VOD炉尾气中CO2、CO‑Ar循环喷吹的炼钢装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术VOD炉尾气中CO2、CO‑Ar循环喷吹炼钢装置，该装置包括VOD炉和尾气循环处理装置，包括气体分析仪、尾气切换装置、气体过滤除水器、气体压缩分离装置、CO2气体储气罐、CO2流量控制阀组、CO‑Ar混合气体储气罐和CO‑Ar混合气流量控制阀组；利用真空泵将尾气送至气体分离装置，采用变压吸附法或者化学吸附法，分离出其中的CO、CO2、Ar等气体。回收的CO2气体与O2气混合应用于VOD炉顶吹脱碳，CO‑Ar混合气循环用于VOD炉的底吹搅拌，在减少温室气体CO2排放的同时实现CO2气体的资源化利用，缩短VOD处理时间，提供合金元素收得率，减少Ar气的消耗，节约了成本，产生较大经济效益。

VOD CO2, CO gas furnace Ar circular blowing steelmaking equipment

The utility model VOD furnace exhaust CO2, Ar cycle CO steelmaking blowing device, the device comprises a VOD furnace and exhaust gas circulation processing device, including exhaust gas analyzer, switching device, gas water heater, gas compression filtering separation device, CO2 gas storage tank, CO2 flow control valve group, CO Ar mixed gas the gas tank and CO Ar mixed gas flow control valve group; the vacuum pump will be sent to the exhaust gas separation device, using pressure swing adsorption or chemical adsorption, separation of the CO, CO2, Ar and other gases. CO2 gas and O2 gas mixture recycling for VOD top blowing decarburization, CO Ar mixed gas cycle for VOD furnace bottom stirring, in reducing the resource utilization of greenhouse gas emissions at the same time, CO2 CO2 gas, shorten the processing time of VOD, provide the element yield, reduce Ar gas consumption, saving the cost of greater economic benefit.

【技术实现步骤摘要】
VOD炉尾气中CO2、CO-Ar循环喷吹的炼钢装置
本技术属于钢铁冶金领域，涉及VOD炉尾气中CO2、CO-Ar循环喷吹的炼钢装置。
技术介绍
目前，VOD真空精炼炉是钢铁生产中真空精炼设备之一，冶炼低碳或者超低碳钢种，主要但并不仅限于不锈钢生产。传统VOD真空精炼炉的生产过程为：①首先将钢包密封在真空室内，使用抽气泵并对室内抽真空，从而降低钢水所处环境压力，促进钢水中N和H等气体元素的脱除；②利用超音速氧枪，在真空室内对钢液进行顶吹O2进行真空氧脱碳，在选择性氧化原理的作用下，保护合金元素并促进脱碳反应深入进行；③停止吹氧，钢液中剩余碳和氧元素继续反应，实现钢水深脱氧；④所有操作结束后破真空，将钢包移除真空室，VOD真空处理过程完毕。整个VOD处理过程中，全程底吹Ar气搅拌，改善冶金反应动力学条件，提高冶金反应速率。VOD真空精炼能实现钢水大量脱碳，并能有效的脱除钢水中的O、N和H等杂质元素，但是传统的VOD冶炼工艺存在以下问题：①VOD真空精炼处理过程中，需要消耗大量的Ar气，使用成本较高；②使用氧气作为氧化剂，从而在VOD处理中期钢水氧含量较高，在停止吹氧后，需进行较长时间的真空碳脱氧处理，冶炼周期相应延长，冶炼效率较低。本申请人在相关研究中发现，使用CO2与O2混合作为VOD顶吹气源，可在保证完成脱碳任务的同时，降低钢水的氧含量，从而缩短VOD处理时间，并提高钢水质量。目前钢铁企业中缺乏稳定的CO2气体来源，制约着该研究成果的工业应用。VOD真空处理过程中，尤其是在获得稳定真空以后，VOD尾气中含有很高浓度的Ar气、CO气和CO2气，但传统的VOD均未有效利用，仅选择直接排放或简单处理后排放。目前常用的O2气体、Ar气体和CO2气体的分离方法主要有为空气液化分离精馏法、变压吸附法和化学分离法等。各方法为了获得较纯净气体，往往造成气体分离效率下降、生产成本升高等问题。如果可以将气体简单分离（不完全分离）后直接用于炼钢生产，并能满足炼钢工艺的全部要求，将能极大降低气体制备难度，从而降低炼钢生产成本。
技术实现思路
针对以上问题，本专利提供了一种VOD真空精炼炉尾气循环喷吹炼钢方法，首先将VOD尾气进行检测，并将符合要求的尾气进行过滤、除水、压缩和分离，获得CO2气体和CO-Ar混合气，并使用气罐存储；然后将CO2气循环应用于VOD炉顶吹脱碳，而CO-Ar混合气循环用于VOD炉的底吹搅拌。本技术的技术方案是：VOD炉尾气中CO2、CO-Ar循环喷吹炼钢装置，该装置包括VOD真空精炼炉和尾气循环处理装置，所述VOD真空精炼炉包含装置有：真空室1、钢包2、顶吹氧枪和升降机构3、O2气源4、O2流量控制阀组5、真空泵6、尾气处理排放装置7、底吹Ar透气喷嘴8、Ar气源9、Ar流量控制阀组10。钢包置于真空室内，真空室顶部炉盖安装有顶吹氧枪及升降机构，氧气由氧气气源供应，由管道P1输送至氧气控制阀组控制，再经由管道P2输送至顶吹氧枪；钢包底部安装有底吹Ar透气喷嘴，Ar气由Ar气源供应，经由管道P3输送至Ar流量控制阀组，再经由管道P4输送至钢包底部喷嘴；真空泵与真空室由真空室侧壁布置的管道P5连接，真空泵后部通过管道P6连接至尾气排放装置。VOD精炼炉一般选用机械式真空泵或蒸汽喷射真空泵；所述尾气循环处理装置包括气体分析仪11、尾气切换装置12、气体过滤除水器13、气体压缩分离装置14、CO2气体储气罐15、CO2流量控制阀组16、CO-Ar混合气体储气罐17、CO-Ar混合气流量控制阀组18、CO2临时气源19。真空泵后部通过管道P7连接尾气切换装置，气体分析仪由管路P8在真空泵后部取气；尾气切换装置一路出口通过管路P6连接尾气处理排放装置，另一路出口通过管路P9连接至气体过滤除水器，再经由管路P10连接至气体压缩分离装置；尾气在气体压缩分离装置内分离为CO2气和CO-Ar混合气体，CO2气经由管道P11输送至CO2气体储气罐，而CO-Ar混合气体经由管道P12输送至CO-Ar混合气体储气罐。CO2气体由CO2气体储气罐出发，经由管道P13输送至CO2流量控制阀组控制，再经由管道P14输送至顶吹氧枪尾部，与氧气管路P2汇合；CO-Ar混合气由CO-Ar混合气体储气罐出发，经由管道P15输送至CO-Ar混合气气流量控制阀组控制，再经由管道P16输送至钢包底部喷嘴处，与Ar气管路P4汇合。CO2气储气罐可使用CO2临时气源，经由管路P17补充CO2；CO-Ar气储气罐可经由Ar气源，经由管道P18补充Ar气。CO2气储气罐内多余的CO2气和CO-Ar气储气罐内多余的CO-Ar混合气可分别经由管道P19和P20输送至尾气处理排放装置。所述尾气循环处理装置的基本要求和主要参数为：(1)CO2气储气罐内压力为0.3~2.5Mpa；(2)CO2流量控制阀组流量控制范围是50~200Nm3/min；(3)CO-Ar混合气储气罐内压力为0.3~2.5Mpa；(4)CO-Ar混合气流量控制阀组流量控制范围是20~1000NL/min；(5)气体分析仪用于检测尾气中CO、CO2、Ar、O2和N2浓度，监测精度为0.5‰；(6)尾气切换装置可将VOD尾气流向在处理排放和循环回收间自由切换；(7)气体过滤除水器可将尾气除尘脱水，处理后粉尘含量小于5mg/m3，露点低于0℃；(8)气体压缩分离装置可将尾气简单分离为CO2气和CO-Ar混合气，CO2气中CO2浓度大于99.5%，压力大于1.5Mpa；CO-Ar混合气中O2浓度小于0.01%，CO2浓度小于0.5%，N2浓度小于0.5%，压力大于1.5Mpa。气体分离采用变压吸附法或化学法。因为CO2气体的物理性质和化学性质均与CO气体和Ar气体存在较大差异，采用变压吸附法或化学法可以将CO2气体单独分离，剩余气体即为CO-Ar混合气。本专利方法冶炼过程分为：(1)钢包吊入抽真空阶段、(2)吹气脱碳阶段、(3)底吹脱氧阶段和(4)破真空钢包吊出阶段，各个阶段具体操作过程为：(1)钢包吊入抽真空阶段：首先将钢包吊至真空室内，在此过程中钢包底吹Ar气体，底吹流量为50~200NL/min；然后真空室盖关闭后密封，底吹气体切换为CO-Ar混合气，底吹流量为50~200NL/min；真空泵开始抽气，将底吹气流量降低为30~150NL/min，真空室内压力持续下降。本阶段中VOD尾气中含有较高的N2气和O2气，而CO2气和Ar气含量较低，尾气切换装置将尾气导向尾气处理排放装置方向，进行处理和排放。(2)吹气脱碳阶段：真空室内压力达到0~133Pa后，进入吹气脱碳阶段，真空泵持续抽气保持压力为0~133Pa。吹气脱碳阶段分为脱碳前期(15~30min)和脱碳后期(5~20min)。脱碳前期：枪位为0.3~1.5m；喷吹流量为300~600NL/(min·t钢)；喷吹气体组成为：O2(50%~100%)、CO2(50%~0%)；底吹气体为CO-Ar混合气，底吹流量为50~200NL/min。脱碳后期：枪位为0.3~1.0m；喷吹流量为500~850NL/(min·t钢)；喷吹气体组成为：CO2(70%~100%)、O2(30%~0%)；底吹气体为CO-Ar混合气，底吹流量为本文档来自技高网...

【技术保护点】
VOD炉尾气中CO2、CO‑Ar循环喷吹炼钢装置，该装置包括VOD真空精炼炉和尾气循环处理装置，其特征在于：所述尾气循环处理装置包括气体分析仪（11）、尾气切换装置（12）、气体过滤除水器（13）、气体压缩分离装置（14）、CO2气体储气罐（15）、CO2流量控制阀组（16）、CO‑Ar混合气体储气罐（17）和CO‑Ar混合气流量控制阀组（18）；其中，真空泵（6）前端与真空室（1）连接，后端通过管道P7连接所述尾气切换装置（12），所述气体分析仪（11）由管路P8与所述真空泵（6）和所述尾气切换装置（12）之间的管路P7连接；尾气切换装置（12）一路出口通过管路P6连接尾气处理排放装置（7），另一路出口通过管路P9连接至气体过滤除水器（13），气体过滤除水器（13）通过管路P10连接至气体压缩分离装置（14）；所述气体压缩分离装置（14）的一路出气口通过管道P11与所述CO2气体储气罐（15）连接，另一路出气口通过管道P12与所述CO‑Ar混合气体储气罐（17）连接，所述CO2气体储气罐（15）通过管道P13与所述CO2流量控制阀组（16）连接，所述CO2流量控制阀组（16）通过管道P14与氧气管路P2汇合后与顶吹氧枪尾部连接，所述CO‑Ar混合气体储气罐（17）通过管道P15与所述CO‑Ar混合气流量控制阀组（18）的一端连接，所述CO‑Ar混合气流量控制阀组（18）的另一端通过管道P16与Ar气管路P4汇合后与钢包底部喷嘴连接，所述CO2气体储气罐（15）通过管道P19与所述尾气处理排放装置（7）连接，所述CO‑Ar混合气体储气罐（17）通过管道P20与所述尾气处理排放装置（7）连接，所述CO‑Ar混合气体储气罐（17）通过管道P18与Ar气源连接。...

【技术特征摘要】
1.VOD炉尾气中CO2、CO-Ar循环喷吹炼钢装置，该装置包括VOD真空精炼炉和尾气循环处理装置，其特征在于：所述尾气循环处理装置包括气体分析仪（11）、尾气切换装置（12）、气体过滤除水器（13）、气体压缩分离装置（14）、CO2气体储气罐（15）、CO2流量控制阀组（16）、CO-Ar混合气体储气罐（17）和CO-Ar混合气流量控制阀组（18）；其中，真空泵（6）前端与真空室（1）连接，后端通过管道P7连接所述尾气切换装置（12），所述气体分析仪（11）由管路P8与所述真空泵（6）和所述尾气切换装置（12）之间的管路P7连接；尾气切换装置（12）一路出口通过管路P6连接尾气处理排放装置（7），另一路出口通过管路P9连接至气体过滤除水器（13），气体过滤除水器（13）通过管路P10连接至气体压缩分离装置（14）；所述气体压缩分离装置（14）的一路出气口通过管道P11与所述CO2气体储气罐（15）连接，另一路出气口通过管道P12与所述CO-Ar混合气体储气罐（17）连接，所述CO2气体储气罐（15）通过管道P13与所述CO2流量控制阀组（16）连接，所述CO2流量控制阀组（16）通过管道P14与氧气管路P2汇合后与顶吹氧枪尾部连接，所述CO-Ar混合气体储气罐（17）通过管道P15与所述CO-Ar混合气流量控制阀组（18）的一端连接，所述CO-Ar混合气流量控制阀组（18）的另一端通过管道P16与Ar气管路P4汇合后与钢包底部喷嘴连接，所述CO2气体储气罐（...

【专利技术属性】
技术研发人员：董凯，朱荣，武文合，李强，魏光升，王雪亮，胡绍岩，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：新型
国别省市：北京,11