專利名稱：一種轉(zhuǎn)爐出鋼口擋渣器及避渣法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種轉(zhuǎn)爐出鋼末期，減少鋼渣進(jìn)入鋼包的一種避渣方法，以及根據(jù)此方法設(shè)計(jì)而成的擋渣器。
背景技術(shù)：
漩渦是日常生活中常見的一種現(xiàn)象，它是流體在流動(dòng)過程中由于相鄰各質(zhì)點(diǎn)間流動(dòng)速度及流動(dòng)方向不一致而引起的。當(dāng)無數(shù)的微漩渦累積放大，就成為可見漩渦。出鋼口處鋼水各質(zhì)點(diǎn)流動(dòng)速度及流動(dòng)方向顯然存在很大差別，將產(chǎn)生漩渦。但出鋼口產(chǎn)生漩渦的主要原因卻是鋼水供應(yīng)不足造成，就象固體料倉內(nèi)粉料不足時(shí)，粉料不會(huì)旋轉(zhuǎn)也會(huì)產(chǎn)生一個(gè)漏斗狀的凹坑，此時(shí)若粉料上面還有另一種粉料，則上面的粉料將與下層粉料一起混合流出。鋼液從轉(zhuǎn)爐到鋼包的出鋼末期，一方面，由于鋼水供應(yīng)不足產(chǎn)生凹坑，一方面由于質(zhì)點(diǎn)存在速度差而產(chǎn)生漩渦。鋼水產(chǎn)生漩渦后，由于離心力的作用，使中心凹坑增大。而鋼渣由鋼水帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，鋼渣粘度大，旋轉(zhuǎn)速度比鋼水低很多，產(chǎn)生的離心力就很小，所以易填滿鋼凹坑，卷入鋼水。鋼渣進(jìn)入鋼包，造成鋼包中渣量大，對(duì)后期的鋼水精煉造成很大的影響，比如由于去除鋼渣中的氧，要消耗大量的金屬鋁，增加精煉成本；同時(shí)造成鋼水回磷， 降低鋼水質(zhì)量。在現(xiàn)代轉(zhuǎn)爐煉鋼廠中，轉(zhuǎn)爐出鋼末期的出鋼卷渣一直是個(gè)難以完全解決的問題。 自從1970年日本發(fā)明擋渣球擋渣出鋼以來，各國為完善轉(zhuǎn)爐出鋼擋渣技術(shù)發(fā)明了幾十種擋渣方法。目前已知的轉(zhuǎn)爐出鋼擋渣方法有擋渣球法、擋渣塞法、擋渣料法、滑板法、氣動(dòng)擋渣法、避渣罩法、電磁擋渣法、出鋼口吹氣干擾渦流法、轉(zhuǎn)動(dòng)旋臂法、擋渣棒法、擋渣罐法、三孔出鋼法、均流出鋼口法、真空吸渣法、氣動(dòng)撇渣法、扒渣法、無漩渦水口法。等等。國內(nèi)外最常用的是擋渣球、擋渣塞法，而效果較好的是擋渣塞法。擋渣塞法所用擋渣塞由導(dǎo)桿和塞體構(gòu)成，塞體上設(shè)置溝槽便于擋渣塞堵塞出鋼口后殘鋼流出。在出鋼末期用專用設(shè)備將擋渣塞直接插入出鋼口，比擋渣球定位準(zhǔn)確。為了使擋渣塞浮于鋼水鋼渣之間，其密度一般在4. 2 4. 7g/cm3之間。本專利發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，擋渣塞在使用時(shí)的受力情況如下重力G，鋼和渣的浮力F，在鋼水靜止或者鋼水還很深時(shí)，G=F ；當(dāng)擋渣塞導(dǎo)桿接近出鋼口時(shí)，導(dǎo)桿受到鋼流的摩擦力f， 方向向下。摩擦力f與導(dǎo)桿的表面積有關(guān)，表面積越大，受力面積越大，f就越大；當(dāng)漩渦產(chǎn)生后，漩渦將產(chǎn)生一個(gè)負(fù)壓，對(duì)擋渣塞也產(chǎn)生一個(gè)向下的力，可稱之為負(fù)壓力，記為Ff，而且鋼水液位越低，漩渦強(qiáng)度越大，對(duì)擋渣塞產(chǎn)生的負(fù)壓力越大。負(fù)壓力就是在沒有擋渣器時(shí)， 鋼水卷渣的主要原因。當(dāng)G+f+Ff>F時(shí)，將擋渣塞向下拉，塞體更多地進(jìn)入鋼水，浮力也增加；當(dāng)擋渣塞全部進(jìn)入鋼水，F(xiàn)f、f繼續(xù)增加，擋渣塞便下沉，堵塞出鋼口。通過水模試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)目前擋渣塞存在以下問題密度過大，所受重力大；橫截面小，使用時(shí)易陷入漩渦，所受浮力小而負(fù)壓力大；導(dǎo)桿過長，所受鋼流摩擦力大；必須在出鋼末期放入，此時(shí)已有大量鋼渣進(jìn)入鋼包；槽過小，堵塞后殘鋼流出時(shí)間長；堵塞出鋼口時(shí)，產(chǎn)生水擊現(xiàn)象，撞擊出鋼口， 降低了出鋼口壽命。
另外，目前正在國內(nèi)推廣的氣動(dòng)擋渣法，是在出鋼末期，用高壓氣體在出鋼口逆向吹，使鋼渣不能下來。一般配套安裝下渣監(jiān)測系統(tǒng)，當(dāng)鋼渣混入鋼水時(shí)，由于電信號(hào)的改變， 及時(shí)關(guān)閉水口，防止卷渣。國內(nèi)某大型鋼企使用閘閥式擋渣法，即滑板擋渣法。配套安裝下渣監(jiān)測系統(tǒng)，當(dāng)鋼渣在鋼流中達(dá)到一定比例時(shí)關(guān)閉其閘閥，達(dá)到擋渣的目的。但是該套設(shè)備造價(jià)高，運(yùn)行成本貴，維護(hù)不便，事故頻發(fā)。以上方法的不足之處是，都是被動(dòng)地在鋼水卷渣量達(dá)到一定比例時(shí)，停止出鋼過程，但這時(shí)已經(jīng)有相當(dāng)一部分渣進(jìn)入了下一個(gè)容器，而且有很大一部分鋼還留在原容器內(nèi)不能得到利用而被當(dāng)作廢鋼。按照設(shè)計(jì)，為了避免鋼渣大量卷入鋼水，我國某鋼鐵企業(yè)1996 年引進(jìn)的大型煉鋼廠一般要在轉(zhuǎn)爐內(nèi)留1 %的鋼水、鋼包留0. 5 %，這樣算下來，一年大約有數(shù)萬噸鋼水直接變成了廢鋼。而因卷渣而造成鋼中含有大型夾雜物而引起鋼坯鋼材報(bào)廢的量就更大。1994年7月《上海金屬》第4期介紹了日本川崎的三孔出鋼法將出鋼口設(shè)置為呈等邊三角分布的三個(gè)，使發(fā)生漩渦的能量互相抵消而達(dá)到少渣的目的。此法的缺點(diǎn)在于三孔之間距離的確定存在兩難的選擇，不能過大，過大則相互影響小，不足以抵消漩渦能量； 過小，則三孔之間的耐火材料的強(qiáng)度不易達(dá)到，所以此法很少被采用。中國專利“抑制漩渦的方法及無漩渦水口(專利號(hào)02139052. 5)”，用擋板將出鋼口分成幾部分，使每部分產(chǎn)生的漩渦相互抵消，從而消除出鋼過程中產(chǎn)生的漩渦。由于鋼水溫度下?lián)醢宓膲勖_(dá)不到生產(chǎn)要求，此專利也沒有應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種轉(zhuǎn)爐出鋼口擋渣器及避渣法，克服上述現(xiàn)有轉(zhuǎn)爐出鋼口擋渣器及避渣法的缺陷。發(fā)明人通過水力模型試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)液體從水口向下流出時(shí)，如果初速度接近為0時(shí)， 其向下流動(dòng)的速度變化近似于自由落體，流動(dòng)距離越大，速度V越高，流股的橫截面積S越小，滿足以下關(guān)系
v*s=c (常數(shù))
從外觀上看流股呈喇叭形。當(dāng)落體距離足夠長，由于液體存在表面張力，流股會(huì)成為不連續(xù)的液滴，并且滴間距離也會(huì)越來越大。同樣，鋼水進(jìn)入出鋼口內(nèi)向下流動(dòng)，受重力作用，速度越來越大，鋼流直徑應(yīng)該越來越細(xì)。然而鋼流受到出鋼口壁摩擦力、旋轉(zhuǎn)離心力等因素影響，鋼流變疏松，充滿整個(gè)出鋼口，所以在鋼流中產(chǎn)生一個(gè)負(fù)壓。負(fù)壓力使出鋼口下部空氣進(jìn)入，使出鋼口上部中心鋼流速度增加。所以，出鋼口上方出現(xiàn)凹坑，由三種原因造成1)出鋼口邊緣對(duì)鋼流產(chǎn)生摩擦力， 鋼流邊緣速度慢，中心速度快；2)鋼流進(jìn)入出鋼口后變成疏松的流股，產(chǎn)生負(fù)壓力，使鋼流中心流速更快；3)當(dāng)漩渦產(chǎn)生時(shí)，由于離心力作用，使液體向外，增加了流股對(duì)出鋼口壁間的摩擦力，邊緣速度更慢。當(dāng)鋼水液位高時(shí)，鋼水壓強(qiáng)可以使出鋼口上方周圍鋼水進(jìn)入出鋼口，保證補(bǔ)充供應(yīng)，不會(huì)出現(xiàn)可見凹坑。液位越低，鋼水壓強(qiáng)越低。鋼流邊緣速度與中心速度差距越大，出鋼口上方鋼水供應(yīng)不足，凹坑便產(chǎn)生了。雖然鋼渣也由鋼水帶動(dòng)而旋轉(zhuǎn)，但鋼渣密度低，粘度大，旋轉(zhuǎn)速度低，不易被漩渦甩向邊緣，所以出鋼口上方產(chǎn)生的鋼水凹坑由鋼渣填充，鋼渣就與鋼水混合進(jìn)入鋼包。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種轉(zhuǎn)爐出鋼口擋渣器，其特征在于，包括浮體和耐火管，所述耐火管安裝在浮體重心部位，所述浮體的密度大于鋼渣密度，小于鋼水密度，所述浮體下部具有凹凸結(jié)構(gòu)。所述耐火管、浮體、凹凸結(jié)構(gòu)，在擋渣器制作時(shí)可以一次成型，也可以分別成型后組裝。所述耐火管橫截面為圓形、橢圓形、正方形、多邊形或不規(guī)則形狀；
所述浮體的輪廓形狀為球體、半球體、球冠、正方體、長方體或多面體，以及不規(guī)則形狀、不同形狀的組成體；
所述浮體下部的凹凸結(jié)構(gòu)為凹凸的點(diǎn)、面、筋或溝槽。所述點(diǎn)、面、筋或溝槽的數(shù)量至少為三個(gè)，便于所述浮體落在出鋼口上后殘余鋼水流出；
所述筋或溝槽以所述耐火管為中心，呈向外幅射狀。本發(fā)明同時(shí)提供采用上述轉(zhuǎn)爐出鋼口擋渣器的避渣方法，將所述轉(zhuǎn)爐出鋼口擋渣器放置在出鋼口上方，浮體同時(shí)浮在鋼水和鋼渣中，使耐火管保持縱向站立，所述耐火管的上端露出鋼渣表面之上，下端伸入鋼水；隨著鋼水出爐，出鋼口上出現(xiàn)鋼水漩渦產(chǎn)生負(fù)壓時(shí)，浮體受到鋼水鋼渣的浮力，不易被負(fù)壓力拉下；鋼渣被浮體所阻，也不易到達(dá)出鋼口。而所述耐火管下端正處于漩渦中心，管內(nèi)的鋼和渣被負(fù)壓力吸下，就從上端口吸入爐氣，負(fù)壓力對(duì)浮體和鋼渣的作用消除，浮體始終浮于鋼水鋼渣之間，避免了擋渣器過早地堵塞出鋼口，使鋼水能夠順利出盡；同時(shí)避免鋼渣進(jìn)入漩渦被吸入出鋼口，達(dá)到避渣的目的。被吸入的爐氣通過耐火管下端口與鋼水一起通過出鋼口排出轉(zhuǎn)爐；在出鋼結(jié)束前，浮體下部的凸起結(jié)構(gòu)接觸出鋼口，使殘余鋼水從凹陷部位進(jìn)入出鋼口，浮體繼續(xù)阻止鋼渣進(jìn)入出鋼口。當(dāng)鋼水即將出盡時(shí)搖起轉(zhuǎn)爐，鋼渣留在轉(zhuǎn)爐內(nèi)，結(jié)束出鋼過程。對(duì)于某些鋼種，為了防止或減少鋼水被爐氣氧化，向轉(zhuǎn)爐內(nèi)擋渣器耐火管上方噴入惰性氣體。當(dāng)負(fù)壓力產(chǎn)生，耐火管吸入的氣體就是惰性氣體，不會(huì)氧化鋼水。本發(fā)明帶來的有益效果包括
1.鋼渣大幅度減少，減少鋼水精煉時(shí)脫氧劑、精煉渣的用量?！?·減少鋼水精煉處理時(shí)間； 3.減少轉(zhuǎn)爐內(nèi)殘鋼量，提高產(chǎn)量；
4.轉(zhuǎn)爐出鋼時(shí)間減少，即減少了生產(chǎn)周期，可以提高產(chǎn)能； 5.減少鋼水精煉過程中的回磷量，提高了鋼水質(zhì)量； 6.擋渣器對(duì)出鋼口不撞擊，提高出鋼口壽命。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體說明。圖1為現(xiàn)有擋渣塞的結(jié)構(gòu)及受力分析示意圖。圖2為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖，1為耐火管，2為浮體，3為凹凸結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的具體實(shí)施方式
的擋渣器如圖2所示，耐火管1、浮體2和凹凸結(jié)構(gòu)3，耐火管1連接安裝在浮體2的重心部位，浮體的輪廓形狀為球體、半球體、球冠、正方體、長方體或多面體，以及不規(guī)則形狀、不同形狀的組成體；耐火管1橫截面為圓形、橢圓形、正方形、 長方形或不規(guī)則形狀；浮體的密度大于鋼渣密度，小于鋼水密度；浮體下部凹凸結(jié)構(gòu)3具有凹凸的點(diǎn)、面、筋或溝槽。點(diǎn)、面、筋或溝槽的數(shù)量至少為三個(gè)，浮體落在出鋼口上后便于殘余鋼水流出；筋或溝槽以耐火管1為中心，呈向外幅射狀。上述擋渣器的技術(shù)參數(shù)如下
1.浮體密度P!=1. 05 1. 2 P 2，P2為鋼渣密度，使浮體下部稍浸入鋼水，將鋼渣阻擋在漩渦外。由于爐氣進(jìn)入耐火管內(nèi)，負(fù)壓力對(duì)鋼渣的作用很小，只要浮體將鋼渣與出鋼口隔離，鋼渣就不能到達(dá)出鋼口。同時(shí)，由于爐氣進(jìn)入，也會(huì)對(duì)耐火管內(nèi)壁產(chǎn)生向下的摩擦力； 鋼流對(duì)耐火管的外壁產(chǎn)生摩擦力，都會(huì)使擋渣器有下沉的趨勢。但這兩個(gè)摩擦力不會(huì)太大， 所以其對(duì)擋渣器的下沉影響有限。同時(shí)，浮體密度過大(不超過鋼水密度)，也能起到相同作用，但會(huì)提高生產(chǎn)成本，而且操作難度加大；
2.浮體俯視以圓形為最佳，其次為正多面體，最大當(dāng)量直徑01=2 3D2，込為出鋼口直徑；浮體直徑過小，使用時(shí)則可能完全落在漩渦內(nèi)，所受到的浮力馬上變小，在爐氣還未被吸入時(shí)就受負(fù)壓力作用下沉，過早地堵塞出鋼口 ；浮體直徑過大，也能起到相同作用，但會(huì)提高生產(chǎn)成本，而且操作難度加大；
3.擋渣器耐火管上部長度要保證使用時(shí)其頂端露在鋼渣表面之上，否則鋼渣將會(huì)從耐火管中進(jìn)入出鋼口 ；耐火管下部長度L<2D2，如果過長，將增加耐火管所受的鋼流摩擦力，使擋渣器下沉。4.耐火管當(dāng)量內(nèi)徑5mm 1/3D2。內(nèi)徑過小，爐氣進(jìn)入耐火管時(shí)阻力大，浮體下沉；內(nèi)徑過大，其外徑必然過大，會(huì)影響鋼流，會(huì)降低出鋼速度。5.凹凸結(jié)構(gòu)是為了保證在浮體堵塞出鋼口后，轉(zhuǎn)爐內(nèi)殘余鋼水能夠流出。采用上述轉(zhuǎn)爐出鋼口擋渣器的避渣方法，將轉(zhuǎn)爐出鋼口擋渣器放置在出鋼口上方，浮體浮在鋼水中，使耐火管保持縱向站立，所述耐火管的上端露出鋼渣表面之上，下端伸入鋼水；當(dāng)出鋼口鋼水供應(yīng)不足時(shí)，耐火管內(nèi)鋼水和鋼渣被負(fù)壓力吸出，耐火管上端口隨著吸入爐氣，爐氣通過下端口與鋼水排出轉(zhuǎn)爐，以消除負(fù)壓對(duì)浮體的向下的作用力；浮體浮在鋼水與鋼渣之間，擋住鋼渣，避免鋼渣進(jìn)入凹坑被吸入出鋼口，達(dá)到避渣的目的；在出鋼結(jié)束前，浮體下部接觸出鋼口，浮體下部的凹凸結(jié)構(gòu)使殘余的鋼水進(jìn)入出鋼口流出，同時(shí)浮體阻止鋼渣進(jìn)入出鋼口。為了減少或防止鋼水被爐氣氧化，向耐火管上端噴入惰性氣體。通過對(duì)實(shí)施例進(jìn)行水力模型試驗(yàn)和生產(chǎn)實(shí)踐檢驗(yàn)證明，本發(fā)明的擋渣器能夠浮在鋼水與鋼渣之間，隨鋼水面的下移而下移，達(dá)到避渣的目的，又不會(huì)過早地堵塞出鋼口。本發(fā)明的擋渣器能夠大幅度降低轉(zhuǎn)爐出鋼的下渣量，減少脫氧劑、精煉渣的用量、精煉處理時(shí)間。減少殘鋼量，提高產(chǎn)量；出鋼時(shí)間減少，提高產(chǎn)能；減少鋼水回磷，提高鋼水質(zhì)量；另外， 擋渣器對(duì)出鋼口不撞擊，提高出鋼口壽命。最后所應(yīng)說明的是，以上具體實(shí)施方式
僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制， 盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種轉(zhuǎn)爐出鋼口擋渣器，其特征在于，包括浮體和耐火管，所述耐火管連接安裝在所述的浮體重心部位，所述浮體的密度大于鋼渣密度，小于鋼水密度，所述浮體下部具有凹凸結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)爐出鋼口擋渣器，其特征在于，所述耐火管橫截面為圓形、 橢圓形、正方形、長方形或不規(guī)則形狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的轉(zhuǎn)爐出鋼口擋渣器，其特征在于，所述浮體的輪廓形狀為球體、半球體、球冠、正方體、長方體或多面體，以及不規(guī)則形狀、不同形狀的組成體。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的轉(zhuǎn)爐出鋼口擋渣器，其特征在于，所述浮體下部的凹凸結(jié)構(gòu)為凹凸的點(diǎn)、面、筋或溝槽。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的轉(zhuǎn)爐出鋼口擋渣器，其特征在于，所述點(diǎn)、面、筋或溝槽的數(shù)量至少為三個(gè)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的轉(zhuǎn)爐出鋼口擋渣器，其特征在于，所述筋或溝槽以所述耐火管為中心，呈向外幅射狀。
7.一種采用上述轉(zhuǎn)爐出鋼口擋渣器的轉(zhuǎn)爐出鋼口避渣法，其特征在于，將所述轉(zhuǎn)爐出鋼口擋渣器放置在出鋼口上方，浮體浮在鋼水中，使耐火管保持縱向站立，所述耐火管的上端露出鋼渣表面之上，下端伸入鋼水；隨著鋼水出爐，出鋼口上出現(xiàn)鋼水漩渦產(chǎn)生負(fù)壓時(shí)， 所述耐火管上端口吸入爐氣，爐氣通過下端口與鋼水排出轉(zhuǎn)爐；在出鋼結(jié)束前，浮體下部的凸起結(jié)構(gòu)接觸出鋼口，使殘余鋼水從凹陷部位進(jìn)入出鋼口，浮體阻止鋼渣進(jìn)入出鋼口。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的轉(zhuǎn)爐出鋼口避渣法，其特征在于，向轉(zhuǎn)爐內(nèi)擋渣器耐火管上方噴入惰性氣體。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種轉(zhuǎn)爐出鋼口擋渣器及避渣法，該擋渣器包括，耐火管安裝在浮體重心部位，浮體的密度大于鋼渣密度，小于鋼水密度，浮體下部具有凹凸結(jié)構(gòu)。將所述轉(zhuǎn)爐出鋼口擋渣器放置在出鋼口上方，浮體同時(shí)浮在鋼水和鋼渣中，使耐火管保持縱向站立，耐火管上端露出鋼渣表面之上，下端伸入鋼水；當(dāng)出鋼口上方產(chǎn)生漩渦時(shí)，鋼水內(nèi)出現(xiàn)負(fù)壓，從耐火管上端口吸入爐氣，從而避免鋼渣被負(fù)壓吸入出鋼口。本發(fā)明擋渣器始終懸浮在鋼水鋼渣之間，通過耐火管吸入爐氣抵消負(fù)壓，可達(dá)到避渣的目的，大幅度降低轉(zhuǎn)爐出鋼的下渣量，為鋼水精煉作好準(zhǔn)備。
文檔編號(hào)C21C5/46GK102534109SQ20111042650
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月19日
發(fā)明者萬恩同, 馮軍, 劉海, 劉露長, 盧凱, 周桂峰, 孔勇江, 張先貴, 李小云, 李希偉, 李慕耘, 楊志婷, 楊松, 楊運(yùn)超, 林利平, 王金平, 羅傳清, 范宇, 趙元, 鄧德華, 鄒繼新, 郭六法, 饒江平, 龍學(xué)輝 申請人:伊川縣金橋鋼鐵爐料有限公司, 武漢鋼鐵(集團(tuán))公司, 潛江市環(huán)宇冶金材料有限公司