CN101245405A - 钢液真空精炼***及方法 - Google Patents
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Abstract
一种钢液真空精炼***及方法，包括真空罐、抽真空***以及设置在真空罐和抽真空***之间的出气管道，真空罐包括真空罐体、设置在真空罐体顶部的真空罐盖、设置在真空罐体内的钢包、设置在真空罐顶部的氧气***以及真空罐体底部的氩气***，还包括至少一个真空机械泵组及设置在出气管道上的除杂和治理***。本发明解决了背景技术中能量消耗大、除杂效果差，污染环境的技术问题。本发明采用真空机械泵组，真空度控制好，钢液精炼效果好、节约了大量成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种钢液真空精炼***及方法，具体涉及一种冶金领域钢液真空精炼***及方法。
背景技术
在冶金炼钢领域，对钢液真空精炼都需要抽真空，目前抽真空采用的是蒸汽流真空泵的抽真空***。它是由锅炉燃烧产生水蒸汽，水蒸汽在管道喷射形成射流气体，射流气体经过真空罐体上口带出气体，完成抽真空。
蒸汽流真空泵的抽真空***一般包括真空罐体，钢包，真空罐盖，吹氧***，锅炉，射流泵组，吹氩***以及多级水池等部分组成。该***通过出气口后的气体是一种混合气体，这种混合气体包括水蒸气、一氧化碳、二氧化碳以及含有钢杂质的废气，故抽出气体需要除杂和治理，才能排放。目前对抽出气体的除杂和治理是采用多级水池除杂和治理，这种处理方式浪费和污染水资源且造成***体积庞大、复杂。
锅炉无论是燃烧原煤、煤气还是油料产生蒸汽都有大量的能量损耗，同时锅炉燃烧造成污染；此外，在真空罐体内的气体以一氧化碳和二氧化碳为主的混合气体，由于水分子载能有限，水分子的分子量为18，而真空罐体内的混合气体的分子量应当介于一氧化碳28和二氧化碳44之间，远大于水分子的分子量。因此靠水分子撞击带出气体的抽真空***效果非常差进而钢液精炼的效果非常差；冷却和除杂又增加了水池及水泵等设施，浪费了水资源和电能，也增加了钢液精炼的成本。
随着工业经济的不断发展，各类资源和能量消耗日益加大，为了保护和节约资源，实现经济可持续发展，国家对资源和能耗的合理利用提出了更高的要求。在现有真空技术应用中能耗和水资源浪费一直是困扰其应用的关键问题。蒸汽流真空泵的抽真空***存在蒸汽耗量大，是因为蒸汽流真空泵效率低下，同时水资源浪费严重，水池治理抽出气体的废气效果不好，造成环境污染。锅炉燃烧的废气排放，已经是城市化过程不允许的一种存在。
总结起来目前采用蒸汽抽真空***的钢液精炼***，存在以下缺点和不足：
1.能量消耗大。采用蒸汽流真空泵，所需水能及把水加热所需的热能巨大，而且水蒸汽气的能量利用率很低，能量消耗大。
2.体形复杂、庞大，占用空间大。除杂和治理抽出气体的多级水池以及锅炉等设备造成体形复杂、庞大，占用空间大。
3.除杂效果差，环境污染严重。利用多级水池除杂和治理，效果不明显，而且污染水资源，造成环境污染。
4.吹氧量大。水蒸汽气在管道喷流带出气体的效果不好，造成钢包口压力很难降低，需增大吹氧量，造成氧气资源浪费。
5.吹氧量无法有效控制。抽出气体中水蒸气占有大量比重，因此氧气量的测量无法准确完成，吹氧量无法有效控制。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种钢液精炼***及方法，其解决了背景技术中能量消耗大、除杂效果差，污染环境的技术问题。
本发明是用真空机械泵取代蒸汽流真空泵进行真空吹氧脱碳、脱气。因为真空机械泵可以准确控制工艺过程的真空度要求，达到自动化控制过程。
实现本发明上述目的技术解决方案：
一种钢液真空精炼***，包括真空罐、抽真空***以及设置在真空罐和抽真空***之间的出气管道，所述真空罐包括真空罐体、设置在真空罐体顶部的真空罐盖、设置在真空罐体内的钢包、设置在真空罐顶部的氧气***以及真空罐体底部的氩气***，其特殊之处在于：所述抽真空***包括至少一个真空机械泵组；所述钢液精炼***还包括设置在出气管道上的除杂和治理***。
上述的除杂和治理***包括一环形腔体和设置在该环形腔体出气口的滤布，该环形腔体的底部还设置有杂质收集通道。
上述钢液真空精炼***还包括计算机控制***和温度测量***，所述温度测量***可测量真空罐体、真空罐盖、出气管道和真空机械泵组的温度，所述计算机控制***可采集温度测量***所测量的各个温度。
上述钢液精真空炼***还包括氧气测量***，所述氧气测量***设置在除杂和治理***和真空机械泵组之间的出气管道中，所述计算机控制***可采集氧气测量***所测量的氧气含量并相应控制氧气***的供氧量。
上述真空罐设置有自动开罐装置，所述自动开罐装置为罐盖行走车。
上述钢液真空精炼***还包括单真空仓加料***，所述单真空仓加料***设置在真空罐盖上并与真空罐连通。
一种使用上述钢液真空精炼***的钢液精炼方法，其特殊之处在于：所述方法包括以下步骤：
1).置钢液、调氩
在真空罐体内置入钢液，接好氩气***的吹氩管路，调定吹氩量的范围在1～4L/t·min；
2).真空吹氧脱碳
打开氧气***，启动真空泵组以及除杂和治理***，将真空罐的真空度调节至6.67KPa～13.3Kpa，直至脱碳反应完成；
3).真空碳脱氧
关闭氧气***停止吹氧，将真空罐的真空度调节至133Pa-260Pa，直至真空碳脱氧反应完成；
4).真空脱气
将真空罐的真空度调节至67Pa以下，直至真空脱气完成。
上述除杂和治理***的工作过程包括以下步骤
1).一级旋流除杂、冷却：
从真空罐中抽出的钢包混合气体通过出气管道进入除尘及冷却***的环行腔体，形成旋流，抽出气体温度下降、冷却，抽出气体中的大颗粒杂质于旋流中心下落，完成除杂、冷却；
2).二级滤布除杂：
旋流除杂、冷却后的气体再经过滤布，气体中的细小杂质吸附于滤布，实现二级滤布除杂。
上述的调定吹氩量为4L/t·min。实践证明调定吹氩量为4L/t·min时钢液能刚好充分翻滚，效果最佳。
上述在真空罐体内置入钢液的方法是将钢液置入钢包内再置入真空罐体内。
除尘和治理步骤是为了满足真空机械泵工作要求以及环境保护的需求，因为抽出的混合气体中含有高温钢杂质颗粒和粉尘，不进行除尘会附着在真空机械泵叶片上，影响真空机械泵工作效率和寿命。
单体真空仓取代了目前三位料仓，简化了复杂的加料过程，且真空加料与密封效果较好。
用机械真空泵组取代了蒸汽流真空泵，减少了能量的损耗，提高了能量的利用率；用除尘与冷却***取代了传统的多级水池除杂和治理，消除了水资源浪费，降低了电力资源浪费，改善了环境污染，减少了生产成本；在氧气测量***测量时，测量的气体没有了大量的水蒸汽，相对比较单一，因此氧气含量测量误差极小，可及时调整吹氧机构，减少不必要的氧气浪费，进一步降低了成本；吹氧的吹氧量、吹氧时间可通过计算机控制***进行自动控制，真正意义上实现了自动化。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
1.能量消耗小。直接用机械真空泵组抽真空，取消了大量水资源的使用，只是消耗少量的电能，能量消耗小。
2.设备简单，占用空间小。机械真空泵组取代了蒸汽流真空泵，没有了多级水池、复杂的水循环以及锅炉，简化了设备，占用空间小。
3.除杂效果好，环境污染没有。采用一级旋流除杂和二级布袋除杂，除杂效果好，环境污染没有。
4.吹氧量小。机械真空泵组启动后钢包口压力降低，需吹氧量小。
5.吹氧量可控制。抽出气体中没有水蒸气，气体相对单一，氧气量测量准确、可控，避免了氧气资源的浪费。
附图说明
图1是本发明钢液真空精炼***结构示意图。
附图标号说明
1-真空罐体；2-真空罐盖；3-氧气***；4-氩气***；5-罐盖行走车；6-钢包；7-出气管道；8-真空机械泵组；9-除杂和治理***；10-氧气测量***；11-单真空仓加料***；12-环形腔体；13-滤布；14-杂质收集通道；15-温度测量***；16-计算机控制***。
具体实施方式
参见附图1，一种钢液真空精炼***，包括真空罐、抽真空***以及设置在真空罐和抽真空***之间的出气管道7，真空罐包括真空罐体1、设置在真空罐体1顶部的真空罐盖2、设置在真空罐体1内的钢包6、设置在真空罐顶部的氧气***3以及真空罐底部的氩气***4，抽真空***包括至少一个真空机械泵组8；钢液真空精炼***还包括设置在出气管道7上的除杂和治理***9；除杂和治理***9包括一环形腔体12和设置在该环形腔体出气口的滤布13，该环形腔体12的底部还设置有杂质收集通道14；钢液真空精炼***还包括计算机控制***16和温度测量***15；温度测量***15可测量真空罐体1、真空罐盖2、出气管道7和真空机械泵组8的温度，计算机控制***16可采集温度测量***15所测量的各个温度；钢液真空精炼***还包括氧气测量***10，氧气测量***10设置在除杂和治理***9和真空机械泵组8之间的出气管道7中，计算机控制***16可采集氧气测量***10所测量的氧气含量并相应控制氧气***3的供氧量；真空罐设置有自动开罐装置，所述自动开罐装置为罐盖行走车；钢液精炼***还包括单真空仓加料***11，所述单真空仓加料***11设置在真空罐盖2上并与真空罐连通。
真空罐体1与真空罐盖2组合成一个真空容器，将需要进行真空精炼的钢液密闭起来，启动机械真空泵组8对密闭罐体进行抽真空，在真空下对钢液进行精炼。
真空罐盖2可设置成移动式，方便钢包置入罐体；
氧气吹入可设置一顶吹氧气***3；
为了正确判断***工作状态以及需要的***保护可设置温度测量***15；
因为抽出的混合气体中含有高温钢杂质颗粒和粉尘，不进行除尘会附着在真空机械泵叶片上，影响真空机械泵工作效率和寿命，抽出的混合气体中还有对大气污染的气体，设置除杂和治理***9解决这一问题；
机械真空泵组8是***工作过程产生必须的真空条件的原动力，根据精炼容量大小可配备若干台机械真空泵组合，根据工艺过程不同的要求进行工作；
氧量测量***10可适时提供工艺进行过程中吹氧计量的参数，方便适时控制；
氩气***4是为了满足工艺过程搅拌脱气的需要设置；
单真空仓加料***11主要是完成工艺过程需要的合金加入；
计算机控制***16满足了工艺过程的监视与控制，实现了过程自动化。
在真空罐体1内采用钢包盛钢液，接好吹氩管路，调定吹氩量符合工艺要求，大约控制在1-4L/t.min，一般吹氩量为4L/t.min时最佳，小于这个值钢液很难充分搅拌且需要的时间很长，大于这个值又会造成氩气浪费以及钢液降温过大，在工艺操作人员观察以钢液充分搅拌，即钢液刚好翻滚为最佳；启动机械真空泵组8的数台，进行预抽；当真空度达到吹氧需要的条件大于6.67Kpa时，开始吹氧；氧流量控制在计算需要的范围内，这个范围是真空度为6.67KPa～13.3Kpa，由氧气测量***10测出的参数，观察氧浓度的变化趋势，也可以由计算机进行运算确定吹氧的时间，进而确定碳含量，完成真空吹氧脱碳。由于吹氧量根据了氧浓度的变化，计算机的运算是很准确的，通过自动控制增加和减少机械真空泵的数量，吹氧过程真空度可以稳定的控制在需要值，也可以采用变频技术对工艺过程真空度进行控制，即通过变频改变真空机械泵的转速，改变真空机械泵的抽力大小，使其稳定在需要值。停止吹氧，吹氩量大约控制在4L/t.min，真空度会很快的下降到133Pa，直至真空碳脱氧完成。继续启动真空机械泵，在约10分钟内可以使真空度达到67Pa并保持，直至真空脱气完成。也可以进行深抽，根据操作工艺的需要，使真空度可以达到更高的要求，因为机械真空泵的极限真空度远远高于蒸汽流真空泵的极限真空度。温度检测***15可以适时取得工艺过程的参数，进而对吹氧量、吹氧时间、过程安全通过计算机控制***16进行控制，计算机***全程监控，实现控制抽真空过程全自动化。
Claims (10)
1. 一种钢液真空精炼***，包括真空罐、抽真空***以及设置在真空罐和抽真空***之间的出气管道(7)，所述真空罐包括真空罐体(1)、设置在真空罐体(1)顶部的真空罐盖(2)、设置在真空罐体(1)内的钢包(6)、设置在真空罐顶部的氧气***(3)以及真空罐体(1)底部的氩气***(4)，其特征在于：所述抽真空***包括至少一个真空机械泵组(8)；所述钢液真空精炼***还包括设置在出气管道(7)上的除杂和治理***(9)。
2. 根据权利要求1所述的一种钢液真空精炼***，其特征在于：所述的除杂和治理***(9)包括一环形腔体(12)和设置在该环形腔体(12)出气口的滤布(13)，该环形腔体(12)的底部还设置有杂质收集通道(14)。
3. 根据权利要求1或2所述的一种钢液真空精炼***，其特征在于：所述钢液真空精炼***还包括计算机控制***(16)和温度测量***(15)，所述温度测量***(15)可测量真空罐体(1)、真空罐盖(2)、出气管道(7)和真空机械泵组(8)的温度，所述计算机控制***(16)可采集温度测量***(15)所测量的各个温度。
4. 根据权利要求3所述的一种钢液真空精炼***，其特征在于：所述钢液真空精炼***还包括氧气测量***(10)，所述氧气测量***(10)设置在除杂和治理***(9)和真空机械泵组(8)之间的出气管道(7)中，所述计算机控制***(16)可采集氧气测量***(10)所测量的氧气含量并相应控制氧气***(3)的供氧量。
5. 根据权利要求3所述的一种钢液真空精炼***，其特征在于：所述真空罐设置有自动开罐装置，所述自动开罐装置为罐盖行走车。
6. 根据权利要求4或5所述的一种钢液真空精炼***，其特征在于：所述钢液精炼***还包括单真空仓加料***(11)，所述单真空仓加料***(11)设置在真空罐盖(2)上并与真空罐连通。
7. 一种使用权利要求1所述钢液真空精炼***的钢液真空精炼方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
1).置钢液、调氩
在真空罐体(1)内置入钢液，接好氩气***的吹氩管路，调定吹氩量的范围在1～4L/t·min；
2).真空吹氧脱碳
打开氧气***(3)，启动真空泵组(8)以及除杂和治理***(9)，将真空罐的真空度调节至6.67KPa～13.3Kpa，直至脱碳反应完成；
3).真空碳脱氧
关闭氧气***(3)停止吹氧，将真空罐的真空度调节至133Pa-260Pa，直至真空碳脱氧反应完成；
4).真空脱气
将真空罐的真空度调节至67Pa以下，直至真空脱气完成。
8. 根据权利要求7所述的一种钢液真空精炼方法，其特征在于：所述除杂和治理***(9)的工作过程包括以下步骤
1).一级旋流除杂、冷却：
从真空罐中抽出的钢包混合气体通过出气管道进入除尘及冷却***的环行腔体，形成旋流，抽出气体温度下降、冷却，抽出气体中的大颗粒杂质于旋流中心下落，完成除杂、冷却；
2).二级滤布除杂：
旋流除杂、冷却后的气体再经过滤布，气体中的细小杂质吸附于滤布，实现二级滤布除杂。
9. 根据权利要求7所述的一种钢液真空精炼方法，其特征在于：所述的调定吹氩量为4L/t.min。
10. 根据权利要求7或8或9所述的一种钢液真空精炼方法，其特征在于：所述在真空罐体内置入钢液的方法是将钢液置入钢包(6)内再置入真空罐体(1)内。
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