[发明专利]一种基于集束顶枪的高枪位真空精炼方法

说明书

技术领域

本发明涉及冶金行业中炼钢领域二次冶炼技术，特别涉及一种基于集束顶枪的高枪位真空精炼方法。

背景技术

RH真空精炼是上世纪五十年代发展起来的一种钢铁冶金技术，除了真空脱气外，还可吹氧脱碳、喷粉脱硫，使得超低碳洁净钢得以大规模冶炼。而吹氧脱碳的装置起初设置在真空槽下部，后来设置在真空槽中部，最后设置在真空槽顶部，成为水冷多功能顶枪。现有技术中，无论是RH-KTB顶枪、RH-MFB顶枪、RH-MESID顶枪、RH-PB顶枪还是中国专利申请号200420027046.4、200610076151.0、200820174977.5、200820174973.7、201110000083.0、201210346652.1、201310431081.6所涉及的顶枪或喷头，均采用圆孔拉瓦尔管结构，即拉瓦尔管一般在中心位置，燃气通道分布在拉瓦尔管外侧，或者3～6个拉瓦尔吹氧孔围绕中心燃气管，这类结构限制了超音速氧气射流的射程，即在吹氧脱碳期需要将顶枪降到钢液面上2.5～3.5m的位置，在喷粉脱硫期降到1m以下甚至0.1m左右实施喷粉，并且，吹氧与喷粉一般不能同时进行，无疑延长了真空精炼的工艺周期，妨碍实现高枪位精炼，减少钢液喷溅和枪头粘渣的工艺需求。现有的RH真空脱气和吹氧脱碳，枪位不够高还无法避免枪头粘渣、超音速氧流发散太快对钢液表面无法形成有效冲击直至射入穿透钢液面等，特别是喷粉需要更接近钢液面并且粉剂进入真空系统腐蚀管道，使得喷粉技术在RH中难以推广。

中国专利申请号2015102313132、2014103868764、2014103876370、2014103868800等发明专利所涉及的环缝和环齿缝顶枪结构，使得吹氧和喷粉的工艺过程可以同时进行，并且喷粉脱硫时不用再降低枪位。即使这种新型顶枪结构所产生的超音速气流能够包裹粉剂和燃气，但是仍然同其它喷枪的超音速射流一样，喷吹距离相对较短且分散，射流的扩散和衰减使得氧气射流对熔池的冲击力小，在钢液表面形成的浅坑反而妨碍钢液流动，影响混匀时间。

对于RH精炼过程中增加粉剂与钢液的反应界面、缩短喷射时间、提高粉剂的利用率、减少RH设备内耐火材料的耗损、最大限度地去除钢液中夹杂是真空精炼工艺的必然要求。但现有的RH真空精炼顶枪结构限制了这种工艺需求，制约了更高效的RH精炼工艺的发展，因此有必要研究一种支撑吹氧、喷粉、燃烧加热等精炼工艺过程同时进行的真空精炼新工艺和新的喷枪喷头结构。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于集束顶枪高枪位真空精炼的方法，实现超音速射流的聚合以及吹氧、喷粉、燃烧加热等精炼工艺过程高效同步进行。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明技术方案如下：

一种基于集束顶枪的高枪位真空精炼方法，所述集束顶枪具有位于中心的粉剂通道、位于粉剂通道外围的主氧通道和位于主氧通道外围的付氧通道；在RH真空精炼时，通过集束顶枪向真空槽内吹入氧气和粉剂，氧气由主氧通道和付氧通道进入分别形成主氧流和付氧流，所述付氧流在主氧流外围形成一层环绕伴随流，使主氧流和粉剂形成集束射流，粉剂在主氧流的裹挟保护下与主氧流共同射入钢液，主氧流冲击钢液并与钢液中的碳反应生成一氧化碳，溢出钢液的一氧化碳与集束环绕伴流的付氧流发生二次燃烧加热真空槽，减小钢液温降。

上述工艺方法可以将粉剂包裹在氧流中到达钢液面，吹氧与喷粉的枪位相同；喷粉时不需要更接近钢液面，防止粉剂被真空装置抽走，并进入真空系统腐蚀管道，提高粉剂的利用率。并且采用集束喷吹技术，付氧通道的伴随流使中心超音速氧流能像棍子一样穿透钢液面，溶解在钢液中，使中心超音速射流扩展及衰减更小，超音速射流更长。

作为优选：在RH真空精炼时，超音速吹氧、喷粉和二次燃烧加热过程同时进行，集束顶枪枪头位于钢液面上3m以上，通常情况下可达3.5m～5m，避开钢液严重飞溅区，最大限度地减少枪头粘渣。

作为优选：在RH真空精炼间隙期，通过集束顶枪向真空槽内吹入燃气和氧气，燃气从粉剂通道吹入，主氧流与付氧流共同助燃中心的燃气，燃烧加热真空槽，维持其内部温度在1350℃以上；更换新真空槽后，通过集束顶枪通入燃气和氧气，将真空槽加热升温至1350℃以上。

由于火焰被聚合的、延长的效果，在相同加热功率下使得枪头加热范围更长，热利用率提高。