專利名稱：狹縫式鋼包底吹噴粉工藝及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鋼鐵精煉技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及狹縫式鋼包底吹噴粉工藝及裝置。
背景技術(shù)：
提高鋼的純凈度可以明顯地改善鋼材的機械性能。高潔凈鋼生產(chǎn)工藝與設(shè)備的發(fā)展是我國鋼鐵企業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化的重點之一。隨著社會的發(fā)展對鋼材的要求越來越高，即使是大量生產(chǎn)的常用品也應(yīng)使用條件的惡化而提出了更高的要求。表1是鋼中雜質(zhì)元素單體控制水平發(fā)展的趨勢。
表1 鋼中雜質(zhì)元素單體控制水平發(fā)展趨勢(×10-6) 從表1中可以看出，用戶對鋼中硫的要求是越來越苛刻。鋼中的硫會導致熱脆，鋼中的長條形(尤其是沿晶界分布的)硫化物是產(chǎn)生氫致裂紋的必然條件，所以硫在大部分鋼中是有害元素(易切屑鋼除外)，希望控制得越低越好。
脫硫的熱力學條件是高溫、高堿度、低的氧化性。轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝本身的特點決定了理想的脫硫工序是在鐵水預(yù)處理和二次精煉，而二次精煉是控制鋼中硫成分的最后一環(huán)工序，它最終決定了鋼中元素含量是否符合用戶要求。盡管有國內(nèi)外的生產(chǎn)實踐表明，鐵水預(yù)處理是冶煉純凈鋼比較有效、經(jīng)濟的技術(shù)保障，也是必不可少的前提工序，但由于轉(zhuǎn)爐冶煉所具有氧化性氣氛非常不利于脫硫(甚至有可能增硫)，因此單靠鐵水預(yù)處理來除硫使之達到成品要求是不現(xiàn)實的。為此出現(xiàn)了各種各樣脫硫的二次精煉工藝，如表2所示。
表2 二次精煉工藝及其脫硫效果

其中，噴粉因使用細粉，極大地增加了比表面積造就了良好的動力學條件，而得到普遍使用，粉劑的載體氣體又能對鋼液進行攪拌，加快了傳質(zhì)。
目前，二次精煉的噴粉裝置按往鋼包中噴入方式可簡單分為兩種一種是直接往鋼包中噴，另一種是間接噴。前一種如TN、KIP、V-KIP、VOD-PB、RH-PB等，而RH-PTB等屬于后者。直接往鋼包中噴粉常用的方法是通過噴槍噴入。
噴槍又可分為自耗式噴槍與非自耗式噴槍，自耗式噴槍的優(yōu)點是制作簡單，價格低廉，但缺點是①工作環(huán)境惡劣；②增加了操作人員的勞動強度；③操作的穩(wěn)定性差。
非自耗式噴槍克服了自耗式噴槍的缺點，目前應(yīng)用較廣，但現(xiàn)階段其自身缺點也非常明顯，具體如下①噴槍是消耗備品，價格較高，它的壽命直接關(guān)系到精煉處理工藝的成本。因此努力延長噴槍壽命是降低脫硫成本的重要措施之一。只要噴槍插入鋼包，就不可避免要和熔渣接觸，發(fā)生渣侵，渣侵蝕是縮短噴槍使用壽命的關(guān)鍵因素之一。
②噴槍也可以企業(yè)自行制作。自行制作需要有振搗式制槍機，制作耐火材料中混有鋼纖維，以及噴槍烘烤爐。對噴槍制作及烘烤有嚴格的要求，才能得到合格的噴槍。爐子所用燃料根據(jù)企業(yè)條件決定，按燃料來設(shè)計烘烤爐。
③噴槍下降時有可能觸碰凸包，引起巨大震動，此時只能把噴槍提起，鋼包吊走，嚴重影響鋼水處理計劃和生產(chǎn)調(diào)度。
④噴槍行程一定，鋼水液面高度卻有可能變化，有時變化較大，使得槍工作時不是進入太深，就是進入太淺，影響操作得穩(wěn)定性，不利于生產(chǎn)順行。而槍的行程不可能每次都調(diào)，即使調(diào)，也沒有鋼水液面高度的數(shù)據(jù)，因此這成了老大難的問題。
⑤噴吹時當萬一發(fā)生停電等事故時，目前國內(nèi)外的噴槍都一籌莫展，不但損壞了槍，連一包鋼水都有可能報廢。
⑥目前噴槍的使用壽命都不長，裝槍烘烤費工費時，若噴槍斷裂掉入鋼液中，有影響鋼水質(zhì)量的危險。
RH-PTB(Ruhrsstahl Heraeus——Powder Top Blowing)即RH頂噴粉法是在RH-KTB法(Ruhrsstahl Heraeus-Kawatetsn top Blowing)即頂吹氧循環(huán)真空脫氣法的基礎(chǔ)上配備噴粉系統(tǒng)，通過頂槍向真空室鋼水內(nèi)噴吹脫硫粉劑，構(gòu)成RH-PTB(或RH-KTB/PB)工藝，可實現(xiàn)真空噴粉脫硫。粉劑由水冷頂槍噴入，如圖1所示。此法優(yōu)點是①無噴槍堵塞問題；②無耐火材料消耗；③載氣量小，因無鋼水阻力。
缺點是①若RH內(nèi)的槍位過高，影響脫硫效果；還會造成粉氣流沖擊RH內(nèi)壁，縮短內(nèi)壁耐火材料的使用壽命。
②若RH內(nèi)的噴槍槍位過低，噴頭易結(jié)冷鋼；且易被鋼水燒壞。
③水冷噴槍是由多層無縫鋼管制成，價格昂貴。
④若突然停水或停電等極易引發(fā)重大事故。
上述各種精煉方法除有許多自身的缺點外，還均存在安全隱患，因此有必要開發(fā)一種既安全又價廉，同時又具備較佳脫硫效果的精煉工藝。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有鋼鐵精煉工藝及裝置的不足之處，本發(fā)明提供一種狹縫式鋼包底吹噴粉工藝及裝置。
本發(fā)明的狹縫式鋼包底吹噴粉裝置主要由噴粉罐系統(tǒng)和狹縫式透氣磚組成，如圖2所示。
噴粉罐系統(tǒng)由稱重裝置和控制裝置組成，其中稱重裝置通過荷重傳感器對粉劑重量進行動態(tài)顯示，并把信號傳給控制系統(tǒng)，進而決定噴吹量和時間。噴粉罐系統(tǒng)分手動控制和自動控制。手動控制主要用于平時調(diào)試，聯(lián)鎖功能處于關(guān)閉狀態(tài)，自動控制由PLC全程程控和計算機操作，聯(lián)鎖功能處于開啟狀態(tài)。噴粉罐12上部有一貯料倉8，下料量通過二者之間的進料閥10來控制。待罐內(nèi)壓力達到一定值后，輸送氣體開始送氣，下料球閥15開啟，噴粉罐開始下粉，物料不斷被帶入管道輸送到透氣磚。
狹縫式透氣磚中間開有一鏃呈軸對稱分布的縫隙，縫隙的長度由透氣磚的出口直徑?jīng)Q定，在常用透氣磚的基礎(chǔ)上改變縫隙寬度，使之能夠達到最佳的粉劑噴吹效果。透氣磚的高度由鋼包底部厚度決定。結(jié)構(gòu)如圖3、圖4所示。狹縫的寬度理論上可由下式確定，r＝-2σcosθ/ρgh (1)式中 r-狹縫寬度σ-鋼液表面張力ρ-鋼液比重g-重力加速度h-熔池高度θ-鋼液與耐材的接觸角。
從上式可以看出，鋼液能否滲入供氣元件氣孔主要取決于熔池高度、鋼液表面張力、鋼液與耐火材料之間的接觸角和供氣元件氣孔半徑。經(jīng)計算，鋼液高度大于2m的鋼包，理論上其供氣磚氣孔半徑必須小于15μm，鋼液才不會滲入。實際上供氣磚的氣孔直徑為幾百微米時也能不發(fā)生滲鋼，這是由于耐火材料在高溫鋼液的作用下產(chǎn)生一種膠狀液膜阻止鋼液滲入氣孔。為了達到最佳的粉劑噴吹效果，狹縫寬度應(yīng)限制在0.1mm～0.3mm，當鋼液高度較高時，適當減小狹縫寬度。
噴粉罐系統(tǒng)與狹縫式透氣磚之間由管路連接。
采用上述裝置進行底吹噴粉的工藝如下通過噴粉罐系統(tǒng)向狹縫式透氣磚輸送合格的流態(tài)化的粉劑，再由狹縫式透氣磚把粉劑從鋼包底部噴入鋼水中。手動操作時各種噴吹參數(shù)可即時任意調(diào)節(jié)。若由微機控制時，整個噴吹動作按預(yù)定的程序自動進行。具體噴吹過程如下將粉料從貯料倉8輸送進入噴粉罐12，加完粉料后，開始往噴粉罐12內(nèi)送氣加壓。直至壓力達到一定值時(噴粉罐壓力參數(shù)需根據(jù)現(xiàn)場具體使用條件，調(diào)試后確定)，控制引流氣體的氣控截止閥23打開，引流氣體開始工作，然后打開氣化室14中的流化氣體，最后開啟噴粉罐下部出口的下料球閥15，噴粉動作開始，粉料開始被輸送到透氣磚。粉料進入透氣磚的氣室，再分配給狹縫，通過狹縫到達鋼水中。
輸送開始后，噴粉罐內(nèi)的物料不斷被氣流帶入管道，隨著管道內(nèi)的物料不斷增多，噴粉罐的工作壓力也不斷增高，這一過程為輸送起始階段。當壓力達到一定值時，噴粉罐的工作壓力再也不升高，保持恒定，此時即進入輸送階段，在這一階段中，噴粉罐輸送濃度也較高，所以效率也較高。隨著罐內(nèi)物料不斷減少，噴粉罐的工作壓力也不斷降低，此時即進入吹掃階段，即輸送結(jié)束階段。當噴粉罐壓力降至一定值時(即保持恒定或降低的速度很慢)，即表示輸送結(jié)束。然后進氣閥關(guān)閉，從而進入下一個工作循環(huán)。
為保證狹縫式透氣磚正常工作，出粉順利，本工藝采用稀相間歇式輸送工作方式，每輸送一罐物料，即為一個工作循環(huán)。
噴吹工藝參數(shù)如下(1)粉劑的參數(shù)要求①顆粒直徑dp≤0.2r(2)式中 dp-粉劑直徑 r-狹縫寬度②必須是固體顆粒粉劑選用碳粉、鈍化石灰、Na2CO3粉劑或CaSi合金粉劑等。
粉氣比參數(shù)要求為防止透氣磚堵塞，要求粉料容積分數(shù)φ=VpVmix≤0.6---(3)]]>式中φ-容積分數(shù) Vp-粉料的體積 Vmix-粉料與氣體的總體積(2)載氣要求①管道內(nèi)氣體的速度V必須大于粉料的臨界流化速度Vmf，即V>Vmf=(1-ϵmf)(ρp-ρg)150(1-ϵmf)2ϵmf2(φsdp‾)2+1.75·1-ϵmfϵmf2ρgφsdp‾---(4)]]>式中 V-輸送管內(nèi)氣流速度Vmf-臨界流化速度 εmf-臨界空隙率ρp-顆粒密度 ρg-氣體密度 μ-氣體黏度φs-球形度 -粉劑的平均直徑②為了延長透氣磚使用壽命，氣體流量應(yīng)滿足下式Q>2100πd0μl4ρg---(5)]]>式中 Q-氣體流量d0-噴嘴內(nèi)徑ρg-氣體的密度 μL-液體的黏度本發(fā)明具有以下優(yōu)點1、與其相關(guān)的各種配套技術(shù)比較成熟，易于實現(xiàn)。
各種配套技術(shù)主要是透氣磚的制作和熱更換技術(shù)，現(xiàn)在國內(nèi)大部分耐火材料廠家已有能力根據(jù)不同的技術(shù)要求生產(chǎn)出相應(yīng)規(guī)格的透氣磚。至于底吹透氣磚的熱更換技術(shù)，目前也比較成熟，流行的做法是采用分體結(jié)構(gòu)，即透氣芯磚+套磚形式。
2、融安全和可靠性為一體。
由于耐火材料——鋼水界面張力的作用，鋼水難以浸潤細小的狹縫，從而避免了堵塞現(xiàn)象。常用底吹透氣磚有3種形式彌散型透氣磚、直通孔型透氣磚和狹縫式透氣磚。顯然，彌散型透氣磚不適合應(yīng)用于噴粉。直通孔形與狹縫式二者都具備噴粉的基本條件，其中直通孔型底吹透氣磚主要有兩種結(jié)構(gòu)形式，一種是噴嘴型透氣磚，另一種是定向多孔型透氣磚(MHP)。噴嘴型透氣磚在安全上較差，容易發(fā)生鋼水倒?jié)B。定向多孔型透氣磚(MHP)是一種比較先進的技術(shù)。
MHP磚的優(yōu)點是可調(diào)氣量大，安全性好，即使在斷氣的極端條件下，鋼水也不會一貫到底，而在氣室上部凝固?？梢奙HP主要適合于轉(zhuǎn)爐，轉(zhuǎn)爐可以全程吹氧，而鋼包在吊運過程中吹氧將給生產(chǎn)帶來諸多不便，不然就會造成鋼水在氣室上部凝固，堵塞透氣磚以致無法噴粉。所以在鋼包中噴粉，狹縫式透氣磚較優(yōu)。
3、氣量可調(diào)節(jié)的范圍大。
狹縫大大改善了氣體的動力學條件，氣量調(diào)節(jié)范圍最高可達10倍以上?？蓾M足各種條件下的鋼包底吹氣量要求。
4、改造投資低，不改變原有工藝。
在冶金過程中，為了去除鋼水中的氣體和雜質(zhì)，達到均勻鋼水成分和溫度的目的，國內(nèi)大部分鋼包都采用吹氬氣冶煉。大量的實踐和理論均已證明，這是一套既行之有效又價廉的工藝。有害氣體在氬氣泡中的分壓較低，所以一個個小氬氣泡就猶如一個個小真空室，而上浮的氬氣泡又能帶動鋼液中夾雜上浮，進而被渣捕獲。鋼包吹氬可分為頂吹與底吹兩種，其中鋼包底吹氬因在去除鋼中夾雜物及有害氣體等方面優(yōu)于頂吹氬，而不占用場地，不需要升降卷揚設(shè)備，并可降低工人的勞動強度，被冶金行業(yè)廣泛采用。
對于原有的鋼包底吹氬工藝，只需把透氣磚更換成狹縫式透氣磚，外加一套供粉的噴粉罐系統(tǒng)即可。省去了頂吹噴粉所必需升降設(shè)備，所以技術(shù)改造成本低。
5、透氣磚熔損少。
關(guān)于鋼包底吹供氣元件熔損機理，目前國內(nèi)外學者比較認同的是以下三個方面氣泡反擊吹入熔池的氣流以氣泡方式進入熔池。氣泡脫離供氣元件瞬間氣流對供氣元件周圍耐火材料進行沖擊的現(xiàn)象稱為“氣泡反擊”。
水錘沖刷是氣泡脫離供氣元件時引起四周鋼水流動，沖刷供氣元件周圍耐材的現(xiàn)象。氣流量越大，水錘現(xiàn)象引起的鋼水沖刷侵蝕越嚴重。
凹坑熔蝕由于氣體與鋼水的沖刷，在供氣元件周圍形成凹坑。凹坑越深，對流傳熱越差，加劇侵蝕作用。
為了減輕氣泡反擊力，要求加大吹氣量來提高氣體的出口速度，當氣體速度大于臨界速度時，氣泡反擊力消失，但當氣量加大后，水錘沖刷加劇。氣體在透氣磚出口為分散的氣泡時，氣泡反擊力影響不可忽略；氣體在透氣磚出口為射流時，氣泡反擊力可以忽略。
萊布森等根據(jù)空氣一水體系的實驗結(jié)果，提出形成分散的氣泡的噴嘴雷諾數(shù)條件為Re0＝Ud0ρg/μL＜2100(6)式中 U-噴嘴處氣體流速d0-噴嘴內(nèi)徑 ρg-氣體的密度μL-液體的黏度當氣體流量增加至Re0＞2100，可能進入射流區(qū)時，噴入的氣體很快分裂為許多小氣泡，且Re0越大，氣泡的直徑越小。根據(jù)氣體流量與噴嘴截面積的關(guān)系，可得到變換形式后的雷諾數(shù)Re0=4Qρgπd0μl---(7)]]>式中 Q-氣體流量從(3)式可以看出，在一定的噴吹氣量下，減小噴嘴內(nèi)徑d0即可增大雷諾數(shù)，進入射流區(qū)。所以從透氣磚熔損機理來看，具有細小狹縫的狹縫式耐火磚吹氣時反向沖擊小、蝕損小，而流動的氣體對耐火材料起到冷卻保護作用，吹入氣體分布均勻，可以大大減少對耐火材料的侵蝕，提高使用壽命。是其他類型常用的耐火磚所不及的。
6、在脫硫的同時，使脫硫產(chǎn)物及夾雜及時上浮去除，從而凈化鋼液。
鋼水中的夾雜物除受到浮力和重力外，還受到運動鋼液的作用。夾雜物尺寸越小，流體運動對其影響就越明顯。所以對于小尺寸的夾雜物來說，鋼包中流體運動的狀態(tài)是決定其去除效果的關(guān)鍵因素。圖6是底吹鋼包結(jié)構(gòu)示意圖。
底吹去夾雜與RH去夾雜相比，無論是從“上浮的氬氣泡粘附懸浮在鋼水中的夾雜物并帶至鋼水表面被渣層所吸收”理論，還是從“向上的流股帶動夾雜物，縮短其上浮時間”理論，底吹鋼包除夾雜都優(yōu)于RH。雖然RH在脫氣、冶煉超低碳方面有其自身的優(yōu)越性，但其在鋼包中的流動特性非常不利于夾雜物的去除。RH水模實驗和流場計算(如圖8所示)結(jié)果均表明RH鋼包內(nèi)存在多處漩渦。鋼水從下降管出來后沖擊包底，流股分散，一部分流股碰到包壁后，在下降管附近形成漩渦，還有一部分進入上升管參與下一輪循環(huán)。在RH處理過程中，由于漩渦的存在大大延長了夾雜物上浮時間，也有一部分夾雜物被吸入上升管，之后又重新進入鋼包。
鋼液在脫硫過程中就不可避免會產(chǎn)生脫硫產(chǎn)物，所以RH-PTB(如圖1所示)在脫硫的同時也增加了污染鋼水的危險。從鋼水凈化考慮，RH裝置內(nèi)不適合脫硫。
7、攪拌效果比頂吹噴粉理想。
噴入的氣粉流除參與反應(yīng)外，還對液體做功，攪拌鋼水。其中粉劑對鋼液的攪拌作用與氣體相比可忽略。此結(jié)論可由式(4)(氣體攪拌能密度)和式(5)(粉劑攪拌能密度)簡單計算得到。
ϵ=RTlQgVNMl{lnp1patm+η·[(1-Tg0Tl)+Tg0Tlp0(12·ρg0·Ug02)+Tg0Tllnpatmp1]}---(8)]]>ϵp=ρ1ρgmβρpMl[gQg+2Qg3(4+ρl/ρp)π2d04]---(9)]]>式中ε-攪拌能密度Tl-液體溫度Qg-氣體的體積流量Ml-液體質(zhì)量 P1-環(huán)境壓力η-攪拌作用有效系數(shù)ρg0-噴嘴出口處氣體密度 Tg0-噴嘴出口處氣體溫度p0-噴嘴出口處氣體壓力 Ug0-噴嘴出口處氣體的速度ρl-液體密度ρg-氣體密度 ρp-粉劑密度m-固氣比 β-穿透比 d0-噴嘴出口直徑以噴吹CaC2為例，假設(shè)固氣比m＝40，氣體流量Qg＝0.021Nm3/h，穿透比β＝0.5，代入式(8)和式(9)計算，可得知氣體和粉劑攪拌能密度之比約為100∶1，可見粉劑對攪拌能的影響很小，可忽略不計，所以氣體對攪拌能的影響占主導地位。但吹入氣體對液體做功，包括四個方面膨脹功氣體在噴嘴附近由于溫度升高引起體積膨脹而做功浮力功氣泡上浮過程中因浮力和膨脹做功動力功噴吹時氣體流股的動能做功靜壓力功氣體噴出時殘余靜壓力使氣體膨脹做功。
由于頂吹噴粉裝置(如圖8所示)中氣流從噴槍出來后，還要向下減速運動一段距離，直到速度為零時，氣泡才開始上浮。這就把動力功抵消為零，而底吹鋼包(如圖6所示)則充分地利用了動力功。


圖1為RH-PTB示意圖。圖中1水冷噴槍，2粉料，3循環(huán)氣。
圖2為狹縫式鋼包底吹噴粉裝置示意圖，圖中4鋼包，5狹縫式透氣磚，6管路，7噴粉罐系統(tǒng)。
圖3為狹縫式透氣磚主視結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4為狹縫式透氣磚俯視結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5為噴粉罐系統(tǒng)構(gòu)成示意圖。
圖5中8貯料倉，9手動插板門，10進料閥，11壓力變送器，12噴粉罐，13稱重傳感器，14氣化室，15下料球閥，16混合室，17電接點壓力表，18排氣閥，19泄壓閥，20截止閥，21止回閥，22調(diào)壓閥，23氣控截止閥。
圖6為底吹鋼包結(jié)構(gòu)示意7為RH流場示意8為頂吹噴粉裝置示意圖具體實施方式
實施例1進一步描述本發(fā)明的狹縫式鋼包底吹噴粉裝置，實施例2～6具體描述不同設(shè)備參數(shù)、不同工藝條件下所實施的狹縫式鋼包底吹噴粉工藝。
實施例1如圖2所示，本發(fā)明的狹縫式鋼包底吹噴粉裝置包括狹縫式透氣磚5、管路6、噴粉罐系統(tǒng)7。狹縫式透氣磚5安裝在鋼包4底部，狹縫式透氣磚5通過管路6與噴粉罐系統(tǒng)7連接。
狹縫式透氣磚中間開有一鏃呈軸對稱分布的縫隙，狹縫寬度應(yīng)限制在0.1mm～0.3mm。
噴粉罐系統(tǒng)7包括8貯料倉、9手動插板門、10進料閥、11壓力變送器、12噴粉罐、13稱重傳感器、14氣化室、15下料球閥、16混合室、17電接點壓力表、18排氣閥、19泄壓閥、20截止閥、21止回閥、22調(diào)壓閥、23氣控截止閥，貯料倉8底部通過手動插板門9和進料閥10與噴粉罐12連通；噴粉罐12頂部設(shè)有壓力變送器11以及排氣閥18、泄壓閥19；噴粉罐12側(cè)壁安裝有稱重傳感器13，噴粉罐12底部是氣化室14，氣化室14通過下料球閥15與混合室16連接，混合室16與電接點壓力表17之間通過管路連接，管路上依次安裝止回閥21、截止閥20、氣控截止閥23、調(diào)壓閥22、截止閥20；噴粉罐12上部裝有止回閥21與主管路通過管路連接，管路上依次安裝截止閥20、氣控截止閥23；氣化室14接有止回閥21，通過截止閥20與主管路連接。
以下簡要說明噴粉罐系統(tǒng)7各部分的作用8貯料倉，待輸送物料進入噴粉罐前存放在此處，當打開進料閥，貯料倉內(nèi)的物料不斷進入噴粉罐，直至噴粉罐內(nèi)的物料達到一定的重量時，控制系統(tǒng)關(guān)閉進料閥。
9手動插板門，設(shè)備帶負荷運行時，將手動插板門打開，可根據(jù)下料情況調(diào)整其開度。
10進料閥，進料閥是噴粉罐上的關(guān)鍵部件。該閥的工作原理是由外部氣缸帶動聯(lián)結(jié)軸作上下行動，從而帶動錐閥，當錐閥向上時，即關(guān)閉進料閥，當錐閥向下時，即打開進料閥。
11壓力變送器，測量和顯示噴粉罐壓力，并把信號反饋給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)參照此信號進行調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)。
12噴粉罐，存放粉劑的壓力容器，向輸送系統(tǒng)供粉，是整個噴粉系統(tǒng)的主體。
13稱重傳感器，實時顯示噴粉罐重量，通過稱重傳感器對噴粉罐工作狀況進行監(jiān)控。在噴粉罐進料時，使用它來控制進料確保進料可靠。
14氣化室，對物料進行流化，防止物料堵在出口。氣體由氣化室側(cè)面進入，輸送時對被輸送的物料進行流化，以利于物料輸送。
15下料球閥，位于氣化室底部出料口，主要控制物料是否可以進入輸送管道。
16混合室，氣體和粉粒在此進行混合，確保向透氣磚輸送均勻的粉氣流。
17電接點壓力表，監(jiān)測總管壓力。
18排氣閥，位于噴粉罐的上部，在輸送結(jié)束后打開排氣閥來加速罐內(nèi)泄壓，使進料順利并防止罐內(nèi)的余氣竄入上部影響上部設(shè)備的正常工作。
19泄壓閥，當噴粉罐內(nèi)壓力過大時，將壓力排泄出去，穩(wěn)定罐體內(nèi)的壓力。
20截止閥，為應(yīng)對氣控系統(tǒng)突發(fā)事故，合理地分配氣量，在各進氣管上設(shè)置了手動截止閥來調(diào)節(jié)氣量。
21止回閥，防止氣體或粉氣流回流。
22調(diào)壓閥，可以事先設(shè)定壓力，既穩(wěn)定系統(tǒng)壓力，又對整個系統(tǒng)進行過載保護。
23氣控截止閥，通過管線與控制柜相連，易于微機遠程控制。
實施例2冷態(tài)實施，實施條件如下透氣磚30噸鋼包上使用的狹縫式透氣磚，透氣磚出口直徑73mm，狹縫寬度0.15mm，狹縫數(shù)為18條。
粉料鈍化石灰，顆粒直徑均小于45μm
輸送氣體干燥后的壓縮空氣管道內(nèi)氣體的速度10m/s溫度室溫接觸介質(zhì)大氣氣體壓力0.3MPa粉料容積百分數(shù)φ＝0、10、20、30、40實施過程本實施例直接向大氣中噴射氣粉流，噴粉前，先打開引流氣體直至到達預(yù)定壓力0.3MPa，接著打開下料閥開始噴粉，待石灰噴吹完畢后，關(guān)閉下料閥，引流氣繼續(xù)工作，確保管道中無殘留石灰后再關(guān)閉引流氣。實施過程中通過調(diào)整噴粉罐內(nèi)的氣體壓力和下料閥的開度來調(diào)節(jié)粉氣比，測試了容積百分數(shù)φ＝0、10、20、30和40條件下噴粉系統(tǒng)及狹縫式透氣磚運行可靠性。實施過程中沒有發(fā)現(xiàn)輸送管里石灰沉積，實施后打開透氣磚的氣室，也沒有發(fā)現(xiàn)石灰沉積。
這說明本工藝裝置在冷態(tài)情況下是可行的。
實施例3熱態(tài)實施，實施條件如下透氣磚30噸鋼包上使用的狹縫式透氣磚，透氣磚出口直徑73mm，狹縫寬度0.15mm。為了適合在小感應(yīng)爐上工作，把透氣磚的狹縫數(shù)由原來的18條減至8條。
粉料碳粉，顆粒直徑均小于30μm輸送氣體干燥后的壓縮空氣管道內(nèi)氣體的速度7m/s溫度1500℃接觸介質(zhì)鐵水氣體壓力0.45MPa容器200kg的感應(yīng)爐粉料容積百分數(shù)φ＝10、30實施過程本實施例向裝有鐵水的200kg的感應(yīng)爐中噴吹碳粉，噴粉前，先打開引流氣體直至到達預(yù)定壓力0.45MPa，接著打開下料閥開始噴粉，待碳粉噴吹完畢后，關(guān)閉下料閥，引流氣繼續(xù)工作，確保管道中無殘留碳粉后再關(guān)閉引流氣。實驗過程中通過調(diào)整噴粉罐內(nèi)的氣體壓力和下料閥的開度來調(diào)節(jié)粉氣比，測試了容積百分數(shù)φ＝10和φ＝30下噴粉系統(tǒng)及狹縫式透氣磚在高溫條件下的運行可靠性。實施過程中輸送管中沒有觀察到碳粉沉積，實施后檢查透氣磚的氣室和輸送管均無發(fā)現(xiàn)碳粉沉積。
本實施例說明本工藝裝置在高溫狀態(tài)下也是可行的。
實施例4熱態(tài)實施，實施條件如下透氣磚狹縫式透氣磚，透氣磚出口直徑100mm，狹縫寬度0.10mm，狹縫數(shù)為16條。
粉料Na2CO3粉劑，顆粒直徑均小于20μm輸送氣體工業(yè)氮氣管道內(nèi)氣體的速度9m/s溫度1590℃接觸介質(zhì)鋼液氣體壓力0.50MPa粉料容積百分數(shù)φ＝10、20、30、40實施過程本實施例向裝有100kg鋼水的感應(yīng)爐中噴射氣粉流，噴粉前，先打開引流氣體直至到達預(yù)定壓力0.50MPa，接著打開下料閥開始噴粉，待Na2CO3噴吹完畢后，關(guān)閉下料閥，引流氣繼續(xù)工作，確保管道中無殘留Na2CO3后再關(guān)閉引流氣。實施過程中通過調(diào)整噴粉罐內(nèi)的氣體壓力和下料閥的開度來調(diào)節(jié)粉氣比，測試了容積百分數(shù)φ＝10、20、30和40條件下噴粉系統(tǒng)及狹縫式透氣磚運行可靠性。實施過程中沒有發(fā)現(xiàn)輸送管里Na2CO3沉積，實施后打開透氣磚的氣室，也沒有發(fā)現(xiàn)Na2CO3沉積。
本實施例說明只要符合噴吹工藝參數(shù)的固體顆粒都可以用于噴吹。
實施例5熱態(tài)實施，實施條件如下透氣磚狹縫式透氣磚，透氣磚出口直徑150mm，狹縫寬度0.25mm，狹縫數(shù)為24條。
粉料CaSi合金粉劑，顆粒直徑均小于50μm輸送氣體工業(yè)氮氣管道內(nèi)氣體的速度9.5m/s溫度1470℃接觸介質(zhì)鐵水氣體壓力0.51MPa粉料容積百分數(shù)φ＝15、25、35、40實施過程本實施例向裝有100kg鐵水的感應(yīng)爐中噴射氣粉流，噴粉前，先打開引流氣體直至到達預(yù)定壓力0.51MPa，接著打開下料閥開始噴粉，待CaSi粉噴吹完畢后，關(guān)閉下料閥，引流氣繼續(xù)工作，確保管道中無殘留CaSi粉后再關(guān)閉引流氣。實施過程中通過調(diào)整噴粉罐內(nèi)的氣體壓力和下料閥的開度來調(diào)節(jié)粉氣比，測試了容積百分數(shù)φ＝15、25、35和40條件下噴粉系統(tǒng)及狹縫式透氣磚運行可靠性。實施過程中沒有發(fā)現(xiàn)輸送管里CaSi粉沉積，實施后打開透氣磚的氣室，也沒有發(fā)現(xiàn)CaSi粉沉積。
實施例6熱態(tài)實施，實施條件如下透氣磚狹縫式透氣磚，透氣磚出口直徑40mm，狹縫寬度0.12mm，狹縫數(shù)為7條。
粉料鈍化石灰，顆粒直徑均小于30μm輸送氣體干燥后的壓縮空氣管道內(nèi)氣體的速度8.2m/s溫度1600℃接觸介質(zhì)鋼液氣體壓力0.53MPa粉料容積百分數(shù)φ＝10、20、30、40實施過程本實施例向裝有150kg鋼水的感應(yīng)爐中噴射氣粉流，噴粉前，先打開引流氣體直至到達預(yù)定壓力0.53MPa，接著打開下料閥開始噴粉，待石灰噴吹完畢后，關(guān)閉下料閥，引流氣繼續(xù)工作，確保管道中無殘留石灰后再關(guān)閉引流氣。實施過程中通過調(diào)整噴粉罐內(nèi)的氣體壓力和下料閥的開度來調(diào)節(jié)粉氣比，測試了容積百分數(shù)φ＝10、20、30和40條件下噴粉系統(tǒng)及狹縫式透氣磚運行可靠性。實施過程中沒有發(fā)現(xiàn)輸送管里石灰沉積，實施后打開透氣磚的氣室，也沒有發(fā)現(xiàn)石灰沉積。
權(quán)利要求
1.狹縫式鋼包底吹噴粉工藝，其特征在于通過噴粉罐系統(tǒng)向狹縫式透氣磚輸送流態(tài)化的粉劑，再由狹縫式透氣磚把粉劑從鋼包底部噴入鋼水中，具體噴吹過程為將粉料從貯料倉(8)輸送進入噴粉罐(12)，加完粉料后，開始往噴粉罐(12)內(nèi)送氣加壓，控制引流氣體的氣控截止閥(23)打開，引流氣體開始工作，然后打開氣化室(14)中的流化氣體，最后開啟噴粉罐下部出口的下料球閥(15)，開始噴粉動作，將粉料輸送到透氣磚，粉料進入透氣磚的氣室，再分配給狹縫，通過狹縫到達鋼水中。
2.按照權(quán)利要求1所述的狹縫式鋼包底吹噴粉工藝，其特征在于噴吹工藝參數(shù)如下(1)粉劑的參數(shù)要求①顆粒直徑dp≤0.2r式中dp-粉劑直徑r-狹縫寬度②粉劑為固體顆粒粉氣比參數(shù)要求要求粉料容積分數(shù)φ=VpVmix≤0.6]]>式中φ-容積分數(shù) Vp-粉料的體積 Vmix-粉料與氣體的總體積(2)載氣要求①管道內(nèi)氣體的速度V大于粉料的臨界流化速度Vmf，即V>Vmf=(1-ϵmf)(ρp-ρg)150(1-ϵmf)2μϵmf2(φsdp‾)2+1.751-ϵmfϵmf2·ρgφsdp‾]]>式中V-輸送管內(nèi)氣流速度Vmf-臨界流化速度εmf-臨界空隙率ρp-顆粒密度 ρg-氣體密度μ-氣體黏度φs-球形度 -粉劑的平均直徑②氣體流量滿足下式Q>2100πd0μl4ρg]]>式中Q-氣體流量 d0-噴嘴內(nèi)徑ρg-氣體的密度 μL-液體的黏度。
3.按照權(quán)利要求1所述的狹縫式鋼包底吹噴粉工藝，其特征在于輸送氣體為干燥后的氣體，氣體壓力為0.30～0.7MPa。
4.按照權(quán)利要求1所述的狹縫式鋼包底吹噴粉工藝，其特征在于采用稀相間歇式輸送工作方式，每輸送一泵物料，即為一個工作循環(huán)，每個工作循環(huán)包括輸送起始階段、輸送階段、輸送結(jié)束階段，輸送開始后，噴粉罐內(nèi)的物料被氣流帶入管道，管道內(nèi)的物料增多，噴粉罐的工作壓力增高，這一過程為輸送起始階段，當噴粉罐的工作壓力保持恒定即進入輸送階段，隨著罐內(nèi)物料減少，噴粉罐的工作壓力降低，此時進入吹掃階段，即輸送結(jié)束階段。
5.按照權(quán)利要求1所述的狹縫式鋼包底吹噴粉工藝，其特征在于粉劑為直徑符合dp≤0.2r的固體顆粒，包括鈍化石灰、碳粉、Na2CO3粉劑或CaSi合金粉劑。
6.權(quán)利要求1所述的工藝采用的狹縫式鋼包底吹噴粉裝置，其特征在于該裝置包括狹縫式透氣磚(5)、管路(6)、噴粉罐系統(tǒng)(7)，狹縫式透氣磚(5)安裝在鋼包(4)底部，狹縫式透氣磚(5)通過管路(6)與噴粉罐系統(tǒng)(7)連接。
7.按照權(quán)利要求6所述的狹縫式鋼包底吹噴粉裝置，其特征在于狹縫式透氣磚中間開有一鏃呈軸對稱分布的縫隙，狹縫寬度限制在0.1mm～0.3mm。
8.按照權(quán)利要求6所述的狹縫式鋼包底吹噴粉裝置，其特征在于噴粉罐系統(tǒng)(7)包括貯料倉(8)、壓力變送器(11)、噴粉罐(12)、稱重傳感器(13)、氣化室(14)、混合室(16)，貯料倉(8)底部通過手動插板門(9)和進料閥(10)與噴粉罐(12)連通；噴粉罐(12)頂部設(shè)有壓力變送器(11)以及排氣閥(18)、泄壓閥(19)；噴粉罐(12)側(cè)壁安裝有稱重傳感器(13)，噴粉罐(12)底部是氣化室(14)，氣化室(14)通過下料球閥(15)與混合室(16)連接，混合室(16)與電接點壓力表(17)之間通過管路連接，管路上依次安裝止回閥(21)、截止閥(20)、氣控截止閥(23)、調(diào)壓閥(22)、截止閥(20)；噴粉罐(12)上部裝有止回閥(21)與主管路通過管路連接，管路上依次安裝截止閥(20)、氣控截止閥(23)；氣化室(14)接有止回閥(21)，通過截止閥(20)與主管路連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及狹縫式鋼包底吹噴粉工藝，通過噴粉罐系統(tǒng)向狹縫式透氣磚輸送流態(tài)化的粉劑，再由狹縫式透氣磚把粉劑從鋼包底部噴入鋼水中，所采用的狹縫式鋼包底吹噴粉裝置包括狹縫式透氣磚、管路、噴粉罐系統(tǒng)，狹縫式透氣磚安裝在鋼包底部，狹縫式透氣磚通過管路與噴粉罐系統(tǒng)連接。由于相關(guān)的配套技術(shù)包括透氣磚的制作和熱更換技術(shù)較成熟，本發(fā)明易于實現(xiàn)；融安全和可靠性為一體，能避免堵塞及鋼水倒?jié)B，氣量調(diào)節(jié)范圍最高可達10倍以上，可滿足各種條件下的鋼包底吹氣量要求；在脫硫的同時，使脫硫產(chǎn)物及夾雜及時上浮去除，從而凈化鋼液；底吹鋼包充分地利用了動力功，攪拌效果比頂吹噴粉理想。省去了頂吹噴粉所必需的升降設(shè)備，所以技術(shù)改造成本低。
文檔編號C21C5/34GK1789437SQ200510047980
公開日2006年6月21日 申請日期2005年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月13日
發(fā)明者朱苗勇, 周建安, 潘時松, 沙駿 申請人:東北大學