本發(fā)明涉及鋼水爐外精煉技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種采用RH真空精煉系統(tǒng)的鋼液精煉方法。

背景技術(shù)：

RH是法西德魯爾鋼鐵公司(Ruhrstahl)和赫拉歐斯(Hereaeus)共同設(shè)計開發(fā)的一種鋼液爐外精煉方法^[1]。RH法是爐外精煉的重要手段，其具有脫氣、脫碳、脫氧以及均勻鋼液成分與溫度，促進非金屬夾雜物上浮等作用。RH真空精煉爐下部設(shè)置有浸漬管，RH真空精煉爐精煉鋼液的過程中，先將下部的浸入管插入鋼包鋼液面下部中，并對真空室進行抽真空，而后在上升管的下部向鋼液中吹入氬氣作為驅(qū)動氣體，使得上升管中鋼液的表觀密度比下降管中的密度小，并在氬氣氣泡的帶動下，上升管中的鋼液隨氬氣氣泡上升進入真空室，從而進行脫氣、脫碳、脫氧反應(yīng)，在真空室中精煉完成后，真空室中的鋼水在重力作用下從下降管回流到鋼包中。

由于RH真空精煉過程中，鋼液是由鋼包中不斷進入真空室再循環(huán)至鋼包中進行循環(huán)精煉。因此，RH真空精煉爐的循環(huán)流量是衡量精煉效果的重要指標。循環(huán)流量直接影響著鋼液脫氣、脫碳、脫硫等精煉反應(yīng)的速度與效果，并限制著鋼液成分和溫度均勻化，所以循環(huán)流量是限制RH真空精煉爐精煉效果的關(guān)鍵環(huán)節(jié)?，F(xiàn)有的研究人員主要是通過提高精煉爐的循環(huán)流量來提高提高RH真空精煉爐的精煉效果。循環(huán)流量(Q)可由以下經(jīng)驗公式表示：

$Q=114\×G^{\frac{1}{3}}\×d^{\frac{4}{3}}\×{\[ln\frac{p_0}{p}\]}^{\frac{1}{3}}$

其中：G為供氣流量(單位：m³/min)；d為浸漬管直徑(單位：m)；P_o為大氣壓力(單位：Pa)；P為真空室殘余壓力(單位：Pa)

由經(jīng)驗公式可以得出，循環(huán)流量與供氣流量和浸漬管直徑成正相關(guān)，即循環(huán)流量隨著供氣流量和浸漬管直徑的增大而增大；循環(huán)流量與真空室殘余壓力成負相關(guān)，循環(huán)流量隨真空室殘余壓力的減小而增大。因此，增大供氣流量、漬管直徑和降低真空室殘余壓力是增大RH真空精煉爐循環(huán)流量的主要途徑。但是，上述途徑存在以下問題：1)增大供氣流量雖然在一定程度上增大循環(huán)流量，但是當供氣流量較大時，氣體體積占的比例較大，使得氣泡的抽引效率下降，反而降低鋼液的循環(huán)流量；2)浸漬管直徑受到鋼包尺寸的限制，當鋼包尺寸已經(jīng)確定，那么浸漬管直徑就難以進一步增大；3)真空室抽真空需要消耗大量的能源，如果繼續(xù)通過降低真空室殘余壓力來提高循環(huán)流量是不經(jīng)濟的。上述的技術(shù)問題限制著RH真空精煉爐鋼液循環(huán)流量的增大，迫切需要從技術(shù)和經(jīng)濟的角度上尋求適宜的解決方案，從而提高RH真空精煉爐的精煉效果，達到鋼液高效率和低成本精煉的雙重目的。

經(jīng)檢索，已經(jīng)有相關(guān)的技術(shù)方案公開。其中：RH真空精煉裝置的一體式浸漬管(專利號：ZL201320106192.5，公告日：2013.07.31)^[2]，通過取消浸漬管的上升管與下降管的耐火襯之間的間隙，使得在保持RH真空精煉裝置的主體尺寸不變的條件下，增大上升管與下降管的內(nèi)徑，進而增大循環(huán)流量。但是，該方法對循環(huán)流量的增加極其有限。另外，發(fā)明創(chuàng)造的名稱：RH真空精煉裝置所用的浸漬管(專利號：ZL201410091028.0，公布日：2014.06.04)，RH真空精煉裝置所用套筒式浸漬管(專利號：ZL201410090574.2，公告日：2014.06.18)^[3-4]，上述技術(shù)方案將浸漬管設(shè)置為套筒式，從而來增大浸漬管的直徑，以增加循環(huán)流量。由文獻檢索可以發(fā)現(xiàn)，為了提高RH真空精煉爐的精煉效果，現(xiàn)有的技術(shù)人員已經(jīng)形成了通過增大浸漬管的直徑來提高循環(huán)流量的思維定式。

參考文獻：

[1]王鵬.RH爐外精煉的應(yīng)用和研究[C]//中國金屬學會青年學術(shù)年會.2010.

[2]中冶賽迪工程技術(shù)股份有限公司.RH真空精煉裝置的一體式浸漬管：中國，ZL201320106192.5[P].2013.07.31.

[3]東北大學.RH真空精煉裝置所用的浸漬管：中國，ZL201410091028.0[P].2014.06.04.

[4]東北大學.RH真空精煉裝置所用套筒式浸漬管：中國，ZL201410090574.2[P].2014.06.18.

技術(shù)實現(xiàn)要素：

1.發(fā)明要解決的技術(shù)問題

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中，循環(huán)流量是限制RH真空精煉爐精煉效果的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，現(xiàn)有的方法難以有效地提高RH精煉法的循環(huán)流量的不足，提供一種采用RH真空精煉系統(tǒng)的鋼液精煉方法，實現(xiàn)RH真空精煉過程中的循環(huán)流量顯著增大，并提高RH真空精煉爐的精煉效果。

2.技術(shù)方案

為達到上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案為：

本發(fā)明的一種采用RH真空精煉系統(tǒng)的鋼液精煉方法，

步驟一：預(yù)處理

將鋼包移動至鋼包座上，并將浸漬管浸入鋼液液面以下；

步驟二：真空精煉

對RH真空精煉系統(tǒng)的RH真空爐進行抽真空，通過下層噴嘴和上層噴嘴向上升管中吹入氬氣，鋼液在氬氣的作用下，由上升管中進入真空室，并由下降管中回流至鋼包中，完成真空精煉；

步驟三：合金化

由合金料斗向真空室的鋼液中加入合金原料進行合金化；

合金化完成之后，檢測鋼液成分，鋼液達到目標成分則完成鋼液精煉。

更進一步地，步驟一：預(yù)處理的具體步驟如下：

(1)打開下層供氣閥，通過第一供氣裝置為下層噴嘴提供氬氣；打開上層供氣閥，通過第二供氣裝置為上層噴嘴提供氬氣；

(2)鋼包隨鋼包座的推動不斷抬升，并將浸漬管浸入鋼液液面以下。

更進一步地，步驟二：真空精煉的具體步驟如下：

(1)打開抽氣管的真空閥，采用真空泵對RH真空精煉爐的真空室進行抽真空處理；

(2)繼續(xù)抽真空，當RH真空精煉爐的真空室的壓力為1500-2000Pa時，調(diào)節(jié)第一供氣裝置的氬氣供氣流量為：1.0-2.0m³/min；第二供氣裝置的氬氣供氣流量為：0.8-1.2m³/min；上升管上底面的面積大于下底面的面積，且上升管水平截面的面積沿著其軸向由下至上逐漸增大，鋼液在氬氣的驅(qū)動下由上升管中的不斷的流入真空室，在重力的作用下真空室的鋼液由下降管中不斷地回流至鋼包中，使鋼水產(chǎn)生循環(huán)。

上述技術(shù)方案的技術(shù)效果為：

(1)上升管上底面的面積大于下底面的面積，從而在不改變現(xiàn)有RH真空精煉裝置對鋼包適應(yīng)條件的情況下，增大RH真空精煉爐浸漬管鋼液的流通面積，從而增大真空循環(huán)脫氣裝置RH的循環(huán)流量，以改善RH真空精煉爐的精煉效果。

(2)由于下層噴嘴的噴氣流量大于上層噴嘴，而且上升管水平截面的面積沿著其軸向由下至上逐漸增大，使得上層噴嘴噴入的較小氬氣氣泡，從而進一步增大了鋼液中的氣體飽和量，在增大氣泡對鋼液的推動力的同時，改善了氣體在鋼液流場中的分布，提高了鋼液的循環(huán)流量。

更進一步地，所述的RH真空精煉系統(tǒng)包括RH真空精煉爐、鋼包座、第一供氣裝置、第二供氣裝置、真空泵和合金料斗，所述的RH真空精煉爐下部設(shè)置有鋼包座，鋼包座上設(shè)置有鋼包，所述的RH真空精煉爐通過氣體管道分別與第一供氣裝置和第二供氣裝置相連，所述的真空泵通過抽氣管與RH真空精煉爐上部相連，所述的合金料斗通過加料管與RH真空精煉爐頂部相連。

更進一步地，所述的RH真空精煉爐包括真空室和浸漬管，所述的真空室的底部設(shè)有法蘭，真空室通過法蘭與浸漬管頂部相連，所述的浸漬管包括中心管和外套管，所述的外套管為倒圓臺狀空心管，外套管的上底面的面積大于下底面的面積，所述的中心管的頂部通過固定梁與外套管相固連，且中心管和外套管為同一軸心；其中：所述的中心管為上升管，且中心管為倒圓臺狀空心管，中心管的上底面的面積大于下底面的面積；中心管與外套管構(gòu)成的環(huán)形套管為下降管。

RH真空精煉系統(tǒng)的上升管的上底面的面積大于下底面的面積，增大浸漬管鋼液的流通面積，因而可增加真空循環(huán)脫氣裝置RH的循環(huán)流量；且由下到上沿著中心管軸線方向，上升管的水平截面的面積逐漸增大，使得鋼液中的氣體在上升過程中受到鋼液的壓力逐漸減小，鋼液中氣體形成的氣泡的體積逐漸增大，從而增大了鋼液中氣體流量的飽和點，不僅提高了循環(huán)流量，而且改善了氣體在鋼液流場中的分布。

更進一步地，所述的真空泵通過抽氣管與真空室上部相連，所述的第一供氣裝置通過氣體管道與下層進氣口相連，第二供氣裝置通過氣體管道與上層進氣口相連。

第一供氣裝置和第二供氣裝置分別對應(yīng)的為下層噴嘴和上層噴嘴供氣，可以有效地調(diào)控下層噴嘴和上層噴嘴的供氣流量，并且通過調(diào)控下層噴嘴的供氣流量大于上層噴嘴的供氣流量，使得下層噴嘴和上層噴嘴噴入的氬氣泡彌漫在鋼液中，增大了鋼液的飽和吹氣量。

更進一步地，所述的真空泵與真空室之間的抽氣管上設(shè)置有真空閥，所述的第一供氣裝置與下層進氣口之間的氣體管道上設(shè)置有下層供氣閥，所述的第二供氣裝置與上層進氣口之間的氣體管道上設(shè)置有上層供氣閥。

真空閥用以控制真空室的抽真空過程，下層供氣閥和上層供氣閥分別用以控制第一供氣裝置和第二供氣裝置的供氣流量。

更進一步地，所述的中心管的錐角為5-30°。

中心管的錐角為5-30°，恰當?shù)腻F角使得上升管的上底面的面積大于下底面的面積，從而使得上升管的鋼液的流場分布更加合理，從而滿足鋼液精煉的動力學條件。

更進一步地，所述的外套管的上部與固定梁水平對應(yīng)位置的外壁上設(shè)置有下層進氣口和上層進氣口，其中下層進氣口位于上層進氣口的下方；中心管內(nèi)壁設(shè)置有下層噴嘴和上層噴嘴，所述的下層噴嘴和上層噴嘴位于兩個不相同的水平面上，且下層噴嘴所在的水平面位于上層噴嘴所在水平面的下方，所述的下層進氣口通過下層導氣管與下層噴嘴相連通，上層進氣口通過上層導氣管與上層噴嘴相連通。

中心管內(nèi)壁設(shè)置有下層噴嘴和上層噴嘴，且下層噴嘴和上層噴嘴分別通過導氣管與下層進氣口和上層進氣口相連通，使得下層噴嘴和上層噴嘴可根據(jù)精煉條件的不同，采用不同的供氣制度，并通過下層噴嘴和上層噴嘴的供氣制度，可有效地控制上升管中的流場分布，在提升循環(huán)流量的同時，可以進一步控制鋼液中的流場分布，從而改善鋼液精煉過程中的反應(yīng)條件。

更進一步地，所述的中心管內(nèi)壁圓周上均勻的分布有2-6個下層噴嘴，中心管內(nèi)壁圓周上均勻的分布有6-10個上層噴嘴。

下層噴嘴數(shù)量少于上層噴嘴的數(shù)量，從而充分的利用浸漬管內(nèi)的空間，提升氣體流量飽和點，顯著增加上升管中的氣體流量，且這種供氣方式延長了氣泡在鋼液中的流動行程，從而提高氣體的攪拌功率。

3.有益效果

采用本發(fā)明提供的技術(shù)方案，與已有的公知技術(shù)相比，具有如下顯著效果：

本發(fā)明的一種采用RH真空精煉系統(tǒng)的鋼液精煉方法，上升管上底面的面積大于下底面的面積，從而在不改變現(xiàn)有RH真空精煉裝置對鋼包適應(yīng)條件的情況下，增大RH真空精煉爐浸漬管鋼液的流通面積，從而增大真空循環(huán)脫氣裝置RH的循環(huán)流量，以改善RH真空精煉爐的精煉效果。由于下層噴嘴的噴氣流量大于上層噴嘴，而且上升管水平截面的面積沿著其軸向由下至上逐漸增大，使得上層噴嘴噴入的較小氬氣氣泡，從而進一步增大了鋼液中的氣體飽和量，在增大氣泡對鋼液的推動力的同時，改善了氣體在鋼液流場中的分布，提高了鋼液的循環(huán)流量。

本發(fā)明的中心管為倒圓臺狀空心管，中心管的上底面的面積大于下底面的面積，從而使得上升管的上底面的面積大于下底面的面積，增大浸漬管鋼液的流通面積，因而可增加真空循環(huán)脫氣裝置RH的循環(huán)流量；且由下到上沿著中心管軸線方向，上升管的水平截面的面積逐漸增大，使得鋼液中的氣體在上升過程中受到鋼液的壓力逐漸減小，鋼液中氣體形成的氣泡的體積逐漸增大，從而增大了鋼液中氣體流量的飽和點，不僅提高了循環(huán)流量，而且改善了氣體在鋼液流場中的分布，促進了鋼液發(fā)生脫氣、脫碳、脫氧反應(yīng)；

本發(fā)明的中心管為倒圓臺狀空心管，從而使得上升管的下細上粗，鋼液在上升管中的流通面積由下至上逐漸增大，從上升管到真空室中產(chǎn)生了從中心到邊緣的循環(huán)流場，從而使得上升管的鋼液的流場分布更加合理，使得氣泡在鋼液中成彌漫分布，增大了氣泡和鋼液的接觸面積，使得氣泡在鋼液上升的過程中滿足鋼液脫氣的動力學條件，為鋼液脫氣、脫碳、脫氧反應(yīng)，為非金屬夾雜物上浮等反應(yīng)創(chuàng)造良好的動力學條件；另外，大大減少了真空室內(nèi)死區(qū)面積，使得鋼液成分和溫度均勻穩(wěn)定。

本發(fā)明的中心管內(nèi)壁設(shè)置有下層噴嘴和上層噴嘴，且下層噴嘴和上層噴嘴分別通過導氣管與下層進氣口和上層進氣口相連通，使得下層噴嘴和上層噴嘴可根據(jù)精煉條件的不同，采用不同的供氣制度，并通過改變下層噴嘴和上層噴嘴的供氣制度，可有效地控制上升管中的流場分布，在提升循環(huán)流量的同時，可以進一步控制鋼液中的流場分布，從而改善鋼液精煉過程中的反應(yīng)條件。下層噴嘴數(shù)量少于上層噴嘴的數(shù)量，從而充分的利用浸漬管內(nèi)的空間，顯著提升氣體流量飽和點，顯著增加上升管中的氣體流量，且這種供氣方式延長了氣泡在鋼液中的運動行程，從而提高氣體的攪拌功率。

本發(fā)明的下環(huán)形導氣管和上環(huán)形導氣管分別為下層噴嘴和上層噴嘴供氣，從而保證了供氣的均勻性，使得中心管內(nèi)壁的下層噴嘴和上層噴嘴中的氣體可以均勻、穩(wěn)定地噴射入上升管中，從而保證了下層噴嘴和上層噴嘴的氣體對鋼液的均勻攪拌，并防止上升管中的鋼液發(fā)生偏流。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的圓臺形套筒浸漬管的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的圓臺形套筒浸漬管的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明的中心管在下層噴嘴處的水平截面圖；

圖4為本發(fā)明的中心管在上層噴嘴處的水平截面圖；

圖5為本發(fā)明的下層噴嘴的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本發(fā)明的下層噴嘴的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為本發(fā)明的RH真空精煉系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8為本發(fā)明的RH真空精煉爐的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9為本發(fā)明的鋼液精煉方法的流程圖。

示意圖中的標號說明：

100、中心管；111、下層噴嘴；112、上層噴嘴；121、下層導氣管；122、上層導氣管；131、下層進氣口；132、上層進氣口；141、下環(huán)形導氣管；142、上環(huán)形導氣管；151、下氣孔；152、上氣孔；200、外套管；300、固定梁；400、真空室；401、法蘭；500、鋼包座；501、鋼包；610、第一供氣裝置；611、下層供氣閥；620、第二供氣裝置；621、上層供氣閥；700、真空泵；701、真空閥；702、抽氣管；800、合金料斗。

具體實施方式

為進一步了解本發(fā)明的內(nèi)容，下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步的描述。

實施例1

結(jié)合圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6、圖7、圖8和圖9所示，本實施例的一種RH真空精煉系統(tǒng)，包括RH真空精煉爐、鋼包座500、第一供氣裝置610、第二供氣裝置620、真空泵700和合金料斗800，RH真空精煉爐下部設(shè)置有鋼包座500，鋼包座500上設(shè)置有鋼包501，所述的RH真空精煉爐通過氣體管道分別與第一供氣裝置610和第二供氣裝置620相連，真空泵700通過抽氣管702與RH真空精煉爐上部相連，所述的合金料斗800通過加料管與RH真空精煉爐頂部相連。

上述的RH真空精煉爐，包括真空室400和浸漬管，真空室400的底部設(shè)有法蘭401，所述的真空室400底部設(shè)置有上法蘭盤，浸漬管頂部設(shè)置有與上述上法蘭盤相適配的下法蘭盤，真空室400底部通過法蘭401與浸漬管頂部相連，浸漬管包括中心管100和外套管200，所述的外套管200為倒圓臺狀空心管，外套管200的上底面的面積大于下底面的面積，所述的中心管100的頂部通過固定梁300與外套管200相固連，且中心管100和外套管200為同一軸心；其中：中心管100為上升管，且中心管100為倒圓臺狀空心管，中心管100的上底面的面積大于下底面的面積；中心管100與外套管200構(gòu)成的環(huán)形套管為下降管。

真空泵700通過抽氣管702與真空室400上部相連，第一供氣裝置610通過氣體管道與下層進氣口131相連，第二供氣裝置620通過氣體管道與上層進氣口132相連。第一供氣裝置610和第二供氣裝置620分別對應(yīng)的為下層噴嘴111和上層噴嘴112供氣，第一供氣裝置610為下層噴嘴111提供氬氣，第二供氣裝置620為上層噴嘴112提供氬氣?？梢杂行У卣{(diào)控下層噴嘴111和上層噴嘴112的供氣流量，并且通過調(diào)控下層噴嘴111的供氣流量大于上層噴嘴112的供氣流量，使得下層噴嘴111和上層噴嘴112噴入的氬氣泡彌漫在鋼液中，增大了鋼液的飽和吹氣量。

真空泵700與真空室400之間的抽氣管702上設(shè)置有真空閥701，第一供氣裝置610與下層進氣口131之間的氣體管道上設(shè)置有下層供氣閥611，所述的第二供氣裝置620與上層進氣口132之間的氣體管道上設(shè)置有上層供氣閥621。真空閥701用以控制真空室400的抽真空過程，下層供氣閥611和上層供氣閥621分別用以控制第一供氣裝置610和第二供氣裝置620的供氣流量。

以IF鋼為例，如圖9所示，本發(fā)明的一種采用RH真空精煉系統(tǒng)的鋼液精煉方法，具體的步驟為：

步驟一：預(yù)處理

(1)打開下層供氣閥611，通過第一供氣裝置610為下層噴嘴111提供氬氣，氬氣由第一供氣裝置610進入下層進氣口131，經(jīng)下層導氣管121到達下層噴嘴111，并由下層噴嘴111噴入鋼液中，且第一供氣裝置610的氬氣供氣流量為：0.4m³/min；打開上層供氣閥621，通過第二供氣裝置620為上層噴嘴112提供氬氣，氬氣由第二供氣裝置620進入上層進氣口132，經(jīng)上層導氣管122到達上層噴嘴112，并由上層噴嘴112噴入鋼液中，且第二供氣裝置620的氬氣供氣流量為：0.2m³/min；

(2)鋼包501隨鋼包座500的推動不斷抬升，并將浸漬管浸入鋼液液面以下，浸漬管浸入鋼液液面以下的深度為600mm，其中鋼液中C質(zhì)量濃度為350×10^-6，O質(zhì)量分數(shù)為600×10^-6，鋼水平均溫度為1590℃。

步驟二：真空精煉

(1)打開抽氣管702的真空閥701，采用真空泵700對RH真空精煉爐的真空室400進行抽真空處理；

(2)繼續(xù)抽真空，當RH真空精煉爐的真空室400的壓力為5000Pa時，調(diào)節(jié)第一供氣裝置610的氬氣供氣流量為：0.8m³/min；第二供氣裝置620的氬氣供氣流量為：0.5m³/min；當RH真空精煉爐的真空室400的壓力為1500Pa時，真空度穩(wěn)定后，調(diào)節(jié)第一供氣裝置610的氬氣供氣流量為：1.2m³/min；第二供氣裝置620的氬氣供氣流量為：0.8m³/min；上升管上底面的面積大于下底面的面積，且上升管水平截面的面積沿著其軸向由下至上逐漸增大，鋼液在氬氣的驅(qū)動下由上升管中的不斷的流入真空室400，在重力的作用下真空室400的鋼液由下降管中不斷地回流至鋼包501中，使鋼液產(chǎn)生循環(huán)；

脫碳：鋼液在鋼包501與真空室400循環(huán)的過程中，鋼液中的碳和氧反應(yīng)形成CO，并通過真空泵700排出，如果鋼液中的氧含量不夠，可通過RH真空精煉爐的氧槍進行吹氧，并提供氧氣脫碳；脫氧：脫碳結(jié)束時，由合金料斗800向真空室400的鋼液中加入鋁粒進行脫氧。

步驟三：合金化

脫氧結(jié)束后由合金料斗800向真空室400的鋼液中加入合金原料進行合金化。

合金化過程中加入的合金原料為鈦鐵礦，合金化完成之后，檢測鋼液成分為中C含量為30×10^-6，O含量為20×10^-6，Ti含量為200×10^-6時，鋼液達到目標成分和溫度則完成鋼液精煉，停止真空泵700抽真空進行破真空，同時真空室400復(fù)壓，重新處于大氣壓狀態(tài)，鋼包座500慢慢下移，鋼包501隨著鋼包座500逐漸下降，完成鋼液精煉。

本實施例的RH真空精煉裝置(如圖8所示)，鋼包501的內(nèi)徑D3為3212mm，本發(fā)明的真空室400的內(nèi)徑D2為2409mm；浸漬管外套管200的內(nèi)徑D1為1506mm；中心管100的內(nèi)徑D0為750mm；外套管200壁厚為260mm，中心管100壁厚為200mm，中心管100和外套管200的高度為1000mm；本實施例RH真空精煉爐的供氣流量(G)為2.0m³·min^-1，即第一供氣裝置610和第二供氣裝置620的供氣流量(G)之和為2.0m³·min^-1，其中第一供氣裝置610的供氣流量為1.2m³·min^-1，第二供氣裝置620的供氣流量為0.8m³·min^-1，循環(huán)流量(Q)為190t·min^-1，脫碳時間為22.0min。由于上升管上底面的面積大于下底面的面積，從而在不改變現(xiàn)有RH真空精煉裝置對鋼包501適應(yīng)條件的情況下，增大RH真空精煉爐浸漬管鋼液的流通面積，從而增大真空循環(huán)脫氣裝置RH的循環(huán)流量，以改善RH真空精煉爐的精煉效果。上升管的水平截面的面積逐漸增大，使得鋼液中的氣體在上升過程中受到鋼液的壓力逐漸減小，鋼液中氣體形成的氣泡的體積逐漸增大，從而增大了鋼液中氣體流量的飽和點，不僅提高了循環(huán)流量，而且改善了氣體在鋼液流場中的分布，從而促進了鋼液發(fā)生脫碳反應(yīng)的速率，降低了脫碳的時間，縮短了冶煉周期。

對比例1

對比例1的RH真空精煉爐的上升管和下降管是分開設(shè)置，即為一般的RH真空精煉爐，鋼包501的內(nèi)徑D3為3012mm，浸漬管上升管內(nèi)徑為550mm，現(xiàn)有RH真空精煉爐的供氣流量(G)為2.0m³·min^-1，真空室400的壓力為500Pa時，循環(huán)流量(Q)為130t·min^-1，脫碳時間為：30.0min。

對比例2

對比例2的基本內(nèi)容通實施例1，其不同之處在于：RH真空精煉爐的上升管和下降管為圓筒狀，RH真空精煉爐的浸漬管包括中心管100和外套管200，中心管100內(nèi)上升管，中心管100和外套管200的中間區(qū)域為下降管，即上升管和下降管的上底面和下底面的面積相同，鋼包501的內(nèi)徑D3為3012mm，浸漬管上升管內(nèi)徑為750mm，RH真空精煉爐的供氣流量(G)為2.0m³·min^-1，真空室400的壓力為500Pa時，循環(huán)流量(Q)為160t·min^-1，脫碳時間為：27.8min。

對比例3

對比例3的基本內(nèi)容通實施例1，其不同之處在于：下層噴嘴111和上層噴嘴112數(shù)量相同，下層噴嘴111和上層噴嘴112均為4個。鋼包501的內(nèi)徑D3為3012mm，浸漬管上升管內(nèi)徑為750mm，RH真空精煉爐的供氣流量(G)為2.0m³·min^-1，第一供氣裝置610和第二供氣裝置620的供氣流量(G)之和為2.0m³·min^-1，其中第一供氣裝置610的供氣流量為1m³·min^-1，第二供氣裝置620的供氣流量為1m³·min^-1，真空室400的壓力為500Pa時，循環(huán)流量(Q)為175t·min^-1，脫碳時間為：25.6min。

通過實施例1與對比例1、對比例2和對比例3對比可以發(fā)現(xiàn)，可以得到以下結(jié)論：

(1)相比對比例1可以看出，實施例1和對比例2的循環(huán)流量都顯著增大，特別是對比例2的循環(huán)流量由130t·min^-1增大到160t·min^-1，脫碳時間由傳統(tǒng)的30min減少到27.8min。其原因在于：采用圓筒形的浸漬管，增大了上升管的直徑，從而顯著的提高了循環(huán)流量；

(2)對比例3和對比例2進行對比發(fā)現(xiàn)，對比例3采用圓臺形的浸漬管，循環(huán)流量由160t·min^-1增大到175t·min^-1，脫碳時間由27.8min減少到25.6min。其原因在于：上升管水平截面的面積沿著其軸向由下至上逐漸增大，增大浸漬管鋼液的流通面積，因而可增加真空循環(huán)脫氣裝置RH的循環(huán)流量。

(3)實施例1和對比例3進行對比發(fā)現(xiàn)，實施例1采用圓臺形的浸漬管，中心管100內(nèi)壁圓周上均勻的分布有4個下層噴嘴111，8個上層噴嘴112，循環(huán)流量由175t·min^-1增大到190t·min^-1；脫碳時間由25.6min減少到22.0min。實施例1與對比例1進行對比發(fā)現(xiàn)，循環(huán)流量由130t·min^-1增大到190t·min^-1；脫碳時間由30.0min減少到22.0min。其原因在于：1)中心管100設(shè)置4個下層噴嘴111、8個上層噴嘴112，且下層噴嘴111的噴氣流量大于上層噴嘴112，使得上層噴嘴112數(shù)量較多，提高了鋼液的循環(huán)流量；2)上升管水平截面的面積沿著其軸向由下至上逐漸增大，本發(fā)明的浸漬管設(shè)置為圓臺形套筒形狀，從而充分利用了真空室400底面面積，增加了浸漬管鋼液流通面積，配合著上層噴嘴112噴入的較小氬氣氣泡，從而進一步增大了鋼液中的氣體飽和量，在增大氣泡對鋼液的推動力的同時，改善了氣體在鋼液流場中的分布。

申請人創(chuàng)造性的提出了通過上下截面面積不同的上升管，來改善上升管中鋼液的流場分布，提高了鋼液的循環(huán)流量和精煉效果。打破了現(xiàn)有技術(shù)中，常規(guī)的技術(shù)人員僅僅通過改善浸漬管直徑來提高循環(huán)流量的技術(shù)偏見，具有非顯而易見性。

本實施例的一種RH真空精煉爐用圓臺形套筒浸漬管，包括上升管和下降管，其中上升管上底面的面積大于下底面的面積，其中所述的上升管上底面為上升管頂部的水平截面，上升管下底面為升管底部的水平截面，且上升管水平截面的面積沿著其軸向由下至上逐漸增大，上升管水平截面的面積是關(guān)于上升管軸向高度的連續(xù)函數(shù)，下降管上底面的面積大于下底面的面積，同樣下降管水平截面的面積沿著其軸向由下至上逐漸增大。浸漬管包括中心管100和外套管200，所述的外套管200為倒圓臺狀空心管，外套管200的上底面的面積大于下底面的面積，所述的中心管100的頂部通過固定梁300與外套管200相固連，所述的固定梁300設(shè)置為4個，固定梁300之間的夾角為90°，且中心管100和外套管200為同一軸心，且中心管100的錐角為20°，外套管200的錐角也為20°，上述的錐角為中心管100和外套管200軸截面兩條母線之間的夾角；其中：所述的中心管100為上升管，且中心管100為倒圓臺狀空心管，中心管100的上底面的面積大于下底面的面積；中心管100與外套管200構(gòu)成的環(huán)形套管為下降管。從而使得上升管上底面的面積大于下底面的面積，從而在不改變現(xiàn)有RH真空精煉爐對鋼包501適應(yīng)條件的情況下，增大RH真空精煉爐浸漬管鋼液的流通面積，從而增大真空循環(huán)脫氣裝置RH的循環(huán)流量，以改善RH真空精煉爐的精煉效果。

中心管100和外套管200構(gòu)成套筒浸漬管，中心管100為上升管，中心管100與外套管200構(gòu)成的環(huán)形套管為下降管，浸漬管設(shè)置為套筒形并與鋼包501口適配，從而充分利用了鋼包501口的直徑，在鋼包501直徑相同的情況下，最大程度的增大了浸漬管的直徑，以提高RH真空精煉爐的循環(huán)流量。中心管100為倒圓臺狀空心管，中心管100的上底面的面積大于下底面的面積，從而使得上升管的上底面的面積大于下底面的面積，增大浸漬管鋼液的流通面積，因而可增加真空循環(huán)脫氣裝置RH的循環(huán)流量；且由下到上沿著中心管100軸線方向，上升管的水平截面的面積逐漸增大，使得鋼液中的氣體在上升過程中受到鋼液的壓力逐漸減小，鋼液中氣體形成的氣泡的體積逐漸增大，從而增大了鋼液中氣體流量的飽和點，不僅提高了循環(huán)流量，而且改善了氣體在鋼液流場中的分布，從而促進了鋼液脫氣、去夾雜反應(yīng)的發(fā)生；鋼液在上升管中的流通面積由下至上逐漸增大，從上升管到真空室400中產(chǎn)生了從中心到邊緣的循環(huán)流場，從而使得上升管的鋼液的流場分布更加合理，使得氣泡在鋼液上升的過程中滿足鋼液脫氣的動力學條件，為鋼液脫氣、脫碳、脫氧、非金屬夾雜物上浮等反應(yīng)創(chuàng)造良好的動力學條件；另外，大大減少了真空室400內(nèi)死區(qū)面積，使得鋼液成分和溫度均勻穩(wěn)定。

此外，中心管100的上底面的面積大于下底面的面積，鋼液由上升管上升到頂部的過程中，由于上升管的截面面積逐漸增大，使得鋼液在浸漬管頂部的流速較小，從而減弱了鋼液對中心管100壁面的沖刷，從而提高了浸漬管的使用壽命。中心管100與外套管200構(gòu)成的環(huán)形套管為下降管，下降管上底面的面積大于下底面的面積，使得下降管的液面下降與上升管保持配合，改善了氣體在鋼液流場中的分布，促進了鋼液發(fā)生脫氣、脫碳、脫硫反應(yīng)。

本實施例的外套管200的上部與固定梁300水平對應(yīng)位置的外壁上設(shè)置有下層進氣口131和上層進氣口132，其中下層進氣口131位于上層進氣口132的下方；中心管100內(nèi)壁設(shè)置有下層噴嘴111和上層噴嘴112，所述的下層噴嘴111和上層噴嘴112位于兩個不相同的水平面上，且下層噴嘴111所在的水平面位于上層噴嘴112所在水平面的下方，所述的下層進氣口131通過下層導氣管121與下層噴嘴111相連通，上層進氣口132通過上層導氣管122與上層噴嘴112相連通。中心管100內(nèi)壁設(shè)置有下層噴嘴111和上層噴嘴112，且下層噴嘴111和上層噴嘴112分別通過導氣管與下層進氣口131和上層進氣口132相連通，即下層噴嘴111通過導氣管與下層進氣口131相連通，上層噴嘴112通過導氣管與上層進氣口132相連通。使得下層噴嘴111和上層噴嘴112可根據(jù)精煉條件的不同，采用不同的供氣制度，并通過下層噴嘴111和上層噴嘴112的供氣制度，有效地控制上升管中的流場分布，在提升循環(huán)流量的同時，可以進一步控制鋼液中的流場分布，改善鋼液精煉過程中的反應(yīng)條件。

本實施例的中心管100內(nèi)壁圓周上均勻的分布有4個下層噴嘴111，中心管100內(nèi)壁圓周上均勻的分布有8個上層噴嘴112，下層噴嘴111距中心管100上底面的距離為距下底面距離的7倍，下層噴嘴111與上層噴嘴112之間的垂直距離為200mm。而且，下層噴嘴111和上層噴嘴112交錯分布，即下層噴嘴111和上層噴嘴112在下底面上的投影是交錯分布的，且任意下層噴嘴111和任意上層噴嘴112的連線都不經(jīng)過投影面的圓心。下層噴嘴111數(shù)量少于上層噴嘴112的數(shù)量，且下層噴嘴111的供氣壓力大于上層噴嘴112，下層噴嘴111數(shù)量少、供氣壓力大，為上升管底部的鋼液提供強有力的上升動力，推動著鋼液由上升管底部迅速上升至真空室400，從而增大了循環(huán)流量。8個上層噴嘴112的供氣壓力較小，從而使得上層噴嘴112噴出的氣體可以充分的彌漫在鋼液中，從而顯著增大鋼液中的飽和吹氣量，并增大RH的循環(huán)流量。8個上層噴嘴112與上述的4個下層噴嘴111交錯分布，在提升循環(huán)流量的同時，可以進一步控制鋼液中的流場分布，改善鋼液精煉過程中的反應(yīng)條件。

中心管100內(nèi)設(shè)置有下環(huán)形導氣管141和上環(huán)形導氣管142，所述的下環(huán)形導氣管141與下層噴嘴111位于同一水平面上，下層導氣管121通過下環(huán)形導氣管141與下層噴嘴111相連通，上環(huán)形導氣管142與上層噴嘴112位于同一水平面上，上層導氣管122通過上環(huán)形導氣管142與上層噴嘴112相連通。下環(huán)形導氣管141和上環(huán)形導氣管142分別為下層噴嘴111和上層噴嘴112供氣，保證了供氣的均勻性，使得中心管100內(nèi)壁的下層噴嘴111和上層噴嘴112中的氣體可以均勻、穩(wěn)定地噴射入上升管中，保證了下層噴嘴111和上層噴嘴112的氣體對鋼液的均勻攪拌，并防止上升管中的鋼液發(fā)生偏流。

本實施例的下層噴嘴111為三孔式噴嘴，其包括2個下氣孔151和1個上氣孔152，且下氣孔151的直徑為4mm，上氣孔152的直徑為5mm，且孔與孔之間的夾角b為120°，三孔式噴嘴上的下氣孔151和上氣孔152均勻分布，上層噴嘴112和下層噴嘴111的結(jié)構(gòu)完全相同。三孔式噴嘴有利于在上升管中形成合理的流場分布，孔式噴嘴能細化吹入鋼液中的氣泡，為脫氣、脫碳提供有利條件；此外，上氣孔152與水平方向的夾角c為20°，并傾斜向上。吹氣的過程中氬氣由上氣孔152噴入鋼液中，沿著與水平方向成20°的夾角方向，斜向上噴入上升管的鋼液中，從而為鋼液提供上升到動力，并推動著上升管中的鋼液快速向上，從而提高了循環(huán)流量。下氣孔151為水平方向，氣體由151中吹入鋼液中，下氣孔151和上氣孔152的搭配使用使得鋼液產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力，從而使鋼液在上升管中上升的同時作旋轉(zhuǎn)運動，促進了鋼液的攪拌，減少了上升管和真空室400內(nèi)死區(qū)面積，延長了氣泡在鋼液中的流動行程，加快精煉速度。

實施例2

本實施例的基本內(nèi)容同實施例1，其不同之處在于：本實施例的一種采用RH真空精煉系統(tǒng)的鋼液精煉方法，步驟二中：繼續(xù)抽真空，當RH真空精煉爐的真空室400的壓力為6000Pa時，調(diào)節(jié)第一供氣裝置610的氬氣供氣流量為：0.8m³/min；第二供氣裝置620的氬氣供氣流量為：0.5m³/min；當RH真空精煉爐的真空室400的壓力為1500Pa時，調(diào)節(jié)第一供氣裝置610的氬氣供氣流量為：1.8m³/min；第二供氣裝置620的氬氣供氣流量為：1.0m³/min；上升管上底面的面積大于下底面的面積，且上升管水平截面的面積沿著其軸向由下至上逐漸增大，鋼液在氬氣的驅(qū)動下由上升管中的不斷的流入真空室400，在重力的作用下真空室400的鋼液由下降管中不斷地回流至鋼包501中，使鋼液產(chǎn)生循環(huán)，循環(huán)流量(Q)為205t·min^-1。

對比例4

本對比例的RH真空精煉爐的上升管和下降管是分開設(shè)置，即為一般的RH真空精煉爐，鋼包501的內(nèi)徑D3為3012mm，浸漬管上升管內(nèi)徑為550mm，現(xiàn)有RH真空精煉爐的供氣流量(G)為2.8m³·min^-1，真空室400的壓力為500Pa時，循環(huán)流量(Q)為125t·min^-1。

通過實施例1、實施例2、對比例1和對比例4進行對比可以發(fā)現(xiàn)：

(1)實施例1與實施例2進行對比可以發(fā)現(xiàn)，當本發(fā)明的氬氣流量由2.0m³·min^-1增大到2.8m³·min^-1，隨著上升管中壓氣流量的進一步增大，循環(huán)流量由190t·min^-1進一步增加到205t·min^-1；

(2)實施例2與對比例4對比可以發(fā)現(xiàn)，相同的氬氣流量的情況下，采用本發(fā)明的一種RH真空精煉爐，循環(huán)流量遠大于傳統(tǒng)的RH真空精煉爐，從而顯著的提高了RH真空精煉爐的冶煉效果；

(3)對比例1與對比例4進行，當氬氣流量由2.0m³·min^-1增大到2.8m³·min^-1，循環(huán)流量反而由130t·min^-1減小到125t·min^-1。

上述問題困擾著申請人，經(jīng)過一系列的研究，申請人通過長時間的研究探索發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的RH真空精煉爐浸漬管的上升管中吹氣量較大時，氣泡在上升管分布稠密，氣泡體積占了較大比例，并且當吹氣量增大到一定程度時，循環(huán)流量會達到飽和，此時如果繼續(xù)增大氣體流量，氣體體積占的比例很大，由于液/氣比過低，易造成氣泡形成氣流直接由噴嘴進入真空室400，并形成氣體“短路”，致使氣泡對鋼液的抽引效率急劇下降，反而造成鋼液的循環(huán)流量變小。而且申請人發(fā)現(xiàn)上升管的截面面積由下至上逐漸增大，從而為氣泡彌漫在鋼液中提供了有利條件，鋼液中的氣體在上升過程中受到鋼液的壓力逐漸減小，從而增大了鋼液的飽和吹氣量，而且由于中心管100設(shè)置4個下層噴嘴111、8個上層噴嘴112，且下層噴嘴111的噴氣流量大于上層噴嘴112，使得上層噴嘴112數(shù)量較多，噴入的氬氣氣泡較小，較小氣泡充分的彌漫在鋼液中，增大了鋼液中氣體流量的飽和點，飽和點的增大，避免了氣泡直接由底部流到真空室400而產(chǎn)生氣泡“短路”的現(xiàn)象，提高上升管中氣體對鋼液的抽引效率。申請人打破了現(xiàn)有技術(shù)中，常規(guī)的技術(shù)人員僅僅通過增大供氣流量來提高循環(huán)流量的技術(shù)偏見，具有突出的實質(zhì)性特點和顯著的進步。

實施例3

本實施例的基本內(nèi)容同實施例1，其不同之處在于：本實施例的一種采用RH真空精煉系統(tǒng)的鋼液精煉方法，步驟二中：繼續(xù)抽真空，當RH真空精煉爐的真空室400的壓力為6000Pa時，調(diào)節(jié)第一供氣裝置610的氬氣供氣流量為：0.8m³/min；第二供氣裝置620的氬氣供氣流量為：0.5m³/min；當RH真空精煉爐的真空室400的壓力為1500Pa時，調(diào)節(jié)第一供氣裝置610的氬氣供氣流量為：2.0m³/min；第二供氣裝置620的氬氣供氣流量為：1.2m³/min；上升管上底面的面積大于下底面的面積，且上升管水平截面的面積沿著其軸向由下至上逐漸增大，鋼液在氬氣的驅(qū)動下由上升管中的不斷的流入真空室400，在重力的作用下真空室400的鋼液由下降管中不斷地回流至鋼包501中，使鋼液產(chǎn)生循環(huán)，循環(huán)流量(Q)為195t·min^-1。

中心管100內(nèi)壁圓周上均勻地分布有2個下層噴嘴111，中心管100內(nèi)壁圓周上均勻的分布有6個上層噴嘴112。固定梁300設(shè)置為6個，固定梁300之間的夾角為60°。中心管100的錐角為5°。下層噴嘴111距中心管100上底面的距離為距下底面距離的5倍。所述的三孔式噴嘴包括2個下氣孔151和1個上氣孔152，且下氣孔151的直徑為3mm，上氣孔152的直徑為4mm。

實施例4

本實施例的基本內(nèi)容同實施例1，其不同之處在于：本實施例的一種采用RH真空精煉系統(tǒng)的鋼液精煉方法，步驟二中：繼續(xù)抽真空，當RH真空精煉爐的真空室400的壓力為6000Pa時，調(diào)節(jié)第一供氣裝置610的氬氣供氣流量為：0.8m³/min；第二供氣裝置620的氬氣供氣流量為：0.5m³/min；當RH真空精煉爐的真空室400的壓力為1500Pa時，調(diào)節(jié)第一供氣裝置610的氬氣供氣流量為：1.0m³/min；第二供氣裝置620的氬氣供氣流量為：0.8m³/min；上升管上底面的面積大于下底面的面積，且上升管水平截面的面積沿著其軸向由下至上逐漸增大，鋼液在氬氣的驅(qū)動下由上升管中的不斷的流入真空室400，在重力的作用下真空室400的鋼液由下降管中不斷地回流至鋼包501中，使鋼液產(chǎn)生循環(huán)，循環(huán)流量(Q)為185t·min-1。

中心管100內(nèi)壁圓周上均勻的分布有6個下層噴嘴111，中心管100內(nèi)壁圓周上均勻的分布有10個上層噴嘴112。固定梁300設(shè)置為8個，固定梁300之間的夾角為45°。中心管100的錐角為30°。下層噴嘴111距中心管100上底面的距離為距下底面距離的8倍。三孔式噴嘴包括2個下氣孔151和1個上氣孔152，且下氣孔151的直徑為5mm，上氣孔152的直徑為6mm。

以上示意性的對本發(fā)明及其實施方式進行了描述，該描述沒有限制性，附圖中所示的也只是本發(fā)明的實施方式之一，實際的結(jié)構(gòu)并不局限于此。所以，如果本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員受其啟示，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造宗旨的情況下，不經(jīng)創(chuàng)造性的設(shè)計出與該技術(shù)方案相似的結(jié)構(gòu)方式及實施例，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護范圍。