真空氩氧精炼设备、应用其冶炼低碳及超低碳不锈钢以及冶炼低微碳铬铁的方法

技术领域

本发明涉及冶金及炼钢的技术领域，具体涉及真空氩氧精炼设备、应用其冶炼低碳及超低碳不锈钢以及冶炼低微碳铬铁的方法。

背景技术

在当前工艺生产条件下，对低碳、超低碳不锈钢及铁合金（如：微碳铬铁）的冶炼，需要铁水在AOD炉经过一次冶炼，完成氧化脱碳、扒渣、还原处理，处理后的铁水再进入VOD炉进行二次精炼，在真空环境中完成二次脱碳，使铁水中的碳含量达到低碳或微碳不锈钢及铁合金成品标准。

这种方法需要铁水经过两道冶炼工序，其冶炼炉体占地面积较大、设备昂贵，且耗费冶炼时间，增加冶炼成本和生产损耗。

发明内容

针对相关技术中存在的不足，本发明所要解决的技术问题在于：提供一种占地面积小，冶炼周期较短、生产成本低的真空氩氧精炼设备、应用其冶炼低碳及超低碳不锈钢以及冶炼低微碳铬铁的方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

真空氩氧精炼设备，包括：炉体和套设在炉体上的托圈，所述托圈的两侧设置有主动端耳轴和从动端耳轴；其特征在于：所述炉体上设置有：常压上料口、顶吹枪、底吹枪和密封盖，常压上料装置通过常压上料口向炉体内添加辅料；所述顶吹枪和密封盖分别可移动地设置在炉体的上方，所述密封盖上设置有真空上料装置；在真空冶炼状态下，密封盖移动至炉体上方，与炉体形成密封空间，抽真空装置通过从动端耳轴的从动端与密封空间连通，对密封空间内的气体进行吸取。

优选地，所述炉体包括：炉壳和内腔；所述内腔为双层结构，包括密封外层和透气内层；所述透气内层的内壁上设置有耐火砖。

优选地，所述炉壳和密封外层之间设置有水冷管道，所述炉壳上设置有进水口和出水口，所述水冷管道分别与进水口和出水口连接，所述水冷管道通过进水口与外部水冷循环控制系统连接。

优选地，所述主动端耳轴端部设置有轴承，所述轴承内设置有与倾动电机和减速机连接的齿轮。

优选地，所述炉体的上方设置有除尘罩，所述除尘罩通过管道与除尘装置连接。

一种应用如上所述的真空氩氧精炼设备冶炼低碳及超低碳不锈钢的方法，包括如下步骤：

S10,准备工序：将母液钢水置于炉体内；

S20,常压氧化工序：根据原料铁水的碳含量，通过顶吹枪或底吹枪向炉体内鼓吹氧气，辅助氩气或氮气进行脱碳反应，通过常压上料装置添加石灰等辅料保证炉内温度和炉渣碱度，当吹氧量大于等于常压反应所需的氧气量时，停止吹氧，取样，进行倾炉扒渣；

S30,常压还原工序：通过顶吹枪或底吹枪向炉体内鼓吹氩气或氮气，使其与钢水进行搅拌，通过常压上料装置添加硅铁，萤石等辅料，吹气时间约30分钟后停止吹气，取样，倾炉扒渣，该工序后取样测得钢液中碳含量降到0.25%-0.3%左右时，进入真空氧化工序；

S40,真空氧化工序，移走顶吹枪，并将密封盖移动至炉体上方，与炉体形成密封空间，通过抽真空装置对炉体内的气体进行抽真空，保证工艺要求的真空度；底吹枪向炉体内部吹氧气，辅助氩气或氮气、进行深度脱碳，真空上料装置添加石灰等辅料保证炉内温度和炉渣碱度，当吹氧量大于等于真空反应所需的氧气量时，停止吹氧；

S50,真空还原工序：抽真空装置对炉体内的气体进行抽真空，以保证工艺要求的真空度，底吹枪向炉体内部吹氩气或氮气搅拌，真空上料装置添加硅，铝等辅料，吹气时间约30分钟后停止吹气；

S60，出炉工序：移走密封盖，取样，倾炉扒渣，出低碳或超低碳不锈钢。

优选地，所述的母液钢水为矿热炉、中频炉、电炉化出的含碳量较高的合金钢水，或转炉炼出的含碳量较高的合金钢水。

一种应用如上所述的真空氩氧精炼设备冶炼低微碳铬铁的方法，包括如下步骤：

S10,准备工序：将高碳铬铁水置于炉体内；

S20,常压氧化前期工序：通过顶吹枪向炉体内鼓吹氧气进行快速升温脱碳反应，当吹氧量大于等于升温脱碳反应所需的氧气量时，停止吹氧；

S30,常压氧化后工序：通过顶吹枪和底吹枪顶底复吹氧气，辅助氮气或氩气进行脱碳反应，通过常压上料装置添加硅铁，萤石等辅料，当吹氧量大于等于常压反应所需的氧气量时，停止吹氧，取样，倾炉扒渣；

S40,常压还原工序：通过顶吹枪或底吹枪向炉体内鼓吹氩气或氮气，使其与钢水进行搅拌，通过常压上料装置添加硅铁，萤石等辅料，吹气时间约30分钟后停止吹气，取样，倾炉扒渣，该工序后取样测得铬铁水中碳含量降到1-1.5%左右时，进入真空氧化工序；

S50,真空氧化工序，移走顶吹枪，并将密封盖移动至炉体上方，与炉体形成密封空间，通过抽真空装置对炉体内的气体进行抽真空，保证工艺要求的真空度；底吹枪向炉体内部吹氧气，辅助氩气或氮气、进行深度脱碳，真空上料装置添加石灰等辅料保证炉内温度和炉渣碱度，当吹氧量大于等于真空反应所需的氧气量时，停止吹氧；

S60,真空还原工序：抽真空装置对炉体内的气体进行抽真空，以保证工艺要求的真空度，底吹枪向炉体内部吹氩气或氮气搅拌，真空上料装置添加硅，铝等辅料，吹气时间约30分钟后停止吹气；

S70，出炉工序：移走密封盖，取样，倾炉扒渣，出低微碳铬铁水。

本发明的有益技术效果在于：

1、本发明真空氩氧精炼设备、应用其冶炼低碳及超低碳不锈钢以及冶炼低微碳铬铁的方法，与传统生产工艺相比，通过一个炉体即可完成一次冶炼和二次精炼，结构简单，占地面积小，使用时：首先进行常压冶炼工序，将顶吹枪移动至炉体的上方，通过顶吹枪和底吹枪向炉体内鼓吹氧气、氩气和氮气等，通过常压上料装置添加辅料；其次进行真空冶炼工序，将处于炉体上方的顶吹枪移走，将密封盖移动至炉体上方，与炉体形成密封空间，抽真空装置通过从动端耳轴的从动端与密封空间连通，对密封空间内的气体进行吸取，保证工艺要求的真空度；通过底吹枪向炉体内部吹氧气、氮气和氩气，通过真空上料装置添加辅料；本实施例中，节约了铁水在AOD炉和VOD炉之间的转炉时间，缩短了整个冶炼周期短，降低了生产成本，实用性极强。

2、本发明中，所述炉体包括：炉壳和内腔；所述内腔为双层结构，包括密封外层和透气内层，所述的内层用于透气，外层用于密封，在真空冶炼环节中可以有效保证炉体内部真空度。

3、本发明中，所述炉壳和密封外层之间设置有水冷管道，所述的水冷管道能够在冶炼时，使炉体始终处于水冷管道的保护下，防止炉体过热变形，影响炉内真空度，也能够有效延长炉体的使用寿命。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的真空氩氧精炼设备的结构示意图；

图2是本发明实施例一提供的真空氩氧精炼设备的俯视图；

图3是本发明真空氩氧精炼设备在常压冶炼工序时的结构示意图；

图4是本发明真空氩氧精炼设备在真空冶炼工序时的结构示意图；

图中：1为炉体，2为主动端耳轴，3为从动端耳轴，4为常压上料口，5为顶吹枪，6为底吹枪，7为密封盖，8为常压上料装置，9为真空上料装置，10为抽真空装置，11为密封外层，12为透气内层，13为炉壳，14为耐火砖，15为移动机构，16为防尘罩。

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的一部分实施例，而不是全部的实施例；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。

其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

以下结合附图详细说明所述真空氩氧精炼设备、应用其冶炼低碳及超低碳不锈钢以及冶炼低微碳铬铁的方法的一个实施例。

实施例一

图1是本发明实施例一提供的真空氩氧精炼设备的结构示意图；图2是本发明实施例一提供的真空氩氧精炼设备的俯视图；图3是本发明真空氩氧精炼设备在常压冶炼工序时的结构示意图；图4是本发明真空氩氧精炼设备在真空冶炼工序时的结构示意图；如图1至图4所示，真空氩氧精炼设备，包括：炉体1和套设在炉体1上的托圈，所述托圈的两侧对称设置有主动端耳轴2和从动端耳轴3；所述炉体1上设置有：常压上料口4、顶吹枪5、底吹枪6和密封盖7，常压上料装置8通过常压上料口4向炉体1内添加辅料；所述顶吹枪5和密封盖7分别可移动地设置在炉体1的上方，所述密封盖7上设置有真空上料装置9；在真空冶炼状态下，密封盖7移动至炉体1上方，与炉体1形成密封空间，抽真空装置10通过从动端耳轴3的从动端与密封空间连通，对密封空间内的气体进行吸取。

本实施例中，所述的顶吹枪5仅用于常压冶炼工序环节，底吹枪6可用于常压和真空冶炼工序环节；在常压冶炼工序环节，所述的常压上料装置8通过常压上料口4向炉体1内添加辅料；在真空冶炼工序环节，通过真空上料装置9向炉体1内添加辅料；在真空冶炼工序环节，所述炉体1与主动端耳轴2、从动端耳轴3的连接处，以及真空上料装置9和炉体1的连接处，以及底吹枪6和炉体1的连接处均为密封连接状态，抽真空装置10通过从动端耳轴3接入炉体内部进行吸气，保持炉内真空状态。

具体地，所述顶吹枪5可移动的设置在炉体1的上方，可为：所述顶吹枪5安装在升降系统上，上端口与顶吹枪供气管道连接，在常压冶炼状态下，升降系统将顶吹枪5降至炉体1上方，使顶吹枪5的下端口插入炉体1内部；所述的底吹枪6可设置在炉体1的下方，下端口与底吹枪供气管道连接，上端口插入炉体1内部；所述的顶吹枪供气管道、底吹枪供气管道均与阀门站系统连接，所述的阀门站系统提供冶炼所需的氮气，氧气，氩气，水蒸气或其他气体，并具备切断和流量自动调节功能，调节出的定量气体输送到顶吹枪供气管道和底吹枪供气管道。

图2是本发明实施例一提供的真空氩氧精炼设备的俯视图，如图2所示，所述密封盖7可移动地设置在炉体1的上方，可为：所述密封盖7通过移动机构15置于移动的小车上，所述移动机构15使密封盖7能够沿水平方向、垂直方向移动。

本发明实施例提供的一种应用如上所述的真空氩氧精炼设备冶炼低碳及超低碳不锈钢的方法，包括如下步骤：

S10,准备工序：将母液钢水置于炉体1内；

S20,常压氧化工序：根据原料铁水的碳含量，通过顶吹枪5或底吹枪6向炉体1内鼓吹氧气，辅助氩气或氮气进行脱碳反应，通过常压上料装置8添加石灰等辅料保证炉内温度和炉渣碱度，当吹氧量大于等于常压反应所需的氧气量时，停止吹氧，取样，进行倾炉扒渣；

S30,常压还原工序：通过顶吹枪5或底吹枪6向炉体1内鼓吹氩气或氮气，使其与钢水进行搅拌，通过常压上料装置8添加硅铁，萤石等辅料，吹气时间约30分钟后停止吹气，取样，倾炉扒渣，该工序后取样测得钢液中碳含量降到0.25%-0.3%左右时，进入真空氧化工序；

S40,真空氧化工序，移走顶吹枪5，并将密封盖7移动至炉体1上方，与炉体1形成密封空间，通过抽真空装置10对炉体1内的气体进行抽真空，保证工艺要求的真空度；底吹枪6向炉体1内部吹氧气，辅助氩气或氮气、进行深度脱碳，真空上料装置9添加石灰等辅料保证炉内温度和炉渣碱度，当吹氧量大于等于真空反应所需的氧气量时，停止吹氧；

S50,真空还原工序：抽真空装置10对炉体1内的气体进行抽真空，以保证工艺要求的真空度，底吹枪6向炉体1内部吹氩气或氮气搅拌，真空上料装置9添加硅，铝等辅料，吹气时间约30分钟后停止吹气；

S60，出炉工序：移走密封盖7，取样，倾炉扒渣，出低碳或超低碳不锈钢。

本实施例中，所述的母液钢水为矿热炉、中频炉、电炉化出的含碳量较高的合金钢水，或转炉炼出的含碳量较高的合金钢水。

本发明实施例提供的一种应用如上所述的真空氩氧精炼设备冶炼低微碳铬铁的方法，包括如下步骤：

S10,准备工序：将高碳铬铁水置于炉体1内；

S20,常压氧化前期工序：通过顶吹枪5向炉体1内鼓吹氧气进行快速升温脱碳反应，当吹氧量大于等于升温脱碳反应所需的氧气量时，停止吹氧；

S30,常压氧化后工序：通过顶吹枪5和底吹枪6顶底复吹氧气，辅助氮气或氩气进行脱碳反应，通过常压上料装置8添加硅铁，萤石等辅料，当吹氧量大于等于常压反应所需的氧气量时，停止吹氧，取样，倾炉扒渣；

S40,常压还原工序：通过顶吹枪5或底吹枪6向炉体1内鼓吹氩气或氮气，使其与钢水进行搅拌，通过常压上料装置8添加硅铁，萤石等辅料，吹气时间约30分钟后停止吹气，取样，倾炉扒渣，该工序后取样测得铬铁水中碳含量降到1-1.5%左右时，进入真空氧化工序；

S50,真空氧化工序，移走顶吹枪5，并将密封盖7移动至炉体1上方，与炉体1形成密封空间，通过抽真空装置10对炉体1内的气体进行抽真空，保证工艺要求的真空度；底吹枪6向炉体1内部吹氧气，辅助氩气或氮气、进行深度脱碳，真空上料装置9添加石灰等辅料保证炉内温度和炉渣碱度，当吹氧量大于等于真空反应所需的氧气量时，停止吹氧；

S60,真空还原工序：抽真空装置10对炉体1内的气体进行抽真空，以保证工艺要求的真空度，底吹枪6向炉体1内部吹氩气或氮气搅拌，真空上料装置9添加硅，铝等辅料，吹气时间约30分钟后停止吹气；

S70，出炉工序：移走密封盖7，取样，倾炉扒渣，出低微碳铬铁水。

本实施例与传统生产工艺相比，通过一个炉体即可完成一次冶炼和二次精炼，结构简单，占地面积小，使用时：首先进行常压冶炼工序，将顶吹枪5移动至炉体1的上方，通过顶吹枪5和底吹枪6向炉体1内鼓吹氧气、氩气或氮气，通过常压上料装置8添加辅料；其次进行真空冶炼工序，将处于炉体1上方的顶吹枪5移走，将密封盖7移动至炉体1上方，与炉体1形成密封空间，抽真空装置10通过从动端耳轴3的从动端与密封空间连通，对密封空间内的气体进行吸取，保证工艺要求的真空度；通过底吹枪6向炉体1内部吹氧气、氮气或氩气，通过真空上料装置9添加辅料；本实施例中，节约了铁水在AOD炉和VOD炉之间的转炉时间，缩短了整个冶炼周期短，降低了生产成本，实用性极强。

实施例二

在实施例一的基础上，真空氩氧精炼设备，所述炉体1包括：炉壳13和内腔；所述内腔为双层结构，包括密封外层11和透气内层12，所述透气内层12的内壁上设置有耐火砖14。

本实施例中的内腔为双层结构设计，内层用于透气，外层用于密封，在真空冶炼环节中可以有效保证炉体内部真空度。

实施例三

在实施例一的基础上，真空氩氧精炼设备，所述炉壳13和密封外层11之间设置有水冷管道，所述炉壳13上设置有进水口和出水口，所述水冷管道分别与进水口和出水口连接，所述水冷管道通过进水口与外部水冷循环控制系统连接；所述的水冷管道可为蛇形管结构、列管结构或其它结构。

本实施例中的水冷管道能够在冶炼时，使炉体1始终处于水冷管道的保护下，防止炉体过热变形，影响炉内真空度，也能够有效延长炉体1的使用寿命。

实施例四

在实施例一的基础上，真空氩氧精炼设备，所述主动端耳轴2端部设置有轴承，所述轴承内设置有与倾动电机和减速机连接的齿轮；本实施例中，倾动电机和减速机与主动端耳轴2传动连接，能够实现炉体1的倾斜。

具体地，所述炉体1的上方设置有除尘罩16，所述除尘罩16通过管道与除尘装置连接，在常压冶炼和真空冶炼时产生的烟尘能够通过除尘罩16进入除尘装置内，进行烟尘的回收和清洁，避免烟尘带来的环境污染。

本发明中的真空氩氧精炼设备综合了转炉、AOD炉、VOD炉的冶炼优势，与传统转炉+AOD+VOD或者AOD+VOD冶炼方法相比，具有冶炼周期短、使用效率高、生产成本低、冶炼损耗小、节能环保、节约了大量人力及场地，同时可冶炼多种低碳、超低碳合金钢及铁合金等优势；基于该设备工艺生产出的不锈钢及铁合金有产品质量好，纯度高等优势。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

可以理解的是，上述方法、装置及系统中的相关特征可以相互参考。另外，上述实施例中的“第一”、“第二”等是用于区分各实施例，而并不代表各实施例的优劣。

所述领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在此提供的算法和显示不与任何特定计算机、虚拟系统或者其他设备固有相关。各种通用系统也可以与基于在此的示教一起使用。根据上面的描述，构造这类装置所要求的结构是显而易见的。此外，本发明也不针对任何特定的编程语言。应当明白，可以利用各种编程语言实现在此描述的本发明的内容，并且上面对特定语言所做的描述是为了披露本发明的最佳实施方式。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的系统和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个模块或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。