本發(fā)明涉及一種金屬液真空除氣裝置，具體地說是一種用于鋼液爐外精煉的泵閥真空除氣裝置。

背景技術(shù)：

隨著社會(huì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，人們對(duì)鋼材的性能要求越來越高。這就要求煉鋼爐外精煉生產(chǎn)必須提供潔凈度更高的鋼液。而真空除氣精煉是理論研究和生產(chǎn)實(shí)踐均已證明了的最為理想的除氣精煉手段。

用于鋼液真空除氣精煉的設(shè)備雖然很多；但，所采用的方法卻不外乎以下幾種：滴流法、罐式法、DH法、RH法。這些技術(shù)和設(shè)備都來自國(guó)外。目前，包括典型設(shè)備VD、VOD、VAD、DH、RH、ASEA-SKF、LFV等在內(nèi)的所有現(xiàn)行設(shè)備，對(duì)鋼液的真空精煉處理都是以鋼包為單元斷續(xù)進(jìn)行的。斷續(xù)式的生產(chǎn)模式其生產(chǎn)過程必然要頻繁進(jìn)行破真空與真空抽吸的重復(fù)操作，不但抽氣負(fù)擔(dān)重，能耗高；而且系統(tǒng)密封條件差(密封對(duì)接面大)，真空度不高；同時(shí)，鋼液在真空中的暴露面積和停留時(shí)間都十分有限……。這些都嚴(yán)重制約了精煉設(shè)備真空效能的發(fā)揮。尤其RH使用中還要人為充入提升氣體(一般為氬氣)，一邊在抽真空，另一方面又要人為充入氣體。既造成成本浪費(fèi)，又增加了真空泵的工作負(fù)擔(dān)，存在相互矛盾的做功消耗情況。

理論研究和生產(chǎn)實(shí)踐均表明，懸空滴淋才具有最為理想的氣體脫除條件；其除氣精煉效果最好。但基于現(xiàn)行設(shè)備所存在的問題：①真空暴露條件不好；②抽氣負(fù)擔(dān)重，蒸汽噴射泵的過熱蒸汽耗量大；③真空停留時(shí)間短……導(dǎo)致目前工藝除氣效果不理想；能耗高；并且工藝操作困難。對(duì)于潔凈度要求高的鋼種，尤其是要求深脫N、深脫C、脫O的鋼種而言，現(xiàn)行 設(shè)備已明顯力不從心了。人們只能通過嚴(yán)格的原料選擇和過程控制來適應(yīng)這些苛刻的要求，這無疑會(huì)推高精煉生產(chǎn)成本并增加工藝操作難度。真空效能沒有充分有效地發(fā)揮。

總之，在世界范圍內(nèi)，鋼鐵冶煉的爐外真空精煉生產(chǎn)均是以鋼包為單元的斷續(xù)式的生產(chǎn)模式；未能實(shí)現(xiàn)真空連續(xù)生產(chǎn)。斷續(xù)式生產(chǎn)模式?jīng)Q定了現(xiàn)行設(shè)備的運(yùn)行操作困難；生產(chǎn)能耗高；難以實(shí)現(xiàn)更深度的精煉凈化要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)鋼液連續(xù)真空精煉處理的設(shè)備——泵閥真空除氣裝置。它能夠解決現(xiàn)有爐外真空精煉設(shè)備所存在的問題和不足。

本發(fā)明為了實(shí)現(xiàn)上述目的，通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：包括承接漏斗，承接漏斗呈不對(duì)稱錐形結(jié)構(gòu)，一側(cè)開口，用以排出從鋼包注入的過量浮渣，自然實(shí)現(xiàn)渣-鋼分離。承接漏斗下端與加注體相連，加注體呈U型，是鋼液經(jīng)承接漏斗進(jìn)入真空倉的通道，同時(shí)也是隔絕外部大氣環(huán)境與處理倉真空環(huán)境，實(shí)現(xiàn)保壓密封的部分。加注體末端與真空處理倉上部相連通。真空處理倉內(nèi)腔設(shè)置阻擋體，下部與排注體連通。真空處理倉的真空抽氣口與真空泵連接。排注體是經(jīng)真空處理的精煉鋼液排出真空倉的通道。排注體呈U型，其內(nèi)腔充滿鋼水，與加注體共同實(shí)現(xiàn)真空倉的保壓密封。承接漏斗、加注體、真空處理倉、排注體的內(nèi)腔均設(shè)置耐火材料襯層。在襯層合適位置設(shè)置電熱元件，用以保溫補(bǔ)熱，防止因熱散失造成鋼水冷凝。

承接漏斗、加注體、真空處理倉、排注體依次順序固定連接在一起，其內(nèi)腔連通；并保證它們之間的對(duì)接密封。

附圖說明：

圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖

圖2是圖1中A-A剖面結(jié)構(gòu)示意圖

(一)是圖中數(shù)字所代表的含義。

(二)是圖中字母所代表的含義。

一、圖中數(shù)字的含義

1——承接漏斗 2——加注體 3——真空處理倉

4——排注體 5——真空抽氣口 6——精煉鋼液排出口

7——浮渣溢出口 8——耐火材料內(nèi)襯 9——阻擋體

10——電熱元件 11——?dú)んw 12——鋼水 13——浮渣

二、圖中字母的含義

a-鋼水液位上限。在鋼包加注的情況下(精煉運(yùn)行工況)，鋼水12的液面會(huì)高于靜平衡液位b點(diǎn)，并在一定范圍內(nèi)波動(dòng)。通過對(duì)注入流量與加注體2內(nèi)腔通量的配合設(shè)計(jì)，可以確保這一波動(dòng)控制在合適的范圍內(nèi)；不超過某一極限值。a點(diǎn)是由結(jié)構(gòu)確定并由配合設(shè)計(jì)保證的在最大加注流量下可能達(dá)到的最高液位上限?？傮w的配合設(shè)計(jì)，應(yīng)確保在任何情況下鋼水液位均不超過此點(diǎn)；以確保鋼水上表面有足夠厚度的渣層覆蓋保護(hù)。

b-停運(yùn)工況下的鋼水液位(真空倉3保持真空)。因?yàn)榧幼Ⅲw2的鋼水進(jìn)入側(cè)為大氣環(huán)境，導(dǎo)出側(cè)為真空環(huán)境。在停運(yùn)狀態(tài)下，由于大氣壓的作用，鋼水液位b會(huì)低于真空吸注液位置d-定高度；且會(huì)自然滿足如下條件，達(dá)到平衡不流動(dòng)：

P_渣+P_bc鋼水+P_大氣＝P_dc鋼水

c-加注體2的U型內(nèi)腔密封底點(diǎn)。只要c點(diǎn)的內(nèi)腔始終充滿鋼水，就可保證外界大氣與真空環(huán)境的隔絕，不造成真空倉3失壓。

d-真空吸注液位。只有加注體2的鋼水注入側(cè)所提供的壓強(qiáng)足以使真空側(cè)的鋼水上升至d點(diǎn)以上，才可能實(shí)現(xiàn)鋼水12向真空倉3的轉(zhuǎn)注，維持真空除氣精煉的進(jìn)行。

e-渣位。e點(diǎn)位置是由浮渣溢出口7決定的。只要真空倉3不失壓，且工作真空穩(wěn)定，則渣位就會(huì)穩(wěn)定在此點(diǎn)。注入的過量渣則會(huì)自然地從浮渣溢出口7排出。因此，可實(shí)現(xiàn)完全徹底的避渣；且無須任何人為的操作。運(yùn)行中渣層厚度會(huì)有一定波動(dòng)；但，其厚度不會(huì)大于eb。因?yàn)樵拿芏刃。诟≡穸冗_(dá)到eb時(shí)，繼續(xù)注入的渣會(huì)很自然地從浮渣溢出口排出；所以不會(huì)積存增厚超過eb。

a¹-真空倉3內(nèi)鋼水的液位上限。運(yùn)行中經(jīng)精煉除氣的鋼水在此匯集，液位會(huì)上升。高出b¹點(diǎn)的鋼水靜壓力便產(chǎn)生排出動(dòng)力，使鋼水經(jīng)排注體4的內(nèi)腔，從精煉鋼液排出口6排出。通過對(duì)總體之間各部分的通量設(shè)計(jì)，可以使鋼水順利導(dǎo)出，在此處不過多積存，使鋼水液面波動(dòng)不超過允許的范圍。a¹點(diǎn)是在最大處理量情況下(鋼包最大注入流量)，此處允許的最高鋼水液位。以此確保精煉鋼水不擠占真空倉3的內(nèi)腔空間，保證精煉處理的順利進(jìn)行。

b¹-換包停運(yùn)狀態(tài)下(真空倉3保持真空)精煉鋼液的靜止液位。

此時(shí)附合：

P_b¹_c¹_鋼水＝P_d¹_c¹_鋼水+P_大氣

也即：P_h鋼水＝P_大氣

c¹-排注體4內(nèi)腔的密封底點(diǎn)。其作用與加注體的c點(diǎn)相同。排注體4與加注體2的內(nèi)腔充滿鋼水，共同實(shí)現(xiàn)真空倉3的保壓密封，不失壓。

h-真空負(fù)壓形成的鋼水液柱高度差。在工作真度條件下(100Pa以內(nèi))，融熔鋼水的真空液柱高度h≈1.48米。既便真空度在1000Pa以內(nèi)波動(dòng)，其h的變化值也不會(huì)超過1.5cm，因此可以認(rèn)為h值是穩(wěn)定的。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明所述的泵閥真空除氣裝置包括承接漏斗1，承接漏斗1與加注體2固定連接。加注體2與真空處理倉體3的上部密封固定連接。真空處理倉3與排注體4密封固定連接，真空處理倉3設(shè)真空抽氣口5與真空泵連接。工作狀態(tài)下加注體2和排注體4的內(nèi)腔U型部分應(yīng)事先注入鋼水，以此實(shí)現(xiàn)真空倉與大氣環(huán)境的隔離，保證真空抽氣的進(jìn)行。

精煉處理時(shí)，隨著待處理鋼液由鋼包注入承接漏斗1，精煉處理隨即自行開始。鋼包所注入的鋼水12經(jīng)加注體2的內(nèi)腔導(dǎo)入真空處理倉3。鋼液在真空處理倉3內(nèi)的真空環(huán)境中被充分地破碎、翻滾、暴露，給內(nèi)部有害氣體的脫除提供良好的條件，使之徹底脫除。經(jīng)除氣處理的鋼液匯集在真空處理倉3下部，進(jìn)入排注體4的內(nèi)腔，經(jīng)排注體4的內(nèi)腔從精煉鋼液排出口6排出，完成精煉過程。

本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)目前在世界范圍內(nèi)未能實(shí)現(xiàn)的真空連續(xù)生產(chǎn)。精煉處理和停運(yùn)換包等待均無須人為的控制操作；不再重復(fù)真空抽氣和充氣破真空的頻繁操作；加注動(dòng)力也由鋼水靜壓力自然提供，無須人為動(dòng)力提供和操作。換包停運(yùn)時(shí)(停止加注即是)，由于真空處理倉3的真空負(fù)壓作用，會(huì)使承接漏斗1內(nèi)的靜止液位b與真空吸注液位d保持高度差h(工作真空條件下h≈1.48m)。同樣，真空負(fù)壓也會(huì)使排注體4的倉內(nèi)靜止液位b¹與排出口液位d¹之間保持高度差h，工作真空下，此處液位穩(wěn)定在b¹點(diǎn)附近；承接漏斗的液位穩(wěn)定在b點(diǎn)附近。由于加注體2和排注體4的U型部分均充滿鋼水，加注體2內(nèi)腔cb段鋼水與渣層靜壓力同大氣壓形成的合力與cd段鋼水的壓力相平衡，鋼水不發(fā)生流動(dòng)。同理，排注體4內(nèi)腔c¹d¹段鋼水的 靜壓力與大氣形成的合力與c¹b¹段鋼水的壓力相平衡，鋼水也保持穩(wěn)定不流動(dòng)。此時(shí)精煉處理停止，真空倉與外界大氣環(huán)境隔絕，持續(xù)保持真空。并且，這一過程自然實(shí)現(xiàn)，無須人為控制。精煉處理時(shí)，隨著待處理鋼水的注入，真空精煉隨即開始。隨著鋼水12注入承接漏斗1，鋼水液面上升，高于b點(diǎn)液位，高出b點(diǎn)部分的鋼水壓力形成的壓差打破了原有的平衡，促使鋼水沿加注體2的內(nèi)腔流入真空倉3。鋼水在倉內(nèi)下降過程中被破碎、暴露除氣后，匯集于真空倉3下部。隨著精煉的持續(xù)進(jìn)行，精煉鋼水不斷匯集使倉內(nèi)鋼水液位高于b¹，高出部分鋼水壓力形成的壓差打破靜態(tài)平衡，產(chǎn)生排出動(dòng)力，使精煉處理后的鋼水排出。整個(gè)過程的工藝操作十分簡(jiǎn)單、輕松；且過程穩(wěn)定、易于控制。

進(jìn)一步的設(shè)計(jì)，由于出鋼下渣難以避免，這些氧化渣會(huì)對(duì)之后的精煉處理產(chǎn)生諸多不利影響。而本發(fā)明所設(shè)計(jì)的承接漏斗結(jié)構(gòu)和整體設(shè)計(jì)，可以在無任何人為控制操作的情況下實(shí)現(xiàn)完全徹底的避渣。通過加注體內(nèi)腔通量和鋼包注入流量的配合設(shè)計(jì)，我們可以有效地控制承接漏斗接受鋼包注入的初煉鋼液時(shí)，其液位不超過設(shè)計(jì)要求的鋼水液位上限a，以此保證承接漏斗1內(nèi)，鋼水12上面有足夠厚的渣層13，對(duì)鋼水保溫和防氧化覆蓋保護(hù)。同樣我們可以通過排注體4的內(nèi)腔通量與精煉處理流量的配合設(shè)計(jì)有效地控制精煉處理的鋼液不在真空倉3內(nèi)積存，隨時(shí)排出，使倉內(nèi)液位不超過a¹點(diǎn)。從而保證真空倉3的空間不被鋼水充填，以此保證真空精煉處理的持續(xù)進(jìn)行。

在精煉工況下，鋼包注入速度的加大會(huì)使承接漏斗內(nèi)鋼水12液位升高(但不會(huì)超過a點(diǎn)，這是通量設(shè)計(jì)決定的)。液位升高產(chǎn)生的壓力增大，使加注體2內(nèi)的流速加大。因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)已決定了鋼水液位不會(huì)超過a點(diǎn)，更不會(huì)溢出，從而保證精煉處理的正常進(jìn)行。過多的浮渣會(huì)很自然地從溢渣口溢出排除。既便出現(xiàn)大量下渣的情況，由于渣的密度比鋼水小很多， 渣層厚度增加會(huì)使加注體2的鋼水注入側(cè)壓強(qiáng)減小，當(dāng)渣層厚度達(dá)到一定數(shù)值(下限達(dá)到b點(diǎn)，即渣厚為eb)時(shí)，就已不能提供鋼水流動(dòng)的動(dòng)力了，繼續(xù)注入的渣只能隨之從浮渣溢出口7排除掉，不會(huì)進(jìn)入真空倉3內(nèi)。因此，承接漏斗對(duì)鋼水和渣會(huì)有很好的分離作用，可實(shí)現(xiàn)完全徹底的避渣；且這一過程無須任何人為操作。

還有進(jìn)一步的設(shè)計(jì)。鋼液的真空暴露條件和真空停留時(shí)間，是影響除氣效果的決定因素；這正是現(xiàn)有設(shè)備除氣效果不夠理想的核心癥結(jié)。為了解決這一問題，充分發(fā)揮真空效能，本發(fā)明在真空處理倉3內(nèi)設(shè)置阻擋體9。阻擋體9可減緩鋼水的下降速度，并使下降路徑曲折，過程延長(zhǎng)，從而延長(zhǎng)鋼液的真空停留時(shí)間。阻擋體9的另一作用是破碎鋼流，使之分散，從而使鋼水充分暴露，給有害氣體脫除創(chuàng)造良好的條件。

更進(jìn)一步的設(shè)計(jì)，承接漏斗1、加注體2、真空倉3、排注體4內(nèi)的耐火材料襯層中可埋設(shè)電熱元件10。電熱元件10的產(chǎn)熱對(duì)處理過程的熱損失予以補(bǔ)償，防止冷凝，使鋼水的溫度穩(wěn)定，從而確保精煉處理的正常進(jìn)行。電熱元件10采用不污染鋼水的材料制作。

本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)真空連續(xù)生產(chǎn)。不破真空，不重復(fù)真空抽氣與充氣破真空的頻繁操作，工藝操作簡(jiǎn)單；真空倉的保壓密封由結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)很自然地實(shí)現(xiàn)，過程穩(wěn)定、可靠，且無須人為控制；不使用提升氣體，真空泵的工作負(fù)擔(dān)可大幅減輕，生產(chǎn)能耗顯著降低。本發(fā)明可為鋼液提供現(xiàn)有設(shè)備難以提供的良好的真空精煉條件：①良好的暴露條件；②更高的真空度(由良好的密封條件和低抽氣負(fù)擔(dān)保證)；③更長(zhǎng)的真空停留時(shí)間。因此可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有設(shè)備難以達(dá)到的高凈化處理要求。