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)：

隨著社會的發(fā)展和科技的進步，人們對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)和設備都來自國外。目前，包括典型設備VD、VOD、VAD、DH、RH、ASEA-SKF、LFV等在內(nèi)的所有現(xiàn)行設備，對鋼液的真空精煉處理都是以鋼包為單元斷續(xù)進行的。斷續(xù)式的生產(chǎn)模式其生產(chǎn)過程必然要頻繁進行破真空與真空抽吸的重復操作，不但抽氣負擔重，能耗高；而且系統(tǒng)密封條件差(密封對接面大)，真空度不高；同時，鋼液在真空中的暴露面積和停留時間都十分有限……。這些都嚴重制約了精煉設備真空效能的發(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，又增加了真空泵的工作負擔，存在相互矛盾的做功消耗情況。

理論研究和生產(chǎn)實踐均表明，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)行設備所存在的問題：①真空暴露條件不好；②抽氣負擔重，蒸汽噴射泵的過熱蒸汽耗量大；③真空停留時間短……導致目前工藝除氣效果不理想；能耗高；并且工藝操作困難。對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 設備已明顯力不從心了。人們只能通過嚴格的原料選擇和過程控制來適應這些苛刻的要求，這無疑會推高精煉生產(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)行設備的運行操作困難；生產(chǎn)能耗高；難以實現(xiàn)更深度的精煉凈化要求。

技術(shù)實現(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)真空精煉處理的設備——泵閥真空除氣裝置。它能夠解決現(xiàn)有爐外真空精煉設備所存在的問題和不足。

本發(fā)明為了實現(xiàn)上述目的，通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：包括承接漏斗，承接漏斗呈不對稱錐形結(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)承接漏斗進入真空倉的通道，同時也是隔絕外部大氣環(huán)境與處理倉真空環(huán)境，實現(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)腔均設置耐火材料襯層。在襯層合適位置設置電熱元件，用以保溫補熱，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——殼體 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(精煉運行工況)，鋼水12的液面會高于靜平衡液位b點，并在一定范圍內(nèi)波動。通過對注入流量與加注體2內(nèi)腔通量的配合設計，可以確保這一波動控制在合適的范圍內(nèi)；不超過某一極限值。a點是由結(jié)構(gòu)確定并由配合設計保證的在最大加注流量下可能達到的最高液位上限?？傮w的配合設計，應確保在任何情況下鋼水液位均不超過此點；以確保鋼水上表面有足夠厚度的渣層覆蓋保護。

b-停運工況下的鋼水液位(真空倉3保持真空)。因為加注體2的鋼水進入側(cè)為大氣環(huán)境，導出側(cè)為真空環(huán)境。在停運狀態(tài)下，由于大氣壓的作用，鋼水液位b會低于真空吸注液位置d-定高度；且會自然滿足如下條件，達到平衡不流動：

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。只要c點的內(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)所提供的壓強足以使真空側(cè)的鋼水上升至d點以上，才可能實現(xiàn)鋼水12向真空倉3的轉(zhuǎn)注，維持真空除氣精煉的進行。

e-渣位。e點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，則渣位就會穩(wěn)定在此點。注入的過量渣則會自然地從浮渣溢出口7排出。因此，可實現(xiàn)完全徹底的避渣；且無須任何人為的操作。運行中渣層厚度會有一定波動；但，其厚度不會大于eb。因為渣的密度小，在浮渣厚度達到eb時，繼續(xù)注入的渣會很自然地從浮渣溢出口排出；所以不會積存增厚超過eb。

a¹-真空倉3內(nèi)鋼水的液位上限。運行中經(jīng)精煉除氣的鋼水在此匯集，液位會上升。高出b¹點的鋼水靜壓力便產(chǎn)生排出動力，使鋼水經(jīng)排注體4的內(nèi)腔，從精煉鋼液排出口6排出。通過對總體之間各部分的通量設計，可以使鋼水順利導出，在此處不過多積存，使鋼水液面波動不超過允許的范圍。a¹點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行。

b¹-換包停運狀態(tài)下(真空倉3保持真空)精煉鋼液的靜止液位。

此時附合：

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。其作用與加注體的c點相同。排注體4與加注體2的內(nèi)腔充滿鋼水，共同實現(xiàn)真空倉3的保壓密封，不失壓。

h-真空負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，其h的變化值也不會超過1.5cm，因此可以認為h值是穩(wěn)定的。

具體實施方式

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型部分應事先注入鋼水，以此實現(xiàn)真空倉與大氣環(huán)境的隔離，保證真空抽氣的進行。

精煉處理時，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)明可實現(xiàn)目前在世界范圍內(nèi)未能實現(xiàn)的真空連續(xù)生產(chǎn)。精煉處理和停運換包等待均無須人為的控制操作；不再重復真空抽氣和充氣破真空的頻繁操作；加注動力也由鋼水靜壓力自然提供，無須人為動力提供和操作。換包停運時(停止加注即是)，由于真空處理倉3的真空負壓作用，會使承接漏斗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，真空負壓也會使排注體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點附近；承接漏斗的液位穩(wěn)定在b點附近。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。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。此時精煉處理停止，真空倉與外界大氣環(huán)境隔絕，持續(xù)保持真空。并且，這一過程自然實現(xiàn)，無須人為控制。精煉處理時，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點液位，高出b點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)生排出動力，使精煉處理后的鋼水排出。整個過程的工藝操作十分簡單、輕松；且過程穩(wěn)定、易于控制。

進一步的設計，由于出鋼下渣難以避免，這些氧化渣會對之后的精煉處理產(chǎn)生諸多不利影響。而本發(fā)明所設計的承接漏斗結(jié)構(gòu)和整體設計，可以在無任何人為控制操作的情況下實現(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計，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，其液位不超過設計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，對鋼水保溫和防氧化覆蓋保護。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計有效地控制精煉處理的鋼液不在真空倉3內(nèi)積存，隨時排出，使倉內(nèi)液位不超過a¹點。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)進行。

在精煉工況下，鋼包注入速度的加大會使承接漏斗內(nèi)鋼水12液位升高(但不會超過a點，這是通量設計決定的)。液位升高產(chǎn)生的壓力增大，使加注體2內(nèi)的流速加大。因為結(jié)構(gòu)設計已決定了鋼水液位不會超過a點，更不會溢出，從而保證精煉處理的正常進行。過多的浮渣會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， 渣層厚度增加會使加注體2的鋼水注入側(cè)壓強減小，當渣層厚度達到一定數(shù)值(下限達到b點，即渣厚為eb)時，就已不能提供鋼水流動的動力了，繼續(xù)注入的渣只能隨之從浮渣溢出口7排除掉，不會進入真空倉3內(nèi)。因此，承接漏斗對鋼水和渣會有很好的分離作用，可實現(xiàn)完全徹底的避渣；且這一過程無須任何人為操作。

還有進一步的設計。鋼液的真空暴露條件和真空停留時間，是影響除氣效果的決定因素；這正是現(xiàn)有設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，從而延長鋼液的真空停留時間。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。

更進一步的設計，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電熱元件10。電熱元件10的產(chǎn)熱對處理過程的熱損失予以補償，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行。電熱元件10采用不污染鋼水的材料制作。

本發(fā)明可實現(xiàn)真空連續(xù)生產(chǎn)。不破真空，不重復真空抽氣與充氣破真空的頻繁操作，工藝操作簡單；真空倉的保壓密封由結(jié)構(gòu)設計很自然地實現(xiàn)，過程穩(wěn)定、可靠，且無須人為控制；不使用提升氣體，真空泵的工作負擔可大幅減輕，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擔保證)；③更長的真空停留時間。因此可以實現(xiàn)現(xiàn)有設備難以達到的高凈化處理要求。