[发明专利]一种单管式多功能真空精炼系统及其方法

权利要求书

1.一种单管式多功能真空精炼系统，所述单管式多功能真空精炼系统包括精炼单元和钢包单元，所述精炼单元包括真空室、浸渍管,所述钢包单元为钢包装置，其特征在于，所述真空室下部和浸渍管连接，所述钢包装置内装有钢液，所述浸渍管置于所述钢液中,所述浸渍管周围安装有侧壁吹氩管，所述侧壁吹氩管为层状结构，每层有出气口，所述出气口均匀分布在所述浸渍管内侧一周；进行精炼过程中，当吹氩位置离真空表面近时，脱碳是以表面更新脱碳为主，而吹氩位置离真空表面远时，脱碳是以气泡脱碳为主；但在吹氩位置离真空表面的距离近时，通过增加气泡的数量来增强表面更新速率，从而增加脱碳的速率；总脱碳量是由气泡脱碳和表面更新脱碳两部分的加和组成；在总吹氩量一定时，通过调节气泡的大小和气泡在钢液的运行距离，改变由表面更新脱碳和气泡脱碳这两部分产生的脱碳比例；

总的脱碳速率方程为：

其中为表面更新脱碳速率，为气泡脱碳速率；

所述气泡脱碳的速率为：

所述表面更新脱碳的速率为：

其中，

所述是和溶解在钢液中的碳、氧反应动力学速率常数k及钢液温度T皆成正比，与氩气泡的上升路径h、真空度p_g相关的参数；

所述与真空度p_g的1/2次方成反比，与吹氩孔的半径r_i及氩气路径h的乘积r_ih的1/2次方成正比；

所述与真空度p_g成正比，与吹氩孔的半径r_i及氩气路径h乘积r_ih成反比；

所述为单位质量的钢液的吹氩速率，m³/(s*Kg)；

所述与钢液的质量W成反比，与吹氩孔的半径r_i及氩气路径h的乘积r_ih的1/2次方成反比，与温度、钢液表面积及吹氩速率的乘积TAL的1/2次方成正比；

所述T为温度，单位为K；

所述D为碳在钢液中的扩散系数，单位m²/s；

所述W为精炼钢液的质量，单位Kg；

所述L为吹氩速率，单位m³/s；

所述H为侧壁吹氩管的出气口与真空接触的钢液表面的距离，单位m；

所述A为真空与钢液之间的面积，单位m²；

所述r_i为吹氩孔的半径，单位m；

所述p_g为真空系统中的真空度，单位Pa；

所述为钢液中碳氧反应在温度T时的平衡常数；

所述w[C]_％，s为气泡表面氧的浓度；

所述w[C]_％，0、w[O]_％，0分别为钢液中的初始碳浓度、氧浓度；

所述k为碳氧反应动力学的速率常数。

2.根据权利要求1所述的一种单管式多功能真空精炼系统，其特征在于，所述侧壁吹氩管内径为Φ2-20mm，所述侧壁氩气管的层状结构包括1-50层，每层2-200个吹气口，所述侧壁氩气管层与层之间的距离为10-1000mm。

3.根据权利要求2所述的一种单管式多功能真空精炼系统，其特征在于，所述侧壁氩气管每层设置有控制阀门，控制所述出气口的气体流量调节范围在0.1-1000Nl/min·t。

4.根据权利要求3所述的一种单管式多功能真空精炼系统，其特征在于，所述浸渍管的底侧端部与浸渍管外部钢液的液面的距离为200-700mm。

5.根据权利要求4所述的一种单管式多功能真空精炼系统，其特征在于，所述真空室上部连接一个抽真空系统，所述真空室下部槽的内径R₂为所述浸渍管的内径R₁的1-2倍。

6.根据权利要求5所述的一种单管式多功能真空精炼系统，其特征在于，所述一种单管式多功能真空精炼系统用于脱碳、脱氧、脱氮、脱氢的一种或者多种。