[发明专利]金属熔池脉动气体搅拌装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于金属熔池底吹搅拌技术领域，具体的涉及一种金属熔池脉动气体搅拌装置及方法。

背景技术

现代炼钢技术中，全球钢产量的1/3是经由电炉生产的。电炉是一个耗电大户，如何让实现提高电炉的生产率、降底消耗是行业内最求的目标。电炉生产时，利用电弧加热熔化废钢并升温钢水，但电弧在加热废钢和钢水时，主要靠弧光和等离子体（温度约4000～6000℃）局部对废钢和钢水加热，局部加热一方面减小了电弧对废钢（或其它金属、合金）和金属溶池的传热面积，从而影响整个电炉的电弧加热的热效率；另一方面局部金属溶池的浅表面过热，会造成表面金属溶池表面金属液少量汽化并与氧气燃烧，降底了金属收得率。

行业内解决这个问题的方法之一是在电炉上加装底吹搅拌装置和系统，增加电炉冶炼过程中进入固液混合状态时，液态金属的流动性来提高整个系统的传热和物流变化。这种技术是比较成功的，如《电弧炉底吹搅拌技术开发现状》（《钢铁研究》第5期（总第80期），1994.9）和《直流电弧炉底吹气体搅拌加深熔池冶炼技术》（《上海金属》第20卷第2期，1998.3）均公开了现有电弧炉底吹搅拌技术的现状和取得的技术效果。

虽然现有的电炉吹气搅拌技术在一定程度上有效地克服了金属熔池搅拌不足所带来的问题，提高了生产率并降低了冶炼能耗和成本，但是，现有的电炉吹气搅拌技术并没有解决如何实现提高电炉浅熔池气体搅拌的效率的技术问题。另外，虽然在《直流电弧炉底吹气体搅拌加深熔池冶炼技术》中提出了电炉搅拌底吹的深熔池概念，但深熔池由于结构上的原因，在全量出钢时会导致炉体倾动角度增大，按偏心炉底结构出钢时，就会产生残留钢水量增多并增加出钢操作难度。

鉴于此，本发明旨在探索一种金属熔池脉动气体搅拌装置及方法，该金属熔池脉动气体搅拌装置及方法能够有效提高电炉的生产效率并优化炉型设计，还具有提高电炉生产温度的均匀性、降底电炉生产的电耗、降低底吹气体的消耗的有益效果，具有明显的经济效益。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提出一种金属熔池脉动气体搅拌装置及采用该金属熔池脉动气体搅拌装置生产电炉钢的方法，本发明的金属熔池脉动气体搅拌装置及方法能够有效提高电炉的生产效率并优化炉型设计，还具有提高电炉生产温度的均匀性、降底电炉生产的电耗、降低底吹气体的消耗的有益效果，具有明显的经济效益。

要实现上述技术目的，本发明首先提出了一种金属熔池脉动气体搅拌装置，包括设置在电炉底部的至少一个透气元件和与所述透气元件相连的搅拌气体供给装置，其特征在于：所述搅拌气体供给装置包括供气管路系统和与所述透气元件一一对应设置的主管路，所述主管路分别与透气元件和供气管路系统相连，所述主管路上设有主控制阀和脉动发生器，所述脉动发生器包括快速切断阀和与所述快速切断阀并联设置的常开通道。

进一步，所述常开通道上设有常开调节阀；

进一步，所述脉动发生器设置在靠近所述透气元件的主管路上；

进一步，还包括与所述主控制阀和脉动发生器并联设置的备用搅拌旁路，所述备用搅拌旁路上设有常闭调节阀；

进一步，还包括控制器，所述控制器分别与所述供气管路系统、脉动发生器、常闭调节阀和主控制阀电连接；

进一步，所述透气元件设置在所述电炉出钢口附近和/或设置在所述电炉电弧加热区附件和/或设置在所述电炉加料落料点附近。

本发明还提出了一种采用如上所述金属熔池脉动气体搅拌装置的金属熔池脉动气体搅拌方法，依次经过所述脉动发生器、主管路和透气元件后进入金属熔池的搅拌气体为流量呈周期性波动的不间断气体，且所述搅拌气体的最小流量大于等于所述透气元件不堵塞的最小通气量。金属熔池不间断气体不间断气体搅拌气体进入金属熔池后在金属溶液内形成气泡，在气体压力和金属液体压力释放时体积膨胀，另外，金属液体对气体加热体积膨胀，气泡上浮并搅拌金属溶液。

进一步，所述搅拌气体的每个脉动周期中流量大于所述脉动气体流量平均值的时间区域与所述周期的比值为0.1-0.9；

进一步，所述搅拌气体流量最大值与最小值的比值为2-200；

进一步，当所述透气元件的数量大于等于两个时，通过每个所述透气元件的搅拌气体的脉动相位通过所述脉动发生器单独控制，并由所述控制器实现矩阵控制。

本发明的有益效果为：