本發(fā)明涉及鋼鐵冶金鋼水精煉領(lǐng)域，尤其是一種提高煉鋼過程鈣合金收得率的喂線裝置和喂線方法。
背景技術(shù)：
在鋼的生產(chǎn)過程中，為保證鋼的各種物化性能，需要向鋼中加入各種合金進(jìn)行脫氧和合金化。鈣合金作為鋼鐵生產(chǎn)中普遍采用的重要合金之一，其生產(chǎn)耗能較大，如生產(chǎn)硅鈣合金每噸耗能約11000kwh。同時(shí)，金屬鈣不僅密度低(20℃時(shí)為1.55g/m3)，且沸點(diǎn)低，在爐外精煉溫度下，鈣的蒸氣壓很大，造成鈣合金在鋼液中收得率(ηca)較低，傳統(tǒng)喂線法ηca只有1％～5％；改進(jìn)后的壓入法ηca也只有3％～7％；20世紀(jì)60年代出現(xiàn)噴粉法，ηca提高到6％～10％；20世紀(jì)80年代出現(xiàn)的喂硅鈣線法，ηca提高到10％～18％，而采用實(shí)芯純鈣包芯線，ηca可提高至18％～30％。
目前國(guó)外鈣處理鈣收得率保持在30％以上，雖然采用喂實(shí)芯純鈣包芯線后，國(guó)內(nèi)鋼廠鈣收得率已大幅提高，但仍與國(guó)外有巨大差距，同時(shí)各鋼廠由于鋼包容量不一致，生產(chǎn)鈣線的廠家、規(guī)格不同，處理工藝及喂線設(shè)備也參差不齊，鈣線收得率與理想值也差距較大。因此，實(shí)現(xiàn)鋼鐵行業(yè)鈣合金的高效、減量化應(yīng)用，是解決鋼鐵行業(yè)發(fā)展中的資源和環(huán)境問題一個(gè)重要方面，具有重要的研究?jī)r(jià)值及社會(huì)意義。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種提高煉鋼過程鈣合金收得率的喂線裝置和方法，解決鈣收得率低、鋼水二次氧化嚴(yán)重的問題。
具體的，本發(fā)明提供了一種提高煉鋼過程鈣合金收得率的喂線裝置，包括套筒；
套筒為中空的圓筒狀，兩端為開放端，自外而內(nèi)包括第一耐火層、金屬層和第二耐火層；第二耐火層鑲嵌于金屬層的內(nèi)壁面，第一耐火層鑲嵌于金屬層的外壁面；
套筒上自第二耐火層的內(nèi)壁至金屬層的外壁處開有不少于一層的出氣孔，且每層出氣孔的靠近金屬層的外壁端有一圈中空的圓環(huán)，圓環(huán)將同一層的出氣孔相連通，相鄰兩層圓環(huán)之間有平行于套筒軸向的縱向槽。
進(jìn)一步地，每層內(nèi)的出氣孔為均勻分布，但是不同層的出氣孔為交錯(cuò)分布。
進(jìn)一步地，每層內(nèi)的出氣孔的數(shù)量均不少于3個(gè)。
進(jìn)一步地，出氣孔靠近第二耐火層的內(nèi)壁的一端設(shè)置為向下傾斜的形式，傾斜角度為5-10°。
進(jìn)一步地，縱向槽側(cè)壁面與第一耐火層的外壁面之間有貫通第一耐火層的通孔。
進(jìn)一步地，該喂線裝置還包括喂線機(jī)、氬氣管道、金屬支架、供氣裝置；
喂線機(jī)的導(dǎo)桿末端伸入套筒的中空內(nèi)部的上端；金屬支架一端與套筒固定連接，對(duì)套筒起支撐固定的作用，另一端連接至供氣裝置；氬氣管道位于金屬支架內(nèi)，一端連接至貫通第一耐火層的通孔，另一端與供氣裝置的出氣口端相連。
進(jìn)一步地，第二耐火層的內(nèi)徑大于導(dǎo)桿的外徑5～15mm；導(dǎo)桿的末端面距離套筒的頂端面3cm～5cm。
另外，本發(fā)明還提供了一種提高煉鋼過程鈣合金收得率的喂線方法，包括如下步驟：
步驟1：確定喂線位置、喂鈣線速度、喂線量；
步驟2：安裝喂線裝置；
步驟3：供氣裝置以流量為3～5nl/min供氬氣，氬氣通過出氣孔向下噴吹，在套筒內(nèi)形成氬氣保護(hù)層；
步驟4：在喂線機(jī)上設(shè)置步驟1中的喂鈣線速度和喂線量，并關(guān)閉鋼包底吹氬氣，然后開啟喂線機(jī)對(duì)鋼液進(jìn)行鈣處理操作；
步驟5：關(guān)閉供氣裝置，打開鋼包的透氣磚，通入底吹氬對(duì)鋼液進(jìn)行軟吹操作，軟吹時(shí)間不小于10分鐘。
進(jìn)一步地，喂線位置為軟吹下降流股處，即單孔吹氬鋼包喂線位置在吹氬孔對(duì)稱位置處，雙孔吹氬鋼包喂線位置在兩吹氬孔中心位置處；
喂鈣線速度為(1.14h-0.5)m/s～(1.14h-1.0)m/s，其中h為鋼液的深度。
喂線量為每噸鋼喂線1.5～2.5m。
進(jìn)一步地，安裝喂線裝置時(shí)，套筒下端穿過渣層，插入鋼液液面下5cm～10cm處，并且套筒與鋼液的液面保持90°±2°。
本發(fā)明克服了傳統(tǒng)精煉過程中鈣處理時(shí)鈣線穿過渣層氧化或氣化造成鈣收得率低，熔池反應(yīng)劇烈，鋼水二次氧化嚴(yán)重的缺點(diǎn)，同時(shí)該喂線方法簡(jiǎn)單可靠，喂線時(shí)鈣合金收得率高，可減少鈣合金消耗，降低鋼液劇烈翻騰引起二次氧化，同時(shí)減少污染環(huán)境，增大鋼鐵企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。
附圖說明
附圖僅用于示出具體實(shí)施例的目的，而并不認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的限制，在整個(gè)附圖中，相同的參考符號(hào)表示相同的部件。
圖1是本發(fā)明的喂線裝置整體結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明的喂線裝置的套筒結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3是本發(fā)明的喂線裝置的套筒內(nèi)部的開孔結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中：1-喂線機(jī)、2-套筒、3-出氣孔、4-氬氣管道、5-金屬支架、6-供氣裝置、7-鋼包、8-鋼液、9-渣層；
11-控制面板、12-導(dǎo)桿、13-底座；
21-第一耐火層、22-金屬層、23-第二耐火層。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
本發(fā)明提供了一種提高煉鋼過程鈣合金收得率的喂線裝置，如圖1所示，包括：喂線機(jī)1、套筒2、氬氣管道4、金屬支架5、供氣裝置6、鋼包7。
喂線機(jī)1連接至套筒2的頂端，供氣裝置6通過金屬支架5內(nèi)的氬氣管道4與套筒2相連，鋼包7內(nèi)自上而下裝有渣層9和鋼液8，套筒2穿過渣層9，伸至鋼液8內(nèi)。
喂線機(jī)1包括本體、控制面板11、導(dǎo)桿12、底座13。本體安裝于底座13上，本體上有控制面板，可輸入?yún)?shù)等對(duì)喂線機(jī)1進(jìn)行操作，本體末端有導(dǎo)桿12，用于輸出喂線用的鈣線。
如圖2所示，套筒2為中空的圓筒狀，兩端為開放端，自外而內(nèi)包括第一耐火層21、金屬層22和第二耐火層23。金屬層22內(nèi)徑為25mm～30mm，外徑為35mm～40mm，厚度為5mm；第二耐火層23鑲嵌于金屬層22的內(nèi)壁面，厚度為3mm～5mm；第一耐火層21鑲嵌于金屬層22的外壁面，厚度為3mm～5mm；第一耐火層21和第二耐火層23是用于防止金屬層22長(zhǎng)時(shí)間插入鋼液8內(nèi)后熔化，延長(zhǎng)套筒2的使用壽命，整個(gè)套筒2長(zhǎng)度1m～1.5m。
可選的，第一耐火層21和第二耐火層23的材質(zhì)為主要成分是氧化鎂-碳、氧化鋁-碳或氧化鎂-氧化鋁-碳的耐火澆注料，金屬層22的材質(zhì)為低碳鋼。
金屬支架5為一段中空的金屬圓筒，氬氣管道4為一段輸送管道，套在金屬支架5內(nèi)，一端與供氣裝置6的出氣口對(duì)接，另一端插入套筒2的金屬層22中。如圖3所示，套筒2上自第二耐火層23的內(nèi)壁至金屬層22的外壁處開有兩層出氣孔3，每層內(nèi)的出氣孔3為均勻分布，但是不同層的出氣孔3為交錯(cuò)分布，即在俯視圖上，不同層的出氣孔3并不重合，每層出氣孔3的數(shù)量均不少于3個(gè)，且每層出氣孔3的靠近金屬層22的外壁端有一圈中空的圓環(huán)，圓環(huán)將該層的出氣孔3相連通，且兩層圓環(huán)之間有平行于套筒2軸向的縱向槽，可選的，縱向槽位于金屬層22內(nèi)，將兩層圓環(huán)相連，進(jìn)而將各出氣孔3相連。
第一耐火層21有貫通的通孔，可選的，該通孔位于縱向槽側(cè)壁面縱向中間與第一耐火層21的外壁面之間。
縱向槽與貫通第一耐火層21的通孔相連，氬氣管道4一端連接至該貫通第一耐火層21的通孔，另一端與供氣裝置6的出氣口端相連，使得供氣裝置6產(chǎn)生的氬氣通過氬氣管道4輸送至通孔和縱向槽，由縱向槽輸送至每層的圓環(huán)，進(jìn)而由出氣孔3輸送至套筒2內(nèi)部，對(duì)整個(gè)喂線過程起保護(hù)作用，避免氧化，從而提高喂線時(shí)鈣合金鈣收得率。
可選的，為便于氣體進(jìn)入套筒2內(nèi)部后分布均勻，出氣孔3靠近第二耐火層23的內(nèi)壁的一端設(shè)置為向下傾斜的形式，傾斜角度為5-10°。
喂線機(jī)1的導(dǎo)桿12末端伸入套筒2中空內(nèi)部的上端，套筒2的內(nèi)徑即第二耐火層23的內(nèi)徑略大于導(dǎo)桿12的外徑，一般大5～15mm；導(dǎo)桿12的末端面距離套筒2頂端面的距離是3cm～5cm。
氬氣管道4位于金屬支架5內(nèi)，金屬支架5一端與套筒2固定連接，對(duì)套筒2其支撐固定的作用，另一端連接至供氣裝置6。
可選的，出氣孔3可以為一層，也可以為交錯(cuò)均勻分布的多層。
使用時(shí)，將套筒2置于鋼包7內(nèi)，固定在金屬支架5末端，穿過渣層9伸入鋼液8液面下一定深度，套筒2伸入鋼液8液面下的長(zhǎng)度為5cm～10cm。喂線機(jī)1向鋼液8中連續(xù)提供鈣線，為使得進(jìn)入鋼液8中的鈣分布均勻，提高鈣合金的收得率，供氣裝置6提供連續(xù)均勻的氬氣。
進(jìn)一步地，本發(fā)明提供了一種提高煉鋼過程鈣合金收得率的喂線方法，具體包括如下步驟：
步驟1：確定喂線位置、喂鈣線速度、喂線量；
其中喂線位置選擇軟吹下降流股處，即單孔吹氬鋼包喂線位置在吹氬孔對(duì)稱位置處，雙孔吹氬鋼包喂線位置在兩吹氬孔中心位置處，喂鈣線速度為(1.14h-0.5)m/s～(1.14h-1.0)m/s，其中h為鋼液8的深度，噸鋼喂線量為1.5～2.5m，該喂線量指的是純鈣線的用量。
鋼包底部均有用于底吹氬氣的透氣磚，供精煉結(jié)束使用，精煉結(jié)束通過透氣磚吹入氬氣，對(duì)鋼液進(jìn)行軟吹操作，可以有效去除鋼中夾雜物，一般小鋼包底部吹氬透氣磚僅有一塊，即單孔吹氬鋼包；大鋼包底部透氣磚有兩塊，即雙孔吹氬鋼包。為了保證喂線時(shí)鈣合金收得率，一般保證喂線位置在鋼液流股的下降股處，對(duì)于單孔吹氬鋼包，在吹氬孔對(duì)稱位置處一般為下降流股；對(duì)于雙孔吹氬鋼包，在兩吹氬孔中心位置處一般為下降流股，因此單孔吹氬鋼包喂線位置在吹氬孔對(duì)稱位置處，雙孔吹氬鋼包喂線位置在兩吹氬孔中心位置處。
步驟2：將喂線機(jī)1的喂線導(dǎo)桿12的出口端置于套筒2的中空內(nèi)部，并使喂線機(jī)1的喂線導(dǎo)桿12末端面伸入套筒2上端3cm～5cm；調(diào)整喂線機(jī)1和套筒2的高度和喂線位置，使套筒2下端穿過渣層9插入鋼液8液面下5cm～10cm處，并保證套筒2垂直插入鋼液8的液面下，與液面保持90°±2°；供氣裝置6通過金屬支架5、氬氣管道4與套筒2相連通；
步驟3：供氣裝置6通過金屬支架5、氬氣管道4向套筒2以流量為3～5nl/min供氬氣，氬氣通過出氣孔3向下噴吹，在套筒2內(nèi)形成氬氣保護(hù)層；
步驟4：根據(jù)步驟1中的喂線位置、喂鈣線速度、喂線量，在喂線機(jī)1的控制面板11上設(shè)置喂鈣線速度和喂線量，并關(guān)閉鋼包7底吹氬氣，然后開啟喂線機(jī)1對(duì)鋼液8進(jìn)行鈣處理操作；
步驟5：鈣處理結(jié)束后，調(diào)整喂線機(jī)1和套筒2的高度，關(guān)閉供氣裝置6，并移動(dòng)金屬支架5，使套筒2脫離鋼液8和渣層9，然后打開鋼包7的透氣磚，通入底吹氬對(duì)鋼液8進(jìn)行軟吹操作，軟吹時(shí)間不小于10分鐘，吹氬流量以避免渣面裸露為準(zhǔn)，隨后鋼包7出精煉站。
其中底吹氬即為通過透氣磚吹入的氬氣，對(duì)鋼液進(jìn)行軟吹操作，可以有效去除鋼中夾雜物，提高鋼水潔凈度水平。
本實(shí)施例中，針對(duì)某廠sphc鋼lf精煉采用本裝置與方法取代原裝置與工藝方法進(jìn)行鈣處理過程處理。該鈣處理過程所用鋼包為單孔吹氬鋼包，待lf精煉結(jié)束后，調(diào)整本裝置并將套筒2插入鋼液8的液面下5cm～10cm處，控制氬氣流量為4nl/min，關(guān)閉鋼包7的底吹氣流量，喂線位置在吹氬孔對(duì)稱位置處，控制喂鈣線速度為2m/s，喂線時(shí)間50s；噸鋼喂鈣線量2m，喂線結(jié)束后，打開鋼包底吹氬流量，吹氬流量以避免渣面裸露為準(zhǔn)，吹氬時(shí)間不少于10分鐘，隨后鋼包出精煉渣吊至連鑄平臺(tái)。該發(fā)明方法顯著提高煉鋼過程鈣合金收得率，減少鈣處理過程鋼水二次氧化，提高鋼水潔凈度水平。本實(shí)施例中的采用已有鈣處理工藝進(jìn)行處理前后的工藝參數(shù)如表1所示，采用本喂線裝置及喂線方法處理，其處理前后的工藝參數(shù)如表2所示。
表1已有鈣處理工藝處理前后參數(shù)對(duì)比
表2本發(fā)明的喂線裝置及方法鈣處理工藝處理前后參數(shù)對(duì)比
表中的n是指鋼中氮含量，t.o是指鋼中的全氧含量，從表中可以看出，使用本發(fā)明的喂線處理裝置和方法處理后，鈣收得率得到了顯著提高同時(shí)本發(fā)明采用保護(hù)喂絲，可以減少鋼液面翻騰，減少二次氧化，鋼水增氮和增氧相對(duì)會(huì)減少，提高了鋼水潔凈度。
綜上所述，本發(fā)明克服了傳統(tǒng)精煉過程中鈣處理時(shí)鈣線穿過渣層氧化或氣化造成鈣收得率低，熔池反應(yīng)劇烈，鋼水二次氧化嚴(yán)重的缺點(diǎn)，同時(shí)也克服了使用過程中資源浪費(fèi)嚴(yán)重、污染環(huán)境的缺點(diǎn)。該方法簡(jiǎn)單可靠，喂線時(shí)鈣合金收得率高，減少鈣合金消耗，降低鋼液劇烈翻騰引起二次氧化，同時(shí)減少污染環(huán)境，增大鋼鐵企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。
盡管已經(jīng)結(jié)合優(yōu)選的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)地描述，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是在不違背本發(fā)明精神和實(shí)質(zhì)的情況下，各種修正都是允許的，它們都落入本發(fā)明的權(quán)利要求的保護(hù)范圍之中。