專利名稱：鋼液真空精煉系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋼液真空精煉系統(tǒng)及方法，具體涉及一種冶金領(lǐng)域鋼液真空 精煉系統(tǒng)及方法。
技術(shù)背景在冶金煉鋼領(lǐng)域，對鋼液真空精煉都需要抽真空，目前抽真空采用的是蒸 汽流真空泵的抽真空系統(tǒng)。它是由鍋爐燃燒產(chǎn)生水蒸汽，水蒸汽在管道噴射形 成射流氣體，射流氣體經(jīng)過真空罐體上口帶出氣體，完成抽真空。蒸汽流真空泵的抽真空系統(tǒng)一般包括真空罐體，鋼包，真空罐蓋，吹氧系 統(tǒng)，鍋爐，射流泵組，吹氬系統(tǒng)以及多級水池等部分組成。該系統(tǒng)通過出氣口 后的氣體是一種混合氣體，這種混合氣體包括水蒸氣、 一氧化碳、二氧化碳以 及含有鋼雜質(zhì)的廢氣，故抽出氣體需要除雜和治理，才能排放。目前對抽出氣 體的除雜和治理是采用多級水池除雜和治理，這種處理方式浪費和污染水資源 且造成系統(tǒng)體積龐大、復雜。鍋爐無論是燃燒原煤、煤氣還是油料產(chǎn)生蒸汽都有大量的能量損耗，同時鍋爐燃燒造成污染；此外，在真空罐體內(nèi)的氣體以一氧化碳和二氧化碳為主的 混合氣體，由于水分子載能有限，水分子的分子量為18，而真空罐體內(nèi)的混合 氣體的分子量應當介于一氧化碳28和二氧化碳44之間，遠大于水分子的分子 量。因此靠水分子撞擊帶出氣體的抽真空系統(tǒng)效果非常差進而鋼液精煉的效果 非常差；冷卻和除雜又增加了水池及水泵等設(shè)施，浪費了水資源和電能，也增 加了鋼液精煉的成本。隨著工業(yè)經(jīng)濟的不斷發(fā)展，各類資源和能量消耗日益加大，為了保護和節(jié) 約資源，實現(xiàn)經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展，國家對資源和能耗的合理利用提出了更高的要 求。在現(xiàn)有真空技術(shù)應用中能耗和水資源浪費一直是困擾其應用的關(guān)鍵問題。 蒸汽流真空泵的抽真空系統(tǒng)存在蒸汽耗量大，是因為蒸汽流真空泵效率低下， 同時水資源浪費嚴重，水池治理抽出氣體的廢氣效果不好，造成環(huán)境污染。鍋、爐燃燒的廢氣排放，己經(jīng)是城市化過程不允許的一種存在?？偨Y(jié)起來目前采用蒸汽抽真空系統(tǒng)的鋼液精煉系統(tǒng)，存在以下缺點和不足1. 能量消耗大。采用蒸汽流真空泵，所需水能及把水加熱所需的熱能巨大， 而且水蒸汽氣的能量利用率很低，能量消耗大。2. 體形復雜、龐大，占用空間大。除雜和治理抽出氣體的多級水池以及鍋 爐等設(shè)備造成體形復雜、龐大，占用空間大。3. 除雜效果差，環(huán)境污染嚴重。利用多級水池除雜和治理，效果不明顯，而且污染水資源，造成環(huán)境污染。4. 吹氧量大。水蒸汽氣在管道噴流帶出氣體的效果不好，造成鋼包口壓力 很難降低，需增大吹氧量，造成氧氣資源浪費。5. 吹氧量無法有效控制。抽出氣體中水蒸氣占有大量比重，因此氧氣量的 測量無法準確完成，吹氧量無法有效控制。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供了一種鋼液精煉系統(tǒng)及方法，其解決了背景技術(shù)中 能量消耗大、除雜效果差，污染環(huán)境的技術(shù)問題。本發(fā)明是用真空機械泵取代蒸汽流真空泵進行真空吹氧脫碳、脫氣。因為 真空機械泵可以準確控制工藝過程的真空度要求，達到自動化控制過程。實現(xiàn)本發(fā)明上述目的技術(shù)解決方案一種鋼液真空精煉系統(tǒng)，包括真空罐、抽真空系統(tǒng)以及設(shè)置在真空罐和抽 真空系統(tǒng)之間的出氣管道，所述真空罐包括真空罐體、設(shè)置在真空罐體頂部的 真空罐蓋、設(shè)置在真空罐體內(nèi)的鋼包、設(shè)置在真空罐頂部的氧氣系統(tǒng)以及真空 罐體底部的氬氣系統(tǒng)，其特殊之處在于所述抽真空系統(tǒng)包括至少一個真空機 械泵組.，所述鋼液精煉系統(tǒng)還包括設(shè)置在出氣管道上的除雜和治理系統(tǒng)。上述的除雜和治理系統(tǒng)包括一環(huán)形腔體和設(shè)置在該環(huán)形腔體出氣口的濾 布，該環(huán)形腔體的底部還設(shè)置有雜質(zhì)收集通道。上述鋼液真空精煉系統(tǒng)還包括計算機控制系統(tǒng)和溫度測量系統(tǒng),所述溫度 測量系統(tǒng)可測量真空罐體、真空罐蓋、出氣管道和真空機械泵組的溫度，所述 計算機控制系統(tǒng)可采集溫度測量系統(tǒng)所測量的各個溫度。上述鋼液精真空煉系統(tǒng)還包括氧氣測量系統(tǒng)，所述氧氣測量系統(tǒng)設(shè)置在除 雜和治理系統(tǒng)和真空機械泵組之間的出氣管道中，所述計算機控制系統(tǒng)可采集 氧氣測量系統(tǒng)所測量的氧氣含量并相應控制氧氣系統(tǒng)的供氧量。上述真空罐設(shè)置有自動開罐裝置，所述自動開罐裝置為罐蓋行走車。上述鋼液真空精煉系統(tǒng)還包括單真空倉加料系統(tǒng)，所述單真空倉加料系統(tǒng) 設(shè)置在真空罐蓋上并與真空罐連通。一種使用上述鋼液真空精煉系統(tǒng)的鋼液精煉方法，其特殊之處在于所述 方法包括以下步驟1) .置鋼液、調(diào)氬在真空罐體內(nèi)置入鋼液，接好氬氣系統(tǒng)的吹氬管路，調(diào)定吹氬量的范圍在1 4 L/1 min;2) .真空吹氧脫碳打開氧氣系統(tǒng)，啟動真空泵組以及除雜和治理系統(tǒng)，將真空罐的真空度調(diào) 節(jié)至6.67KPa 13.3Kpa，直至脫碳反應完成；3) .真空碳脫氧關(guān)閉氧氣系統(tǒng)停止吹氧，將真空罐的真空度調(diào)節(jié)至133Pa-260Pa，直至真空 碳脫氧反應完成；4) .真空脫氣將真空罐的真空度調(diào)節(jié)至67Pa以下，直至真空脫氣完成。 上述除雜和治理系統(tǒng)的工作過程包括以下步驟1) .一級旋流除雜、冷卻從真空罐中抽出的鋼包混合氣體通過出氣管道進入除塵及冷卻系統(tǒng)的環(huán)行 腔體，形成旋流，抽出氣體溫度下降、冷卻，抽出氣體中的大顆粒雜質(zhì)于旋流 中心下落，完成除雜、冷卻；2) .二級濾布除雜旋流除雜、冷卻后的氣體再經(jīng)過濾布，氣體中的細小雜質(zhì)吸附于濾布，實 現(xiàn)二級濾布除雜。上述的調(diào)定吹氬量為4L/t *min。實踐證明調(diào)定吹氬量為4L/t 'min時鋼液 能剛好充分翻滾，效果最佳。上述在真空罐體內(nèi)置入鋼液的方法是將鋼液置入鋼包內(nèi)再置入真空罐體內(nèi)。除塵和治理步驟是為了滿足真空機械泵工作要求以及環(huán)境保護的需求，因 為抽出的混合氣體中含有高溫鋼雜質(zhì)顆粒和粉塵，不進行除塵會附著在真空機 械泵葉片上，影響真空機械泵工作效率和壽命。單體真空倉取代了目前三位料倉，簡化了復雜的加料過程，且真空加料與 密封效果較好。用機械真空泵組取代了蒸汽流真空泵，減少了能量的損耗，提高了能量的利用率；用除塵與冷卻系統(tǒng)取代了傳統(tǒng)的多級水池除雜和治理，消除了水資源 浪費，降低了電力資源浪費，改善了環(huán)境污染，減少了生產(chǎn)成本；在氧氣測量系統(tǒng)測量時，測量的氣體沒有了大量的水蒸汽，相對比較單一，因此氧氣含量 測量誤差極小，可及時調(diào)整吹氧機構(gòu)，減少不必要的氧氣浪費，進一步降低了成本；吹氧的吹氧量、吹氧時間可通過計算機控制系統(tǒng)進行自動控制，真正意義上實現(xiàn)了自動化。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點1. 能量消耗小。直接用機械真空泵組抽真空，取消了大量水資源的使用， 只是消耗少量的電能，能量消耗小。2. 設(shè)備簡單，占用空間小。機械真空泵組取代了蒸汽流真空泵，沒有了多級水池、復雜的水循環(huán)以及鍋爐，簡化了設(shè)備，占用空間小。3. 除雜效果好，環(huán)境污染沒有。采用一級旋流除雜和二級布袋除雜，除雜 效果好，環(huán)境污染沒有。4. 吹氧量小。機械真空泵組啟動后鋼包口壓力降低，需吹氧量小。5. 吹氧量可控制。抽出氣體中沒有水蒸氣，氣體相對單一，氧氣量測量準 確、可控，避免了氧氣資源的浪費。


圖1是本發(fā)明鋼液真空精煉系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。附圖標號說明l一真空罐體；2—真空罐蓋；3—氧氣系統(tǒng)；4一氬氣系統(tǒng)；5—罐蓋行走車； 6—鋼包；7—出氣管道；8—真空機械泵組；9一除雜和治理系統(tǒng)；IO—氧氣測量系統(tǒng)；ll一單真空倉加料系統(tǒng)；12—環(huán)形腔體；13—濾布；14一雜質(zhì)收集通 道；15—溫度測量系統(tǒng)；16—計算機控制系統(tǒng)。
具體實施方式
參見附圖l， 一種鋼液真空精煉系統(tǒng)，包括真空罐、抽真空系統(tǒng)以及設(shè)置在真空罐和抽真空系統(tǒng)之間的出氣管道7，真空罐包括真空罐體l、設(shè)置在真空罐 體1頂部的真空罐蓋2、設(shè)置在真空罐體1內(nèi)的鋼包6、設(shè)置在真空罐頂部的氧 氣系統(tǒng)3以及真空罐底部的氬氣系統(tǒng)4,抽真空系統(tǒng)包括至少一個真空機械泵組 8;鋼液真空精煉系統(tǒng)還包括設(shè)置在出氣管道7上的除雜和治理系統(tǒng)9;除雜和治理系統(tǒng)9包括一環(huán)形腔體12和設(shè)置在該環(huán)形腔體出氣口的濾布13，該環(huán)形腔體12的底部還設(shè)置有雜質(zhì)收集通道14;鋼液真空精煉系統(tǒng)還包括計算機控制系統(tǒng)16和溫度測量系統(tǒng)15;溫度測量系統(tǒng)15可測量真空罐體1、真空罐蓋2、出 氣管道7和真空機械泵組8的溫度，計算機控制系統(tǒng)16可采集溫度測量系統(tǒng)15 所測量的各個溫度；鋼液真空精煉系統(tǒng)還包括氧氣測量系統(tǒng)10，氧氣測量系統(tǒng) 10設(shè)置在除雜和治理系統(tǒng)9和真空機械泵組8之間的出氣管道7中，計算機控 制系統(tǒng)16可采集氧氣測量系統(tǒng)10所測量的氧氣含量并相應控制氧氣系統(tǒng)3的 供氧量；真空罐設(shè)置有自動開罐裝置，所述自動開罐裝置為罐蓋行走車；鋼液 精煉系統(tǒng)還包括單真空倉加料系統(tǒng)11，所述單真空倉加料系統(tǒng)11設(shè)置在真空罐 蓋2上并與真空罐連通。真空罐體1與真空罐蓋2組合成一個真空容器，將需要進行真空精煉的鋼 液密閉起來，啟動機械真空泵組8對密閉罐體進行抽真空，在真空下對鋼液進 行精煉。真空罐蓋2可設(shè)置成移動式，方便鋼包置入罐體；氧氣吹入可設(shè)置一頂吹氧氣系統(tǒng)3;為了正確判斷系統(tǒng)工作狀態(tài)以及需要的系統(tǒng)保護可設(shè)置溫度測量系統(tǒng)15;因為抽出的混合氣體中含有高溫鋼雜質(zhì)顆粒和粉塵，不進行除塵會附著在 真空機械泵葉片上，影響真空機械泵工作效率和壽命，抽出的混合氣體中還有對大氣污染的氣體，設(shè)置除雜和治理系統(tǒng)9解決這一問題；機械真空泵組8是系統(tǒng)工作過程產(chǎn)生必須的真空條件的原動力，根據(jù)精煉容量大小可配備若干臺機械真空泵組合，根據(jù)工藝過程不同的要求進行工作； 氧量測量系統(tǒng)10可適時提供工藝進行過程中吹氧計量的參數(shù)，方便適時控制；氬氣系統(tǒng)4是為了滿足工藝過程攪拌脫氣的需要設(shè)置； 單真空倉加料系統(tǒng)11主要是完成工藝過程需要的合金加入； 計算機控制系統(tǒng)16滿足了工藝過程的監(jiān)視與控制，實現(xiàn)了過程自動化。在真空罐體1內(nèi)采用鋼包盛鋼液，接好吹氬管路,調(diào)定吹氬量符合工藝要求，大約控制在1-4L/t. min， 一般吹氬量為4L/t. min時最佳，小于這個值鋼液 很難充分攪拌且需要的時間很長，大于這個值又會造成氬氣浪費以及鋼液降溫 過大，在工藝操作人員觀察以鋼液充分攪拌，即鋼液剛好翻滾為最佳；啟動機 械真空泵組8的數(shù)臺，進行預抽；當真空度達到吹氧需要的條件大于6.67Kpa 時，開始吹氧；氧流量控制在計算需要的范圍內(nèi)，這個范圍是真空度為 6.67KPa 13.3Kpa，由氧氣測量系統(tǒng)10測出的參數(shù)，觀察氧濃度的變化趨勢， 也可以由計算機進行運算確定吹氧的時間，進而確定碳含量，完成真空吹氧脫 碳。由于吹氧量根據(jù)了氧濃度的變化，計算機的運算是很準確的，通過自動控 制增加和減少機械真空泵的數(shù)量，吹氧過程真空度可以穩(wěn)定的控制在需要值， 也可以采用變頻技術(shù)對工藝過程真空度進行控制，即通過變頻改變真空機械泵 的轉(zhuǎn)速，改變真空機械泵的抽力大小，使其穩(wěn)定在需要值。停止吹氧，吹氬量 大約控制在4L/t.min，真空度會很快的下降到133Pa，直至真空碳脫氧完成。 繼續(xù)啟動真空機械泵，在約10分鐘內(nèi)可以使真空度達到67Pa并保持，直至真 空脫氣完成。也可以進行深抽，根據(jù)操作工藝的需要，使真空度可以達到更高 的要求，因為機械真空泵的極限真空度遠遠高于蒸汽流真空泵的極限真空度。 溫度檢測系統(tǒng)15可以適時取得工藝過程的參數(shù)，進而對吹氧量、吹氧時間、 過程安全通過計算機控制系統(tǒng)16進行控制，計算機系統(tǒng)全程監(jiān)控，實現(xiàn)控制 抽真空過程全自動化。
權(quán)利要求
1. 一種鋼液真空精煉系統(tǒng)，包括真空罐、抽真空系統(tǒng)以及設(shè)置在真空罐和抽真空系統(tǒng)之間的出氣管道(7)，所述真空罐包括真空罐體(1)、設(shè)置在真空罐體(1)頂部的真空罐蓋(2)、設(shè)置在真空罐體(1)內(nèi)的鋼包(6)、設(shè)置在真空罐頂部的氧氣系統(tǒng)(3)以及真空罐體(1)底部的氬氣系統(tǒng)(4)，其特征在于所述抽真空系統(tǒng)包括至少一個真空機械泵組(8)；所述鋼液真空精煉系統(tǒng)還包括設(shè)置在出氣管道(7)上的除雜和治理系統(tǒng)(9)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋼液真空精煉系統(tǒng)，其特征在于所述的除 雜和治理系統(tǒng)(9)包括一環(huán)形腔體(12)和設(shè)置在該環(huán)形腔體(12)出氣口的 濾布(13)，該環(huán)形腔體(12)的底部還設(shè)置有雜質(zhì)收集通道(14)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種鋼液真空精煉系統(tǒng)，其特征在于所述 鋼液真空精煉系統(tǒng)還包括計算機控制系統(tǒng)(16)和溫度測量系統(tǒng)(15),所述溫 度測量系統(tǒng)(15)可測量真空罐體(1)、真空罐蓋(2)、出氣管道(7)和真空 機械泵組(8)的溫度，所述計算機控制系統(tǒng)(16)可采集溫度測量系統(tǒng)(15) 所測量的各個溫度。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種鋼液真空精煉系統(tǒng)，其特征在于所述鋼液 真空精煉系統(tǒng)還包括氧氣測量系統(tǒng)(10)，所述氧氣測量系統(tǒng)(10)設(shè)置在除雜 和治理系統(tǒng)(9)和真空機械泵組(8)之間的出氣管道(7)中，所述計算機控 制系統(tǒng)(16)可采集氧氣測量系統(tǒng)(10)所測量的氧氣含量并相應控制氧氣系 統(tǒng)(3)的供氧量。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種鋼液真空精煉系統(tǒng)，其特征在于所述真空罐設(shè)置有自動開罐裝置，所述自動開罐裝置為罐蓋行走車。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的一種鋼液真空精煉系統(tǒng)，其特征在于所述鋼液精煉系統(tǒng)還包括單真空倉加料系統(tǒng)(11)，所述單真空倉加料系統(tǒng)(11)設(shè)置在真空罐蓋(2)上并與真空罐連通。
7. —種使用權(quán)利要求1所述鋼液真空精煉系統(tǒng)的鋼液真空精煉方法，其特 征在于所述方法包括以下步驟l).置鋼液、調(diào)氬在真空罐體(1)內(nèi)置入鋼液，接好氬氣系統(tǒng)的吹氬管路，調(diào)定吹氬量的范圍在1 4 L/t min;2) .真空吹氧脫碳打開氧氣系統(tǒng)(3)，啟動真空泵組(8)以及除雜和治理系統(tǒng)(9)，將真空 罐的真空度調(diào)節(jié)至6. 67KPa 13. 3Kpa，直至脫碳反應完成；3) .真空碳脫氧關(guān)閉氧氣系統(tǒng)(3)停止吹氧，將真空罐的真空度調(diào)節(jié)至133Pa-260Pa,直 至真空碳脫氧反應完成；4) .真空脫氣將真空罐的真空度調(diào)節(jié)至67Pa以下，直至真空脫氣完成。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種鋼液真空精煉方法，其特征在于所述除雜 和治理系統(tǒng)(9)的工作過程包括以下步驟1) .一級旋流除雜、冷卻從真空罐中抽出的鋼包混合氣體通過出氣管道進入除塵及冷卻系統(tǒng)的環(huán)行 腔體，形成旋流，抽出氣體溫度下降、冷卻，抽出氣體中的大顆粒雜質(zhì)于旋流 中心下落，完成除雜、冷卻；2) .二級濾布除雜旋流除雜、冷卻后的氣體再經(jīng)過濾布，氣體中的細小雜質(zhì)吸附于濾布，實現(xiàn)二級濾布除雜。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種鋼液真空精煉方法，其特征在于所述的調(diào) 定吹氬量為4L/t.min。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7或8或9所述的一種鋼液真空精煉方法，其特征在于 所述在真空罐體內(nèi)置入鋼液的方法是將鋼液置入鋼包(6)內(nèi)再置入真空罐體(1)內(nèi)。
全文摘要
一種鋼液真空精煉系統(tǒng)及方法，包括真空罐、抽真空系統(tǒng)以及設(shè)置在真空罐和抽真空系統(tǒng)之間的出氣管道，真空罐包括真空罐體、設(shè)置在真空罐體頂部的真空罐蓋、設(shè)置在真空罐體內(nèi)的鋼包、設(shè)置在真空罐頂部的氧氣系統(tǒng)以及真空罐體底部的氬氣系統(tǒng)，還包括至少一個真空機械泵組及設(shè)置在出氣管道上的除雜和治理系統(tǒng)。本發(fā)明解決了背景技術(shù)中能量消耗大、除雜效果差，污染環(huán)境的技術(shù)問題。本發(fā)明采用真空機械泵組，真空度控制好，鋼液精煉效果好、節(jié)約了大量成本。
文檔編號C21C7/10GK101245405SQ200710017438
公開日2008年8月20日 申請日期2007年2月14日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月14日
發(fā)明者張作儉 申請人:張作儉