本发明涉及钢包炉外精炼技术领域，尤其是一种钢包底吹氩装置及其精炼搅拌方法。
背景技术：
近年来，随着社会对钢材要求的不断提高，尤其重型机械制造业、特殊钢行业，包含主要产品有水电、火电、风电和核电等电能用钢、矿山、码头、海洋石油等平台用钢、压力容器、重化工反应塔用钢、大型工模具用钢。这些钢材的共同特点是：高强度、大单重、大厚度、有的对钢质纯度、夹杂物级别要求严格。大部分要求超声波探伤合格，但每种产品批量不是很大，而且产品附加值高，这是普钢模式所不能及。因此，2010年以来国内专业化的优、特钢企业开始兴起。但因该类产品质量要求高，用途又比较重要，需要推进新技术和新工艺的应用，这里面首当其冲的就是炉外精炼技术的开发和应用，其中钢包底吹氩气装置是炉外精炼的基础。
钢包炉外精炼过程中，为均匀钢液化学成份及温度、促进钢中夹杂物上浮，通常采用钢包底吹氩气的方式对钢液进行搅拌。常规底吹氩装置对气体控制效果较差，当氩气流量小时，搅拌效果较弱，造成渣面结壳、取样不具代表性；当氩气流量大时，容易使钢水液面剧烈沸腾，产生温降，并且使钢液裸露接触空气，对钢液纯净度造成污染。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是提供一种钢包底吹氩装置及其精炼搅拌方法，能够解决现有技术的不足，实现了氩气在钢包内良好的精炼搅拌效果，投入使用后对降低钢中夹杂物级别、均匀钢液化学成份、温度有明显的改善作用。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。
一种钢包底吹氩装置，包括钢包耐材层，钢包耐材层底部安装有透气砖，透气砖上方设置有透气砂层，透气砖下方连接有氩气输送管，所述透气砖内部由内之外依次设置有第一出气环、第二出气环和第三出气环，第一出气环通过第一支管与氩气输送管连接，第二出气环通过第二支管与氩气输送管连接，第三出气环通过第三支管与氩气输送管连接，第一支管、第二支管和第三支管上分别设置有节流阀；第一出气环上均匀设置有若干个第一出气孔，第一出气孔与竖直方向的夹角为10°～20°，第二出气环上均匀设置有若干个第二出气孔，第二出气孔与竖直方向相平行，第三出气环上均匀设置有若干个第三出气孔，第三出气孔与竖直方向的夹角为10°～20°，第一出气孔与第三出气孔的倾斜方向相反。
作为优选，在每个节流阀的进气侧设置有缓冲腔。
作为优选，所述第一出气孔内设置有若干个相互平行的分隔板，相邻的两个分隔板底部连接有螺旋导流管。
作为优选，所述分隔板的侧面设置有弧形凹面。
作为优选，所述第二出气孔的两侧分别设置有第一旁通孔和第二旁通孔，第一旁通孔位于第一出气孔和第二出气孔之间，并与第一出气孔相互平行，第二旁通孔位于第二出气孔和第三出气孔之间，并与第三出气孔相互平行。
作为优选，所述第一出气孔、第二出气孔和第三出气孔的孔径之比为2:5:2。
作为优选，所述第三出气孔的顶部设置有叶片，第三出气孔的外侧设置有若干个与第三出气孔相连通的导流槽。
作为优选，所述导流槽顶面设置有向外倾斜的斜面部，导流槽的底面设置有齿形部。
一种上述的钢包底吹氩装置的精炼搅拌方法，包括以下步骤：
a、首先开启第二支管，向第二出气环通入氩气；
b、待第二出气环的氩气流量稳定后，同时开启第一支管和第三支管，向第一出气环和第三出气环通入氩气；
c、待三个出气环的氩气流量均稳定后，通过控制第一支管和第三支管的氩气供应量，实现第一出气环和第三出气环氩气流量的周期性交替变化，当第一出气环的氩气流量增加时，第三出气环的氩气流量减小，当第三出气环的氩气流量增加时，第一出气环的氩气流量减小。
采用上述技术方案所带来的有益效果在于：本发明通过改进耐火砖的气道结构，利用三层通气结构在钢液内形成内外两个流动循环，提高了钢液的搅拌均匀度，并且在有效排渣的前提下减小了氩气的用量，防止了氩气流量过大导致钢水裸露吸气。第二出气环用于对钢液内外循环的区域进行隔离，以减少相互干扰。由于第一出气孔靠近钢包的中心，所以利用分隔板将第一出气孔进行分割，提高第一出气孔的喷气分散度，以避免杂质在钢包中心聚集。气流流过螺旋导流管，形成螺旋流动趋势，用来进一步改善氩气气泡对于杂质的吸附携带能力，提高排渣效果。气流流过第三出气孔时，在叶片的导流作用下，部分气流分散到各个导流槽中，并在导流槽中进行扩散，可以有效扩大钢包边缘气流流量，保证整个钢包内氩气气泡的分布均匀度。斜面部用来降低氩气在导流槽中向外扩散的阻力，导流槽底部的齿形部用来对流通的氩气进行扰动，加快氩气向上扩散的速度。第二出气孔用来对内外两个搅拌循环进行隔离，第一旁通孔和第二旁通孔可以使第二出气孔两侧的气流与外循环气流和内循环气流的流动方向保持一致，减少第二出气孔位置气流的相互扰动。
附图说明
图1是本发明一个具体实施方式的结构图。
图2是本发明一个具体实施方式中第一出气孔的结构图。
图3是本发明一个具体实施方式中第二出气孔的结构图。
图4是本发明一个具体实施方式中第三出气孔的结构图。
图5是本发明一个具体实施方式中导流槽的结构图。
图中：1、钢包耐材层；2、透气砖；3、透气砂层；4、氩气输送管；5、第一出气环；6、第二出气环；7、第三出气环；8、第一支管；9、第二支管；10、第三支管；11、节流阀；12、第一出气孔；13、第二出气孔；14、第三出气孔；15、缓冲腔；16、分隔板；17、螺旋导流管；18、弧形凹面；19、第一旁通孔；20、第二旁通孔；21、叶片；22、导流槽；23、斜面部；24、齿形部；25、第三旁通孔。
具体实施方式
参照图1-5，本发明的一个具体实施方式包括钢包耐材层1，钢包耐材层1底部安装有透气砖2，透气砖2上方设置有透气砂层3，透气砖2下方连接有氩气输送管4，所述透气砖2内部由内之外依次设置有第一出气环5、第二出气环6和第三出气环7，第一出气环5通过第一支管8与氩气输送管4连接，第二出气环6通过第二支管9与氩气输送管4连接，第三出气环7通过第三支管10与氩气输送管4连接，第一支管8、第二支管9和第三支管10上分别设置有节流阀11；第一出气环5上均匀设置有若干个第一出气孔12，第一出气孔12与竖直方向的夹角为12°，第二出气环6上均匀设置有若干个第二出气孔13，第二出气孔13与竖直方向相平行，第三出气环7上均匀设置有若干个第三出气孔14，第三出气孔14与竖直方向的夹角为17°，第一出气孔12与第三出气孔14的倾斜方向相反。在每个节流阀11的进气侧设置有缓冲腔15。第一出气孔12内设置有若干个相互平行的分隔板16，相邻的两个分隔板16底部连接有螺旋导流管17。分隔板16的侧面设置有弧形凹面18。二出气孔13的两侧分别设置有第一旁通孔19和第二旁通孔20，第一旁通孔19位于第一出气孔12和第二出气孔13之间，并与第一出气孔12相互平行，第二旁通孔20位于第二出气孔13和第三出气孔14之间，并与第三出气孔14相互平行。第一出气孔12、第二出气孔13和第三出气孔14的孔径之比为2:5:2。第三出气孔14的顶部设置有叶片21，第三出气孔14的外侧设置有若干个与第三出气孔14相连通的导流槽22。导流槽22顶面设置有向外倾斜的斜面部23，导流槽22的底面设置有齿形部24。
另外，在第一通气孔12的内侧设置有第三旁通孔25，第三旁通孔25可以提高钢包中心部位的钢液随着氩气气流进行由下至上的转动流速，改善钢液的搅拌效果。
一种上述的钢包底吹氩装置的精炼搅拌方法，包括以下步骤：
a、首先开启第二支管9，向第二出气环6通入氩气；
b、待第二出气环6的氩气流量稳定后，同时开启第一支管8和第三支管10，向第一出气环5和第三出气环7通入氩气；
c、待三个出气环的氩气流量均稳定后，通过控制第一支管8和第三支管10的氩气供应量，实现第一出气环5和第三出气环7氩气流量的周期性交替变化，当第一出气环5的氩气流量增加时，第三出气环7的氩气流量减小，当第三出气环7的氩气流量增加时，第一出气环5的氩气流量减小；
第一出气环5和第三出气环7的氩气流量变化率分别根据钢包中心温度和钢包边缘温度进行调整：
其中，a1为第一出气环5的流量变化率，a3为第三出气环7的流量变化率，t1为钢包中心温度，t2为钢包边缘温度；
且在第一出气环5和第三出气环7的流量进行变化时，通过实时调整第二出气环6的氩气流量，保证整个钢包氩气充入量的恒定。
在各氩气支管进行流量调节时，缓冲腔15可以降低不同支管流量变化时对其它支管流量的干扰。
本发明可以提高钢包底吹氩气搅拌的工艺效果，具有良好的应用前景。
上述描述仅作为本发明可实施的技术方案提出，不作为对其技术方案本身的单一限制条件。