一种钢液导流滤渣器、钢液净化装置以及钢液净化方法与流程

本发明涉及冶金工程领域，具体而言，涉及一种钢液导流滤渣器、钢液净化装置以及钢液净化方法。

背景技术：

钢液中的钢渣会对钢的性能产生有害影响，应当尽可能地去除。在钢液中吹入氮气或氩气，当钢渣遇到上升的气泡时，会随气泡一起上升进入钢液表面的钢渣中。这是一种被动的去除夹杂物的方法，通常能够较好地去除尺寸大于2μm的钢渣，但并不能有效地去除尺寸更小的钢渣。将氮气溶解在钢液中，则钢液中的氮气会在夹杂物处聚集，当聚集的氮气形成气泡时，能够有效地携带钢渣上浮，达到去除细小钢渣的目的。但在现有的气体搅拌条件下，这些聚集的氮气并不能完全形成气泡，因此对细小钢渣的去除效果是有限的。

此外，利用RH炉使钢液在真空环境中循环，虽然有利于气泡的形成和上浮，但钢液中溶解的氮气较少，去除细小钢渣的效果依然有限。日本NKK公司开发的NK-PERM法将氮气或氢气强行溶解到钢液中，然后利用RH炉在减压条件下让氮气或氢气形成气泡析出，可以将尺寸小于2μm的夹杂物数量降低到10个/mm²以下，但RH高昂的造价，使其应用受限。

技术实现要素：

本发明的第一目的在于提供一种钢液导流滤渣器，其具备较好的除渣的效果。

本发明的第二目的在于提供一种钢液净化装置，其能使用上述的钢液导流滤渣器并除去钢液中的细小钢渣。

本发明的第三目的在于提供一种钢液净化方法，其能够使用上述的钢液净化装置，将氮气溶于钢液后再析出以实现对钢液的精炼。

本发明的实施例是这样实现的：

一种钢液导流滤渣器，包括导流盘、导流管和滤渣环。导流盘具有导流盘腔，导流管具有导流管腔。导流管设置于导流盘的一端并使得导流盘腔与导流管腔连通。滤渣环设置于导流盘的远离导流管的一端并朝向远离导流盘的方向延伸。

一种钢液净化装置，包括第一炉体和上述的钢液导流滤渣器。钢液导流滤渣器设置于第一炉体内部，导流管腔的轴线与第一炉体的轴线平行，导流管腔和导流盘腔均与第一炉体的内腔连通。第一炉体的底壁设置有吹气孔，导流管腔的远离与导流盘腔连通的端部与吹气孔对应。

一种钢液净化方法，包括：

设置具有吹气孔的第一炉体，向所述第一炉体内注入钢液，将上述的钢液导流滤渣器设置于第一炉体内，保持导流管腔和导流盘腔均与第一炉体的内腔连通。导流管腔的远离导流盘腔的端部与吹气孔对应。在0.1MPa的绝对压力下，通过吹气孔向第一炉体内部吹入氮气并带动钢液循环后。在0.1～0.15MPa的绝对压力下，通过吹气孔向第一炉体内部吹入氮气并带动钢液循环，再在50～100Pa的绝对压力下，通过吹气孔向第一炉体内部吹入氮气并带动钢液循环。

本发明实施例的有益效果是：

本钢液导流滤渣器具有结构简单以及滤渣效果较好的特点。当钢液通过钢液导流滤渣器的导流管和导流盘循环时，滤渣环能够较好的除去钢液中的钢渣。

本钢液净化装置通过钢液导流滤渣器、第一炉体和第二炉体的组合，能够实现钢液在钢液导流滤渣器和第一炉体内的循环。此外，通过控制第二炉体内气体的压力来控制钢液所处的环境压力，进一步增强了除渣效果。具有投资少、成本低、操作简单、精炼效果好以及精炼钢种多等特点。

本钢液净化方法通过使用上述的钢液净化装置，通过氮气带动钢液的循环实现去除钢液中的细小钢渣，从而提高钢材的质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例提供的钢液净化装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的钢液导流滤渣器的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的钢液导流滤渣器的第一视角的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的钢液导流滤渣器的第二视角的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的钢液导流滤渣器的剖面结构示意图。

图标：100-钢液导流滤渣器；110-导流盘；111-第一盘面；112-第二盘面；113-过渡盘面；114-导流盘腔；120-导流管；121-导流管腔；130-滤渣环；140-支撑臂；141-第一支撑臂；142-第二支撑臂；143-第三支撑臂；144-第四支撑臂；150-支撑柱；151-第一支撑柱；152-第二支撑柱；153-第三支撑柱；154-第四支撑柱；200-钢液净化装置；210-第一炉体；211-吹气孔；220-第二炉体；221-真空室；222-吹气管；223-出气口。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参照图1，本实施例提供一种钢液净化装置200，包括第一炉体210、第二炉体220和钢液导流滤渣器100。钢液导流滤渣器100位于第一炉体210的内部，第一炉体210位于第二炉体220的内部。其中，钢液导流滤渣器100包括导流盘110、导流管120和滤渣环130。

请参照图2，导流盘110包括第一盘面111、第二盘面112、过渡盘面113。其中，第一盘面111和第二盘面112相对设置。过渡盘面113的两端分别与第一盘面111和第二盘面112连接。

第一盘面111设置有第一开口(图中未标注)。具体地，第一开口设置于第一盘面111的中部，第一盘面111的内缘即为该第一开口的周缘，第一盘面111的外缘与过渡盘面113连接，也可以理解，第一盘面111为圆环状结构。

第二盘面112设置有第二开口(图中未标注)。具体地，第二开口设置于第二盘面112的中部，第二盘面112的内缘即为该第二开口的周缘，第二盘面112的外缘与过渡盘面113连接，也可以理解，第一盘面111为圆环状结构。

过渡盘面113为筒状结构，过渡盘面113的两端分别与第一盘面111和第二盘面112连接并围成导流盘110的导流盘腔114。可以理解，导流盘腔114分别通过第一开口和第二开口与其它部件连通。

承上述，第一开口和第二开口相对设置，第一开口的轴线、第二开口的轴线以及过渡盘面113的轴线相重合。

请参照图2和图3，滤渣环130设置于导流盘110的第一盘面111。具体地，滤渣环130的环口尺寸与第一开口的尺寸相配合。滤渣环130设置于第一盘面111且位于第一开口的周缘，并朝向远离导流盘110的方向延伸。通过设置滤渣环130，流经导流盘腔114的钢液所携带的钢渣被滤渣环130挡住，不再跟随钢液流向第一炉体210的内腔，实现对钢液的净化。

导流盘110设置有支撑臂140。具体地，支撑臂140包括第一支撑臂141、第二支撑臂142、第三支撑臂143和第四支撑臂144。第一支撑臂141的一端、第二支撑臂142的一端、第三支撑臂143的一端和第四支撑臂144的一端均与导流盘110和滤渣环130连接，第一支撑臂141的另一端、第二支撑臂142的另一端、第三支撑臂143的另一端和第四支撑臂144的另一端均朝向远离导流盘110的方向伸出。作为优选，第一支撑臂141的与导流盘110连接的端部、第二支撑臂142的与导流盘110连接的端部、第三支撑臂143的与导流盘110连接的端部和第四支撑臂144的与导流盘110连接的端部均具有缺口。通过设置该缺口，实现第一支撑臂141的与导流盘110连接的端部与滤渣环130、第一盘面111和过渡盘面113均连接、第二支撑臂142的与导流盘110连接的端部与滤渣环130、第一盘面111和过渡盘面113均连接、第三支撑臂143的与导流盘110连接的端部与滤渣环130、第一盘面111和过渡盘面113均连接以及第四支撑臂144的与导流盘110连接的端部与滤渣环130、第一盘面111和过渡盘面113均连接。

第一支撑臂141的延伸方向、第二支撑臂142的延伸方向、第三支撑臂143延伸方向和第四支撑臂144的延伸方向均与第一开口和第二开口的轴线垂直。相邻的两个支撑臂140之间形成了豁口(图中未标注)，且以每个豁口的大小相等为宜。即第一支撑臂141与第二支撑臂142之间的夹角、第二支撑臂142与第三支撑臂143之间的夹角、第三支撑臂143与第四支撑臂144之间的夹角以及第四支撑臂144与第一支撑臂141之间的夹角均相等，均为90°。钢液能够通过相邻的支撑臂140之间的豁口，实现沿导流盘110的第一盘面111至第二盘面112的方向流动。

在本发明的其它实施方式中，支撑臂140的还可以为二个、三个、五个或六个等。例如支撑臂140为两个，则两个支撑臂140在导流盘110相对设置，且两个支撑臂140之间的夹角为180°。通过均匀设置支撑臂140，能够实现支撑臂140对钢液导流滤渣器100稳定的支撑作用。

请参照图4和图5，导流管120具有导流管腔121。导流管120设置于导流盘110并使得导流盘腔114与导流管腔121连通。具体地，导流管120的环口尺寸与第二开口的尺寸相配合。导流管120设置于第二盘面112且位于第二开口的周缘，并朝向远离导流盘110的方向延伸。可以理解，滤渣环130与导流管120分别设置于导流盘110的两侧。通过设置导流管120，钢液能够通过导流管120流进导流盘腔114。

导流管120的远离导流盘110的端部设置有支撑柱150。支撑柱150包括第一支撑柱151、第二支撑柱152、第三支撑柱153和第四支撑柱154。其中，第一支撑柱151的一端与导流管120连接，另一端朝向远离导流管120的方向延伸；第二支撑柱152的一端与导流管120连接，另一端朝向远离导流管120的方向延伸；第三支撑柱153的一端与导流管120连接，另一端朝向远离导流管120的方向延伸；第四支撑柱154的一端与导流管120连接，另一端朝向远离导流管120的方向延伸。且第一支撑柱151的延伸方向、第二支撑柱152的延伸方向、第三支撑柱153延伸方向和第四支撑柱154的延伸方向均与导流管腔121的轴线平行。

第一支撑柱151和第三支撑柱153相对设置，第二支撑柱152和第四支撑柱154相对设置。作为优选，相邻的两个支撑柱150之间形的角度相等。即第一支撑柱151与第二支撑柱152之间的夹角、第二支撑柱152与第三支撑柱153之间的夹角、第三支撑柱153与第四支撑柱154之间的夹角以及第四支撑柱154与第一支撑柱151之间的夹角均相等，均为90°。通过设置支撑柱150，钢液能够通过相邻的两个支撑柱150之间的空隙流进导流管腔121，从而实现钢液沿导流管120至导流盘110的方向流动钢渣。

在本发明的其它实施方式中，支撑柱150的还可以为二个、三个、五个或六个等。例如支撑柱150为两个，则两个支撑柱150在导流管120相对设置，且两个支撑柱150之间的夹角为180°。通过均匀设置支撑柱150，能够实现支撑柱150对钢液导流滤渣器100稳定的支撑作用。

承上述，支撑柱150的长度以100mm～300mm为宜。可以理解，钢液导流滤渣器100位于第一炉体210的内部，钢液导流滤渣器100的导流管120的远离导流盘110的端部与第一炉体210的底壁之间的距离为100mm～300mm。当钢液通过钢液导流滤渣器的导流管和导流盘循环时，滤渣环能够较好的除去钢液中的钢渣。特别地，能够较好地去除还原脱磷过程中的富磷渣。

请继续参照图1，第一炉体210优选为LF炉(亦称钢包)，第一炉体210的底壁具有吹气孔211。第二炉体220优选为真空压力罐、VD炉或VOD炉。第二炉体220以真空压力罐为例，第二炉体220具有真空室221。钢液净化装置200还设置有吹气管222。吹气管222的一端与第一炉体210的吹气孔211连通，另一端伸出第二炉体220用于与气源连通。第二炉体220的侧壁设置有出气口223，即出气口223与真空室221连通。

第二炉体220以VD炉为例，在上述真空压力罐的基础上，第二炉体220的顶部设置有真空盖，真空盖设置有合金添加孔。此外，在VD炉的真空盖增加顶吹氧系统，例如氧气喷枪等，VD炉即转变为VOD炉。

可以理解，钢液导流滤渣器100设置于第一炉体210的内部。支撑臂140的远离导流盘110的端部与第一炉体210的内部相抵靠，支撑柱150的远离导流管120的端部与第一炉体210的底壁相抵靠，既实现导流管腔121与吹气孔211的位置相对应和保持导流管腔121和导流盘腔114均与第一炉体210的内腔连通，也实现钢液导流滤渣器100稳定的安装于第一炉体210的内部。第一炉体210设置于第二炉体220内部，第一炉体210的内腔通过吹气孔211与吹气管222连通。通过这样的设置，第一炉体210内腔的钢液能够通过导流管120与第一炉体210底壁之间的空隙流进导流管腔121，通过导流管腔121流进导流盘腔114，再通过第一开口流经滤渣环130进入第一炉体210的内腔，其中，钢液流经滤渣环130时，通过滤渣环130挡住钢液所携带的钢渣。通过钢液循环，实现钢渣与钢液的分离。

一种钢液净化方法，包括：

使用上述的钢液净化装置200对钢液进行净化。具体地，在0.1MPa的绝对压力下(即为标准大气压)，向第一炉体210内注入钢液，通过吹气管222向第一炉体210内吹入氮气，氮气带动钢液依次在第一炉体210的内腔、导流管腔121和导流盘腔114内实现循环，在循环的过程中初步除去钢液中的钢渣。可以理解，氮气带动钢液依次在第一炉体210的内腔、导流管腔121和导流盘腔114内实现循环一次即为一个周期。氮气带动钢液循环的周期以一至三个周期为宜。在此，也不一定需要限定循环的次数，只要保证能够初步除去钢液中的钢渣即可。可以理解，此循环过程即为钢液循环过程。进行此循环过程时，可以将第一炉体210设置在第二炉体220内，也可以不将第一炉体210设置在第二炉体220内。

在上述的钢液循环过程结束后，将第一炉体210移入到第二炉体220内。将第二炉体220内部的绝对压力控制为0.1～0.15MPa，通过吹气孔211向第一炉体210内部吹入氮气，此时，吹入的氮气溶解于钢液并带动钢液依次在第一炉体210的内腔、导流管腔121和导流盘腔114内再次实现循环。循环至少一次后将钢渣除去。氮气带动钢液循环的周期以一至三个周期为宜，在此，也不一定需要限定循环的次数，只要保证能够除去钢液中的钢渣即可。

之后，采用抽真空的方式将第二炉体220内部的绝对压力控制为50～100Pa，通过吹气孔211向第一炉体210内部吹入氮气。此时，吹入的氮气带动钢液依次在第一炉体210的内腔、导流管腔121和导流盘腔114内再次实现循环，并且溶解于钢液中的氮气在循环的过程中析出，并携带细小的钢渣上浮。其中，钢渣上浮到钢渣中。循环至少一次后将钢渣除去。氮气带动钢液循环的周期以一至三个周期为宜，在此，不需要限定循环的次数，只要保证能够除去钢液中的细小的钢渣即可。

可以理解，上述的循环过程即为第二炉体内220的氮气压力循环过程。通过控制第二炉体220内不同的压力，通过氮气带动钢液的循环实现去除钢液中的细小的钢渣，从而提高钢材的质量。亦即提高了净化效果。

在上述的氮气压力循环过程结束后，采用抽真空的方式调整第二炉体220内部的绝对压力为50～100Pa，通过吹气孔211向第一炉体210内部吹入氩气，并带动钢液依次在第一炉体210的内腔、导流管腔121和导流盘腔114内再次实现循环。在循环过程中，通过氩气将溶于钢液的氮气吸收后带入到第二炉体220的真空室221内，实现除去钢液中的氮气。即完成钢液的净化过程。

需要特殊说明的是，由于上述的钢液循环过程、氮气压力循环过程以及除氮气过程均是在第二炉体220内部进行，则可以理解的是以上压力均指的是绝对压力。

作为优选，钢液加入到第一炉体210内部，导流管120距离第一炉体210底壁的距离为100mm～300mm，导流盘110与钢液的表面距离为0mm～300mm。通过控制钢液的注入量，使得钢液能够通过钢液导流滤渣器100在第一炉体210内顺畅循环，并保证钢渣与钢液能够彻底的分离。

在钢液的除渣过程，一方面，钢液在循环过程中，还可以向第二炉体220内部吹入氧气，使钢液中的碳与氧气接触并反应，进而降低了钢液中碳的含量。另一方面，根据所要生产的钢材成分要求，也可以向第一炉体210内部加入合金元素，调整钢液的成分。

综上所述，本钢液导流滤渣器100具有结构简单以及除渣效果好的特点。钢液能够在钢液导流滤渣器100的导流管120和导流盘110实现循环，能够较好的除去钢液中的钢渣。

本钢液净化装置200通过钢液导流滤渣器100、第一炉体210和第二炉体220的组合，能够实现钢液在钢液导流滤渣器100和第一炉体210内的循环。此外，通过控制第二炉体220内气体的压力来控制钢液所处的环境压力，进一步增强了除渣效果。具有投资少、成本低、操作简单、精炼效果好以及精炼钢种多等特点。

本钢液净化方法通过使用上述的钢液净化装置200，通过氮气带动钢液的循环和同时伴随的氮气的溶解与析出过程实现去除钢液中的细小钢渣，从而提高钢材的质量。

以下结合应用例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

应用例1

本钢液净化方法在精炼水轮机轴钢20MnSi中的应用，其包括如下步骤：

将钢液注入LF炉中后经去渣、脱硫和合金化处理并升温到1680℃。将LF炉移入VD炉中，调节VD炉内绝对压力为0.1MPa，向LF炉内吹氮气并带动钢液循环三次。

采用抽真空的方式除去VD炉中的空气。调整VD炉内绝对压力为0.15MPa，向LF炉内吹氮气并带动钢液循环三次。调整VD炉内绝对压力为90Pa，向LF炉内吹氮气并带动钢液循环二次。调整VD炉内绝对压力为67Pa，向LF炉内吹氩气并带动钢液循环二次。停止吹氩气和抽真空后，出炉。

检验表明，精炼后的水轮机轴钢20MnSi中未见尺寸大于5μm的钢渣，尺寸小于2μm的夹杂物数量为15个/mm²。

应用例2

本钢液净化方法在精炼压力容器钢12Cr1MoV中的应用，其包括如下步骤：

将钢液注入LF炉中后经去渣、脱硫和合金化处理并升温到1670℃。将LF炉移入VD炉中，调节VD炉内绝对压力为0.1MPa，向LF炉内吹氮气并带动钢液循环三次。

采用抽真空的方式除去VD炉中的空气。调整VD炉内绝对压力为0.15MPa，向LF炉内吹氮气并带动钢液循环三次。调整VD炉内绝对压力为100Pa，向LF炉内吹氮气并带动钢液循环二次。调整VD炉内绝对压力为67Pa，向LF炉内吹氩气并带动钢液循环三次。停止吹氩气和抽真空后，出炉。

检验表明，精炼后的压力容器钢12Cr1MoV中观察到一个尺寸约10μm的钢渣，尺寸小于2μm的夹杂物数量为20个/mm²。

应用例3

本钢液净化方法在精炼风力发电机轴钢17CrNiMo6中的应用，其包括如下步骤：

将钢液注入LF炉中后经去渣、脱硫和合金化处理并升温到1660℃。将LF炉移入VOD炉中，调节VOD炉内绝对压力为0.1MPa，向LF炉内吹氮气并带动钢液循环三次。

采用抽真空的方式除去VOD炉中的空气。调整VOD炉内绝对压力为0.15MPa，向LF炉内吹氮气并带动钢液循环一次。调整VOD炉内绝对压力为80Pa，向LF炉内吹氮气并带动钢液循环二次，在此过程中加入硅钙合金进行还原脱磷。调整VOD炉内绝对压力为60Pa，向LF炉内吹氩气并带动钢液循环五次。停止吹氩气后扒除滤渣环130挡住的富磷渣后，出炉。

检验表明，精炼后的风力发电机轴钢17CrNiMo6中磷含量为53ppm，没有观察到尺寸大于5μm的夹杂物，尺寸小于2μm的夹杂物数量为16个/mm²。

从上述应用例1～3可以看出，本发明钢液净化方法能够应用于多种牌号钢种的精炼，且精炼的钢种均能够符合国家标准或相关标准。同时，本钢液净化方法提高了精炼效率，减少了吹气时间，提高了钢材品质。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。