CN115232922A - Rh精炼炉以及缩短rh处理周期的方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种RH精炼炉以及缩短RH处理周期方法，所述RH精炼炉包括：钢包(1)，用于容纳钢水，所述钢包(1)底部设置有底部吹气端口(11)；真空室(2)，其位于所述钢包(1)的上方，并设置有上升管(21)、下降管(22)和真空腔(23)，所述上升管(21)的管壁设置有侧面吹气端口(211)；第一吹气装置(3)，其与所述侧面吹气端口(211)流体连通；第二吹气装置(4)，其与所述底部吹气端口(11)流体连通。在用于RH处理时，通过钢包第二吹气装置向真空室中吹入驱动气体，与侧吹驱动气体相互协同作用，从而有效提高RH饱和循环流量，减少混匀时间，提高脱气、脱碳速率，加速合金化，缩短RH处理周期。
Description
技术领域
本申请涉及钢铁冶炼技术领域，具体涉及一种RH精炼炉以及缩短RH处理周期的方法
背景技术
现有RH真空脱气装置的基本原理：当浸渍管***钢水后，真空泵开始抽真空，槽内和槽外形成压差，钢液就从浸渍管上升到与压差相等的高度。与此同时，从上升管吹入驱动气体，该气体由于受热膨胀和压力降低，引起等温膨胀，气泡体积成倍增加，使钢液比重变小，从而驱动钢液上升，使其像喷泉一样向真空槽喷出。随着气泡的破裂，钢水成为细小的液滴，使脱气表面积大大增加，加速了脱气过程。气体自钢液内析出，被抽走，而脱气后的钢水由于重量的差异，经下降管返回钢包。未经脱气的钢液又不断从上升管进入真空槽，从而形成连续循环过程(原理示意图见附图1)。
在实际生产中，单位时间内通过上升管的钢水流量决定了RH真空处理周期，因而RH真空装置的循环流量作为最重要的技术参数。通过增大循环流量，可以缩短RH冶炼周期。但从上升管吹入的驱动气体存在一个最大值，当驱动气体流量超过饱和值后，循环流量不再增加，反而减小，且真空室内喷溅更加严重。
因此，如何提高RH的饱和循环流量成为目前亟需解决的问题。
发明内容
本申请提供了一种RH精炼炉以及缩短RH处理周期的方法，使用该RH精炼炉以及方法可以提高RH饱和循环流量，从而缩短RH处理周期。
第一方面，本申请提供了一种RH精炼炉，包括：
钢包，用于容纳钢水，所述钢包底部设置有底部吹气端口；
真空室，其位于所述钢包的上方，并设置有上升管、下降管和真空腔，其中，所述上升管的一端和所述下降管的一端分别伸入所述钢包中，另一端分别与所述真空腔连通，所述上升管的管壁设置有侧面吹气端口；
第一吹气装置，其与所述侧面吹气端口流体连通，用于通过所述侧面吹气端口向所述上升管内吹气，以使所述钢包内的钢水被驱动通过所述上升管进入所述真空腔；
第二吹气装置，其与所述底部吹气端口流体连通，用于在第一吹气装置通过所述侧面吹气端口向所述上升管内吹气的同时，使用第二吹气装置通过所述底部吹气端口向所述钢包中的钢水吹气，使所述钢包内更多的钢水被驱动通过所述上升管进入所述真空腔，并在真空脱气之后通过下降管返回钢包。
本申请的技术方案中，上述RH精炼炉在用于RH处理时，可以在通过第一吹气装置向上升管中吹入驱动气体的同时，从第二吹气装置向钢包中吹入驱动气体，且底吹的驱动气体相比侧吹的驱动气体具有更大的做功行程，从而有效提高了RH饱和循环流量，缩短RH处理周期。
在本申请的一些实施例中，所述底部吹气端口与上升管中心线在钢包底部的正投影距离小于底部吹气端口与下降管中心线在钢包底部的正投影距离。
在本申请的一些实施例中，所述底部吹气端口的气体出口内径为3～6mm。
在本申请的一些实施例中，所述底部吹气端口上端面的直径小于上升管的内径。
在本申请的一些实施例中，所述底部吹气端口和侧面吹气端口都为透气砖。
第二方面，本申请提供了一种缩短RH处理周期的方法，包括以下步骤：
将钢水加入上述任一项实施例所述的RH精炼炉中，在通过侧面吹气端口向上升管吹入一定流量的驱动气体的同时，通过底部吹气端口向钢包中吹入一定流量的驱动气体，对钢水进行RH处理。
本申请的技术方案中，在通过第一吹气装置向上升管中吹入驱动气体的同时，从第二吹气装置向钢包中吹入驱动气体，且底吹的驱动气体相比侧吹的驱动气体具有更大的做功行程，从而提高了RH饱和循环流量，可以显著缩短RH处理周期。
在本申请的一些实施例中，所述驱动气体为氩气、氮气和氧气其中一种。
在本申请的一些实施例中，通过侧面吹气端口向上升管吹入驱动气体的流量为120Nm3/h～220Nm3/h。
在本申请的一些实施例中，通过底部吹气端口向钢包中吹入驱动气体的流量为50NL/min～300NL/min。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
图1为现有RH真空脱气装置的基本原理图。
图2为本申请实施例提供的RH精炼炉的部分示意图。
图3为本申请实施例2中在不同底吹流量下钢水Cu含量的变化结果图。
图4为本申请实施例3中不同钢种的RH炉超低碳钢冶炼时间结果图。
其中图中标号为：1-钢包，2-真空室，3-第一吹气装置，4-第二吹气装置，11-底部吹气端口，21-上升管，22-下降管，23-真空腔，211-侧面吹气端口。
通过上述附图，已示出本申请明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本申请构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本申请的概念。
具体实施方式
本说明书中各实施例或实施方案采用递进的方案描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方案结合。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
申请人注意到在实际生产中，单位时间内通过上升管的钢水流量决定了RH真空处理周期，因而各钢厂都把RH真空装置的循环流量作为最重要的技术参数。通过增大循环流量，可以减少混匀时间，提高脱气、脱碳速率，加速合金化，缩短RH冶炼周期。
为了提高RH真空循环脱气装置的循环流量，现有技术中提出了诸如改变浸渍管参数等措施来提高循环流量。但在实际生产过程中，从上升管吹入的驱动气体存在一个最大值，当驱动气体流量超过饱和值后，循环流量不再增加，反而减小，且真空室内喷溅更加严重。因而循环流量成为缩短RH处理周期的一个限制性环节，所以如何进一步增大RH循环流量成为制约RH处理周期的瓶颈。
本申请提供了一种RH精炼炉以及缩短RH处理周期的方法，该装置以及方法可以提高RH饱和循环流量，从而缩短RH处理周期。
第一方面，如图2所示，本申请提供了一种RH精炼炉，包括：
钢包1，用于容纳钢水，钢包1底部设置有底部吹气端口11；
真空室2，其位于钢包1的上方，并设置有上升管21、下降管22和真空腔23，其中，上升管21的一端和下降管22的一端分别伸入钢包1中，另一端分别与真空腔23连通，上升管21的管壁设置有侧面吹气端口211；
第一吹气装置3，其与侧面吹气端口211流体连通，用于通过侧面吹气端口211向上升管21内吹气，以使所述钢包1内的钢水被驱动通过所述上升管21进入所述真空腔23；
第二吹气装置4，其与底部吹气端口11流体连通，用于在第一吹气装置3通过所述侧面吹气端口211向所述上升管21内吹气的同时，使用第二吹气装置4通过所述底部吹气端口11向所述钢包1中的钢水吹气，使所述钢包1内更多的钢水被驱动通过所述上升管21进入所述真空腔23，并在真空脱气之后通过下降管22返回钢包1。
本申请的技术方案中，上述RH精炼炉在用于RH处理时，可以在通过第一吹气装置向上升管中吹入驱动气体的同时，从第二吹气装置向钢包中吹入驱动气体，且底吹的驱动气体相比侧吹的驱动气体具有更大的做功行程，从而有效提高了RH饱和循环流量，缩短RH处理周期。
现有技术中仅通过第一吹气装置向上升管中吹入驱动气体，虽然其驱动气体可以完全通过上升管进入真空腔，从而带动钢水进行连续循环处理，但是其通入的驱动气体流量受到上升管直径的限制，因此通过增加侧吹流量来提高RH饱和循环流量具有一定限制，不能通过此途径无限增加RH饱和循环流量；且若仅通过第二吹气装置向钢包中吹入驱动气体，虽然其单位体积的驱动气体所做的功大于侧吹的驱动气体，但是底部吹入的驱动气体不一定都能进入上升管中，且若底吹气体流量过大，部分驱动气体进入不了上升管参与循环，反而会影响RH饱和循环流量，使RH处理周期变长。因此，只有在同时进行底吹和侧吹时，侧吹气体在上升管中产生的压强差，还能使底吹气体更易进入上升管参与循环做功，两者相互协同作用，从而能有效提高了RH饱和循环流量，缩短RH处理周期。
在本申请的一些实施例中，底部吹气端口11与上升管21中心线在钢包1底部的正投影距离小于底部吹气端口11与下降管22中心线在钢包1底部的正投影距离。
在上述一些实施例中，底部吹气端口离上升管中心线在钢包底部的投影距离越近，离下降管中心线在钢包底部的投影距离越远，底吹的气体更易进入上升管参与循环做功，提高RH饱和循环流量；若底部吹气端口与上升管中心线在钢包底部的投影距离大于底部吹气端口与下降管中心线在钢包底部的投影距离，则底吹的气体可能部分进入下降管中，影响循环过程中的钢水回落到钢包中，反而会降低RH饱和循环流量，产生不利影响。
在本申请的一些实施例中，底部吹气端口11的气体出口内径为3～6mm。
在上述一些实施例中，将底部吹气端口的气体出口内径设置为3～6mm。若底部吹气端口的气体出口内径过小，则底吹的气体流量受到限制，缩短RH处理时间的效果有限，若底部吹气端口的气体出口内径过大，由于压强差的原因，驱动气体进入真空室后体积会变大，导致驱动气体不能完全进入上升管，从而影响RH饱和循环流量。
在本申请的一些实施例中，底部吹气端口11上端面的直径小于上升管21的内径。
在上述一些实施例中，对底部吹气端口上端面的直径进行了进一步的限定，由于从底部吹气端口进入的驱动气体首先进入钢包中，但只有进入上升管中才能起到提高RH饱和循环流量，因此底部吹气端口上断面直径应小于上升管内径。若底部吹气端口的上端面直径大于上升管内径，驱动气体进入钢包后体积进一步变大，使得驱动气体难以完全进入上升管中，未进入上升管的驱动气体可能进入下降管，对钢水循环产生不利影响。。
在本申请的一些实施例中，底部吹气端口和侧面吹气端口都为透气砖。
在上述一些实施例中，透气砖是一种高寿命节能降耗新产品，结构设计合理，具有良好的热稳定性、抗冲刷性、耐侵蚀性、和抗渗透性，具吹通率高，操作安全可靠，使用寿命长等特点。透气砖满足作为底部吹气端口和侧面吹气端口，且价格相对较低，可节约制造成本。
本申请提供了一种缩短RH处理周期的方法，包括以下步骤：
将钢水加入根据权利要求1～5任一项所述的RH精炼炉中，在通过侧面吹气端口211向上升管21吹入一定流量的驱动气体的同时，通过底部吹气端口11向钢包1中吹入一定流量的驱动气体，对钢水进行RH处理。
本申请的技术方案中，使用上述实施例的RH精炼炉对钢水进行RH处理，可以在通过第一吹气装置向上升管中吹入驱动气体的同时，从第二吹气装置向钢包中吹入驱动气体，使RH饱和循环流量增加，侧吹气体进入上升管后产生的压强差，可以使钢包中的底吹气更易进入上升管中参与RH处理循环，底吹气和侧吹气相互协同作用，且底吹的驱动气体相比侧吹的驱动气体具有更大的做功行程，由此进一步提高了RH饱和循环流量，显著缩短RH处理周期。
在本申请的一些实施例中，驱动气体为氩气、氮气和氧气其中一种。
在上述一些实施例中，驱动气体可以根据生产实际需要选择氩气、氮气和氧气其中一种，以此满足如钢水脱硫、脱碳、脱气、均匀成分等不同的目的。
在本申请的一些实施例中，通过侧面吹气端口211向上升管21吹入驱动气体的流量为120Nm3/h～220Nm3/h。
在上述一些实施例中，控制侧吹驱动气体流量在120Nm3/h～220Nm3/h范围内，由于侧吹驱动气体是直接进入上升管，因此侧吹驱动气体的流量显著高于底吹驱动气体的流量，但是其流量受到上升管直径的限制，因为上升管的直径不可能无限增大，因此侧吹驱动气体流量存在上限。
在本申请的一些实施例中，通过底部吹气端口11向钢包1中吹入驱动气体的流量为50NL/min～300NL/min。
在上述一些实施例中，控制底吹驱动气体流量在50NL/min～300NL/min范围内，若底吹驱动气体流量过小，达不到缩短RH处理周期的问题，若底吹驱动气体流量过大，由于底吹驱动气体是直接进入钢包而不是上升管，大量的驱动气体可能进入下降管中，影响正常的钢水循环过程，反而对RH饱和循环流量产生不利影响。
以下，通过实施例更详细地说明本申请的RH精炼炉以及缩短RH处理周期的方法，但本申请丝毫不限于这些实施例。
实施例1
一种RH精炼炉，包括：
钢包1，用于容纳钢水，钢包1底部设置有底部透气砖11；
真空室2，其位于钢包1的上方，并设置有上升管21、下降管22和真空腔23，其中，上升管21的一端和下降管22的一端分别伸入钢包1中，另一端分别与真空腔23连通，上升管21的管壁设置有侧面透气砖211；
第一吹气装置3，其与侧面透气砖211流体连通，用于通过侧面吹气端口211向上升管21内吹气，以使所述钢包1内的钢水被驱动通过所述上升管21进入所述真空腔23；
第二吹气装置4，其与底部透气砖11流体连通，用于在第一吹气装置3通过侧面透气砖211向上升管21内吹气的同时，使用第二吹气装置4通过底部透气砖11向钢包1中的钢水吹气，使钢包1内更多的钢水被驱动通过上升管21进入真空腔23，并在真空脱气之后通过下降管22返回钢包1；
所述底部透气砖211设置在上升管中心线在钢包1底部的正投影处；
所述底部透气砖211的气体出口内径为5mm；
所述底部透气砖211上端面的直径为110mm；
所述上升管21的内径为680mm。
在使用上述RH精炼炉对钢水进行RH处理时，在通过侧面透气砖向上升管内吹气的同时，通过底部透气砖向钢包中吹气，且底吹的驱动气体相比侧吹的驱动气体具有更大的做功行程，同时对底部透气砖上端面的直径、设置的位置以及气体出口内径进行进一步优化，从而能够更有效提高了RH饱和循环流量，进一步缩短RH处理周期。
实施例2
钢种：DC01
成分：C≤0.006％，Si≤0.03％，Mn：0.15％～0.25％，P≤0.018％，S≤0.018％，Alt：0.02％～0.06％，Cu≤0.035％，As≤0.01％，Ni≤0.02％，Sn≤0.02％，Cr≤0.03％。
为了试验钢包底吹氩对缩短RH处理周期的影响，使用实施例1的RH精炼炉在DC01钢种上进行Cu的同位素示踪试验。
将DC01钢水加入实施例1的RH精炼炉中，在通过侧面透气砖向上升管吹入流量为180Nm3/h的氩气的同时，通过底部透气砖向钢包中吹入一定流量的驱动气体，对DC01钢水进行RH处理。
在0～300NL/min范围内调节底吹氩流量，当真空度抽至极限真空(≤133Pa)后从高位料仓加入30kg小铜板。铜板加入钢水后开始计时并取样，跟踪在不同底吹氩流量下，钢水中Cu含量的变化，试验结果如附图3所示。
由试验结果可知，从底部通入一定流量的氩气，可以显著缩短混匀时间。其原因在于：与单独经上升管侧吹氩装置进入RH真空循环***的氩气相比，由钢包底部吹入的氩气具有更大的做功行程，因而在侧吹氩流量不变的情况下，在0～300NL/min范围内，随着底吹氩流量越大，在RH真空循环***中，饱和循环流量也越高，所需的混匀时间也越短。由此可以得出使用本申请的RH精炼炉以及方法，可以显著缩短RH处理周期。
实施例3
钢种：部分过RH炉超低碳钢
从2020年11月至2021年2月，使用实施例1的RH精炼炉在部分过RH炉的超低碳钢上进行试验。
将部分过RH炉超低碳钢水加入实施例1的RH精炼炉中，在通过侧面透气砖向上升管中吹入流量为180Nm3/h的氩气的同时，通过底部透气砖向钢包中吹入流量为215NL/min的氩气，对部分过RH炉超低碳钢水进行RH处理。
试验结果如附图4所示。
通过试验结果可看出，使用本申请的RH精炼炉和方法进行RH精炼处理，对不同钢种，RH处理周期平均可缩短2～4分钟。其原因在于：在上升管侧吹氩的同时，在钢包底部吹入氩气，一方面，突破了上升管侧吹氩流量增加的上限，另一方面，底部吹入的氩气相比侧吹氩具有更大的做功行程，因此可以显著提高RH处理时的饱和循环流量，从而缩短RH处理周期。
综上，本申请实施例可有效的缩短RH冶炼周期，提高RH生产效率。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。
Claims (9)
1.一种RH精炼炉，其特征在于，包括：
钢包(1)，用于容纳钢水，所述钢包(1)底部设置有底部吹气端口(11)；
真空室(2)，其位于所述钢包(1)的上方，并设置有上升管(21)、下降管(22)和真空腔(23)，其中，所述上升管(21)的一端和所述下降管(22)的一端分别伸入所述钢包(1)中，另一端分别与所述真空腔(23)连通，所述上升管(21)的管壁设置有侧面吹气端口(211)；
第一吹气装置(3)，其与所述侧面吹气端口(211)流体连通，用于通过所述侧面吹气端口(211)向所述上升管(21)内吹气，以使所述钢包(1)内的钢水被驱动通过所述上升管(21)进入所述真空腔(23)；
第二吹气装置(4)，其与所述底部吹气端口(11)流体连通，用于在第一吹气装置(3)通过所述侧面吹气端口(211)向所述上升管(21)内吹气的同时，使用第二吹气装置(4)通过所述底部吹气端口(11)向所述钢包(1)中的钢水吹气，使所述钢包(1)内更多的钢水被驱动通过所述上升管(21)进入所述真空腔(23)，并在真空脱气之后通过下降管(22)返回钢包(1)。
2.根据权利要求1所述的RH精炼炉，其特征在于，所述底部吹气端口(11)与上升管(21)中心线在钢包(1)底部的正投影距离小于底部吹气端口(11)与下降管(22)中心线在钢包(1)底部的正投影距离。
3.根据权利要求1或2所述的RH精炼炉，其特征在于，所述底部吹气端口(11)的气体出口内径为3mm～6mm。
4.根据权利要求1或2所述的RH精炼炉，其特征在于，所述底部吹气端口(11)上端面的直径小于上升管(21)的内径。
5.根据权利要求1或2所述的RH精炼炉，其特征在于，所述底部吹气端口(11)和侧面吹气端口(211)都为透气砖。
6.一种缩短RH处理周期的方法，其特征在于，包括以下步骤：
将钢水加入根据权利要求1～5任一项所述的RH精炼炉中，在通过侧面吹气端口(211)向上升管(21)吹入一定流量的驱动气体的同时，通过底部吹气端口(11)向钢包(1)中吹入一定流量的驱动气体，对钢水进行RH处理。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述驱动气体为氩气、氮气和氧气其中一种。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，通过侧面吹气端口(211)向上升管(21)吹入驱动气体的流量为120Nm3/h～220Nm3/h。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，通过底部吹气端口(11)向钢包(1)中吹入驱动气体的流量为50NL/min～300NL/min。
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