一种钢包侧吹透气砖布置方式及其供气方法

本发明属于冶金领域的精炼环节，通过改变原有底吹氩气的透气砖布置方式，在钢包底部侧面横向布置透气砖，通过侧吹氩气供气方式，来实现生产高质量钢产品的目的，对应的设计了符合钢包侧壁透气砖横向布置的透气砖座砖以及区别于当下常用的大气量、高压强的供气系统。

背景技术：

1、随着我国科学技术水平的发展，各行各业对钢产品的性能提出了更高水平的要求，在当下节能减排低碳冶金的大背景下，高效率低能耗的生产高品质钢产品显得尤为重要。钢包精炼技术是众多炉外精炼技术的一种，因其具备电弧加热和底部氩气搅拌装置，可以实现升温、脱氧、脱硫以及合金化等复杂功能，在行业内得到迅速推广。底部氩气搅拌装置可以很好的促进钢包内钢水流动，加快钢包内部钢液传热传质，促进一系列化学反应的进行，和反应产物的上浮去除，但当下的底吹氩气钢包供气装置，布置在钢包底部中央位置或偏心位置，多以一个透气砖为主，氩气流在浮力的作用下垂直向上运动，进而带动钢液产生纵向的流动，因此活跃流场能力有限，并且受制于现场氩气站气压低，不能提供较大的气量，搅拌能力低，并且气量集中一个透气砖易产生液面喷溅。因此本发明从钢包氩气搅拌位置和透气装置入手，提出一种新型的透气砖布置方案和供气方式，为解决底吹氩气钢包搅拌能力不足等缺陷提供了新思路。

技术实现思路

1、本发明提出一种钢包侧吹透气砖布置方式及其供气方法，通过在钢包底部的侧面横向布置透气砖，使钢液在氩气横向初速度和浮力的作用下产生横向螺旋流动，最大限度的活跃钢包内流场，加快传热传质，并促进钢液内反应产物碰撞聚合上浮排除。需要说明的是钢包底部的横向透气砖座砖是镶嵌在钢包内壁，被永久层浇注料和碳砖包裹着，永久层紧贴钢包壳，其内为碳砖层，钢包内部永久层和碳砖层的砌筑方法与现有的底吹钢包砌筑类似，所用材料也一样。

2、为达到上述目的，本发明采用技术方案如下：

3、一种钢包侧吹透气砖布置方式，包括在钢包底部横向放置侧吹透气砖，所述侧吹透气砖在钢包底部均匀排布，透气砖插入座砖内，座砖被砌筑在钢包内壁的永久层和碳砖层内，透气砖的插入角度、数量是根据数值模拟计算和水模型实验得出的。

4、优选地，侧吹透气砖的长度是根据钢包外壳形状尺寸、钢包内部永久层厚度以及透气砖布置的角度确定的，保证透气砖外部露出钢包壳50mm，使用金属盖通过螺栓把透气砖压紧在钢包壳内。

5、优选地，侧吹透气砖座砖是圆环形的，弧度根据钢包内壁以及永久层厚度和最内侧碳砖的弧度确定的，其厚度和长度l根据侧吹透气砖插入位置和角度确定的，透气砖在座砖竖直方向居中，另外保证透气砖插入后插入口边缘距离座砖边缘安全距离不小于m，m通常取150mm。

6、优选地，座砖的插入孔是圆台状的，入口大，出口小，和透气砖的形状一致，透气砖插入到一定位置后无法向前插入，透气砖的另一端通过金属盖板用螺丝固定在钢包壳上。

7、本发明还提供了一种钢包供气方法，其采用所述的钢包侧吹透气砖布置方式，包括以下步骤：

8、步骤1：根据钢包外形尺寸建立数值模拟研究，设置10-15组的不同透气砖布置方案，包括透气砖的竖直方向上高度、数量、吹气角度，比对不同模拟方案下钢包流场的平均速度、速度低的区域分布位置、大小，进而确定最佳的透气砖布置条件，并通过建立对应的水模型实验进行验证；

9、步骤2：根据侧吹透气砖的插入角度、已知的钢包内部永久层厚度和最内侧碳砖厚度确定透气砖的长度；

10、步骤3：设计制造圆环形的透气砖座砖，环形座砖的内外边缘弧度与永久层和内部碳砖保持一致，其厚度和长度根据侧吹透气砖插入位置确定的，保证透气砖座砖碳砖和永久层浇注料紧密贴合在一起，透气砖厚度略大于碳砖厚度，便于永久层浇注料和座砖连接结实，保证透气砖插入后插入口边缘距离座砖边缘安全距离不小于m，m通常取150mm。

11、步骤4：完成改造钢包的砌筑；

12、步骤5：通过汇流排，使多个气瓶串联一起，气瓶与汇流排通过快插拔插头连接，汇流排出口通过高压软管与透气砖进气口连接，汇流排总阀门控制调节气量，标准态流量计实时显示流量大小，安装生产需求确定串联气瓶数量；

13、本发明的上述技术方案的有益效果如下：

14、本发明提供了一种钢包侧吹透气砖布置方式及其供气方法，有别与传统的钢包底吹系统，通过在钢包底部侧面布置的透气元件，使钢液在氩气的作用下向斜上方运动，进而在整个钢包内产生横向和纵向的复合螺旋流动，对一些保留原来底吹系统的钢包来说可以采用侧吹+底吹的复合吹氩搅拌，最大限度的活跃钢包内的流场。相比于传统底吹钢包，布置侧吹透气砖的钢包精炼过程中，可明显促进钢水中夹杂物上浮去除，钢中总氧含量显著降低，促进钢包内的化学反应和合金化混匀时间，加快生产节奏，提高生产效率，降低生产成本。

技术特征：

1.一种钢包侧吹透气砖布置方式，其特征在于，包括在钢包底部横向放置侧吹透气砖，所述侧吹透气砖在钢包底部均匀排布，透气砖插入座砖内，座砖被砌筑在钢包内壁的永久层和碳砖层内。

2.根据权利要求1所述的钢包侧吹透气砖布置方式，其特征在于，透气砖外部露出钢包壳50mm，使用金属盖通过螺栓把透气砖压紧在钢包壳内。

3.根据权利要求2所述的钢包侧吹透气砖布置方式，其特征在于，侧吹透气砖座砖是圆环形的，透气砖在座砖竖直方向居中，透气砖插入后插入口边缘距离座砖边缘安全距离不小于m，m通常取150mm。

4.根据权利要求3所述的钢包侧吹透气砖布置方式，其特征在于，座砖的插入孔是圆台状的，入口大，出口小，和透气砖的形状一致，透气砖插入到一定位置后无法向前插入，透气砖的另一端通过金属盖板用螺丝固定在钢包壳上。

5.一种钢包供气方法，其特征在于，采用权利要求1至4任一项所述的钢包侧吹透气砖布置方式，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的钢包供气方法，其特征在于，钢包底部的侧面横向布置的侧吹透气砖布置方案、供气气量大小是根据数值模拟软件计算，比对不同模拟条件下钢包流场的平均速度、速度低的区域分布位置、大小，进而确定最佳的透气砖布置模拟条件，并通过建立对应的水模型实验进行验证。

7.根据权利要求5所述的钢包供气方法，其特征在于，供气系统是借助汇流装置实现多气瓶串联，供气压力可达到10mpa以上，有别于现场2-3mpa，可根据吹气时间的长短，调整串联气瓶的数量。

技术总结
本发明公开一种钢包侧吹透气砖布置方式,包括在钢包底部横向放置侧吹透气砖，所述侧吹透气砖在钢包底部均匀排布，透气砖插入座砖内，座砖被砌筑在钢包内壁的永久层和碳砖层内。本发明还公开了采用上述布置方式的钢包供气方法，其目的是使钢液在侧吹透气砖内氩气搅拌下，在氩气羽流的作用下，带动钢液在透气砖吹气口处向斜上方运动，进而在整个钢包内产生横向和纵向的复合螺旋流动。侧吹透气砖复合螺旋流动可以高效的加快钢液内的传质传热，缩短冶炼时间，提高钢水中非金属夹杂物间的碰撞概率和上浮去除比例，本发明提供方法能够提高钢产品质量、缩短精炼周期，提高企业的生产效率，降低生产成本。

技术研发人员：张炯明,刘华阳,尹延斌
受保护的技术使用者：北京科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/7