一种RH精炼炉动态喷粉装置系统及其应用方法与流程

本发明涉及钢铁冶炼设备技术领域，特别是涉及一种rh精炼炉动态喷粉装置系统及其应用方法。

背景技术：

随着社会的发展，人们对钢材的洁净度要求越来越高，rh真空精炼炉具有处理周期短、生产能力大、精炼效果好、易操作等优点，成为了世界范围内应用最广泛的炉外精炼设备。目前，rh已经由原来单一的脱氢设备转变成了包括深脱碳、脱硫、脱氧去夹杂、调节钢液温度和成分等的多功能炉外精炼设备，主要为以下两大工艺：一是与吹氧脱碳相结合，衍生出了吹氧循环真空脱气法（rh-ob）；二是与喷粉工艺相结合，在rh顶部、钢包底部、真空室侧壁或者上升/下降管等处附加喷粉功能。rh精炼过程喷粉可使钢液的氧位降得更低，从而保证脱硫更顺利、更有效地进行；在脱硫的同时可有效地脱气；可以使渣-钢反应在真空条件下进行，最大程度地消除顶渣对脱硫的影响，为脱硫提供更好的动力学条件；强化熔池搅拌，均匀钢液成分和温度，有利于夹杂物的去除。

但rh喷粉过程中会引发一系列问题：①钢液硫含量的不同会使得粉剂利用效率发生变化，过量的粉剂不仅造成浪费，还会对钢液质量产生不利影响，在不同的喷粉位置甚至对真空槽、浸渍管等造成损伤；②过量的粉剂需要更大驱动气体流量，不仅浪费资源，还使钢液温度下降增大，但粉剂的不足将降低脱硫的效果，影响钢液质量；③粉剂中含有的碳可能会使钢液增碳，对超级碳钢的冶炼产生不利影响，降低产品品质。因此，如何根据钢液温度和成分要求控制喷粉量、匹配驱动气体流量，防止或减少喷粉所导致的钢液增碳和对设备、耐材的损伤，是保证rh喷粉冶金效果，稳定钢液质量的关键。

技术实现要素：

为了解决以上技术问题，本发明提供一种rh精炼炉动态喷粉装置系统，包括控制系统、ar气源系统、喷粉装置、rh精炼炉，还包括co2气源系统、驱动气体控制阀组、喷粉罐系统、粉剂输送控制阀组、炉气分析系统、钢液温度测量系统、炉气取样器、测温探头，

ar气源系统、co2气源系统通过输气管道与驱动气体控制阀组连接，驱动气体控制阀组通过输气管道与喷粉罐系统连接，将ar或co2或两者混合气体作为粉剂驱动气；喷粉罐系统通过管道与粉剂输送控制阀组连接，粉剂输送控制阀组通过管道与喷粉装置连接；测温探头安装在rh精炼炉的真空槽顶部，通过信号传输导线与钢液温度测量系统连接；炉气取样器安装在rh精炼炉的输气管道上，通过信号传输导线与炉气分析系统连接；

驱动气体控制阀组、粉剂输送控制阀组、炉气分析系统、钢液温度测量系统分别通过信号传输导线与控制系统连接，通过控制驱动气体控制阀组和粉剂输送控制阀组动作，实现rh精炼过程ar、co2和粉剂的分时段动态喷吹。

技术效果：本发明可以根据rh精炼工艺的需要，将ar、co2、脱硫粉剂等以不同的混合比例输入rh精炼熔池，进而解决现有rh精炼炉喷粉工艺粉剂量、驱动气体流量与钢液成分温度不匹配、喷粉模式单一固定、超低碳钢冶炼过程喷粉增碳等技术问题。

本发明进一步限定的技术方案是：

前所述的一种rh精炼炉动态喷粉装置系统，ar气源系统管路、co2气源系统管路分别通过流量阀和压力阀单独控制，两路并联后汇总成一路。

前所述的一种rh精炼炉动态喷粉装置系统，控制系统包括初始钢液成分数据采集模块、钢液温度数据采集模块、驱动气体流量数据采集模块、粉剂流量数据采集模块和钢液成分预测模块，

钢液成分数据采集模块获取rh精炼进站钢液成分数据并储存；钢液温度数据采集模块实时监测真空室内钢液温度，并将温度数据输送至控制系统；炉气分析系统在精炼过程对炉气成分进行在线分析并获取炉气瞬时成分数据；钢液成分预测模块基于炉气分析数据和ar示踪守恒，根据物料平衡、能量平衡和热力学平衡方程，预测钢液成分。

前所述的一种rh精炼炉动态喷粉装置系统，钢液成分数据采集模块通过rh炉进站钢液取样成分化验获取数据。

前所述的一种rh精炼炉动态喷粉装置系统，钢液成分数据采集模块根据转炉、电弧炉或lf炉冶炼终点钢液成分和所加合金料进行物料平衡计算获取数据。

前所述的一种rh精炼炉动态喷粉装置系统，控制系统控制驱动气体控制阀组、粉剂输送控制阀组输送的粉气比为1-10。

本发明的另一目的在于提供一种rh精炼炉动态喷粉装置系统应用方法，包括以下步骤：

步骤1：钢液成分数据采集模块获取初炼炉出钢或lf炉钢液成分数据、至rh精炼进站间钢包内所加入冶炼材料质量及成分数据，基于物料守恒计算rh精炼进站钢液成分数据，或通过rh精炼进站钢液取样成分化验获取数据，并将其传送至控制系统；

步骤2：开启真空泵，进行抽真空并根据真空室内液面高度的需要调节真空度大小，开启提升气体系统，通过上升管向真空室供气，使真空室内形成钢液循环流，通过钢液温度数据采集模块获取钢液温度数据，并传送至控制系统；控制系统根据rh精炼进站钢液硫含量[%s]0和钢液实时温度ts与精炼结束最低要求温度te的差值t，动态调整送粉量和驱动气体流量及比例；

步骤3：在进行以上3-7min喷粉处理后，控制系统基于炉气分析数据和ar示踪守恒，根据钢液成分预测模块计算得到rh精炼过程钢液硫含量[%s]t，并结合钢液温度与最低要求温度差值t，实时动态调整送粉量和驱动气体流量及比例；

步骤4：根据喷粉装置安装在rh精炼炉11不同位置，控制系统1选择是否继续喷吹驱动气体和流量大小的调节，驱动气体流量为10-600nl/min，驱动气体中co2比例为0%-30%；

步骤5：控制系统根据rh精炼过程炉气分析数据和各气体、粉剂喷吹数据计算精炼过程钢液脱硫、脱碳和脱气情况。

前所述的一种rh精炼炉动态喷粉装置系统应用方法，步骤2具体方案如下：

1）当[%s]0≥0.003时，送粉量为5-20kg/t钢，送粉时间3-8min；

2）当0.002≤[%s]0≤0.003时，送粉量为3-15kg/t钢，送粉时间3-8min；

3）当0.001≤[%s]0≤0.002时，送粉量为1-12kg/t钢，送粉时间3-8min；

钢液温度与最低要求温度差值t≥40℃时，驱动气体中co2体积流量比例为75%-100%；当30≤t≤40℃时，驱动气体中co2体积流量比例为50%-75%；当20≤t≤30℃时，驱动气体中co2体积流量比例为25%-50%；当10≤t≤20℃时，驱动气体中co2体积流量比例为0%-25%。

前所述的一种rh精炼炉动态喷粉装置系统应用方法，步骤3具体方案如下：

粉气比为1-10，具体方案如下：

1）当[%s]0≥0.003时，送粉量为5-20kg/t钢，送粉时间4-10min；

2）当0.002≤[%s]0≤0.003时，送粉量为3-15kg/t钢，送粉时间4-10min；

3）当0.001≤[%s]0≤0.002时，送粉量为1-12kg/t钢，送粉时间4-10min；

钢液温度与最低要求温度差值t≥40℃时，驱动气体中co2体积流量比例为60%-90%；当30≤t≤40℃时，驱动气体中co2体积流量比例为40%-60%；当20≤t≤30℃时，驱动气体中co2体积流量比例为20%-40%；当10≤t≤20℃时，驱动气体中co2体积流量比例为0%-20%。

本发明的有益效果是：

（1）本发明可以在rh炉精炼过程中分时段动态调整co2、ar比例、总气量和喷粉速率，在强化熔池搅拌、实现快速高效脱硫的同时，进一步提高钢液脱碳和脱气速度，改善钢液质量，缩短冶炼时间；

（2）本发明可以同时动态调节气体比例、流量和送粉量，实现了钢液成分和温度的精准控制，避免了气体和粉剂的浪费，并使用co2代替部分ar，稳定钢液成分，降低了生产成本；

（3）本发明使得rh炉喷粉精炼周期缩短2-5min，钢液终点成分和温度100%控制在要求范围内，钢液硫含量稳定控制在5×10^-6以下，提高了合金收得率。

附图说明

图1为本发明的系统示意图；

其中：1、控制系统；2、ar气源系统；3、co2气源系统；4、驱动气体控制阀组；5、喷粉罐系统；6、粉剂输送控制阀组；7、炉气分析系统；8、钢液温度测量系统；9、炉气取样器；10、测温探头；11、rh精炼炉。

具体实施方式

本实施例提供的一种rh精炼炉11动态喷粉装置系统，如图1所示，包括控制系统1、ar气源系统2、喷粉装置、rh精炼炉11，还包括co2气源系统3、驱动气体控制阀组4、喷粉罐系统5、粉剂输送控制阀组6、炉气分析系统7、钢液温度测量系统8、炉气取样器9、测温探头10。

ar气源系统2管路、co2气源系统3管路分别通过流量阀和压力阀单独控制，两路并联后汇总成一路与驱动气体控制阀组4连接，驱动气体控制阀组4通过输气管道与喷粉罐系统5连接，将ar或co2或两者混合气体作为粉剂驱动气；喷粉罐系统5通过管道与粉剂输送控制阀组6连接，粉剂输送控制阀组6通过管道与喷粉装置连接；测温探头10安装在rh精炼炉11的真空槽顶部，通过信号传输导线与钢液温度测量系统8连接；炉气取样器9安装在rh精炼炉11的输气管道上，通过信号传输导线与炉气分析系统7连接；驱动气体控制阀组4、粉剂输送控制阀组6、炉气分析系统7、钢液温度测量系统8分别通过信号传输导线与控制系统1连接，通过控制驱动气体控制阀组4和粉剂输送控制阀组6动作，实现rh精炼过程ar、co2和粉剂的分时段动态喷吹。

控制系统1包括初始钢液成分数据采集模块、钢液温度数据采集模块、驱动气体流量数据采集模块、粉剂流量数据采集模块和钢液成分预测模块。钢液成分数据采集模块获取rh精炼进站钢液成分数据并储存，通过rh炉进站钢液取样成分化验获取数据，或根据转炉、电弧炉或lf炉冶炼终点钢液成分和所加合金料进行物料平衡计算获取数据；钢液温度数据采集模块实时监测真空室内钢液温度，并将温度数据输送至控制系统1；炉气分析系统7在精炼过程对炉气成分进行在线分析并获取炉气瞬时成分数据；钢液成分预测模块基于炉气分析数据和ar示踪守恒，根据物料平衡、能量平衡和热力学平衡方程，预测钢液成分。

具体应用方法为：

步骤1：钢液成分数据采集模块获取初炼炉（转炉或电弧炉）出钢或lf炉钢液成分数据、至rh精炼进站间钢包内所加入冶炼材料质量及成分数据，基于物料守恒计算rh精炼进站钢液成分数据，或通过rh精炼进站钢液取样成分化验获取数据，并将其传送至控制系统；

步骤2：开启真空泵，进行抽真空并根据真空室内液面高度的需要调节真空度大小，开启提升气体系统，通过上升管向真空室供气，使真空室内形成钢液循环流，通过钢液温度数据采集模块获取钢液温度数据，并传送至控制系统；控制系统根据rh精炼进站钢液硫含量[%s]0和钢液实时温度ts与精炼结束最低要求温度te的差值t，动态调整送粉量和驱动气体流量及比例，具体方案如下：

1）当[%s]0≥0.003时，送粉量为5-20kg/t钢，送粉时间3-8min；

2）当0.002≤[%s]0≤0.003时，送粉量为3-15kg/t钢，送粉时间3-8min；

3）当0.001≤[%s]0≤0.002时，送粉量为1-12kg/t钢，送粉时间3-8min；

钢液温度与最低要求温度差值t≥40℃时，驱动气体中co2体积流量比例为75%-100%；当30≤t≤40℃时，驱动气体中co2体积流量比例为50%-75%；当20≤t≤30℃时，驱动气体中co2体积流量比例为25%-50%；当10≤t≤20℃时，驱动气体中co2体积流量比例为0%-25%；

步骤3：在进行以上3-7min喷粉处理后，控制系统基于炉气分析数据和ar示踪守恒，根据钢液成分预测模块计算得到rh精炼过程钢液硫含量[%s]t，并结合钢液温度与最低要求温度差值t，实时动态调整送粉量和驱动气体流量及比例，粉气比为1-10，具体方案如下：

1）当[%s]0≥0.003时，送粉量为5-20kg/t钢，送粉时间4-10min；

2）当0.002≤[%s]0≤0.003时，送粉量为3-15kg/t钢，送粉时间4-10min；

3）当0.001≤[%s]0≤0.002时，送粉量为1-12kg/t钢，送粉时间4-10min；

钢液温度与最低要求温度差值t≥40℃时，驱动气体中co2体积流量比例为60%-90%；当30≤t≤40℃时，驱动气体中co2体积流量比例为40%-60%；当20≤t≤30℃时，驱动气体中co2体积流量比例为20%-40%；当10≤t≤20℃时，驱动气体中co2体积流量比例为0%-20%；

步骤4：根据喷粉装置安装在rh精炼炉11不同位置，控制系统1选择是否继续喷吹驱动气体和流量大小的调节，驱动气体流量为10-600nl/min，驱动气体中co2比例为0%-30%；

步骤5：控制系统根据rh精炼过程炉气分析数据和各气体、粉剂喷吹数据计算精炼过程钢液脱硫、脱碳和脱气情况。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。