的启发，近些年来不断有公开的专利对其进行改进，将DH的单管和RH的上下流双管的方法结合的“单嘴精炼炉”。对于单嘴精炼炉来说，是将采用RH法的真空循环脱气精炼装置内上升管和下降管合并成一个单独的圆筒形或椭圆筒浸渍管。单嘴精炼炉是通过钢包底部透气砖吹入氩气。或如专利(申请号201510409388.5)所述在单管浸渍管一周同时设置多层的提升气吹气口吹入氩气驱动钢水，其中每层吹气口设置有控制阀门。或如专利(申请号201320187158.5)所述一侧带提升气吹气口且横截面为椭圆筒形的单嘴浸渍管可由其一侧提升气吹气口吹入的氩气。或如专利(申请号201210302397.0)所述钢包底吹透气砖加上近似圆形横截面的单嘴精炼炉浸渍管周向设置多层的提升气吹气口共同吹入氩气驱动，其中同层提升气吹气口2～6个为一组独立控制；通过氩气的上浮对钢液进行搅拌，同时驱动钢包内的钢液向上运动，并实现钢液在钢包、浸渍管及真空室之间的循环。

单嘴精炼炉与采用RH法的真空循环脱气精炼装置相比，结构更加简单。带有钢包底吹时氩气气泡的做功行程更大，钢液的循环流量更大，钢液循环过程中的温降小，脱气率更高。但单嘴精炼炉浸渍管内上升钢液流场和下降钢液流场还会相互干扰，降低循环效率，同时钢液循环流量受钢包底部透气砖的透气状况制约，一旦底部透气砖透气性变差或堵塞就会导致钢液循环量大幅降低，甚至钢水无法进行循环流动。专利(申请号201420179382.4)所述一种带中间挡墙将单嘴浸渍管一分为二和钢包底吹驱动钢水的单嘴精炼炉。专利(申请号201220713193.1)所述一种中间带内部挡墙将单嘴浸渍管一分为二，同时浸渍管一侧带提升气吹气口驱动钢水的单嘴精炼炉，

以上几种专利均不同程度对单嘴精炼炉有一定的改进，一定程度减少了上升钢液和下降钢液的干扰。单嘴浸渍管一侧或一周都带有提升气吹气口时能一定程度上有所缓解钢包底吹气流量过低时循环流动不畅的问题，但是无法根本解决钢水在真空室和浸渍管内上升钢液和下降钢液的干扰问题。现有提升气控制都是同层的多个出气口为一组的集中控制，一旦出现该组内某些出气口堵塞的情况，只能重新调节增大该组同层的其他出气口流量，无法做到在浸渍管轴向相邻的出气口间联动调节流量。其弊端在于当浸渍管其它提升气出气口轴向的上升钢水内所含的吹入的提升气达到饱和时再增加调节用的提升气流量将无不能够再增加该处的钢水循环流量以弥补堵塞出气口处的循环流量下降量，也就是说在某些出气口堵塞时这种出气口联动调节的设置模式不能够保持钢水总循环流量不下降。同时由于单嘴浸渍管中的中间内部挡墙设置位置和结构并不合理，上升管和下降管内的钢液流速基本相同，钢液流场也比较接近，上升钢液和下降钢液的之间的干扰还是比较大，循环效率还不够高。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种单嘴三孔真空精炼炉及其使用方法，以解决现有技术存在的问题。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种单嘴三孔真空精炼炉，包括单嘴三孔浸渍管、真空室和钢包，所述单嘴三孔浸渍管为圆筒型或椭圆筒形，内部的挡墙为T形或者Y形结构，将单嘴三孔浸渍管分隔形成两个面积相同的上升孔和一个下降孔，两个上升孔的截面面积之和大于等于下降孔的截面面积，两上升孔的下部、钢包包底分别设有若干吹气口、配套吹气装置及调节阀，所述真空室与单嘴三孔浸渍管上部相连，并在单嘴三孔浸渍管内部挡墙上方对应砌有耐材作为真空室底挡墙，。

进一步，设置在两上升孔的下部的吹气口为提升气出气口，所述提升气吹气口沿上升孔的轴向设置为1～2层，各层提升气吹气口位于上升孔各层的同一横截面上，每一层提升气吹气口至少包括2个吹气口，同一层相邻两吹气口之间的间隔距离为0.2m～0.4m。

进一步，所述提升气吹气口上层与下层的提升气吹气口错落布置，上下层相邻每2～6个吹气口为一组与一个调节阀相连并可独立调节流量。

进一步，所述真空室底挡墙高度为0.2m～0.8m。

进一步，所述钢包底部吹气口有3个，2个吹气口分别处于两个上升孔在钢包底部投影的中心，1个吹气口处于下降孔在钢包底部投影的中心，每个吹气口与一个调节阀相连并可独立调节流量。

一种单嘴三孔真空精炼炉的使用方法，在真空精炼期间，所述单嘴三孔浸渍管位于真空室的下端并在真空处理时插入钢包内钢水中，采用单嘴三孔浸渍管的上升孔吹气和钢包底部吹气复合吹气模式驱动钢水循环和混合。

进一步，真空精炼期间浸渍管上升孔的吹气口和上升孔下方钢包包底的吹气口吹气同时或分别吹气体驱动钢水上升循环。

进一步，所述上升孔每一组吹气口在保持设定该组总流量时该组每个吹气口的流量根据该组每个出气口堵塞程度不同自动分配流量。

进一步，所述上升孔吹气口在保持设定总流量时根据某组吹气口小于预定该组总流量的流量自动分配到其它组。

进一步，真空精炼期间下降孔下方的钢包包底的吹气口全程弱吹氩气搅拌钢水。

本发明的有益效果在于：

1)能够适用于50T及以上容量的小钢包和大钢包，在保持现有单嘴精炼炉的主体设备尺寸不变的条件下，增大了每个上升孔(管)的当量直径，可增大循环流量，同时相对于单上升孔(管)增加了一个上升孔驱动钢水循环，相对于单上升孔(管)可增加一倍的循环流量。

2)在保持上升孔内的吹入气体饱和度不变的情况下可增加设置于上升孔处的提升气吹气口数量，相应的增加总提升气流量，进而增大循环流量。

3)上下层相邻每2～6个吹气口为一组与一个调节阀相连并可独立调节流量，在上升孔内的部分吹气口因堵塞时可以在浸渍管轴向相邻的出气口间联动调节，保持该组出气口总流量不变且该处钢水所含吹入提升气不至于超过饱和而导致该处的循环流量下降，可保持总循环流量不变。

4)上升孔内的吹气口和上升孔下方钢包包底的吹气口可同时或分别吹气驱动钢水循环。同时吹气驱动时可进一步增大循环流量；因上升孔吹气口堵塞总吹气流量过小时配合上升孔下方的钢包包底吹气口调大底吹流量辅助驱动钢水循环，避免因上升孔总吹气流量过小造成循环不良导致浸渍管报废，可延长浸渍管的使用寿命。

5)由于上升孔水平截面积大于等于下降孔，下降孔出口处的钢液流速大于等于上升孔处的钢液流速，钢液能够以较快的速度冲向钢包底部，减少和上升孔下部周围的钢液相互干扰，有利于钢液在钢包中的循环流动和混合均匀，减少钢包中循环死区。

6)下降孔下方的吹气装置采用小流量弱吹氩气搅拌钢水，可促进下降孔流出的超大流量钢水与底吹氩气在钢包中下部进行撞击，使下降孔下方的吹入的小流量底吹氩气被打散成细小的气泡并分散开来与钢水充分接触增大反应面积，促进钢水的脱气等冶金反应但又不影响钢水在钢包内主要的循环流场。

7)由浸渍管三块内部挡墙形成T形或Y形的挡墙结构对浸渍管内部挡墙及真空室底部挡墙的中心部位形成了相互支撑，有效的提高了挡墙中心部位的支撑强度，避免挡墙中心部位变形下垮坍塌，延长了浸渍管寿命。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为本发明单嘴三孔真空精炼炉的结构示意图；

图2为图1的A-A截面图。

图1中：1-真空室，2-单嘴三孔浸渍管，3-钢包，4-下降孔钢包包底吹气口，5-上升孔钢包包底吹气口，6-真空室与下料系统接口，7-真空室与真空系统及顶枪系统接口。

图2中：9、10-上升孔，11-浸渍管下降孔，4-下降孔钢包包底吹气口，5-上升孔钢包包底吹气口，8-提升气吹气口，α-单嘴三孔浸渍管下降孔的两块内部挡墙的夹角。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

如图1和图2所示，本实施例一种单嘴三孔真空精炼炉，包括单嘴三孔浸渍管2、真空室1和钢包3，所述单嘴三孔浸渍管2位于真空室1的下端并设置在钢包内，单嘴三孔浸渍管2的顶部与真空室1的底部焊接连接固定。真空室1与真空系统及下料系统、顶枪系统相连，真空系统对真空室1进行抽真空以使真空室内达到钢水精炼所需真空度。钢包的中心线和真空室中心线重合，单嘴三孔浸渍管的外墙与所述钢包内壁之间的距离为0.2m。6为真空室与下料系统接口，7为真空室与真空系统及顶枪系统接口。

真空室1内部由耐火砖组成，外部为钢板制成的圆筒形外壳，内径与单嘴三孔浸渍管2内径相同，真空室1下部设有耐火砖砌成的三块高度为0.5m.内部挡墙，形成与上升孔9、上升孔10和下降孔11形状相同的圆筒形单嘴式三孔结构，以此形成和浸渍管的上升孔和下降孔的相通的空间。所述单嘴三孔浸渍管2为圆筒型或椭圆筒形，内部的挡墙为T形或者Y形结构，将单嘴三孔浸渍管2分隔形成两个面积相同的上升孔9、10和一个下降孔11。两个上升孔的截面面积之和与下降孔的截面面积之比为2，下降孔两块内部挡墙夹角α为120°，上升孔的下部设有若干提升气吹气口8。根据三孔浸渍管的尺寸和安装方向更改了钢包底吹出气口的位置以利于和提升气吹气口的配合吹气驱动钢水循环，在下降孔中心正下方钢包包底设有下降孔钢包包底吹气口4，两个上升孔中心正下方钢包包底设有两个上升孔钢包包底吹气口5，在生产时每个底吹出气口的流量均根据提升气吹气口的流量及钢水循环情况单独调节。

作为本实施例的进一步改进，单嘴三孔浸渍管高度为0.9m。提升气吹气口沿上升孔的轴向设置为2层，各层提升气吹气口位于上升孔的各层同一横截面上，同层相邻两提升气吹气口之间的间隔为0.25m～0.35m不等，上下层横截面距离为0.15m。上层与下层的提升气吹气口错落布置，总共设有36个提升气吹气口，上下层相邻6个出气口为一个控制阀控制，其中上层3个下层3个。

在钢水真空精炼时，真空室的下端的单嘴三孔浸渍管插入钢包内钢水中，采用单嘴三孔浸渍管的上升孔出气口和钢包包底出气口同时吹气模式。上升孔吹气总流量144Nm³/h，上升孔正下方的两个钢包包底吹气口总流量24Nm³/h，强吹氩气驱动钢水循环；下降孔正下方的钢包包底吹气口吹气流量为6Nm³/h，为弱吹氩气搅拌钢水。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。