浸入式喷气坝钢包装置及提高RH钢水循环量的方法与流程

本发明属于钢水rh精炼炉精炼的应用领域，特别是涉及一种浸入式喷气坝钢包装置及提高钢水循环量的方法，浸入式喷气坝钢包为高温钢水的rh精炼处理提供了一种提高循环流量的新方法。

背景技术：

在现代炼钢工艺流程中，rh真空处理设备也己经成为生产优质洁净钢，尤其是超低碳钢不可或缺的关键设备之一。1957年世界上第一台工业生产用rh真空脱气设备由德国鲁尔钢(ruhrstahl)公司和赫拉乌斯(heraeus)公司共同设计，1959年，在德国蒂森公司恒尼西钢厂建成投产并确立为rh法。

通过增大循环流量提高rh生产效率是国内外冶金学者关注的焦点。已有研究表明，增大吹氩量可提高循环流量，且存在一个饱和值，当超过该值时，循环流量反而减少。改动浸渍管参数也是提高循环流量的一个有效途径，增大浸渍管内径、采用椭圆横截面浸渍管、采用“三根上升管加一根下降管”的结构等；在上升管或者下降管施加旋转磁场或行波磁场也能增大循环流量。然而，已有生产现场基于考虑设备成本与维护等，并不希望改变上升管和下降管的结构，也不希望增加电磁设备，因此，在不改变现有rh装置结构的前提下提高rh循环流量是生产现场关注的重点问题。

萧泽强等认为吹入气体对液体搅拌做功可以分为四个方面:①膨胀功，即气体在喷嘴附近由于温度升高引起体积膨胀所作的功;②浮力功，即气泡在上浮过程中因浮力和膨胀做功;③动力功，即喷吹时气体流股的动能做功;④静压力功，即气体喷吹时残余静压力使气体膨胀作功。他还指出气泡在上浮过程中所作的功是引起熔池搅拌与混合的主要部分，气体动能很大一部分消耗在喷口处。

日本钢铁厂在rh喷吹粉体和气体方面提出了rh-injection法和rh-pb法。rh-injection法将喷枪通过钢包上部，直接斜插入钢液中与钢液接触，喷口在rh上升管下部进行喷吹粉体操作，作为消耗品的喷枪，价格高，但使用寿命不长，导致精炼处理工艺的成本增加；喷枪使用时，下降有可能触碰凸包，引起巨大震动，严重影响钢水处理计划和生产调度；喷枪行程一定，但钢水液面高度变化较大，使得喷枪浸入或太深或太浅，影响操作的稳定性，不利于生产；喷枪剥落或断裂进入钢液将严重影响钢液质量；如遇停电等事故，不但喷枪可能损坏，整包钢水也有可能报废。rh-pb法是在真空室侧部设置粉末喷吹构件，向rh本体内的钢液中喷吹，虽然克服了喷枪直接插入钢液的缺点，但喷嘴离液面近，容易引发喷溅，而且喷粉冶金效率低。

朱苗勇等人在专利申请“一种rh真空精炼底吹喷粉装置201210012782.1”中提出在钢包底部距钢包中心0～0.9被半径距离，设置1或2个底吹喷粉构件，进行底吹喷粉操作，增强了搅拌效果和改善钢质量。吝章国等人在专利申请“一种提升rh真空循环脱碳速率的控制方法201210300209.0”中提出了钢包底部设有透气砖，透气砖位置正对rh上升管在钢包底部投影中心，提高了搅拌速度和钢水的脱碳效率。耿钿桥等人采用数值模拟方法考察了直径3m的钢包底吹位置对侧底复吹rh装置内流体流动及循环流量的影响，结果表明在钢包底吹条件下，当底吹位置和钢包中心连线与浸渍管中心连线夹角一定时，随着底吹位置至钢包中心距离的增大，循环流量先增大后减小；当底吹位置至钢包中心距离一定时，循环流量随夹角的增大而减小；与现有rh吹氩方式相比，当采用侧底复吹且钢包底吹气量保持在200l/min时，循环流量可提高25%以上；当关闭上升管侧吹且仅采取钢包底吹时，与现有rh吹氩方式相比，循环流量可提高60%～100%。

钢包底部设置透气构件吹气搅拌钢液，装置简单，但由于钢包较深，气泡在钢液中行程长，上浮过程中随着循环流，左右摆动较大，至上升管入口时，有很大一部分气泡无法进入上升管，而从上升管外侧继续上浮，冲出钢包渣面，造成渣钢界面翻动，易引起卷渣，且携带大量热能散失，本发明通过浸入式喷气坝有效解决了气泡上浮路径长的问题，提高了钢液循环量。

技术实现要素：

为了解决现有技术的诸多不足，本发明的第一个目的是提供一种浸入式喷气坝钢包装置，第二个目的是提供一种利用浸入式喷气坝钢包装置提高rh精炼炉循环流量的新方法，本发明的装置和方法尤其适用于现有钢铁厂精炼工艺的改进。

本发明采用以下技术方案：

一种浸入式喷气坝钢包装置，包括rh精炼炉本体、位于rh精炼炉本体底部的钢包，rh精炼炉本体的上升管和下降管的底部分别插入钢包内，钢包底部设有浸入式喷气坝，浸入式喷气坝一侧设有弧形凹槽，弧形凹槽上端部顶面装有第一喷嘴，凹槽槽内自上而下装有第二喷嘴、第三喷嘴、第四喷嘴、第五喷嘴、第六喷嘴，喷气坝开有若干个导流孔，喷气坝与钢包组成浸入式喷气坝钢包装置。

作为优选方案，所述浸入式喷气坝垂直钢包截面，与rh精炼炉本体上升管和下降管中轴线构成的平面处于同一个平面。

作为优选方案，所述浸入式喷气坝的顶面距钢包底部的高度为1/3～2/3。

作为优选方案，在浸入式喷气坝的中下部设置三排三列导流孔。

作为优选方案，所述的导流孔孔径相同，等间距设置。

作为优选方案，所述的第一喷嘴、第二喷嘴、第三喷嘴、第四喷嘴、第五喷嘴、第六喷嘴单个喷嘴喷气。

作为优选方案，所述的第一喷嘴、第二喷嘴、第三喷嘴、第四喷嘴、第五喷嘴、第六喷嘴任意组合构成多个喷嘴喷气。

一种利用浸入式喷气坝钢包提高rh钢水循环量的方法，具体方法为：

a.浸入式喷气坝钢包内的钢水通过rh精炼炉本体真空抽气系统作用，上升至rh精炼炉本体指定高度后开始精炼钢水；

b.位于钢包底部的浸入式喷气坝的喷嘴喷射气体，气体驱动钢液上升至上升管并进入rh精炼炉本体精炼钢水；

c.经过精炼的钢水通过下降管返回浸入式喷气坝钢包，继续参与精炼处理，钢水如此循环运动直至rh精炼炉本体精炼完毕；

d.钢水精炼后，气体进入上升管的收集率可达75%-90%，钢液循环量提升7%-15%。

作为优选方案，位于钢包底部的浸入式喷气坝的第一喷嘴与第三喷嘴组合喷射气体，气体驱动钢液上升至上升管并进入rh精炼炉本体，经过精炼的钢水通过rh精炼炉下降管返回浸入式喷气坝钢包，继续参与精炼处理。

作为优选方案，位于钢包底部浸入式喷气坝的第四喷嘴、第五喷嘴和第六组合喷射气体，气体高效驱动钢液上升至上升管并进入rh精炼炉本体，经过精炼的钢水通过下降管返回浸入式喷气坝钢包，继续参与精炼处理。

本发明的浸入式喷气坝结构简单，其显著效果是：可通过不同位置的喷嘴单独或组合喷气，来调节喷气源高度，使大部分气泡进入rh本体，高效促进钢液大流量循环流动，从而提高了钢水循环量及rh精炼炉的精炼效率。浸入式喷气坝凹槽的结构设置可顺应钢液流动路线和趋势，促进钢液上涌，加强了rh钢包内的搅拌；浸入式喷气坝上设置的导流孔可有效防止坝的两侧形成死区。为高温钢水的rh精炼处理提供了一种提高循环流量的新方法。

附图说明

图1为浸入式喷气坝钢包的rh精炼钢水过程剖面图。

图2为浸入式喷气坝立体图。

图中，1-rh精炼炉本体；2-下降管；3-精炼渣；4-钢包；5-钢水；6-侧吹管；7-上升管；8-浸入式喷气坝；9-导流孔；10-第一喷嘴；11-第二喷嘴；12-第三喷嘴；13-第四喷嘴；14-第五喷嘴；15-第六喷嘴；16-凹槽。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的保护范围。实施例中的条件可以根据具体条件做进一步的调整，本发明实施例的方法仅仅是用于说明本发明，而不是对本发明的限制，在本发明的构思前提下对本发明制备方法的简单改进都属于本发明要求保护的范围。

通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三、第四、第五、第六”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

实施例1

见图1，本实施例的rh精炼炉本体1下部设置钢包，rh精炼炉本体1的上升管7和下降管2插入钢包4内，其中上升管7的上部设置有侧吹管6，浸入式喷气坝8位于钢包4底部，垂直于钢包4截面，与rh精炼炉本体上升管7和下降管2中轴线构成的平面处于同一个平面。见图2，浸入式喷气坝8为“资料盒体”结构，其顶面距钢包底部的高度是钢包4高度的1/3，在浸入式喷气坝8的主面上设置多个导流孔9，本实施例设置三排三列多个导流孔9，多个导流孔9孔径相同，等间距设置位于浸入式喷气坝8的中下部。导流孔9的个数以及排列方式根据设计要求设定。浸入式喷气坝8的肩部也就是侧面是一弧形凹槽16，弧形凹槽16上端部顶面装有用来喷气的第一喷嘴10，凹槽16槽内自上而下装有第二喷嘴11、第三喷嘴12、第四喷嘴13、第五喷嘴14、第六喷嘴15。

钢包4与浸入式喷气坝8组成浸入式喷气坝钢包，利用浸入式喷气坝钢包精炼钢水的过程：浸入式喷气坝钢包内的钢水通过rh精炼炉真空抽气系统作用，上升至rh精炼炉本体指定高度后开始精炼钢水，钢包底部浸入式喷气坝的第一喷嘴和第三喷嘴组合喷射气体，气体高效驱动钢液上升至上升管并进入rh精炼炉本体，经过精炼的钢水通过下降管返回浸入式喷气坝钢包，继续参与精炼处理，钢水如此循环运动直至rh精炼炉精炼完毕。

采用本装置进行钢水精炼后，气体进入上升管的收集率可达90%，钢液循环量提升10%，搅拌效果良好。

实施例2

见图1，本实施例的rh精炼炉本体1下部设置钢包4，rh精炼炉本体1的上升管7和下降管2插入装有钢水5的钢包4内，其中上升管7的上部设置有侧吹管6，浸入式喷气坝8位于钢包4底部，垂直于钢包4截面，与rh精炼炉本体上升管和下降管中轴线构成的平面处于同一个平面。见图2，浸入式喷气坝9为“资料盒体”结构，其顶面距钢包4底部的高度是钢包高度的1/2，在浸入式喷气坝8的主面上设置多个导流孔9，本实施例导流孔9设置三排四列，位于浸入式喷气坝8的下部，多个导流孔孔径相同，导流孔9的个数以及排列方式根据设计要求设定。浸入式喷气坝的肩部也就是侧面是一弧形凹槽16，弧形凹槽16上端部顶面装有用来喷气的第一喷嘴10，凹槽槽内自上而下装有第二喷嘴11、第三喷嘴12、第四喷嘴13、第五喷嘴14、第六喷嘴15。

钢包4与浸入式喷气坝8组成浸入式喷气坝钢包，利用浸入式喷气坝钢包精炼钢水的过程：浸入式喷气坝钢包内的钢水通过rh真空抽气系统作用，上升至rh本体指定高度后开始精炼钢水，钢包底部浸入式喷气坝的第一喷嘴、第三喷嘴和第五喷嘴组合喷射气体，气体高效驱动钢液上升至上升管并进入rh本体，经过精炼的钢水通过下降管返回浸入式喷气坝钢包，继续参与精炼处理，钢水如此循环运动直至rh精炼完毕。

采用本装置进行钢水精炼后，气体进入上升管的收集率可达84%，钢液循环量提升15%，搅拌效果良好。

实施例3

见图1，本实施例的rh精炼炉本体1下部设置钢包，rh精炼炉本体的上升管7和下降管2插入钢包内，其中上升管7的上部设置有侧吹管6，浸入式喷气坝8位于钢包4底部，垂直于钢包4截面，与rh精炼炉本体上升管7和下降管2中轴线构成的平面处于同一个平面。见图2，浸入式喷气坝8为“资料盒体”结构，其顶面距钢包底部的高度是钢包高度的2/3，在浸入式喷气坝的主面上设置多个导流孔9，本实施例导流孔9设置三排三列，位于浸入式喷气坝的中部。多个导流孔9孔径相同，导流孔9的个数以及排列方式根据设计要求设定。浸入式喷气坝8的肩部也就是侧面是一弧形凹槽16，弧形凹槽16上端部顶面装有用来喷气的第一喷嘴10，凹槽槽内自上而下装有第二喷嘴11、第三喷嘴12、第四喷嘴13、第五喷嘴14、第六喷嘴15。

钢包与浸入式喷气坝组成浸入式喷气坝钢包，利用浸入式喷气坝钢包精炼钢水的过程：浸入式喷气坝钢包内的钢水通过rh真空抽气系统作用，上升至rh本体指定高度后开始精炼钢水，钢包底部浸入式喷气坝的第四喷嘴、第五喷嘴和第六组合喷射气体，气体高效驱动钢液上升至上升管并进入rh精炼炉本体，经过精炼的钢水通过下降管返回浸入式喷气坝钢包，继续参与精炼处理，钢水如此循环运动直至rh精炼完毕。

采用本装置进行钢水精炼后，气体进入上升管的收集率可达75%，钢液循环量提升7%，搅拌效果一般。

以上是对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。