CN113957203B - 一种多功能非中心对称真空精炼设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种多功能非中心对称真空精炼设备，其真空***由两个椭圆相交而成，真空室钢液上升方向椭圆为竖椭圆，真空室钢液下降方向椭圆为横椭圆，底吹气***由横竖交叉的“十”字型吹气孔组合而成，可以根据生产需求和气量需求与真空***配合使用。本发明的非中心对称真空室减小了单筒真空室内上升气柱和下降液流间的相互影响，增加了循环效率，提高了精炼效果的稳定性；利用真空室旋转装置或钢包转动平台对真空室或钢包进行180度的旋转，配合横竖交叉设置的吹气孔，可以根据冶炼需求切换工艺操作。本发明提供的真空精炼设备减少了死区比例，缩短了混匀时间，提高了夹杂物去除效果。

Description

一种多功能非中心对称真空精炼设备
技术领域
本发明属于钢铁冶金炉外精炼领域，具体涉及一种非中心对称真空精炼设备。
背景技术
在金属的生产或精炼过程中，常采用RH进行真空精炼处理，传统RH存在诸多问题：真空室自由表面喷溅及真空室结瘤较严重；下降管附近钢包壁因流动冲刷影响而导致熔渣侵蚀严重；RH循环流量受到浸渍管截面积的限制，一定气量下循环流量会出现饱和值，从而降低混合效率。传统RH精炼过程中气体从上升管吹入，气泡行程短，气体动能未充分利用于钢液循环，大部分能量产生真空室自由表面湍动及喷溅，降低了RH精炼效果。
中国专利CN2432219Y提出一种多功能复吹单管精炼炉，可以消除RH吸嘴内径小、真空室内有钢渣结瘤等问题，但也存在其他问题。气体的喷吹量是单管精炼炉真空循环精炼过程的主要影响因素，对于提高循环流量，缩短均混时间和提高脱碳效率起到了不可忽视的作用。较大的气体喷吹量和较长气泡行程，使得真空室内气体出口面积增加，较大面积的气体上升动能削弱了钢液下降的动能，降低了精炼炉的循环流量，使得单管炉的精炼效果不稳定。因此，寻找一种兼具传统RH和单管精炼炉优点的真空炼炉显得尤为迫切。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，尤其是针对传统RH行程较短，气泡动能未充分利用于钢液循环，以及单管精炼炉气泡出口面积过大影响循环流的问题，本发明提出了一种非中心对称真空精炼设备，通过设置非中心对称的真空室，减小了单筒真空室内上升气柱和下降液流间的相互影响，增加了循环效率，提高了精炼效果的稳定性。本发明提出的具体技术方案如下：
一种多功能非中心对称真空精炼设备，包括钢包、吹气装置、真空室、抽真空装置，其特征在于：所述真空室为非中心对称筒状结构，其横截面是由两个长轴相互垂直的竖椭圆和横椭圆相交而形成的连通空间，所述横椭圆的长轴与所述竖椭圆的短轴在一条直线上，其中竖椭圆的长轴是横椭圆短轴的1.0-1.3倍，真空室能***到钢包中。
进一步地，两椭圆相交后形成的真空室横截面积为钢包上口横截面积的84-88%。
进一步地，所述竖椭圆和横椭圆相交位置进行了弧线化倒角处理。
进一步地，所述横椭圆的右侧顶点在竖椭圆的中心和右侧顶点之间。
进一步地，所述吹气装置设置在钢包底部，吹气孔呈“十”字型设置。
进一步地，所述“十”字型与竖椭圆的长轴和短轴对应。
进一步地，所述吹气装置为吹气喷嘴或吹气砖。
进一步地，所述多功能非中心对称真空精炼设备还包括真空室旋转装置或钢包转动平台。
本发明提出的非中心对称真空室减小了单筒真空室内上升气柱和下降液流间的相互影响，增加了循环效率，提高了精炼效果的稳定性；底吹气体产生较长的气泡行程，使得更多的气体动能用来循环钢液，缩短了钢液中的合金混匀时间，相比于传统RH减少了真空室内的喷溅，具有更好的脱碳、脱氧和脱气的效果，尤其增加了夹杂物的去除效率。
本发所述的真空***由两个椭圆相交而成，为了让底吹气体完全进入真空室起到搅拌作用，真空室钢液上升方向椭圆为竖椭圆；为了加快钢液精炼处理效率，增加下降的钢液量，真空室钢液下降方向椭圆为横椭圆。若仅为了加强气体搅拌去除夹杂和气体，对循环流量要求不高时，可将利用真空室旋转装置或钢包转动平台将竖椭圆和横椭圆与钢包吹气孔的位置对调使用，无需在钢包底部增设多组吹气孔。底吹***为横竖交叉的吹气孔组合而成，根据生产需求和气量需求与真空***配合使用，若吹气孔上方对应竖椭圆时开竖排孔，对应横椭圆是开横排孔，需求气量越大，开孔数越大，但孔布置应紧凑。
从数值模拟的流场效果上看，非中心对称型精炼设备内部循环少，钢液平均循环流动速度较快；非中心对称型精炼设备死区比例少于RH精炼和单管精炼，上升钢液与下降钢液间的动能内耗少于单管精炼；混匀时间相对于RH精炼缩短70%，相对于单管精炼缩小24%；合金熔化效率和夹杂物去除效果大幅提升。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
（1）本发明的非中心对称真空室减小了单筒真空室内上升气柱和下降液流间的相互影响，增加了循环效率，提高了精炼效果的稳定性。
（2）本发明可以利用真空室旋转装置或钢包转动平台对真空室或钢包进行180度的旋转，配合横竖交叉设置的吹气孔，可以根据冶炼需求切换工艺操作。
（3）本发明的非中心对称性设置减少死区比例，钢液平均循环流动速度较快，缩短了混匀时间，提高了合金熔化效率和夹杂物去除效果。
附图说明
图1为本发明多功能非中心对称真空精炼设备的正视图；
图2为本发明多功能非中心对称真空精炼设备的俯视图；
图3为RH精炼炉的数值模拟流场图；
图4为单管精炼炉的数值模拟流场图；
图5为非中心对称型精炼炉的数值模拟流场图。
具体实施方式
为了更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明。下述的实施例仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明保护范围以权利要求书为准。
如图1-2所示，本发明提供的多功能非中心对称真空精炼设备，包括钢包1、吹气装置（图中未示出）、真空室2、抽真空装置（图中未示出），所述真空室1为非中心对称筒状结构，其横截面是由两个长轴相互垂直的竖椭圆3和横椭圆4相交而形成的连通空间，其介于RH精炼炉和单嘴精炼炉之间，提升气体从一个椭圆筒体处上升，从另一椭圆筒体处下降，完成钢液的循环过程。
根据本申请的一个实施方式，其中竖椭圆与横椭圆的配合比例没有特别限制，优选竖椭圆3的长轴是横椭圆4短轴的1.0-1.3倍，并且能保证相交连通后的真空室能***到钢包中并达到预定深度。进一步优选地，两椭圆相交后形成的真空室内径横截面积为钢包上口横截面积的84-88%，可以保证较好的循环混匀时效果。
根据本申请的一个实施方式，对所述竖椭圆3和横椭圆4相交位置进行了弧线化倒角处理，避免循环钢液不断冲刷凸出的棱界耐火材料而造成对真空室内衬的腐蚀，减少夹杂物对钢液洁净度的影响。
对于本发明真空室截面的形状，即所述竖椭圆3与横椭圆4相交的位置没有特别的限定，优先所述横椭圆4的右侧顶点在竖椭圆3的中心和右侧顶点之间。
本发明的吹气装置设置在钢包底部，吹气孔5呈“十”字型设置，所述“十”字型与竖椭圆的长轴和短轴对应。根据本发明的一个实施方式，所述吹气装置5为吹气喷嘴；根据本发明的另一个实施方式，所述吹气装置5为吹气砖。
根据本发明的一个实施方式，所述多功能非中心对称真空精炼设备还包括真空室旋转装置或钢包转动平台，可以根据冶炼条件和具体需求调整钢包“十”字型吹气孔5与真空室2的对应位置，实现不同功能的操作。
发明人对RH精炼炉、单嘴精炼炉和本发明的非中心对称型精炼炉进行真空循环精炼的数值模拟，其流场图如图3-5所示，可以看出非中心对称型精炼设备内部循环少，钢液平均循环流动速度较快，死区比例少于RH精炼和单管精炼，上升钢液与下降钢液间的动能内耗少于单管精炼。
本发明还对非中心对称真空精炼炉进行水模型试验，经超声波流量计测定循环流量，经示踪剂测定混匀时间，具体实施方式如下。
实施例1
真空室由两个椭圆相交而成，上升端竖椭圆的长轴与横椭圆短轴相等，以横椭圆的右侧顶点刚好在竖椭圆的中心进行连通设计真空室，真空室横截面积为钢包上口横截面积的84%，开启长轴方向的吹气孔，模拟提升气体量为3000L/min下物料的混合情况，经示踪剂试验研究，循环流量为6.12m3/h，物料混匀时间为40s。
实施例2
真空室由两个椭圆相交而成，上升端竖椭圆的长轴为横椭圆短轴的1.3倍，以横椭圆的右侧顶点刚好在竖椭圆的右侧顶点进行连通设计真空室，真空室横截面积为钢包上口横截面积的88%，开启长轴方向的吹气孔，模拟提升气体量为3000L/min下物料的混合情况，经示踪剂试验研究，循环流量为6.28m3/h，物料混匀时间为38s。
实施例3
真空室由两个对称的圆相交而成，模拟提升气体量为3000L/min时，真空室横截面积为钢包上口横截面积的90%，物料的混合情况，经示踪剂模拟试验研究，获得当真空室由两个对称的圆相交而成时，其循环流量为4.12m3/h,物料混匀时间为57s。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种多功能非中心对称真空精炼设备，包括钢包、吹气装置、真空室、抽真空装置，其特征在于：所述真空室为非中心对称筒状结构，其横截面是由两个长轴相互垂直的竖椭圆和横椭圆相交而形成的连通空间，所述横椭圆的长轴与所述竖椭圆的短轴在一条直线上，且竖椭圆的长轴是横椭圆短轴的1.0-1.3倍，真空室能***到钢包中；两椭圆相交后形成的真空室内径横截面积为钢包上口横截面积的84-88％，所述吹气装置设置在钢包底部，吹气孔呈“十”字型设置，所述多功能非中心对称真空精炼设备还包括真空室旋转装置或钢包转动平台。
2.根据权利要求1所述的一种多功能非中心对称真空精炼设备，其特征在于：所述竖椭圆和横椭圆相交位置进行了弧线化倒角处理。
3.根据权利要求1所述的一种多功能非中心对称真空精炼设备，其特征在于：所述横椭圆的右侧顶点位于竖椭圆的中心和右侧顶点之间。
4.根据权利要求1所述的一种多功能非中心对称真空精炼设备，其特征在于：所述“十”字型与竖椭圆的长轴和短轴对应。
5.根据权利要求1所述的一种多功能非中心对称真空精炼设备，其特征在于：所述吹气装置为吹气喷嘴或吹气砖。
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