專利名稱：多功能復(fù)吹單嘴精煉爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型為煉鋼精煉設(shè)備目前我國(guó)需要大量汽車和家用電器用薄板鋼，大量超低碳不銹鋼，高速車輪鋼。同時(shí)軸承鋼的質(zhì)量也有待進(jìn)一步提高。但現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外所用的爐外精煉設(shè)備還存在一系列不足之處。
就IF鋼而言，國(guó)內(nèi)外多用RH裝置精煉，其不足之處是(1)吸嘴內(nèi)徑小，不僅鋼水環(huán)流量小，限制了精煉能力的提高，而且由于鋼水流速大，對(duì)吸嘴耐火材料沖刷嚴(yán)重，致使吸嘴壽命大為降低。
(2)氬氣泡上升路程較短，對(duì)鋼水的精煉距離也較短，從而同樣限制精煉能力的提高。
(3)真空室內(nèi)經(jīng)常有鋼渣結(jié)瘤生成，不僅會(huì)造成后期鋼水的增碳，而且也會(huì)影響產(chǎn)量，造成真空室耐火材料壽命降低。
(4)無(wú)加熱功能，不能控制鋼水溫度，從而不易協(xié)調(diào)成分與溫度的關(guān)系。
以上各點(diǎn)招致用RH生產(chǎn)[C]＜10ppm以下的IF鋼相當(dāng)困難。
就不銹鋼而言，一般采用VOD和AOD生產(chǎn)。VOD的不足之處是(1)吹煉過程鋼、渣噴濺嚴(yán)重，因此需在盛鋼桶上部留出1m以上的自由空間和控制開吹碳含量為0.2-0.7％，結(jié)果使鋼產(chǎn)量減少，使初煉爐的任務(wù)加重，并限制廉價(jià)高碳鉻鐵的使用量。
(2)盛鋼桶耐火材料壽命低，造成鋼的成本增加。
使用AOD的不足之處是(1)煉超低碳不銹鋼的能力有限，使生產(chǎn)品種擴(kuò)大受到限制。
(2)氬氣耗量大，爐襯壽命短，因而引起鋼的成本增加。
由于以上各點(diǎn)，生產(chǎn)不銹鋼的方法仍然需要作進(jìn)一步的改進(jìn)。
就高速車輪鋼和軸承鋼而言，多用LF和VD爐生產(chǎn)，其主要問題在于(1)加熱鋼水時(shí)需要采用埋弧渣，而在埋弧渣下進(jìn)行真空精煉(脫氧、去氣)時(shí)，埋弧渣會(huì)從盛鋼桶溢出，造成清理真空罐時(shí)，勞動(dòng)條件極為惡劣。
(2)LF爐鋼水面始終有渣，對(duì)去除鋼中氣體極為不利。
因此，生產(chǎn)高速車輪鋼和軸承鋼的方法也需要作進(jìn)一步的改進(jìn)。
以上就是提出多功能復(fù)吹單嘴精煉爐的具體條件，本設(shè)備的特點(diǎn)是(1)改兩個(gè)小吸嘴為一個(gè)大吸嘴，吸嘴斷面大，鋼水環(huán)流量大，鋼水流速較小，對(duì)吸嘴的沖刷力也較弱，因此吸嘴壽命長(zhǎng)。
(2)改從上升管上部吹氬為經(jīng)由盛鋼桶底部透氣磚偏心吹氬，氬氣泡在鋼水中上升的路程長(zhǎng)，鋼水精煉距離長(zhǎng)，可以較長(zhǎng)的精煉距離換取較短的精煉時(shí)間。
(3)大環(huán)流量的鋼水在真空室內(nèi)循環(huán)，由于本身帶有大量熱能，且備有氧-燃燒嘴等加熱，不會(huì)在真空室壁上造成鋼、渣結(jié)瘤，從而避免后期鋼水增碳，并可提高耐火材料壽命。
由于以上三方面，用本設(shè)備生產(chǎn)[C]＜10ppm的IF鋼和不同品種的超低碳不銹鋼是有保證的。
(4)吸嘴插入鋼水時(shí)，可以用倒錐體的鐵皮帽將鋼水面的爐渣檔于吸嘴外的環(huán)形鋼水面上，既可為吸嘴內(nèi)部鋼水脫除[H］、[N]、[O]創(chuàng)造良好條件，又可利用熱渣防止吸嘴外鋼水散失熱量，并消除溢所造成的惡劣勞動(dòng)條件。
(5)本設(shè)備有充足的真空容積，且鋼水(和爐渣)處于真空室內(nèi)部，不論鋼渣如何噴濺，都不會(huì)溢出盛鋼桶外邊，所以不會(huì)造成鋼產(chǎn)量減少的問題。
(6)本設(shè)備由于吸嘴內(nèi)徑在1m以上，進(jìn)行噴補(bǔ)極為方便，從而也可為提高耐火材料壽命創(chuàng)造有利條件。
(7)本設(shè)備有加熱功能，真空精煉與加熱可以同步進(jìn)行，既可節(jié)省精煉時(shí)間，又能為控制吹煉終點(diǎn)(成分與溫度)創(chuàng)造有利條件。
本實(shí)用新型的目的是用于進(jìn)行鋼液真空處理和真空精煉?？蛇M(jìn)行真空脫碳、脫氧、脫硫，去除鋼中氫、氮等氣體和非金屬夾雜物，生產(chǎn)高潔凈度的優(yōu)質(zhì)鋼和合金。經(jīng)過真空精煉的優(yōu)質(zhì)鋼可達(dá)到如下潔凈度水平IF鋼[C]＜10ppm，[N]=20～45ppm；不銹鋼[C]=100～300ppm，鉻的回收率=93～96％；高速車輪鋼和軸承鋼TO＜10ppm，[H]＜1.5ppm。
本實(shí)用新型可達(dá)到(1)消除RH吸嘴內(nèi)徑小、氬氣泡上升路程短和真空室存在鋼、渣結(jié)瘤、無(wú)加熱功能等缺點(diǎn)；(2)消除VOD吹煉過程中鋼、渣噴濺嚴(yán)重和桶襯壽命短的缺點(diǎn)以及AOD難于煉超低碳不銹鋼和氬氣耗量大、爐襯壽命低的缺點(diǎn)；(3)消除LF和VD爐埋弧渣外溢和去氣能力差的缺點(diǎn)并綜合真空、攪拌、加熱、爐渣精煉、噴粉和喂線等多種功能于一臺(tái)設(shè)備，同時(shí)采用頂、底、側(cè)三個(gè)方向復(fù)合吹氣以達(dá)到提高脫碳速度，使終點(diǎn)碳＜10ppm，增強(qiáng)去氣效率，使[H]＜1.5ppm，[N]=20～45PPm，經(jīng)濟(jì)、有效、高質(zhì)量地?zé)挸鯥F鋼，超低碳不銹鋼，高速車輪鋼，并進(jìn)一步提高軸承鋼等多種鋼的質(zhì)量。
本實(shí)用新型多功能復(fù)吹單嘴精煉爐的技術(shù)方案，包括盛鋼桶、桶底吹氬裝置、真空室、真空抽氣系統(tǒng)、輔助機(jī)械裝置。真空室包括吸嘴、爐膛與上真空室。真空室頂部裝有頂吹氧槍，爐膛側(cè)壁下部裝有側(cè)吹噴嘴，側(cè)壁上部設(shè)有加熱裝置。鄰近真空室的工作平臺(tái)上備有噴粉和喂線裝置。
本實(shí)用新型真空室的爐膛內(nèi)徑與吸嘴內(nèi)徑之比為1.0～1.5∶1，吸嘴為內(nèi)襯耐火材料的一個(gè)圓筒，用以插入鋼液進(jìn)行精煉。其內(nèi)徑可根據(jù)盛鋼桶容量和操作方便與否來(lái)確定。
本實(shí)用新型頂部氧槍為馬赫數(shù)＞2.5的拉瓦爾噴頭，氧槍采用水冷裝置。
本實(shí)用新型側(cè)吹噴嘴為套管式結(jié)構(gòu)，中心為噴嘴，外包三層套管的氣體冷卻器，端頭封閉，第一和第三層為排氣管，第二層為進(jìn)氣管。冷卻氣體為氮?dú)狻⒍趸細(xì)怏w、水汽或壓縮空氣。
本實(shí)用新型其加熱裝置包括氧-燃燒嘴，等離子加熱裝置和感應(yīng)加熱裝置。氧-燃燒嘴置于爐膛側(cè)壁上部，其燃料可為天然氣、發(fā)生爐煤氣或柴油，按照真空室內(nèi)鋼水量為盛鋼桶容量的1/4-1/3，其加熱功率為2-30MW。
本實(shí)用新型其等離子加熱裝置，按照真空室內(nèi)鋼水量，其加熱功率為100-250千瓦/噸。
本實(shí)用新型在一個(gè)精煉爐上同時(shí)配置頂吹氧槍、側(cè)吹噴嘴(氬或氧)和盛鋼桶底部偏心透氣磚(吹氬)的復(fù)合吹煉形式。
本實(shí)用新型盛鋼桶容量為50-380噸，真空室高度為7-11m，吸嘴內(nèi)徑為1.0-3.2m，爐膛內(nèi)徑為1.0-4.8m，真空室內(nèi)鋼水量為12-130噸，鋼水升溫速度為2-5℃/分，精煉時(shí)間為15-45分鐘，加熱功率為2-30MW，設(shè)等離子發(fā)生器1-9支。
本實(shí)用新型真空室頂部設(shè)一支超音速氧槍，爐膛側(cè)下部裝噴嘴1-3支，爐膛側(cè)上部設(shè)氧-燃燒嘴1-4支。噴粉和喂線裝置設(shè)在靠近單嘴精煉爐的合適平臺(tái)上。
本實(shí)用新型單嘴精煉爐可以精煉的鋼種甚多，下面僅以目前最需要的IF鋼、不銹鋼、高速車輪鋼和軸承鋼為例以說明其精煉工藝。
(1)IF鋼1)真空吹氬工藝[6]先用鐵水預(yù)處理的辦法將鐵水中的磷和硫脫到100ppm以下，再用轉(zhuǎn)爐將鋼中碳脫到200-300ppm，氮脫到20-25ppm。此時(shí)鋼中氧含量為400-500ppm。進(jìn)而在真空單嘴精煉爐中采用盛鋼桶底部偏心吹氬的方法將鋼水碳含量脫到10ppm以下(最低3ppm)，[H]＜1.5ppm，[N]＜42ppm，T[O]＜40ppm。如鋼水溫度低，可采用頂吹氧、側(cè)面氧-燃燒嘴、等離子槍等升溫。吹煉終點(diǎn)通過質(zhì)譜儀、氧濃差電池等手段控制。于精煉結(jié)束前3-5分鐘向鋼水中加適量鈦、鈮和鋁合金。鈦的加入量按下式計(jì)算(1)式中A-鈦的回收率，K1-鈦與氧的化合常量，K2-鈦與硫的化合常量。
單嘴精煉爐的處理時(shí)間約為15-45分鐘。氬氣耗量為0.01-0.15Nm3/噸鋼。
2)真空吹氧-氬工藝在吹氧的條件下，轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)碳可以控制的高一些，如500-550ppm。與前節(jié)一樣，先用鐵水預(yù)處理的辦法將鐵水中的磷和硫脫到100ppm以下，再用轉(zhuǎn)爐將鋼中碳脫到500-550ppm，氮脫到20-25ppm。進(jìn)而在真空單嘴精煉爐中采用盛鋼桶底部偏心吹氬和頂吹氧的方法將鋼水碳含量脫到10ppm以下(最低3ppm)。原則上當(dāng)碳小于200ppm時(shí)，即可停止吹氧。如遇碳含量=20-30ppm時(shí)，脫碳速度極慢，則可采用側(cè)吹氬的辦法來(lái)加強(qiáng)。如鋼水溫度低，可采用側(cè)面氧-燃燒嘴、等離子槍等加熱鋼水。吹煉終點(diǎn)通過質(zhì)譜儀、氧濃差電池等手段控制。于精煉結(jié)束前3-5分鐘向鋼水中加適量鈦、鈮和鋁合金。單嘴精煉爐的處理時(shí)間約為15-45分鐘。氬氣耗量為0.01-0.15Nm3/噸鋼。
(2)不銹鋼煉不銹鋼時(shí)單嘴精煉爐可與轉(zhuǎn)爐雙聯(lián)，也可與電弧爐雙聯(lián)。
不論用什麼方法，進(jìn)入單嘴精煉爐前，初煉鋼水的硫、磷含量均應(yīng)低于100ppm。鋼水開吹碳含量因精煉與連鑄或鑄錠的協(xié)調(diào)關(guān)系高的可達(dá)0.6-0.7％，低的為0.05-0.1％，當(dāng)然前者精煉時(shí)間較長(zhǎng)，后者精煉時(shí)間較短。鉻、鎳含量均應(yīng)進(jìn)入規(guī)格中下限。鋼水脫碳可通過頂槍、側(cè)槍吹氧和盛鋼桶底部偏心吹氬的復(fù)合吹煉方式進(jìn)行。吹煉終點(diǎn)通過質(zhì)譜儀、氧濃差電池等手段控制。如要補(bǔ)加不銹返回鋼，還可用氧-燃燒嘴或等離子槍加速熔化和升溫。到達(dá)終點(diǎn)后，調(diào)整鋼水成分并加鋁結(jié)束精煉。
(3)軸承鋼軸承鋼脫氧可用兩種方法進(jìn)行1)加鋁進(jìn)行沉淀脫氧并進(jìn)行弱攪拌及2)真空碳脫氧與沉淀脫氧相結(jié)合并進(jìn)行弱攪拌。
進(jìn)入單嘴精煉爐前，初煉鋼水磷含量應(yīng)低于100ppm。弱攪拌則依靠在盛鋼桶底部偏心吹氬來(lái)進(jìn)行。
(4)高速車輪鋼此類鋼可采用與軸承鋼相同的方法進(jìn)行精煉，只是由于其對(duì)氣體含量要求甚嚴(yán)，所以在進(jìn)行單嘴爐真空精煉時(shí)，要使用盡可能高的真空度和較大的吹氬量。
本實(shí)用新型單嘴精煉爐進(jìn)行精煉前，先用氧-燃燒嘴烘烤爐膛、吸嘴和上真空室，使?fàn)t膛和吸嘴耐火材料表面溫度達(dá)到1200℃以上。并將真空系統(tǒng)予抽到要求的真空度，然后將倒錐體鐵皮檔渣帽帶在吸嘴下面，再將盛有初煉鋼水的盛鋼桶運(yùn)至單嘴精煉爐下面，用液壓機(jī)頂升盛鋼桶到吸嘴插入鋼水約300mm，由于真空的作用，造成大氣與真空室間的壓差，鋼水會(huì)上升到吸嘴內(nèi)一定高度，進(jìn)而開啟氬氣從盛鋼桶底部偏心吹入鋼液，這樣根據(jù)氣泡泵原理，吹入氬氣的一邊鋼水較輕，便會(huì)上浮到真空室內(nèi)部，未吹氬氣的一邊鋼水較重，便會(huì)下沉到盛鋼桶底部，如此周而復(fù)始，形成鋼水循環(huán)，達(dá)到脫碳、去氣、脫氧、去除夾雜等目的，直到精煉結(jié)束為止。
本實(shí)用新型的
附圖1為多功能復(fù)吹單嘴精煉爐爐的系統(tǒng)縱剖面原理圖。
本實(shí)用新型設(shè)兩個(gè)工位，一個(gè)進(jìn)行精煉，另一個(gè)進(jìn)行砌耐火材料等修理操作。
本實(shí)用新型多功能復(fù)吹單嘴精煉裝置如附圖1所示。1-真空抽氣系統(tǒng)，2-加料系統(tǒng)，3-上真空室，4-爐膛，5-吸嘴，6-頂吹氧槍，7-側(cè)吹噴嘴，8-氧-燃燒嘴，9-等離子加熱裝置，10-感應(yīng)線圈，11-盛鋼桶，12-噴粉罐，13-喂線機(jī)，14-吹氬透氣磚，15-盛鋼桶車。
本實(shí)用新型單嘴精煉爐容量為50噸，其六級(jí)蒸汽噴射泵66Pa下的抽氣能力為300-380kg/h。真空室高度為8m，吸嘴高度為1.5m，吸嘴內(nèi)徑為1m，爐膛內(nèi)徑為1.3m，高度為1.5m，上真空室直徑為1.0m，高度為5m。采用頂吹氧槍，馬赫數(shù)Ma＞2.5～3.0；在爐膛下部側(cè)面設(shè)有側(cè)吹噴嘴，既可以噴吹氧氣，又可以噴吹氬氣；在相當(dāng)于吸嘴內(nèi)徑1/2的盛鋼桶底部裝有透氣磚2個(gè)，用以進(jìn)行偏心吹氬，氬耗量約為0.01-0.15Nm3/噸。沿爐膛上部側(cè)面設(shè)有4支總功率為1.6-4.0MW的等離子加熱裝置。在靠近真空室的最低一層平臺(tái)上設(shè)有噴粉和喂線裝置。
權(quán)利要求1.一種多功能復(fù)吹單嘴精煉爐，包括盛鋼桶、桶底吹氬裝置、真空室、真空抽氣系統(tǒng)、輔助機(jī)械裝置，其特征在于真空室包括吸嘴、爐膛與上真空室，真空室頂部裝有頂吹氧槍，爐膛側(cè)壁下部裝有側(cè)吹噴嘴，側(cè)壁上部設(shè)有加熱裝置，鄰近真空室的工作平臺(tái)上備有噴粉和喂線裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述單嘴精煉爐，其特征在于真空室的爐膛內(nèi)徑與吸嘴內(nèi)徑之比為1.0～1.5∶1，吸嘴為內(nèi)襯耐火材料的一個(gè)圓筒，用以插入鋼液進(jìn)行精煉。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述單嘴精煉爐，其特征在于頂部氧槍為馬赫數(shù)＞2.5的拉瓦爾噴頭，氧槍采用水冷裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述單嘴精煉爐，其特征在于側(cè)吹噴嘴為套管式結(jié)構(gòu)，中心為嘴，外包三層套管的氣體冷卻器，端頭封閉，第一和第三層為排氣管，第二層為進(jìn)氣管。冷卻氣體為氮?dú)?、二氧化碳?xì)怏w、水汽或壓縮空氣。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述單嘴精煉爐，其特征在于其加熱裝置包括氧一燃燒嘴，等離子加熱裝置和感應(yīng)加熱裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、5所述單嘴精煉爐，其特征在于氧一燃燒嘴置于爐膛側(cè)壁上部，其燃料可為天然氣、發(fā)生爐煤氣或柴油，按照真空室內(nèi)鋼水量為盛鋼桶容量的1/4-1/3，確定其加熱功率為2-30MW。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述單嘴精煉爐，其特征在于等離子加熱裝置，按照真空室內(nèi)鋼水量，其加熱功率為100-300千瓦/噸。
8.根據(jù)權(quán)利要求1、3、4所述單嘴精煉爐，其特征在于在一個(gè)精煉爐上同時(shí)配置頂吹氧槍、側(cè)吹(氬或氧)噴嘴和盛鋼桶底部偏心(吹氬)透氣磚的復(fù)合吹煉形式。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述單嘴精煉爐，其特征在于盛鋼桶容量為50-380噸，真空室高度為7-11m，吸嘴內(nèi)徑為1.0-3.2m，爐膛內(nèi)徑為1.0-4.8m，真空室內(nèi)鋼水量為12-130噸，鋼水升溫速度為2-5℃/分，精煉時(shí)間為15-30分鐘，加熱功率為2-30MW，設(shè)等離子發(fā)生器1-9支。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述單嘴精煉爐，其特征在于真空室頂部設(shè)一支超音速氧槍，爐膛側(cè)下部裝噴嘴1-3支，爐膛側(cè)上部設(shè)氧-燃燒嘴1-4支，噴粉和喂線裝置設(shè)在靠近單嘴精煉爐的合適平臺(tái)上。
專利摘要本實(shí)用新型為鋼水精煉設(shè)備,其作用在消除RH吸嘴內(nèi)徑小、真空室內(nèi)有鋼渣結(jié)瘤、無(wú)加熱功能等缺點(diǎn);消除VOD吹煉過程中鋼、渣噴濺嚴(yán)重和桶襯壽命短的缺點(diǎn)以及LF/VD爐埋弧渣外溢和去氣能力差的缺點(diǎn)。本設(shè)備下部有大吸嘴,真空室頂部設(shè)氧槍一支,爐膛側(cè)上部設(shè)氧－燃燒嘴等加熱裝置,爐膛側(cè)下部設(shè)噴嘴,盛鋼桶底部偏心裝有透氣磚吹氬,并備有噴粉和喂線裝置。用本設(shè)備可以生產(chǎn)(C)<10ppm的IF鋼、各種超低碳不銹鋼及(H)<1.5ppm的高速車輪鋼等。
文檔編號(hào)C21C7/00GK2432219SQ0023585
公開日2001年5月30日 申請(qǐng)日期2000年6月9日 優(yōu)先權(quán)日2000年6月9日
發(fā)明者張鑒, 成國(guó)光, 王平, 范光前, 楊念祖, 佟福生 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)