一种电炉喷吹惰性气体的装置及其使用方法与流程

本发明涉及电炉炼钢
技术领域：
，尤其涉及一种电炉喷吹惰性气体的装置及其使用方法。
背景技术：
：在电炉冶炼中通常采用炉门氧枪对熔池进行供氧和搅拌，随着大量造渣料的加入，仅靠炉门氧枪的搅拌能力不足以保证吹炼期间熔池的活跃度。专利申请号为cn200910010485.1，发明名称为电炉底吹定向多孔式透气砖本体及其制造方法，公开了电炉底吹的方法，能够解决电炉熔池搅拌能力不足的问题，但在应用上存在的问题较多，主要表现在：(1)由此存在电炉偏心底，出钢后一部分钢渣留在电炉内，底吹元件容易堵塞，恢复处理困难，寿命低，难于炉衬寿命同步；(2)由于冶炼过程中底吹控制不好，易产生漏钢的事故，影响了电炉的正常生产。以上的问题限制了电炉底吹惰性气体方法的应用，因此，寻求一种新的装置及方法实现电炉高效、安全、长寿命的喷吹惰性气体是非常重要的。技术实现要素：鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种电炉喷吹惰性气体的装置及其使用方法，用以解决现有技术中底吹元件容易堵塞、流量通道单一、气体流量不可控的问题。本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：一种电炉喷吹惰性气体的装置，所述电炉内部砌筑有炉衬砖，所述喷吹惰性气体的装置包括n个供气元件，n≥1；所述n个供气元件分别嵌入式的安装在n个炉衬砖内，并与所述炉衬砖紧密贴合；所述n个供气元件的一端均与所述电炉内部相通，为所述电炉侧面喷吹惰性气体，所述n个供气元件的另一端均与外部供气装置相连。本发明电炉喷吹惰性气体的装置更适用于高效电炉的气体流量控制模式及高效电炉的冶炼工艺，提高气体搅拌效率。进一步的，所述喷吹惰性气体的装置喷吹惰性气体的方向与所述电炉熔池平面的夹角范围是-30°～+30°。本发明将喷吹夹角设置为-30°～+30°，如此控制角度是保证气体以不同的方向吹入熔池，以保证喷吹的效果；同时能够保证喷吹的气体按不同的角度对熔池进行搅拌，去除搅拌的死角，提高气体搅拌的效率。进一步的，所述供气元件喷吹位置距离所述电炉炉底最低点为0.3～1.0m。本发明将供气元件的喷吹位置设置在距离电炉炉底最低点0.3～1.0m，能够对熔池进行搅拌，实现全程供惰性气体，同时防止吹入气体进入熔池，并且对炉衬的冲击小。进一步的，所述供气元件包括气室、进气管和供气管，所述进气管与所述气室相连，所述气室与所述供气管相连，惰性气体依次通过所述进气管、气室和供气管进入电炉内。本发明供气单元使用进气管、气室和供气管，能够保证供气比较平稳，不易外漏。进一步的，所述供气元件为套管或拉瓦尔管。本发明选择拉瓦管能够保证喷吹气体保持超音速，提高气体的喷吹速度，较强搅拌效果。进一步的，所述供气元件的马赫数范围是1～2.5。本发明选择1～2.5的马赫数，能够加强搅拌效果。进一步的，所述惰性气体包括氮气和氩气，每支供气元件的流量范围为0～100nl/min。本发明选择流量范围为0～100nl/min的能够保证供气的流量具有一定的搅拌能力，进而提高搅拌效果。进一步的，所述喷吹惰性气体装置的位置与炉门氧枪的位置交叉。本发明喷吹装置与炉门交叉能够确保搅拌不在一个位置，促进熔池的搅拌效果。进一步的，所述供气元件的个数为1～10个。本发明供气元件选择1～10个能够提高熔池搅拌效果。进一步的，所述供气元件的个数大于等于电炉炉门氧枪个数。本发明供气元件的个数大于等于电炉炉门氧枪个数是为了提高熔池的搅拌效果。一种采用所述装置喷吹惰性气体的方法，所述电炉喷吹惰性气体装置喷吹惰性气体的流量强度与炉门氧枪的氧气流量强度相配合，当吹氧强度大于3.0～4.0nm3/t·min时，侧吹惰性气体强度控制在0.02～0.04nm3/t·min；当吹氧强度小于3.0nm3/t·min时，侧吹惰性气体强度控制在0.04～0.08nm3/t·min。本发明中电炉喷吹惰性气体装置喷吹惰性气体的流量强度与炉门氧枪的氧气流量强度是通过操作室中氧气流量、惰性气体流量的流量表的显示进行确定。本发明使用方法能够保证电炉吹炼过程中始终保持熔池的搅拌能力，避免仅用炉门氧枪的熔池搅拌的死角，促进钢水中碳、氧、磷的平衡，实现降低电炉冶炼原料和合金消耗的目的。本发明有益效果如下：(1)与转炉(或aod)侧吹方式相比，本发明的喷吹惰性气体装置更适用于高效电炉的冶炼工艺；由于电炉的炉身高度比转炉的低，熔池深度比转炉的浅，电炉炉身插入炉门氧枪及燃烧的管道，而转炉炉身没有安装任何设备，因此，在电炉炉体上设计侧吹装置比转炉要困难多；(2)与转炉(或aod)侧吹元件设计方式相比，本发明的喷吹惰性气体装置更适用于高效电炉的气体流量控制模式；本发明装置流量通道多，具有可分配的气体流量调节功能，气体流量可控，流量调节范围大，适合电炉气体流量的控制和调节；(3)本发明电炉喷吹惰性气体装置的气体喷吹方向是水平、向下或向上的，与炉门氧枪的氧气气流交叉，弥补了炉门氧枪搅拌熔池的不足。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的特征和优点从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。附图说明附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。图1为本发明实施例1水平式的电炉喷吹惰性气体的装置布置方式主视图；图2为本发明实施例1水平式的电炉喷吹惰性气体的装置的布置方式俯视图；图3为本发明实施例1炉衬砖内嵌入带有气室的3个钢管的供气装置示意图；图4为本发明实施例2水平式的电炉喷吹惰性气体的装置的布置方式主视图；图5为本发明实施例2水平式的电炉喷吹惰性气体的装置的布置方式俯视图；图6为本发明实施例2炉衬砖内嵌入不带有气室的3个钢管的供气装置示意图；图7为本发明实施例3水平式的电炉喷吹惰性气体的装置的布置方式主视图；图8为本发明实施例3水平式的电炉喷吹惰性气体的装置的布置方式俯视图；图9本发明实施例3炉衬砖内嵌入拉瓦管形式的供气元件示意图。图中，1-炉衬，2-炉衬砖，3-供气元件，4-进气管，5-气室，6-出气管，7-拉瓦尔喷嘴，8-喷管。具体实施方式下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。在50t电炉中设计了三种喷吹惰性气体的装置，以获得更好的电炉搅拌效果。本发明喷吹惰性气体的装置安装在炉衬上，喷吹惰性气体的装置包括炉衬砖和供气元件，供气元件嵌入到炉衬砖中，供气元件有入口和出口，出口在电炉内，入口是连接在法兰盘上，法兰盘焊接在炉壳上，其中，法兰盘上接有通气的金属软管，为供气元件提供气源。装有供气元件的炉衬砖与正常砌筑的炉衬砖的尺寸是一样的，炉衬的砌筑是扇形砌筑，砌筑砖长600mm，大头部分尺寸100mm×120mm，小头部分100mm×120mm。具有的实施方法如下：实施例1本实施例针对50t电炉，采用的喷吹惰性气体的装置的布置方式如图1、2所示，利用惰性气体通过布置在距炉底最低点0.5m的侧吹的供气元件，与炉门氧枪的位置交叉，其喷吹方向为水平，与熔池平面的夹角为0°；本实施例喷吹惰性气体的装置由4个炉衬砖和4个供气元件组成，供气元件嵌入到炉衬砖中，供气元件以与熔池水平的方式砌筑在电炉炉衬壁上，每个供气元件是由进气管、气室和出气管组成，其中进气管1个，出气管3个，进气管与气室连接，气室与出气管连接。本实施例供气元件有4个，分别安装于4个炉衬砖中，同时，惰性气体装置分别均匀布置在电极的四周，每侧2个。每个供气元件是由进气管、气室和出气管组成，具体见图3，其中进气管1个，出气管3个，进气管与气室连接，气室与出气管连接，进气管的直径为2mm，出气管直径为1mm，气室的尺寸为20mm×20mm×40mm，气室的体积是16cm3。具体的连接方式是一根进气管与气室连接，出气管分出三个，进入到电炉内。喷吹惰性气体装置的使用方法是在电炉冶炼过程中，采用氮气、氩气作为底吹搅拌气源，吹气流量如表1所示。本实施例中惰性气体的喷吹过程与氧气喷吹流量具有配合关系，当吹氧强度大于3.0-4.0nm3/t·min时，侧吹惰性气体强度控制在0.02-0.04nm3/t·min；当吹氧强度小于3.0nm3/t·min时，侧吹惰性气体强度控制在0.04-0.08nm3/t·min。表1电炉侧吹控制模式/nl/min工艺阶段一期二期三期精炼期出钢1-3炉40404040404-10炉12012012012012010-50炉160160160160160>50炉200200200200200工艺时间/min4040404040底吹气各类氮气氮气氮气氩气氩气信号来源计时计时计时计时炉壁枪停氧使用本实施例的供气装置和供气方法，可保证吹炼终点的碳氧积控制在0.0030以内。实施例2本实施例针对50t电炉，采用的喷吹惰性气体的装置在电炉中的布置方式如图4、5所示，本实施例喷吹惰性气体的装置，利用惰性气体通过布置在距炉底最低点0.5m的侧吹的供气元件，与炉门氧枪的位置交叉，其喷吹方向为与熔池平面的夹角α为10°，惰性气体装置由6个炉衬砖和6个供气元件组成，供气元件嵌入到炉衬砖中，供气元件以与熔池成10度的方式砌筑在电炉炉衬壁上，每个供气元件由3个两层的钢管组成，气体在两个钢管间的环缝中通过。本实施例中的供气元件有6个，分别嵌入到6个炉衬砖中，同时，惰性气体装置分别均匀布置在电极的四周，每侧3个。炉衬砖内嵌入不带气室的3个钢管的供气元件，见图6，每个供气元件是由3个两层的钢管组成，惰性气体在两个钢管间的环缝中通过；本实施例供气元件的外层钢管直径为2mm，内层钢管直径为1mm，钢管的长度为650mm。喷吹惰性气体装置的使用方法是在电炉冶炼过程中，采用氮气、氩气作为底吹搅拌气源，吹气流量如表2所示。表2电炉侧吹控制模式/nl/min工艺阶段一期二期三期精炼期出钢1-3炉60606060604-10炉18018018018018010-50炉240240240240240>50炉300300300300300工艺时间/min6060606060底吹气各类氮气氮气氮气氩气氩气信号来源计时计时计时计时炉壁枪停氧本实施例中惰性气体的喷吹过程与氧气喷吹流量具有配合关系，当吹氧强度大于3.0-4.0nm3/t·min时，侧吹惰性气体强度控制在0.02-0.04nm3/t·min；当吹氧强度小于3.0nm3/t·min时，侧吹惰性气体强度控制在0.04-0.08nm3/t·min。使用本实施例的供气装置和供气方法，可保证吹炼终点的碳氧积控制在0.0028以内。实施例3本实施例针对50t电炉，采用的喷吹惰性气体的装置的布置方式如图7、8所示，利用惰性气体通过布置在距炉底最低点0.5m的侧吹的供气元件，与炉门氧枪的位置交叉，其喷吹方向与熔池平面的夹角为-10°，惰性气体装置由8个炉衬砖和8个供气元件组成，供气元件嵌入到炉衬砖中，供气元件以与熔池成-10度的方式砌筑在电炉炉衬壁上，每个供气元件是拉瓦管形式的元件组成。供气元件有8个，分别安装在8个炉衬砖中，同时，8个炉衬砖分别均匀布置在电极的四周，每侧4个。炉衬砖内嵌入具有先收缩后扩张的拉瓦管形式的供气元件，见图9。本实施例中每个供气元件都是拉瓦管形式的，长度为650mm，收缩段长度为8mm，喉口直径为3mm，出口直径为8mm，扩张度长度为20mm。喷吹惰性气体装置的使用方法是在电炉冶炼过程中，采用氮气、氩气作为底吹搅拌气源，吹气流量如表3所示。表3电炉侧吹控制模式/nl/min工艺阶段一期二期三期精炼期出钢1-3炉80808080804-10炉24024024024024010-50炉320320320320320>50炉400400400400400工艺时间/min8080808080底吹气各类氮气氮气氮气氩气氩气信号来源计时计时计时计时炉壁枪停氧本实施例中惰性气体的喷吹过程与氧气喷吹流量具有配合关系，当吹氧强度大于3.0-4.0nm3/t·min时，侧吹惰性气体强度控制在0.02-0.04nm3/t·min；当吹氧强度小于3.0nm3/t·min时，侧吹惰性气体强度控制在0.04-0.08nm3/t·min。使用本实施例的供气装置和供气方法，可保证吹炼终点的碳氧积控制在0.0025以内。综上所述，本发明提供了一种电炉喷吹惰性气体的装置及其使用方法，本发明装置流量通道多，具有可分配的气体流量调节功能，气体流量可控，流量调节范围大，适合电炉气体流量的控制和调节；同时，电炉喷吹惰性气体装置的气体喷吹方向是水平、向下或向上的，与炉门氧枪的氧气气流交叉，弥补了炉门氧枪搅拌熔池的不足。以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本
技术领域：
的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。当前第1页12