[发明专利]RH真空精炼顶枪喷粉装置及顶枪喷粉方法

说明书

技术领域

本发明属于冶金技术领域，特别涉及一种RH真空精炼顶枪喷粉装置及顶枪喷粉方法。

背景技术

随着现代尖端技术的发展，对钢材冶金质量和使用性能要求越来越严格，生产超纯铁素体不锈钢、无间隙原子深冲钢(LF钢)、高性能管线用钢等的需要，促使钢铁工业生产采用各种新的炼钢工艺和设备，减少钢中杂质含量，提高钢的洁净度可以显著地改善钢材的延展性、韧性、加工、焊接、抗腐蚀等性能。高洁净钢生产工艺与设备的发展是我国钢铁企业结构优化的重点之一，随着社会的发展对钢材的要求越来越高，即使是大量生产的常用品也因使用条件的恶化而提出了更高的要求。表1是钢中杂质元素单体控制水平发展的趋势。

表1钢中杂质元素单体控制水平发展趋势 (×10^-6)

由于目前对低氮、低氧、低磷、低硫和低氢的高纯净钢种的需求量越来越大，所以二次精炼工艺必须满足名目繁多的要求。原来为钢水脱氢而发展起来的RH工艺也可以用来脱碳、脱氧、脱硫及控制成分，RH真空精炼装置的多功能化发展，使得许多高性能钢生产成本大大降低，其精炼功能的进一步发展已经成为钢铁冶金行业的研究方向，RH真空精炼装置内喷粉工艺便是其中之一。日本住友金属工业公司和歌山厂开发的RH-PTB水冷顶枪喷粉技术，为生产极低碳深冲钢和极低硫钢开辟了一条新的途径，解决了钢水深脱碳和深脱硫技术中存在的生产周期延长，温度损失大，钢水容易增氮和增碳等问题。RH-PTB(RuhrsstahlHeraeus——Powder Top Blowing)即RH顶喷粉法是在RH-KTB法(RuhrsstahlHeraeus—Kawatetsn top Blowing)即顶吹氧循环真空脱气法的基础上配备喷粉系统，通过顶枪向真空室钢水内喷吹粉剂，构成RH-PTB(或RH-KTB/PB)工艺，可实现真空喷粉脱碳和脱硫。粉剂由水冷顶枪喷入。此法优点是：

1、无喷枪堵塞问题；

2、无耐火材料消耗；

3、载气量小，因无钢水阻力。

RH-PTB水冷顶枪喷粉技术的成功开发与应用，开创了冶炼极低碳和极低硫钢新工艺，但RH-PTB是通过水冷顶枪在真空室中心位置进行喷粉精炼时，由于真空泵的抽气作用的同时将部分的粉剂一起抽出真空室，以及部分粉剂漂浮在钢液表面，导致喷入的脱碳粉剂和脱硫粉剂的利用率较低，只有延长喷粉时间来达到精炼的目的，增加了生产成本。

发明内容

针对以上技术问题，本发明提供一种RH真空精炼顶枪喷粉装置及顶枪喷粉方法。目的是通过RH喷粉精炼生产超低碳和超低硫高质量优质钢过程中，提高喷入粉剂的收得率，缩短喷粉精炼时间等问题，最终降低这些高附加值的优质钢生产成本。

本发明的RH真空精炼顶枪喷粉装置包括真空室、顶枪和钢包。其中顶枪插入到真空室内部，真空室底部设有上升管和下降管，上升管和下降管分别连接钢包顶部并与钢包内部连通；并且顶枪中心线的延长线通过下降管内部，最佳位置为顶枪中心线与下降管中心线位于同一直线上。

本发明的装置在RH精炼顶枪喷粉工艺过程中，通过调整顶枪位置考察喷粉过程中的穿透比。穿透比是反映喷粉过程中喷入粉剂的穿透性能的参数，其大小反映粉剂在喷入钢液的收得率的情况。计算公式为：

β＝M₁/M_o

式中，β为喷入粉剂的穿透比，M₁为进入钢包溶池的粉剂量，M₀为喷吹粉剂总量。

本发明通过RH精炼顶枪喷粉过程试验，研究了各个工艺因素对体系粉剂穿透比的影响，通过对顶枪在RH真空室内上升管、下降管和中心位置上方喷吹粉剂(分别为上升管喷吹、下降管喷吹和中心喷吹)的比较与分析，确定最佳喷粉方法。

本发明的RH真空精炼顶枪喷粉方法为：采用上述装置，将顶枪设置在下降管上方，在顶枪中心线与下降管中心线位于同一直线上时进行喷粉操作。

结果显示，当顶枪进行下降管喷吹时穿透比与上升管喷吹和中心喷吹时的穿透比相比最多可高出8％。

本发明通过调节顶枪与液面之间的高度(顶枪高度)、液面与真空室底部的高度(液面高度)、顶枪气量和驱动气量，采用上述装置进行下降管喷吹测试，测定粉剂的穿透比。

采用上述装置通过将顶枪分别设置在上升管上方和中心位置，进行上升管喷吹和中心喷吹，考察穿透比与下降管喷吹效果进行对比。测试结果表明，当顶枪位于下降管一侧进行下降管喷吹时，粉剂的穿透比普遍高于上升管喷吹和中心喷吹时粉剂的穿透比，平均穿透比高出3～6％。