CN110331256B - 一种可提高脱碳速率的真空循环脱气精炼装置 - Google Patents

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Abstract

一种可提高脱碳速率的真空循环脱气精炼装置，包括真空室、钢包、上升管、下降管及吹氩管；真空室位于钢包正上方，上升管和下降管均竖直设置在真空室底部，上升管和下降管底端管口浸入钢包的钢液中；上升管管体内表面采用五级阶梯结构，在竖直方向上由上至下依次分为出口圆柱段、出口圆锥段、中间喉部圆柱段、入口圆锥段及入口圆柱段；所述入口圆锥段的大径端与入口圆柱段上端相连，入口圆锥段的小径端与中间喉部圆柱段下端相连，中间喉部圆柱段上端与出口圆锥段的小径端相连，出口圆锥段的大径端与出口圆柱段下端相连；吹氩管与中间喉部圆柱段下端相连通。本发明的上升管可有效破碎氩气泡，进一步提高脱碳速率，缩短精炼时间，降低企业生产成本。

Description

一种可提高脱碳速率的真空循环脱气精炼装置
技术领域
本发明属于冶金精炼技术领域，特别是涉及一种可提高脱碳速率的真空循环脱气精炼装置。
背景技术
超低碳钢具有优良的加工性能和电磁性能，其被广泛地应用在航空航天、电子电力以及建筑机械等多种领域，而真空循环脱气精炼则是生产超低碳钢的关键工艺之一。
真空循环脱气精炼的脱碳原理为：设备主体为真空室，真空室下部设有一个上升管和一个下降管，在真空处理时，持续不断向上升管中的钢液内吹入氩气，驱动上升管中的钢液向上涌入真空室；在脱碳过程中，反应位置共有三处，分别为氩气泡表面、真空室自由液面及真空室熔池内部，而氩气泡表面为主要反应位置之一；在高温低压的条件下，钢液中的游离碳、氧促进反应生成一氧化碳气体，随着气体不断向气泡内扩散，已脱碳的钢液借其自重经下降管流回钢包，未脱碳的钢液又不断从上升管进入真空室，从而形成连续循环，最终达到钢液精炼的需求。
但是，在实际生产中，吹入上升管中的氩气泡，会在上升过程中会不断碰撞和聚并，进而形成大尺寸气泡，而大尺寸气泡与小尺寸气泡相比，在相同吹入气体流量下，大尺寸气泡的反应界面的面积更小，这并不利于脱碳速率的提升。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种可提高脱碳速率的真空循环脱气精炼装置，采用了全新的上升管结构，可以有效破碎上升管中的氩气泡，从而进一步提高脱碳速率，同时缩短精炼时间，进而有效降低企业生产成本。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种可提高脱碳速率的真空循环脱气精炼装置，包括真空室、钢包、上升管、下降管及吹氩管；所述真空室位于钢包正上方，所述上升管和下降管均竖直设置在真空室底部，上升管和下降管的底端管口浸入钢包的钢液中；所述上升管的管体内表面采用五级阶梯结构，在竖直方向上由上至下依次分为出口圆柱段、出口圆锥段、中间喉部圆柱段、入口圆锥段及入口圆柱段；所述入口圆锥段的大径端与入口圆柱段上端相连，入口圆锥段的小径端与中间喉部圆柱段下端相连，中间喉部圆柱段上端与出口圆锥段的小径端相连，出口圆锥段的大径端与出口圆柱段下端相连；所述吹氩管与中间喉部圆柱段下端相连通。
所述出口圆柱段的直径为550mm～750mm，中间喉部圆柱段的直径为300mm～400mm，入口圆柱段的直径为550mm～750mm，出口圆锥段的锥度为10°～12°，入口圆锥段的锥度为21°～30°。
所述上升管和下降管的管体表面均设置有耐火材料层。
本发明的有益效果：
本发明的可提高脱碳速率的真空循环脱气精炼装置，采用了全新的上升管结构，可以有效破碎上升管中的氩气泡，从而进一步提高脱碳速率，同时缩短精炼时间，进而有效降低企业生产成本。
附图说明
图1为本发明的一种可提高脱碳速率的真空循环脱气精炼装置的结构示意图；
图2为本发明的上升管的结构示意图；
图中，1—真空室，2—钢包，3—上升管，4—下降管，5—吹氩管，6—钢液，7—氩气泡，31—出口圆柱段，32—出口圆锥段，33—中间喉部圆柱段，34—入口圆锥段，35—入口圆柱段。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。
如图1、2所示，一种可提高脱碳速率的真空循环脱气精炼装置，包括真空室1、钢包2、上升管3、下降管4及吹氩管5；所述真空室1位于钢包2正上方，所述上升管3和下降管4均竖直设置在真空室1底部，上升管3和下降管4的底端管口浸入钢包2的钢液6中；所述上升管3的管体内表面采用五级阶梯结构，在竖直方向上由上至下依次分为出口圆柱段31、出口圆锥段32、中间喉部圆柱段33、入口圆锥段34及入口圆柱段35；所述入口圆锥段34的大径端与入口圆柱段35上端相连，入口圆锥段34的小径端与中间喉部圆柱段33下端相连，中间喉部圆柱段33上端与出口圆锥段32的小径端相连，出口圆锥段32的大径端与出口圆柱段31下端相连；所述吹氩管5与中间喉部圆柱段33下端相连通。
所述出口圆柱段31的直径为600mm，中间喉部圆柱段33的直径为350mm，入口圆柱段35的直径为600mm，出口圆锥段32的锥度为11°，入口圆锥段34的锥度为25°。
所述上升管3和下降管4的管体表面均设置有耐火材料层。
本实施例中，钢包2中的钢液6为IF钢，上升管3浸入钢液6的深度为500mm，真空室1内的真空度为130Pa，吹氩管5以96m3/h的气体流量向上升管3中吹入氩气，钢液6的初始碳含量为300ppm。
由于真空室1的内部气压与外部的大气压之间存在一定的压差，会使钢包2中的钢液6升入真空室1内，由吹氩管5吹入的氩气首先进入中间喉部圆柱段33中，并形成一定尺寸的氩气泡7，进而使钢液6的比重减小，此时钢液6会和氩气泡7以一定的流速向上流动，由于上升管3的内管径呈现阶梯变化，钢液6会在上升管3中形成强湍流，此时钢液6中的氩气泡7会因强湍流产生的剪切应力以及自身不对称的表面应力下，逐渐破碎成尺寸更小的氩气泡7，而小尺寸的氩气泡7与钢液6之间具有更大的气液接触面积，从而有效加速了脱碳反应的进行，而已脱碳的钢液6会借其自重经下降管4流回至钢包2中，从而形成连续循环。
随着循环精炼过程的进行，当钢液6的碳含量达到15ppm的设定值时，精炼结束。而与传统结构的真空循环脱气精炼装置相比，在钢液6的碳含量同样达到15ppm的设定值时，本发明所花费的脱碳时间有效缩短了20％～30％。
实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。

Claims (3)

1.一种可提高脱碳速率的真空循环脱气精炼装置，包括真空室、钢包、上升管、下降管及吹氩管；所述真空室位于钢包正上方，所述上升管和下降管均竖直设置在真空室底部，上升管和下降管的底端管口浸入钢包的钢液中；其特征在于：所述上升管的管体内表面采用五级阶梯结构，在竖直方向上由上至下依次分为出口圆柱段、出口圆锥段、中间喉部圆柱段、入口圆锥段及入口圆柱段；所述入口圆锥段的大径端与入口圆柱段上端相连，入口圆锥段的小径端与中间喉部圆柱段下端相连，中间喉部圆柱段上端与出口圆锥段的小径端相连，出口圆锥段的大径端与出口圆柱段下端相连；所述吹氩管与中间喉部圆柱段下端相连通。
2.根据权利要求1所述的一种可提高脱碳速率的真空循环脱气精炼装置，其特征在于：所述出口圆柱段的直径为550mm～750mm，中间喉部圆柱段的直径为300mm～400mm，入口圆柱段的直径为550mm～750mm，出口圆锥段的锥度为10°～12°，入口圆锥段的锥度为21°～30°。
3.根据权利要求1所述的一种可提高脱碳速率的真空循环脱气精炼装置，其特征在于：所述上升管和下降管的管体表面均设置有耐火材料层。
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