一种RH精炼炉上升管内侧吹CO2-Ar精炼装置的制作方法

一种rh精炼炉上升管内侧吹co2‑
ar精炼装置
技术领域
1.本实用新型涉及钢铁冶金技术领域，尤其涉及一种rh精炼炉上升管内侧吹co2‑
ar精炼装置。


背景技术：

2.现代钢铁生产流程中，炉外精炼已成为不可缺少的重要环节。rh法，即钢液真空循环脱气法处理工艺操作简便、处理量大、生产效率高，具备脱碳、脱氢、脱氧、吹氧升温、喷粉脱硫及成分控制、改善钢液纯净度等多种冶金功能，是一种多功能的真空精炼方法，被誉为最优秀的钢液真空精炼方法。rh法以其快速处理的特点及其较低的处理成本越来越为炼钢厂所广泛采用，rh精炼炉是rh法精炼过程中采用的关键设备之一。rh法精炼过程中，将真空室下部的两根浸渍管插入钢液内部，利用真空泵将真空室抽成真空，在通过从上升管下部吹入氩气，使钢液循环流动，加速真空脱气过程，均匀成分和温度。
3.现有的rh精炼炉精炼一般采用上升管侧吹ar作为驱动气体，改善熔池动力学条件，但此工艺过程会引发一系列问题：1)顶吹氧脱碳容易造成钢中溶解氧，需向真空室加铝等脱氧剂，造成钢液中夹杂物增多而影响钢液洁净度；2)采用顶枪向钢液长时间吹氧，容易造成真空室耐火材料烧损、脱落；3)当转炉出钢终点碳含量偏高时或冶炼超低碳钢时，势必增加吹氧时间，导致氧枪与钢液接触时间过长，降低氧枪使用寿命； 4)传统rh精炼炉限制了生产洁净钢和超低碳钢，当钢液循环流速一定时，采用顶吹氧脱碳，由于熔池脱碳反应产生的大量co与o2反应，导致氧气利用率降低，限制了脱碳速率，造成精炼时间长，冶炼成本高；5) 采用吹氧脱碳造成钢中溶解氧升高，降低钢液洁净度影响铸坯质，脱氧产生的al2o3易引起浸入式水口堵塞。综上所述，如何提高rh法脱碳速率，降低脱碳后钢中溶解氧，是降低rh法生产成本，加快rh精炼炉精炼节奏，冶炼高洁净钢和超低碳钢的关键。


技术实现要素：

4.鉴于上述的分析，本实用新型旨在提供一种rh精炼炉上升管内侧吹co2‑
ar精炼装置，至少能够解决以下技术问题之一：(1)现有的rh 精炼炉精炼过程中钢液溶解氧高，(2)真空室耐材烧损、脱落，(3) 精炼时间长，(4)氧枪寿命低。
5.本实用新型的目的主要是通过以下技术方案实现的：
6.本实用新型公开了一种rh精炼炉上升管内侧吹co2‑
ar精炼装置，包括：rh精炼炉、ar气源、co2气源、烟气分析单元、测温取样单元和气体控制系统；
7.所述烟气分析单元与所述rh精炼炉的真空室上方的排气管道相连；
8.所述烟气分析单元和所述测温取样单元分别与所述气体控制系统连接；
9.所述ar气源提供的ar气与所述co2气源提供的co2通过上升管的进气口供入rh精炼炉的上升管。
10.进一步的，还包括混气罐，所述ar气源通过ar管道与所述混气罐相连，所述co2气源通过co2管道与所述混气罐相连，所述混气罐通过输气管与所述上升管的进气口相连。
11.进一步的，所述气体控制系统包括钢液成分数据采集单元、上升管侧吹气体流量数据采集单元、烟气成分数据采集单元和钢液成分预测单元；所述气体控制系统根据目标钢液成分、钢液成分取样分析结果和烟气成分数据动态调整上升管内ar气和co2的气体流量和比例。
12.进一步的，所述烟气分析单元设有信号传输装置，所述信号传输装置与所述气体控制系统连接。
13.进一步的，所述上升管的进气口距离上升管的底部的高度h与上升管的高度h的关系为：h＝1/3h。
14.进一步的，所述ar管道上设有第一流量阀和第一压力阀。
15.进一步的，所述co2管道上设有第二流量阀和第二压力阀。
16.进一步的，所述rh精炼炉的炉体中设有顶吹氧枪，所述顶吹氧枪用于向所述炉体中吹入氧气。
17.进一步的，所述rh精炼炉的炉体的一侧设有真空泵，所述真空泵用于将真空室抽成真空。
18.进一步的，rh精炼炉上升管内侧吹co2‑
ar精炼装置还包括钢包，所述钢包设置于rh精炼炉的炉体的下方。
19.本实用新型至少能够实现如下有益效果之一：
20.(1)本实用新型提供的rh精炼炉上升管内侧吹co2‑
ar精炼装置通过设置ar气源、co2气源和混气罐，在rh精炼过程中，采用co2和 ar气的混合气体作为上升管的吹入驱动气体，结合初始钢液成分数据、钢液取样分析结果和精炼过程中的烟气成分等数据对上升管内的侧吹 co2‑
ar气体流量进行动态调整，钢液在真空室与钢包间循环流动加速钢液脱气过程，同时co2与钢液中碳反应生成co，减轻顶枪吹氧的脱碳任务，大幅降低钢中溶解氧，改善钢液质量；脱碳产生co与o2反应产生热量，补偿rh精炼过程中的热量损失，因此可降低转炉出钢的温度。
21.(2)采用本实用新型提供的rh精炼炉上升管内侧吹co2‑
ar精炼装置后能够实现rh精炼过程快速脱碳，缩短精炼时间，放宽转炉出钢碳含量，减轻转炉冶炼负担，降低rh脱碳后钢中溶解氧，减少脱氧剂消耗，提高钢液洁净度，改善钢液质量，同时减少ar气消耗，减少真空室耐材和顶吹氧枪损耗，降低生产成本。rh法处理后钢中的碳含量可达 10.0
×
10
‑4％以下，溶解氧含量低于1.0
×
10
‑4％，氧枪寿命由约200次提高至不少于270次，提高了产品质量，缩短了精炼时间。
22.(3)通过在ar管道和co2管道上分别设置流量阀和压力阀，能够实现ar气和co2的单独控制，操作简单、精确。
23.本实用新型中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本实用新型的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过说明书中所特别指出的内容来实现和获得。
附图说明
24.附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本实用新型的限制，在整个
附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
25.图1为rh精炼炉上升管内侧吹co2‑
ar精炼装置的结构示意图。
26.附图标记：
[0027]1‑
气体控制系统，2
‑
烟气分析单元，3
‑
测温取样单元，4
‑
混气罐，5
‑
ar 气源，6
‑
co2气源，7
‑
钢包，8
‑
顶吹氧枪，9
‑
炉体，10
‑
上升管，11
‑
下降管。
具体实施方式
[0028]
下面结合附图来具体描述本实用新型的优选实施例，其中，附图构成本技术一部分，并与本实用新型的实施例一起用于阐释本实用新型的原理，并非用于限定本实用新型的范围。
[0029]
为了便于描述，这里诸如“在...之下”、“在...下方”、“下面”、“在...之上”、“上方”等的空间相对术语可用来描述附图中所示的一个元件或特征与另一个元件或特征的关系。应理解，除了附图中描绘的取向之外，空间相对术语旨在包含装置在使用或操作中的不同取向。例如，当附图中的装置翻转时，描述为在其他元件或特征“下方”或“之下”的元件将取向为在其他元件或特征“之上”。因此，示例性术语“在...下方”可包括之上和之下两种取向。
[0030]
下面结合附图对本实用新型实施方式做以下说明：
[0031]
如图1所示，一种rh精炼炉上升管内侧吹co2‑
ar精炼装置，包括： rh精炼炉、ar气源5、co2气源6、混气罐4和气体控制系统1；rh精炼炉的炉体9内设有上升管10和下降管11，上升管10上设有进气口； ar气源5通过ar管道与混气罐4相连，co2气源6通过co2管道与混气罐4相连，混气罐4通过输气管与进气口相连，ar气源5提供的ar气与 co2气源6提供的co2经混气罐4混合后能够通过进气口供入上升管10； ar气源5和co2气源6分别与气体控制系统1相连。气体控制系统1能够动态调整ar气源5和co2气源6的供气工艺参数。
[0032]
具体的，进气口距离上升管10的底部的高度和h与上升管10的高度h的关系为：h＝1/3h。
[0033]
具体的，气体控制系统1包括钢液成分数据采集单元、上升管侧吹气体流量数据采集单元、烟气成分数据采集单元和钢液成分预测单元；气体控制系统1根据目标钢液成分、钢液成分取样分析结果和烟气成分数据动态调整上升管内ar气和co2的气体流量和气体比例。
[0034]
具体的，rh精炼炉上升管内侧吹co2‑
ar精炼装置还包括烟气分析单元2，烟气分析单元2与rh精炼炉的真空室上方的排气管道相连，烟气分析单元2能够在精炼过程中对排气管道内的烟气成分进行在线分析并获取烟气瞬时成分数据；烟气分析单元2设有信号传输装置，信号传输装置与气体控制系统1连接，烟气分析单元2的数据能够传输至气体控制系统1的烟气成分数据采集单元。
[0035]
具体的，rh精炼炉上升管内侧吹co2‑
ar精炼装置还包括测温取样单元3，测温取样单元3用于采集钢包中的钢液，并分析钢液的组分；测温取样单元3与气体控制系统1连接，测温取样单元3能够将钢液的组分检测数据传输至气体控制系统1的钢液成分数据采集单元。
[0036]
具体的，ar管道上设有第一流量阀和第一压力阀，通过调节第一流量阀和第一压
力阀对ar气的流量进行控制；ar气的流量由气体控制系统 1在线分析后实现动态控制。
[0037]
具体的，co2管道上设有第二流量阀和第二压力阀，通过调节第二流量阀和第二压力阀对co2的流量进行控制；co2的流量由气体控制系统1 在线分析后实现动态控制。
[0038]
通过在ar管道和co2管道上分别设置流量阀和压力阀，能够实现 ar气和co2的单独控制，操作简单、精确。
[0039]
具体的，rh精炼炉的炉体9中设有顶吹氧枪8，顶吹氧枪8用于向炉体9中吹入氧气。
[0040]
具体的，rh精炼炉的炉体9的一侧设有真空泵，真空泵用于将真空室抽成真空。
[0041]
具体的，rh精炼炉上升管内侧吹co2‑
ar精炼装置还包括钢包7，钢包7设置于炉体9的下方。
[0042]
需要说明的是，rh精炼炉上升管内侧吹co2‑
ar精炼装置的工作原理如下：钢包7到达rh精炼炉下方后，首先进入抽真空阶段，钢包7 上方的真空室下降，上升管10和下降管11插入钢液(上升管和下降管的管口套有挡渣冒避免炉渣在下降过程进入真空室，进入到钢液内部后挡渣冒自动熔化)，上升管10和下降管11插入钢液一定深度后，启动真空泵将真空室抽成真空(真空度0.3kpa
‑
0.06kpa)，由于真空室内外压差，钢液面从上升管10和下降管11中上升至压差相等高度，此时从上升管10的进气口吹入co2和ar气的混合气体，该混合气体进入上升管10后由于受热体积迅速膨胀、压力降低，在上升管10内瞬间产生大量气泡核，由于钢液内氢气、氮气分压为零，使钢中溶解气体迅速向气泡扩散，同时钢中溶解碳与气泡中co2气体反应生成co，又由于气泡受热膨胀，气体驱动钢液成喷泉状喷入真空室内，驱动钢液循环。其中，精炼过程中，根据具体情况和脱碳任务选择是否采用顶吹氧枪供氧及合适的流量。
[0043]
具体的，co2和ar的混合气体的配比的具体调整方案如下：
[0044]
当目标碳含量小于0.05％时，
[0045]
1)当实时碳含量[％c]≥0.04％，混合气体co2体积比为80
‑
99％，并根据具体情况配合供氧制度。
[0046]
2)当实时碳含量0.03≤[％c]＜0.04％，混合气体co2体积比为60
‑
80％，并根据具体情况停止供氧。
[0047]
3)当实时碳含量[％c]＜0.03％，混合气体co2体积比为40
‑
60％，并根据具体情况停止供氧。
[0048]
与现有技术相比，采用本实用新型提供的rh精炼炉上升管内侧吹 co2‑
ar精炼装置后，在rh精炼过程中，采用co2和ar气的混合气体作为上升管的吹入驱动气体，结合初始钢液成分数据、钢液取样分析结果和精炼过程中的烟气成分等数据对上升管内的侧吹co2‑
ar气体流量进行动态调整，钢液在真空室与钢包间循环流动加速钢液脱气过程，同时 co2与钢液中碳反应生成co，减轻顶枪吹氧的脱碳任务，大幅降低钢中溶解氧，改善钢液质量；脱碳产生co与o2反应产生热量，补偿rh精炼过程中的热量损失，因此可降低转炉出钢的温度。
[0049]
采用本实用新型提供的rh精炼炉上升管内侧吹co2‑
ar精炼装置后能够实现rh精炼过程快速脱碳，缩短精炼时间，放宽转炉出钢碳含量，减轻转炉冶炼负担，降低rh脱碳后钢中溶解氧，减少脱氧剂消耗，提高钢液洁净度，改善钢液质量，同时减少ar气消耗，减少真空室耐材和顶吹氧枪损耗，降低生产成本。rh法处理后钢中的碳含量可达10.0
×
10
‑4％以
下，溶解氧含量低于1.0
×
10
‑4％，氧枪寿命由约200次提高至不少于270 次，提高了产品质量，缩短了精炼时间。
[0050]
以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。