CN101487072A - 炼钢多功能环缝式供气元件 - Google Patents
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Abstract
一种炼钢多功能环缝式供气元件，属于炼钢技术领域。该元件包括喷气管、安装法兰、分气室、进气室；喷气管由2～5层管同心套装组成组成，最内层的管称作中心管，在各管层与管层之间，各层管相互之间的环缝缝隙宽度为0.2－3.0mm，采用由不锈钢堆焊的点或者筋用以保证了缝隙宽度的精确定位，使钢水不能润湿钢管内壁，所以不易灌入堵塞；与喷气管相联的是安装法兰，与安装法兰相联的是分气室，将由进气室输送进来的气体，分配进入喷气管的各个环缝喷出，与分气室相联的是进气室。优点在于，使复吹转炉的炉龄由2000多炉提高到10000炉以上，最高已超过30000炉，复吹比100％，全炉役期内未更换底吹供气元件，解决复吹转炉寿命低这一世界性冶金难题。
Description
技术领域
本发明属于炼钢技术领域，特别是提供了一种炼钢多功能环缝式供气元件，以供各种炼钢工艺技术设备使用。
背景技术
在炼钢生产中的转炉、电炉、钢包等冶金容器中均可根据工艺要求，从底部、侧部、顶部等任何部位，通过供气元件向铁水、钢水吹入各种气体(氮、氩、空气等)。在转炉、电炉、钢包等各种冶金容器设备中，通过供气元件吹入各种气体后，由于吹入气泡的动能及高温膨胀的上浮的作用，会引起钢水的剧烈的搅拌。这种铁水、钢水的搅拌作用，均会促进铁水、钢水与炉渣间的冶金反应，使其更加接近平衡。采用气体搅拌工艺后，复吹转炉会减少了喷溅、提高了终点残锰，冶炼钢种更加广泛。电炉会促进废钢的溶化，缩短冶炼时间。在钢包中也会通过吹入气体搅拌钢水，进一步均匀了成份，促进了非金属夹杂物的上浮。为了达到上述目的，采用能达到工艺要求的供气量并能长寿的供气元件是至关重要的。在上述的各冶金工艺中，尤其以复吹转炉由于其炉衬寿命长，对底吹供气元件性能的要求最为严格和苛刻。
转炉复吹炼钢工艺的基本原理，是在顶吹转炉炉底安装底吹供气元件，向炉内喷吹惰性气体搅拌熔池，成为复吹转炉。复吹工艺促进了渣钢反应平衡，具有明显的技术经济效益。目前转炉炉衬寿命大部份在1万炉以上，部份转炉已超过了3万炉。随着转炉炉衬寿命的不断提高，如何保证底吹元件在全炉役中，保持良好的透气性，全炉役中保持良好的复吹冶金效果，使底吹供气元件的供气性能与炉役寿命同步成为重大的技术难题。复吹转炉的长期发展过程中，各国曾发明出狭缝式、毛细管式等多种供气元件，实践证明这些供气元件均不同程度地存在着易熔损、易堵塞、气体流量调解范围小及阻力大等多种缺陷。在表1中表述了各种形式供气元件的技术特点。
表1 各种形式底吹供气元件特点对比
| 元件名称 | LBE透气砖 | 毛细管透气砖 | 直筒管式底吹喷枪 | 套管式底吹喷枪 | 环缝式底吹供气元件 |
| 发明单位 | 法国钢研院 | 日本·新日铁 | 初期形式 | 日本·住友 | 中国钢研总院 |
| 结构特点 | 以两块耐火材料间的间隙作为气流通道 | 耐火材料中埋入多根细金属管作为气体通道 | 以一根大口径金属管作为气体通道 | 空心直管加外套管的环缝作为气体通道 | 多层同心管套装，中心管封堵，以管与管间的环缝作为气体通道 |
| 端面图 | 图8 | 图9 | 图10 | 图11 | 图12 |
| 烧损情况 | 易轻烧损 | 可减轻烧损 | 易烧损 | 可减轻烧损 | 基本不烧损 |
| 堵塞情况 | 不易堵塞 | 易堵塞 | 易堵塞 | 中心管易堵塞 | 不易堵塞 |
| 元件寿命/炉 | 400-800 | 2000-2500 | 100-200 | 2000 | >10000 |
| 流量调节范围 | 2-3倍 | 2-3倍 | 2-3倍 | 10倍 | >10倍 |
| 蘑菇头冷却能力 | 弱 | 弱 | 较弱 | 较强 | 强 |
| 使用状况 | 欧洲仍采用国内已淘汰 | 日本仍采用国内部份采用 | 德国仍采用国内已淘汰 | 日本仍采用国内已淘汰 | 国内大量采用 |
在复吹转炉的发展历史中，日本·新日铁发明的多细管式供气元件曾发挥了重要作用。但目前由于其使用寿命短，易堵塞，已不能适应我国溅渣后的转炉高炉龄及众多钢种冶金工艺的需求。钢铁研究总院冶金工艺研究所针对我国多个使用多细管式供气元件的企业，进行了大量的调查、研究。对多细管式供气元件寿命不能与炉龄同步的原因，进行了分析，认识到通常所使用的多细管式供气元件存在以下缺点：
多细管式供气元件结构复杂、安装困难，实际砌筑时，较难符合设计要求；
细管的直径较小(内径一般为2毫米)气体流通阻力损失高，在气源压力较低的情况下使用，很容易造成灌钢现象；
由于细管的阻力损失高，要求较高的使用压力，在气源压力较低的情况下，供气强度调节范围较小。在转炉溅渣护炉的条件下，很难适合大范围调节底吹气量的要求；
在毛细管的焊接、等静压的加工过程中，易造成毛细管堵塞，使得成品元件供气能力降低；
由于细管的直径较小，容易灌钢，要求复杂的炉前维护工艺，较难撑握；
细管式元件也不易生成牢固的蘑菇头，易向炉外窜气。
钢铁研究总院通过大量的理论研究及生产实践，发明了环缝式供气元件。这种环缝式供气元件在实用中证明，能按冶金工艺要求大幅度调解供气量。在转炉中应用具有正常复吹供气、消除炉底上涨、堵塞喷管吹堵复通和促进金属炉渣复合蘑菇头生成与再生等多项功能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种炼钢多功能环缝式供气元件，这种环缝式供气元件克服了狭缝式、毛细管式等多种供气元件存在的易熔损、易堵塞、气体流量调解范围小及阻力大等多种缺陷；使复吹转炉的炉龄由2000多炉提高到10000炉以上，最高已超过30000炉，复吹比100％，全炉役期内未更换底吹供气元件，解决复吹转炉寿命低这一世界性冶金难题。
本发明的环缝式底吹供气元件基本结构(详见图1)如下：
本发明的环缝式供气元件包括喷气管、安装法兰、分气室、进气室(内有过滤器)。喷气管由2～5层管同心套装组成组成，最内层的管称作中心管，在各管层与管层之间，各层管相互之间的环缝缝隙宽度为0.2-3.0mm，采用由不锈钢堆焊的点或者筋用以保证了缝隙宽度的精确定位，使钢水不能润湿钢管内壁，所以不易灌入堵塞；与喷气管相联的是安装法兰，与安装法兰相联的是分气室，将由进气室输送进来的气体，分配进入喷气管的各个环缝喷出，与分气室相联的是进气室。
喷气管的中心管采用镁砂、硼砂及树脂的混合料封堵(比例为：镁砂95-98％、硼砂1-4％、树脂1-4％)；均为重量百分比。
喷气管的端头在使用前，采用凡士林油将其封堵，以防向炉内安装时杂质进入。
与喷气管相联的是安装法兰，其形式有水平型(图4)，球面型(图5)，钭面型(图6)，以便于在冶金容器的各种形状外壳上安装固定；可在各种冶金容器底部、侧部、顶部任何部位安装使用。
与安装法兰相联的是分气室，其功能是将由进气室输送进来的气体，分配进入喷气管的各个环缝喷出。
与分气室相联的是进气室(内有过滤器)，进气室可以根据进气量的多少，安有一个到两个进气口，同时在进气室，安装有30目过滤网，具有气体的杂质过滤功能。
本发明环缝式供气元件，在实用中采用了高质量的18A镁碳砖做为护砖。元件是插在中心有孔的镁碳砖内使用的。
本发明环缝式供气元件在使用时，喷气管的端部可以容易生成“复合金属-炉渣蘑菇头”的功能，这种“金属-炉渣蘑菇头”易维护，透气性能好，起到了保护供气元件的作用；
本发明环缝式供气元件，在发生堵塞现象时，具有容易进行维护及复通的功能。
本发明环缝管式供气元件，由于利用了喷气管的多层金属管间的环缝，向铁水、钢水供气，具有了以下技术特点：
环缝管式供气元件采用两层金属管间的环缝向钢水供气，保留了细管式供气元件体流经内表面较为光滑的金属管内壁、可以避免气流对耐火材料冲刷的优点；
同时也由于较小的环缝缝隙，钢水不能润湿钢管内壁，所以不易灌入堵塞，可以保证在较低的气源压力下工作，而不堵塞；
环缝式供气元件由于其喷气管的供气通道截面积增大，供气阻力减小，供气流量调解范围也较大，可以满足转炉溅渣护炉及从多钢种的冶炼要求；
供气元件的进气室本身带有自过滤装置，可以避免管路中的杂质堵塞元件；供气元件的安装可采用外装式，也可根据要求采用内装式，结构简单灵活便于使用。在使用中，钢水及炉渣同时在环缝式底部供气元件端部容易形成“复合金属-炉渣蘑菇头(Mashroon)”，得以良好地保护了供气元件，提高其使用寿命。炼钢多功能环缝式供气元件在实用中，可以满足如下技术要求：
1、冷却能力较强，具有快速的生成与再生复吹式金属-炉渣蘑菇头的功能；
2、喷气口端部不易堵塞，可以长期在低背压、小流量下工作；
3、具有流量调节范围大的特点，适于各种冶金功能的要求；
4、在长期使用中不易堵塞，该元件具有正常供气外具有堵塞后易于快速复通功能。
优点与积极效果
“炼钢多功能环缝式供气元件”目前已在首钢等43家厂的109座30-300吨各种复吹转炉上使用，效果很好，使复吹转炉的炉龄提高到10000炉以上，最高已超过30000炉，复吹比100％，全炉役期内未更换底吹供气元件，解决复吹转炉寿命低这一世界性冶金难题。
供气元件使用寿命做到与转炉高炉龄同步。整个炉役期复吹比100％，炉役中间不更换底吹共气元件。上述炼钢厂转炉采用“炼钢多功能环缝式供气元件”后，熔池钢水成份、温度均匀，终点钢水的残锰提高、渣中氧化铁下降，吨钢获效益2-5元/吨。
“炼钢多功能环缝式供气元件”在使用实践中证明有如下优点：
“炼钢多功能环缝式供气元件”在生产实用中，维护简单、不易堵塞、寿命长可以与炉龄同步；
“炼钢多功能环缝式供气元件”在使用中气体阻力小，可允许在较低压力下工作(小于0.2MPa)，而不易堵枪；
由于可以具有多个进气口，所以在炼钢中可以做到在较大的范围内进行调解供气强度，从而保证了从高碳钢到低碳钢等各钢种冶炼对底部供气强度的要求；
(1)由于其灵活多样的安装法兰，适于在各种复杂部位的安装，安全可靠。
采用“炼钢多功能环缝式供气元件”后，获得了积极的冶金效果。例如：三明钢厂炼钢厂30、100吨顶、底、侧复吹转炉上使用转炉底、侧吹环缝式底部供气元件，经过多个炉役的使用，效果很好。转炉底、侧环缝式底部供气元件使用寿命与炉龄同步，整个炉役期顶、底、侧复吹比100％。三明钢厂炼钢厂转炉采用环缝式底部供气元件后，实现了转炉顶、底、侧复吹工艺后，熔池钢水成份、温度均匀，终点钢水的残锰提高、渣中氧化铁下降，吨钢获效益2.0-5.0元。
炼钢多功能环缝式供气元件”的采用后，使复吹转炉的侧、底吹供气元件的维护更简单。采用毛细管式传统的转炉底部供气元件，在元件表面生成的是金属型蘑菇头。金属型蘑菇头在冶炼过程中，易生长也易消熔，很难维护其较为稳定、理想的形状与面貌。“炼钢多功能环缝式供气元件”在供气元件表面生长成“金属炉渣复合蘑菇头”。“复合式金属-渣炉蘑菇头”的良好维护，可以通过造粘渣和采用适宜溅渣工艺涂敷炉底而实现，这种维护工艺很容易被操作者所撑握。目前已有占全国钢产量20％产钢能的冶金设备采用了“炼钢多功能环缝式供气元件”，在实用过程中复吹炉龄超过10000炉，并已突破了30000万炉的使用纪录。
附图说明
图1为本发明炼钢多功能环缝式供气元件结构示意图。其中，进气口1、进气室2、过滤器3、喷气管4、喷气管端面5、安装法兰6、分气室7。
图2为本发明单进口单环的供气元件示意图。其中，进气室2、环缝8。
图3为本发明双进口双环的供气元件示意图。其中，进气室2、环缝8。
图4为本发明三进口三环的供气元件示意图。其中，进气室2、环缝8。
图5为本发明适用于平面位置安装的联接结构示意图。
图6为本发明适用于球面位置安装的联接结构示意图。
图7为本发明适用于斜面位置安装的联接结构示意图。
图8为法国钢研院以两块耐火材料间的间隙作为气流通道的供气元件端面图。
图9为新日铁的耐火材料中埋入多根细金属管作为气体通道供气元件的端面图。
图10为以一根大口径金属管作为气体通道供气元件的端面图。
图11为住友的空心直管加外套管的环缝作为气体通道供气元件的端面图。
图12为中国钢研总院多层同心管套装，中心管封堵，以管与管间的环缝作为气体通道供气元件的端面图。
具体实施方式
图1～7为本发明的具体实施方式。
某300吨复吹转炉炼钢厂，在转炉的球型炉底的底部安装了16支多功能环缝式供气元件，通过供气元件向炉内喷吹氮、氩气搅拌钢水，取得良好的冶金效果(见表2)，所采用的环缝式的供气元件基本参数下：
(1)底吹元件外径为：
28毫米；
(2)喷气管结构：中心管、二层、三层管，为双环缝；
(3)安装法兰为球面式；
(4)进气室双进气口。
本发明已在43家厂的109座转炉上应用，使用寿命与炉龄同步，并取得了很好的经济效益。已采用“炼钢多功能环缝式供气元件”部份用户如表2所示：
表2 部份钢厂采用“炼钢多功能环缝式供气元件”使用情况
| 序号 | 转炉吨位 | 支数 | 缩短冶炼时间 | 按装方式 | 备注 |
| 1 | 300吨 | 16支/炉 | 减少数2分钟 | 球面安装 | 多环多进气口 |
| 2 | 210吨 | 6支/炉 | 减少数3分钟 | 球面安装 | 多环多进气口 |
| 3 | 100吨 | 8支/炉 | 减少数2分钟 | 钭面安装 | 多环多进气口 |
以上厂家采用“炼钢多功能环缝式供气元件”后，吹炼平稳，钢种O2含量降低100-200ppm，钢水中残锰含提高0.02-0.04％，渣中氧化铁降低2-5％，吨钢效益2-8元/吨。
Claims (6)
1、一种炼钢多功能环缝式供气元件，其特征在于，该元件包括喷气管、安装法兰、分气室、进气室；喷气管由2～5层管同心套装组成组成，最内层的管称作中心管，在各管层与管层之间，各层管相互之间的环缝缝隙宽度为0.2-3.0mm，采用由不锈钢堆焊的点或者筋用以保证了缝隙宽度的精确定位，使钢水不能润湿钢管内壁，所以不易灌入堵塞；与喷气管相联的是安装法兰，与安装法兰相联的是分气室，将由进气室输送进来的气体，分配进入喷气管的各个环缝喷出，与分气室相联的是进气室。
2、按照权利要求1所述的供气元件，其特征在于，所述喷气管的中心管采用镁砂、硼砂及树脂的混合料封堵，比例为：镁砂95-98％、硼砂1-4％、树脂1-4％，均为重量百分比。
3、按照权利要求1所述的供气元件，其特征在于，所述喷气管的端头在使用前，采用凡士林油将其封堵，以防向炉内安装时杂质进入。
4、按照权利要求1所述的供气元件，其特征在于，与喷气管相联的是安装法兰的形式有水平型、球面型或钭面型，以便于在冶金容器的各种形状外壳上安装固定。
5、按照权利要求1所述的供气元件，其特征在于，所述的进气室内有过滤器，进气室根据进气量的多少，安有1～2个进气口，同时在进气室，安装有30目过滤网，具有气体的杂质过滤功能。
6、按照权利要求1所述的供气元件，其特征在于，所述的环缝式供气元件采用高质量的18A镁碳砖做为护砖，环缝式供气元件是插在中心有孔的镁碳砖内使用的。
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