專利名稱：一種金屬縫隙式鋼包底吹噴粉裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鋼鐵精煉技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種金屬縫隙式鋼包底吹噴粉裝置。
背景技術(shù)：
鋼包底吹噴粉精煉是新興的一項(xiàng)具有創(chuàng)造性和廣闊應(yīng)用前景的新技術(shù)，但由于鋼包底噴粉工作環(huán)境比鋼包底吹氬攪拌環(huán)境惡劣，鋼包底噴粉工藝提出后面臨著諸多技術(shù)問題待解決。噴粉冶煉過程當(dāng)中，粉劑需經(jīng)噴粉元件送入熔池內(nèi)部，噴粉元件設(shè)計(jì)既要解決粉劑連續(xù)穩(wěn)定噴入不發(fā)生堵塞，又要保證安全可靠避免發(fā)生漏鋼事故，既要保證粉劑噴入量范圍可調(diào)可控，又要求耐火材料耐磨耐蝕使用壽命長，它是鋼包底噴粉工藝的核心元件。噴粉元件處在高溫和強(qiáng)烈粉氣流磨蝕環(huán)境當(dāng)中，其設(shè)計(jì)和使用性能直接關(guān)系到噴粉成敗，決定著鋼包底噴粉工藝能否進(jìn)行和推廣應(yīng)用。目前鋼包底噴粉精煉工藝中，有技術(shù)提出了采用狹縫式耐火材料進(jìn)行鋼包底噴粉精煉的工藝。該技術(shù)采用的噴粉元件內(nèi)部由耐火材料形成縫隙，粉劑由蓄氣室進(jìn)入噴粉元件縫隙，透過縫隙進(jìn)入鋼包熔池，這種方式，利用氣體作為載體，將反應(yīng)物的固體粉粒直接噴射到鋼包熔池深處，避免了粉劑與空氣或熔渣的接觸，擴(kuò)大了放映界面積，增加了局部濃度梯度，加強(qiáng)了攪拌，從而加速了傳質(zhì)過程，與傳統(tǒng)方式相比，其優(yōu)點(diǎn)包括以下幾方面(1)提高鋼的質(zhì)量它能降低鋼中氧和硫的含量，控制鋼中氧化物和硫化物夾雜物形態(tài)，改善鋼的切削性能，減小鋼的各個(gè)方向異性和氫致裂紋敏感性等。而且也有利于夾雜物的聚合和上??；( 提高精煉效果載氣將反應(yīng)物料吹入熔池深處，可以加快物料的熔化和溶解，而且也大大增強(qiáng)了反應(yīng)面積，同時(shí)還強(qiáng)烈的攪拌了熔池，從而加快了傳輸和反應(yīng)過程，使熔池獲得了較好的動(dòng)力學(xué)條件；C3)粉劑直接噴入熔池深處，避免了與空氣和熔渣的接觸，防止了它們的氧化，因而提高了合金的收得率，另外，噴粉能更好的解決微量合金元素、煉鋼溫度下蒸汽壓很高的元素和放散有毒的氣體元素的加入問題；(4)能精確的調(diào)整鋼水成分，使鋼的質(zhì)量更加穩(wěn)定；(5)設(shè)備簡單，投資少，操作費(fèi)用少，靈活性大，工作環(huán)境好；(6)提高熔煉爐的生產(chǎn)能力。雖然該噴粉元件在鋼包底吹噴粉領(lǐng)域取得一定成效，但存在明顯的缺點(diǎn)(1)底吹噴粉用噴粉元件縫隙由耐火材料構(gòu)成，耐火材料與粉劑直接接觸，受粉氣流磨蝕嚴(yán)重，長期經(jīng)受粉氣流沖刷導(dǎo)致縫隙寬度變大，鋼液滲入縫隙而堵塞縫隙，嚴(yán)重時(shí)容易引發(fā)漏鋼事故，因此，噴粉用耐火材料使用壽命短；(2)從安全角度考慮，為避免發(fā)生漏鋼事故，耐火材料縫隙寬度設(shè)計(jì)要盡量小些， 這導(dǎo)致粉氣流在縫隙內(nèi)阻力變大，氣力輸送壓力損失大，鋼包內(nèi)粉氣流穿透力降低，影響噴吹冶煉效果。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提出一種金屬縫隙式鋼包底吹噴粉裝置，通過金屬縫隙，解決粉氣流對噴粉用耐火材料縫隙內(nèi)壁強(qiáng)烈磨蝕和噴粉過程壓力損失大等問
本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的一種金屬縫隙式鋼包底吹噴粉裝置，由金屬縫隙式噴粉元件和蓄氣室兩大部分組成，所述金屬縫隙式噴粉元件通過法蘭連接螺栓與蓄氣室連接；其中，金屬縫隙式噴粉元件包括外部的金屬殼和內(nèi)部設(shè)有縫隙的耐火材料，所述縫隙內(nèi)壁設(shè)有金屬板，耐火材料底部設(shè)有金屬底面，金屬底面上設(shè)有通孔與縫隙連通，金屬底面周邊與金屬殼連接，金屬板底部與金屬底面連接，金屬板頂部位于縫隙頂部；所述的金屬板，其材質(zhì)包括不銹鋼、耐熱不銹鋼、碳素?zé)o縫管；所述的金屬板的厚度為0. 05 20mm ；所述的金屬底面，其材質(zhì)包括不銹鋼、耐熱不銹鋼、碳素?zé)o縫管；所述的金屬底板的厚度為0. 05 20mm ；所述的通孔尺寸與縫隙相同。本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)包括以下幾方面(1)使用壽命長，安全可靠金屬縫隙對耐火材料起了增強(qiáng)作用，使磚不易剝落、開裂，磨蝕程度小，不會(huì)出現(xiàn)因磨損導(dǎo)致耐火材料縫隙厚度變寬而失去使用性能，提高了噴粉元件使用壽命，降低了成本；(2)有效提高了噴粉冶煉強(qiáng)度金屬縫隙內(nèi)壁阻力小，粉氣流壓力損失小，能以更高動(dòng)能噴入鋼包，在同等噴吹條件下， 使用該噴粉元件可在鋼包熔池內(nèi)獲得更高動(dòng)能的射流，射流特性直接影響射流的穿透能力、粉粒的侵入量、氣-固-液之間的反應(yīng)效果、金屬液的流動(dòng)和耐火材料侵蝕等，射流動(dòng)能足夠高時(shí)，顆粒均勻分布于縫隙橫截面內(nèi)，形成具有和單相流體特性相類似的均相流動(dòng)，噴吹冶煉效果更佳；(3)高溫下強(qiáng)度高，金屬縫隙焊接在一起，牢固不容易變形，氣密性好，噴吹穩(wěn)定；(4)應(yīng)用范圍廣，制造成本低，可根據(jù)冶金效果的要求，可生產(chǎn)制造多種樣式的鋼包底噴粉元件，如直線縫隙式噴粉元件，環(huán)形縫隙式噴粉元件等，滿足各類生產(chǎn)條件需求； (5)粉氣量可調(diào)節(jié)范圍大根據(jù)冶金噴粉強(qiáng)度設(shè)計(jì)縫隙總長度和縫隙條數(shù)，縫隙設(shè)計(jì)大大改善了粉氣流的動(dòng)力學(xué)條件，使鋼包噴粉工藝成為可能，粉氣量可調(diào)范圍大，可滿足各種條件下的鋼包底噴粉要求。


圖1為本發(fā)明一種金屬縫隙式鋼包底吹噴粉元件的組裝圖；圖2為本發(fā)明一種金屬縫隙式鋼包底吹噴粉元件金屬直線縫隙式噴粉元件示意圖；圖3(a)為本發(fā)明一種金屬縫隙式鋼包底吹噴粉元件金屬直線縫隙式噴粉元件俯視圖；圖3(b)為本發(fā)明一種金屬縫隙式鋼包底吹噴粉元件金屬直線縫隙式噴粉元件金屬縫隙放大圖；圖3(c)為本發(fā)明一種金屬縫隙式鋼包底吹噴粉元件金屬直線縫隙式噴粉元件主視圖；圖4(a)為本發(fā)明一種金屬縫隙式鋼包底吹噴粉元件金屬環(huán)形縫隙式噴粉元件俯視圖；圖4(b)為本發(fā)明一種金屬縫隙式鋼包底吹噴粉元件金屬環(huán)形縫隙式噴粉元件主視圖；圖中，1、耐火材料；2、縫隙；3、金屬板；4、金屬殼；5、金屬底面；6、法蘭連接螺栓；
7、蓄氣室腔；8、粉氣流輸送管；9、螺孔；I、金屬縫隙式噴粉元件；II、蓄氣室。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。本發(fā)明一種金屬縫隙式鋼包底吹噴粉元件制備原理如下金屬縫隙壁、金屬底面以及金屬外殼預(yù)先焊成一體，然后均勻密實(shí)填充耐火材料，并對噴粉元件的每根縫隙定位， 要求連接處不存在空隙，耐火材料與金屬緊密連接，噴粉元件加固成型后，根據(jù)現(xiàn)場筑爐要求，對噴粉元件進(jìn)行機(jī)械加工(車、切、刨、磨等)，以保證元件外形尺寸及精度符合砌筑要求，與周圍爐襯匹配，同時(shí)應(yīng)對噴粉元件的每根粉氣流通道(縫隙)進(jìn)行檢查、清理，保證每條縫隙暢通；材質(zhì)要求包括耐火材料要求氣孔率低、體積密度高，高溫下承受載荷時(shí)具有抵抗變形和斷裂的能力，并且耐磨損、抗侵蝕；金屬殼和金屬底面材質(zhì)可采用具有一定高溫強(qiáng)度的金屬材料，本處給出不銹鋼鋼板或碳素鋼板作為設(shè)計(jì)時(shí)參考；金屬板采用高溫強(qiáng)度高、耐磨損、耐侵蝕的金屬材質(zhì)，例如不銹鋼、耐熱不銹鋼或碳素?zé)o縫管等。如圖1所示，為本發(fā)明一種金屬縫隙式鋼包底吹噴粉元件的組裝圖，由金屬縫隙式噴粉元件I和蓄氣室II組成，金屬縫隙式噴粉元件I通過法蘭連接螺栓6與蓄氣室II 連接；所述的金屬縫隙式噴粉元件I包括耐火材料1、縫隙2、金屬板3、金屬殼4和金屬底面5，所述的金屬縫隙式噴粉元件I呈圓臺狀，其外面包有金屬殼4，其內(nèi)部是設(shè)有縫隙2 的耐火材料1，所述縫隙2內(nèi)壁設(shè)有金屬板3，耐火材料1底部設(shè)有金屬底面5，金屬底面5 上設(shè)有通孔與縫隙2連通，金屬底面5周邊與金屬殼4連接，金屬板3底部與金屬底面5連接，金屬板3頂部位于縫隙頂部；所述的金屬板采用其材質(zhì)包括不銹鋼、耐熱不銹鋼或碳素?zé)o縫管；所述的金屬板的厚度為1. Omm ；所述的金屬底面采用其材質(zhì)包括不銹鋼、耐熱不銹鋼或碳素?zé)o縫管；所述的金屬底板的厚度為1. Omm ；所述的通孔的尺寸與縫隙相同；所述的金屬縫隙的寬度范圍為δ = 0. 05 1. OOmm ；所述的縫隙條數(shù)的范圍為n = 8 60 ；所述的耐火材料內(nèi)徑范圍為=O1 = G- 300mm ；所述的耐火材料外徑范圍為Φ2 = 30 400mm ；所述的金屬縫隙式噴粉元件高度范圍為=Htl = 60 800mm ；實(shí)施例1 本實(shí)施例設(shè)計(jì)一種金屬直線縫隙式噴粉元件，其外形如圖2所示，該金屬直線縫隙式噴粉元件呈圓臺狀，其外部設(shè)有金屬殼4，內(nèi)部設(shè)有透氣磚1，透氣磚1中設(shè)有縫隙2，所述縫隙2呈長方形，其內(nèi)壁設(shè)有金屬板3，透氣磚1底部設(shè)有金屬底面5，金屬底面5上設(shè)有通孔與縫隙2連通，金屬底面5周邊與金屬殼4連接，金屬板3底部與金屬底面5連接，金屬板3頂部位于縫隙頂部；其金屬縫隙呈直線型，如圖3(a) 3(c)所示，其各參數(shù)設(shè)計(jì)如下(1)所述的耐火材料內(nèi)徑O1的選擇如下既要避免磚心內(nèi)徑過小導(dǎo)致粉氣流在鋼包熔池內(nèi)聚合形成大氣泡布袋，又要避免磚心內(nèi)徑過大，降低射流穿透力，綜上，本實(shí)施例取磚心內(nèi)徑O1 = 15mm ；(2)所述的金屬縫隙，其參數(shù)選擇如下縫隙寬度δ的取值本實(shí)施例中，選擇熔池內(nèi)鋼液深度大于2m的鋼包，理論上縫隙厚度必須小于0. 15mm才不會(huì)發(fā)生漏鋼，實(shí)際上供氣元件縫隙厚度為幾百微米時(shí)也不能發(fā)生漏鋼，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了鋼液滲入縫隙，耐火材料表面的粗糙程度也會(huì)影響鋼液滲入縫隙，為避免漏鋼事故的發(fā)生和達(dá)到最佳噴吹效果，本實(shí)施例中透氣磚的寬度取值為S = 0. 15mm ；縫隙長度B、縫隙數(shù)目η及縫隙布置方式的選取根據(jù)噴粉冶煉強(qiáng)度計(jì)算粉氣流通過總界面積，然后確定縫隙長度B和縫隙數(shù)目η，縫隙圍繞透氣磚磚芯均勻布置，采用直線縫隙設(shè)計(jì)，一般認(rèn)為，縫隙的B/δ > 10時(shí)，可忽略縫隙兩端邊界的影響，本實(shí)施例取縫隙長度B = 15_，縫隙數(shù)目取η = 16 ；(3)所述的耐火材料Φ2的選擇如下在保證透氣磚強(qiáng)度的前提下，按照透氣磚磚芯內(nèi)徑和縫隙布置方式取值，本實(shí)施例中取Φ2 = 66mm ；(4)所述的金屬縫隙式噴粉元件高度設(shè)計(jì)如下金屬縫隙式噴粉元件高度由鋼包底部厚度、粉劑在縫隙內(nèi)加速長度、侵蝕速度等因素決定，在保證安全可行的噴吹條件下， 應(yīng)盡量縮短噴粉元件高度，以減少沿程壓力損失；而噴粉精煉所用粉劑一般在300目以下， 粉劑加速度段不超過100mm，噴粉對縫隙厚度影響較大，但對縫隙長度的影響較小，可沿用吹氬攪拌用透氣磚侵蝕速度來判定，本實(shí)施例取透氣磚的侵蝕速度平均為5mm/次，本實(shí)施例中金屬縫隙式噴粉元件高度取值為Htl = 200mm。實(shí)施例2 本實(shí)施例設(shè)計(jì)一種金屬環(huán)形縫隙式噴粉元件，其結(jié)構(gòu)如圖4 (a)、圖4 (b)所示，具體結(jié)構(gòu)包括耐火材料1、縫隙2、金屬板3、金屬殼4和金屬底面5，內(nèi)部設(shè)有透氣磚1，透氣磚 1中設(shè)有縫隙2，所述縫隙2呈環(huán)形，其內(nèi)壁設(shè)有金屬板3，透氣磚1底部設(shè)有金屬底面5，金屬底面5上設(shè)有通孔與縫隙2連通，金屬底面5周邊與金屬殼4連接，金屬板3底部與金屬底面5連接，金屬板3頂部位于縫隙頂部；其具體參數(shù)設(shè)計(jì)如下(1)所述的耐火材料其內(nèi)徑O1取值為避免磚心內(nèi)徑過小導(dǎo)致粉氣流在鋼包熔池內(nèi)聚合形成大氣泡布袋，又要避免磚心內(nèi)徑過大，降低射流穿透力，綜上，本實(shí)施例取磚心內(nèi)徑O1 = 20mm ；(2)所述的耐火材料其外徑Φ2取值為在保證透氣磚強(qiáng)度的前提下，按照透氣磚磚芯內(nèi)徑和縫隙布置方式取值，本實(shí)施例中取Φ2 = 80mm ；(3)所述的環(huán)形縫隙彼此之間的間距設(shè)計(jì)為在保證透氣磚強(qiáng)度，避免熱應(yīng)力集中，考慮加工難度和射流衰減，Δ d = 3 7mm ；(4)所述的環(huán)形金屬縫隙，其縫隙寬度的取值為為避免漏鋼事故的發(fā)生和達(dá)到最佳噴吹效果，本實(shí)施例中透氣磚的寬度取值為δ = 0.15mm;
(5)所述的金屬環(huán)形縫隙式噴粉元件高度的取值為本實(shí)施例中金屬縫隙式噴粉元件高度取值為H0 = 200mm ；(6)所述的環(huán)形縫隙條數(shù)為η = 2 10條。
權(quán)利要求
1.一種金屬縫隙式鋼包底吹噴粉裝置，由金屬縫隙式噴粉元件和蓄氣室組成，所述金屬縫隙式噴粉元件與蓄氣室連接，其特征在于所述金屬縫隙式噴粉元件包括外部的金屬殼和內(nèi)部設(shè)有縫隙的耐火材料，所述縫隙內(nèi)壁設(shè)有金屬板，耐火材料底部設(shè)有金屬底面，金屬底面上設(shè)有通孔與縫隙連通，金屬底面周邊與金屬殼連接，金屬板底部與金屬底面連接， 金屬板頂部位于縫隙頂部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬縫隙式鋼包底吹噴粉裝置，其特征在于所述的金屬板， 其材質(zhì)包括不銹鋼、耐熱不銹鋼、碳素?zé)o縫管。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬縫隙式鋼包底吹噴粉裝置，其特征在于所述的金屬板的厚度為0. 05 20mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬縫隙式鋼包底吹噴粉裝置，其特征在于所述的金屬底面，其材質(zhì)包括不銹鋼、耐熱不銹鋼、碳素?zé)o縫管。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬縫隙式鋼包底吹噴粉裝置，其特征在于所述的金屬底板的厚度為0. 05 20mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬縫隙式鋼包底吹噴粉裝置，其特征在于所述的通孔尺寸與縫隙相同。
全文摘要
一種金屬縫隙式鋼包底吹噴粉裝置，屬于鋼鐵精煉技術(shù)領(lǐng)域，由金屬縫隙式噴粉元件和蓄氣室兩大部分組成，所述金屬縫隙式噴粉元件通過法蘭連接螺栓與蓄氣室連接；其中，金屬縫隙式噴粉元件包括外部的金屬殼和內(nèi)部設(shè)有縫隙的耐火材料，所述縫隙內(nèi)壁設(shè)有金屬板，耐火材料底部設(shè)有金屬底面，金屬底面上設(shè)有通孔與縫隙連通，金屬底面周邊與金屬殼連接，金屬板底部與金屬底面連接，金屬板頂部位于縫隙頂部；本發(fā)明有效提高了噴粉冶煉強(qiáng)度，高溫下強(qiáng)度高，將金屬縫隙焊接在一起，牢固不容易變形，氣密性好，噴吹穩(wěn)定，制造成本低，粉氣量可調(diào)節(jié)范圍大，使用壽命長，安全可靠。
文檔編號C21C7/04GK102296146SQ20111023514
公開日2011年12月28日 申請日期2011年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月16日
發(fā)明者朱苗勇, 程中福 申請人:東北大學(xué)