專利名稱:一種改良的循環(huán)式鋼液真空精煉裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本實用新型屬于碳鋼的冶煉和熔融鐵合金的處理,特別是真空處理的技術(shù)領(lǐng)域,即提出了一種改良的循環(huán)式鋼液真空精煉裝置。
背景技術(shù):
近年來,由于汽車、石油等工業(yè)對鋼材質(zhì)量的要求越來越嚴(yán)格,使得一些高性能鋼種中對夾雜物含量和形態(tài)都要有嚴(yán)格的控制,甚至已開始尋求如何去除鋼液中非金屬夾雜物生產(chǎn)純凈鋼的方法。
RH(Rheinstahl Hutte-Werke & Heraeus GMBK)循環(huán)式真空精煉法是生產(chǎn)純凈鋼的有效工藝之一。它通過下部安裝有兩根管子的真空室和一個吹氬裝置同鋼包相連接。當(dāng)真空室下部的兩根管子插入鋼包中,在其中一根管子下部向內(nèi)吹氬,鋼液將從該吹氬的管子(以下稱上升管)進入真空室內(nèi),進行脫氣、脫雜;而從另一根管子(以下稱下降管)中流回鋼包中,形成迴流。RH法的主要作用在于經(jīng)過鋼液在真空室和鋼包兩者之間的反復(fù)循環(huán)起到(1)脫H2、脫O2和脫N2等脫氣作用;(2)真空脫C作用和(3)均勻鋼液成分與溫度,促進非金屬夾雜物上浮的作用。
進入上世紀(jì)八十年代后,RH技術(shù)的發(fā)展加快,其發(fā)展趨勢表現(xiàn)在(1)優(yōu)化RH工藝、設(shè)備參數(shù),擴大處理能力;(2)開發(fā)多功能的RH精煉工藝和設(shè)備,如在真空室上方安裝加合金元素的料斗;(3)開發(fā)RH鋼液熱補償和升溫技術(shù),如在上升管和下降管上安裝加熱裝置;(4)完善RH技術(shù)輕處理工藝設(shè)備。
我國的各大型鋼鐵企業(yè)中,循環(huán)式真空脫氣處理技術(shù)發(fā)展也很快。近年來各廠家煉鋼時采用RH技術(shù),除利用其脫氣功能外,還增加了真空脫碳、脫硫、成分微調(diào)以及鋼液熱補償?shù)榷喾N功能。為加速其脫碳過程,還出現(xiàn)了多種真空下吹氧的強制脫碳技術(shù)。
在RH真空精煉過程中,循環(huán)流量是衡量RH真空脫氣裝置冶煉效率的重要參數(shù)之一。為了提高RH法真空脫氣系統(tǒng)的循環(huán)流量,出現(xiàn)過許多改變上升管、下降管的結(jié)構(gòu)和斷面形狀的方案,然而單純提高鋼液循環(huán)流量的方法并不能有效的提高鋼中夾雜物的去除效率,也不能更好地滿足增加處理鋼種和提高鋼材質(zhì)量的要求。
實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是尋求一種更有效的循環(huán)式鋼液真空精煉裝置。它在傳統(tǒng)的RH真空精煉法的基礎(chǔ)上,通過對真空脫氣裝置的改良,不僅可以改善鋼液的脫氣、脫碳等功能;還可以有效提高鋼中夾雜物的去除效率。
本實用新型提出了一種改良的循環(huán)式鋼液真空精煉裝置,它包括真空室、上升管、下降管和噴氣嘴,其特征在于另安有與上升管配合的使鋼液產(chǎn)生旋流的裝置,即鋼液攪拌器。
在本實用新型的真空精煉裝置中,鋼液在上升管內(nèi)作旋轉(zhuǎn)流動,鋼液本身的密度大,而鋼液中的氣相雜質(zhì)與非金屬夾雜物密度小,受向心力的作用,被鋼液擠到上升管的中心區(qū)域。因而,一方面管壁附近的氣泡和夾雜物大幅度降少,減輕了它們對管壁的侵蝕,增長了上升管的使用壽命;另一方面,由于鋼液旋流中,氬氣氣泡同非金屬夾雜物的碰撞、合并的幾率增大,提高了去除鋼液中夾雜物的效率。此外,通過模擬實驗還證明增大鋼液的旋流強度可以增加鋼液循環(huán)流量,這對于鋼液的真空精煉也是十分有利的。
本實用新型所說的使鋼液產(chǎn)生的旋流的裝置可以有多種構(gòu)思和設(shè)計方案。
本實用新型的構(gòu)思和設(shè)計方案之一是在上升管外設(shè)計安裝一臺由水冷電磁繞組構(gòu)成的電磁攪拌器。利用螺旋形的電磁力攪拌上升管中鋼液流,使鋼液在作上升流動的同時產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運動,加之鋼流中氬氣氣泡的綜合作用,使鋼液在真空精煉過程中能更好地脫氣和脫雜,從而顯著地提高鋼材的性能指標(biāo)。
本實用新型的構(gòu)思和設(shè)計方案之二是在上升管內(nèi)設(shè)計安裝一個機械攪拌器。機械攪拌器由一根用電動機驅(qū)動的旋轉(zhuǎn)軸和固定在轉(zhuǎn)軸上的至少一個葉輪組成。當(dāng)葉輪轉(zhuǎn)動時,利用機械動力攪拌上升管中的鋼液流,使它產(chǎn)生渦旋流動,同樣可以產(chǎn)生使鋼液脫氣、脫雜,增大鋼液循環(huán)流量等多種良好的效果。
本實用新型的構(gòu)思和設(shè)計方案之三是對上述兩種設(shè)計方案加以綜合,即在上升管內(nèi)外同時加裝機械攪拌器和電磁攪拌器,使用時利用兩者的疊加作用,其效果更佳。
上述機械攪拌器和復(fù)合攪拌器的葉輪由輪座與葉片組合而成,輪座上至少安有三根以上的葉片。葉片的安裝角,即葉片平面與輪座母線之間的夾角為0~60°。
圖1為傳統(tǒng)的RH值循環(huán)式鋼液真空精煉裝置示意圖,圖中1真空室,2上升管,3下降管,4噴氣嘴,5鋼包;圖2為本實用新型的改良的循環(huán)式鋼液真空精煉裝置之一——帶電磁攪拌器的鋼液真空精煉裝置示意圖,圖中1真空室,2上升管,3下降管,4噴氣嘴,5鋼包,6電磁場繞組;圖3為本實用新型的改良的循環(huán)式鋼液真空精煉裝置之二——帶機械攪拌器的鋼液真空精煉裝置示意圖,圖中1真空室,2上升管,3下降管,4噴氣嘴,5鋼包,7機械旋轉(zhuǎn)軸,8葉輪;圖4為本實用新型的改良的循環(huán)式鋼液真空精煉裝置之三——即帶機械攪拌器和電磁攪拌器的鋼液真空精煉裝置示意圖,圖中1真空室,2上升管,3下降管,4噴氣嘴,5鋼包,6電磁繞組,7機械旋轉(zhuǎn)軸,8葉輪。
圖5為本實用新型的機械攪拌器和復(fù)合攪拌器中葉輪的結(jié)構(gòu)安裝圖,圖中9為輪座、10為葉片,圖5a為三葉葉輪,5b為四葉葉輪,c和d為五葉葉輪。
具體實施方式
下面結(jié)合具體實施例對本實用新型的內(nèi)容作進一步的補充和說明。
實施例1帶電磁攪拌器的改良的循環(huán)式鋼液真空煉精裝置如圖2所示,在現(xiàn)有的RH的真空室1的上升管2外,安裝一個同上升管外壁相固定的水冷電磁繞組6,繞組的電磁場要同上升管的內(nèi)徑即鋼液的流量相配合,以使得電磁力能夠驅(qū)動鋼液作渦旋運動。通常電磁攪拌器適合于內(nèi)徑600毫米以下的上升管,而相應(yīng)的電磁場的磁感應(yīng)強度為0.1~0.2特(Tesla)。
在某鋼廠使用本實用新型的裝置對120噸的鋼包5進行真空精煉處理時。裝置的上升管和下降管3直徑為500毫米,將真空室壓在鋼包上,使上升管和下降管浸入鋼包中,開動真空泵抽真空,當(dāng)真空室室內(nèi)壓強達到2托(Torr)時,鋼液開始通過上升管進入真空室內(nèi),此時,接通水冷電磁繞組電源,建立旋轉(zhuǎn)電磁場,將磁感應(yīng)強度調(diào)至0.2特(Tesla),并通過噴氣嘴向鋼液中通入氬氣。鋼液在上升管中由電磁力的攪動,產(chǎn)生渦旋,很容易脫去氣體雜質(zhì)和密度小的非金屬夾雜物。進入真空室內(nèi)鋼液達到一定高度后又沿著下降管3流入鋼包中,形成循環(huán)流動,最終達到爐外真空精煉和脫氣、脫雜的目的。
實施例2帶機械攪拌器的改良的循環(huán)式鋼液真空煉精裝置此裝置適合于上升管內(nèi)徑為600毫米以上的情況,即鋼包容量在180噸以上。采用現(xiàn)有的RH鋼液真空處理裝置,按如圖3所示的設(shè)計進行改造,在真空室1上蓋安置一臺調(diào)速電機,并接上一根垂直插入上升管2中的旋轉(zhuǎn)軸7,軸上固定有兩個葉輪8。
葉輪是可拆卸的,由輪座9和葉片10裝配而成,如圖5所示。本實用新型的機械式攪拌器備有三種葉輪可供選擇使用。(1)如圖5a所示的三根葉片的葉輪,葉片平面與輪座母線平行,即安裝角為0°;(2)圖5b所示的四根葉片的葉輪,其葉片安裝角為30°,即葉片平面同輪座母線成30°的夾角;(3)圖5d所示的五根葉片的葉輪,其葉片安裝角為60°。
當(dāng)需要對300噸鋼包中的鋼液進行真空脫氣處理時,上升管和下降管的直徑為700毫米。先將真空室壓在鋼包5上,開動真空泵抽真空,當(dāng)真空室室內(nèi)壓強達到1托時,鋼液開始通過上升管進入真空室內(nèi),再通過下降管3流回鋼包,形成循環(huán)流動。此時一面通過噴氣嘴4向鋼液中吹入氬氣,一面啟動調(diào)速電機帶動旋轉(zhuǎn)軸和葉輪轉(zhuǎn)動。葉輪的葉片的安裝角如圖5所示,可視鋼種不同而確定。當(dāng)葉輪在電機驅(qū)動下旋轉(zhuǎn)時便可以攪拌上升管中的鋼液,使其在上升的過程中產(chǎn)生渦旋。實踐證明這樣的裝置不僅延長了上升管的壽命,而且提高去除鋼液中夾雜物的效率。
實施例3帶復(fù)合攪拌器的改良的循環(huán)式鋼液真空煉精裝置按圖4的設(shè)計方案改造RH鋼液真空處理裝置,在真空室1蓋上安裝調(diào)速電機,并接上一根垂直向下插入上升管2中的旋轉(zhuǎn)軸7,軸上固定兩個葉輪8,每個葉輪的輪座9上安有五根葉片10,如圖5c所示,葉片的安裝角為45°角。上升管外則另安裝一臺0.1特的水冷電磁繞組。
當(dāng)對180噸的鋼包進行真空精煉時,設(shè)計上升管和下降管內(nèi)徑為600毫米。將真空室壓到鋼包5上,開動真空泵抽真空,當(dāng)真空室壓強降至1托時,鋼液開始在上升管和下降管3中形成循環(huán)流動,此時開始用噴氣嘴向鋼液中吹氬,同時接通水冷電磁繞組電源,建立0.1特的旋轉(zhuǎn)電磁場和啟動調(diào)速電機驅(qū)動兩個葉輪旋轉(zhuǎn)。很快使上升管中的鋼液產(chǎn)生渦旋運動。
鋼液一方面在真空室與鋼包中循環(huán)流動,而另一方面還在作渦旋運動。經(jīng)過20~30分鐘的真空精煉之后,不僅使鋼液中的H2、O2和N2等氣體雜質(zhì)得以有效去除,而且脫C和脫雜的效果也明顯改善,鋼材質(zhì)量得以顯著提高。
權(quán)利要求1.一種改良的循環(huán)式鋼液真空精煉裝置,它包括真空室、上升管、下降管、噴氣嘴,其特征在于另安有與上升管相配合使鋼液產(chǎn)生旋流的鋼液攪拌器。
2.按權(quán)利要求1所述的改良的循環(huán)式鋼液真空精煉裝置,其特征在于所說的鋼液攪拌器是安裝在上升管外的由水冷電磁繞組構(gòu)成的電磁攪拌器。
3.按權(quán)利要求1所述的改良的循環(huán)式鋼液真空精煉裝置,其特征在于所說的鋼液攪拌器是安裝在上升管內(nèi)由一根用電機驅(qū)動的旋轉(zhuǎn)軸和固定在旋轉(zhuǎn)軸上的至少一個葉輪組成的機械攪拌器。
4.按權(quán)利要求1所述的改良的循環(huán)式鋼液真空精煉裝置,其特征在于所說的鋼液攪拌器是由安裝在上升管外的水冷電磁繞組與上升管內(nèi)由一根用電機驅(qū)動的旋轉(zhuǎn)軸和固定在旋轉(zhuǎn)軸上的至少一個葉輪組合而成的機械——電磁復(fù)合攪拌器。
5.按權(quán)利要求3或4所述的改良的循環(huán)式鋼液真空精煉裝置,其特征在于所說的葉輪至少安裝有三個以上的葉片。
6.按權(quán)利要求5所述的改良的循環(huán)式鋼液真空精煉裝置,其特征在于所說的葉片,其安裝角為0~60°。
專利摘要本實用新型提出了一種改良的循環(huán)式鋼液真空精煉裝置,它包括真空室、上升管、下降管、吹氣嘴,其特征在于另安有與上升管相配合使鋼液產(chǎn)生旋流的鋼液攪拌器。攪拌器可以是安裝在上升管外的由水冷電磁繞組構(gòu)成的電磁攪拌器,也可以是安裝在上升管內(nèi)由一根用電機驅(qū)動的旋轉(zhuǎn)軸和固定在旋轉(zhuǎn)軸上的至少一個葉輪組成的機械攪拌器,以及由兩者組合而成復(fù)合攪拌器。它們使鋼液在上升管中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)流動,從而起到更好的脫氣、脫雜作用,增大鋼液的循環(huán)流量,其結(jié)果顯著地提高了精煉后鋼材的性能指標(biāo)。
文檔編號B01F13/00GK2858663SQ20052009196
公開日2007年1月17日 申請日期2005年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月27日
發(fā)明者李寶寬, 齊鳳升 申請人:東北大學(xué)