一种单嘴精炼炉的三孔浸渍管的制作方法

本发明属于冶金行业中用于炼钢炉外精炼的真空脱气装置领域，涉及一种单嘴精炼炉的三孔浸渍管。

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出气口吹入氩气，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。关于循环流量的计算公式有很多，考虑到浸渍管上升管直径、提升气压力流量和真空室内压力驱动钢水循环的影响，故选用最常用的Kuwabara等人提出的公式进行循环流量计算：

Q＝11.4×G^1/3×D^4/3×[ln(p₁/p₂)]^1/3；

其中：G为供气流量(单位：NL/min)；

D为浸渍管上升管直径或当量直径(单位：m，当量直径是当上升管横截面非圆形但接近圆形时通过截面积和圆的面积计算公式计算而来)；

P₁为上升管提升气出气口处静压力(单位：Pa)；

P₂为真空室内压力(单位：Pa)。

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，由该公式可知，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)增大上升管提升气出气口处静压力；

4)减少真空室内压力。

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)上升管提升气出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201320187158.5)所述一侧带提升气出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出气口吹入的氩气，或如专利(申请号201210302397.0)所述钢包底吹透气砖加上单嘴精炼炉周向设置的提升气出气口共同吹入氩气；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，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。

根据专利(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出气口的单嘴精炼炉，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。但是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，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，同时中间内部挡墙水平长度较长，其中心部位承受挡墙自重及钢液冲击力较大，有变形坍塌导致单嘴浸渍管寿命偏短的风险。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种单嘴精炼炉的三孔浸渍管，该浸渍管能够在基于现有的钢包和真空室的尺寸和真空泵的条件下增加上升管数量和增加上升管当量直径以增大循环流量，减少上升钢液和下降钢液的干扰，提高精炼效能，并可增强内部挡墙中心部位的支撑强度，延长浸渍管的寿命，降低耐材成本。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种单嘴精炼炉的三孔浸渍管，包括管状外墙和内部挡墙，所述内部挡墙为T形或者Y形结构，将管状外墙分隔形成两个面积相同的上升孔和一个下降孔，所述上升孔上设有若干提升气出气口。

进一步，所述管状外墙由内至外依次由耐火砖、填缝砂、内胆和浇筑耐材组成，所述内部挡墙由内胆和内胆两侧的填缝砂及耐火砖组成。

进一步，所述管状外墙的内胆的外圆周壁上及低部设有用于挂浇注耐材的锚固钉。

进一步，两个上升孔的截面面积之和与下降孔的截面面积之比为1～2。

进一步，各提升气出气口沿上升孔的轴向设置为1～2层，各层提升气出气口位于上升孔的各层同一横截面上。

进一步，每一层至少包括2个提升气出气口，上层与下层的提升气出气口错落布置。

进一步，每一层的提升气出气口，沿圆周方向相邻两提升气出气口之间的间隔为0.2m～0.4m。

进一步，所述三孔浸渍管的高度为0.7m～1.2m。

进一步，所述管状外墙为圆筒形或椭圆筒形。

本发明的有益效果在于：

1)能够在保持现有单嘴精炼炉的主体设备尺寸不变的条件下，增大了每个上升孔的当量直径，增大了循环流量，同时相对于单上升孔增加了一个上升孔驱动钢水循环，相对于单上升孔增加了一倍的循环流量。

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出气口数量，相应的增加总提升气流量，进而增大循环流量。

3)由于下降孔水平截面积小于等于上升孔，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，减少钢包循环死区。

4)由三块内部挡墙形成T形或Y形的挡墙结构对内部挡墙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为本发明单嘴精炼炉的三孔浸渍管结构示意图，也为图3沿C-C截面图；

图2为图1沿A-A截面图；

图3为图1沿B-B截面图。

图中：1为上升孔Ⅰ，2为上升孔Ⅱ，3为下降孔，4为内胆，5为提升气出气口，6为浇注耐材，7为锚固钉，8为填缝砂，9为耐火砖，10为提升气管线，11为浸渍管内胆顶部法兰，12为真空室。

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。

本发明应用于150T的RH炉浸渍管及真空室的改造中，该RH的真空室和浸渍管同步进行改造，均改为圆筒形的单嘴式结构。具体结构如图1、图2和图3所示。该浸渍管为圆筒形单嘴式三孔结构，三面内部挡墙和外部弧形外墙共同形成上升孔Ⅰ1，上升孔Ⅱ2、下降孔3，上升孔Ⅰ1和上升孔Ⅱ2内壁周围均设有一层提升气出气口5，提升气出气口5与提升气管线10联通。管状外墙的内胆4外周壁上和底部设有锚固钉7，挂在内胆外壁的浇注耐材6，内胆4内侧的耐火材料中有耐火砖9，内胆4和耐火砖9中的缝隙中有填缝砂8。浸渍管内胆顶部设置有法兰11，用于与真空室12底部焊接连接固定。为与本实例单嘴三孔浸渍管相配合，真空室12内部由耐火砖组成，外部为钢板制成的圆筒形外壳，真空室12下部设有耐火砖砌成的三块内部挡墙，形成与上升孔Ⅰ1、上升孔Ⅱ2和下降孔3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。其中三孔浸渍管的各相关参数为：浸渍管内径取1.8m，弧形外墙厚度为0.275m，内部挡墙厚0.39m，三块内部挡墙形成互为120°的Y形结构，提升气出口设有1层，距浸渍管下部0.5m，两个上升孔内共设有18个提升气出气口，提升气流量为2000NL/min，真空室内压力100Pa。

可应用于150T钢包尺寸的本案例三孔浸渍管和原普通RH双管浸渍管、中间带挡墙的单嘴浸渍管的循环流量如下表1所示。

表1三孔浸渍管和普通RH双管浸渍管、中间带挡墙的单嘴浸渍管对比

如表1所示，在吹气量同为2000NL/min，真空室内压力同为100Pa时，本实例三孔浸渍管的钢水循环流量可达412t/min,与原普通的双管浸渍管的钢水循环流量123t/min相比，其钢水循环流量提高了235％，与中间带挡墙的单嘴浸渍管的钢水循环流量307t/min相比，其循环流量增加了35％。由于循环流量的大幅增加，钢水在钢包中的混匀时间由3.7min(普通RH双管浸渍管)或1.5min(中间带挡墙的单嘴浸渍管)减少到1.1min，同时可相应缩短脱碳脱气所需的真空时间，也就是说应用了本实例三孔浸渍管单嘴精炼炉的真空冶炼处理效率有了大幅度提升。

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。