CN101235430A - 钢包炉中外加电场无污染脱氧精炼方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种钢包炉中外加电场无污染脱氧精炼方法及其装置，属冶金精炼工艺技术领域。本发明的特点是在钢包炉中的钢液或金属液和熔渣间外加一电场，以熔渣作为钢液或金属液内的溶解氧向外传输的通道；在钢液或金属液与覆盖于其上的熔渣之间施加直流脉冲电场，控制氧原子从钢液或金属液与熔渣体系中的传递方向和速度；同时通过搅拌，增强溶解氧在钢液或金属液中的传质过程，从而实现钢液或金属液的无污染脱氧。本发明具有工艺简单、操作方便，且脱氧快速有效等优点。

Description

钢包炉中外加电场无污染脱氧精炼方法及装置

技术领域

本发明涉及一种钢包炉中外加电场无污染脱氧精炼方法及其装置，属冶金精炼工艺技术领域。

背景技术

冶炼过程中的脱氧操作是其中的关键环节。传统的脱氧方法不可避免地引入大量的非金属夹杂物污染钢液，严重影响钢的质量和性能。一些冶金工作者都在致力于无污染脱氧方法的研究，主要方法集中在固体电解质无污染脱氧，但这种脱氧方式具有如下缺点：脱氧深度和脱氧速度不太理想，设备要求复杂，操作繁琐，成本昂贵。

外加电场无污染脱氧即在冶炼过程中炉外脱氧的新技术，其研究思路体现在一些专利文献中，如公开号为CN1453371A的中国发明专利。

根据电化学原理，在脱氧过程中，氧原子在金属液/熔渣界面发生阴极反应，使金属液/熔渣界面积累正电荷；在熔渣/阳极接触界面发生阳极反应，使熔渣/阳极的接触界面积累负电荷，从而产生阻碍电场。通过外加电场，从而克服阻碍电场，使氧离子不断地向渣中迁移，脱氧过程持续下去，直到平衡为止。

发明内容

本发明的同时是为了提高和加强脱氧深度脱氧速度，提出一种在钢包炉中外加电场无污染脱氧精炼方法及其专用装置。

本发明一种钢包炉中外加电场无污染脱氧精炼的方法，其特征在于，在熔化的钢液或金属液和熔渣之间，通过插入熔渣的顶电极即阳极和置于钢液或金属液中的底电极即阴极，由外加直流电源施加电场，同时在钢包炉中对钢液或金属液进行搅拌和实现气氛控制的条件下，控制氧离子在熔渣体系中的传导方向和速度，以及增强溶解氧在钢液或金属液中的传质，从而实现钢液或金属液的无污染脱氧精炼。

本发明一种钢包炉中外加电场无污染脱氧精炼方法的专用装置。包括有：直流电源供给系统、阳极升降控制装置、炉内气氛空间、阳极、熔渣、电磁加热系统、测氧仪、测温仪、钢液或金属液、吹气搅拌装置、阴极、数据自动记录分析仪和钢包炉；其特征在于：钢包炉顶部炉内气氛空间内，在居中位置设置有一阳极升降装置，该升降装置的横杆上装设有若干平行垂直布置的阳极，阳极的下端部分插入在炉内上部的熔渣中；在炉内盛有钢液或金属液的底部设有均匀分散间隔布置的阴极；位于顶部的阳极和位于底部的阴极通过导线连接于直流电源供给系统；在钢包炉的侧壁接近底部装置，设置有左右对称布置的吹气搅拌装置；在钢包炉盛有钢液或金属液的两侧壁部分，一侧侧壁的上部设置有侧氧仪和测温仪；在另一侧侧壁下部也对应设置有测氧仪；所述的测温仪、测氧仪都通过导线与数据自动记录分析仪相连接。

所述的阳极为高温陶瓷或石墨，形状为圆棒或平板；所述的阴极为高温陶瓷、耐高温金属、或与钢液或金属液成分相近的自耗电极，其形状为圆棒或平板，电极可制作成致密结构，也可以是多孔疏松结构。

所述的直流电源供给装置的输出电压为0.1～50V的恒压电源，或者输出电流为0.1～250A的恒流电源。

所述的吹气搅拌装置吹入的气体为氮气或氩气等惰性气体；吹气装置的位置除了设置在炉的侧壁外，也可以设置在炉的底部位置。

钢液或金属液表面覆盖的熔渣可以是酸性渣也可以是碱性渣，其特点为作为氧离子的良导体。

附图说明

图1为本发明钢包炉中外加电场脱氧精炼方法的专用装置的简单示意图。

具体实施方式

现将本发明的具体实施例详细叙述如后：

实施例1

参见图1，本专用装置包括有：直流电源供给系统1、阳极升降装置2、炉内气氛空间3、阳极4、熔渣5、电磁加热系统6、测氧仪7和14、测温仪8、钢液9、吹气搅拌装置10、阴极11、数据自动记录分析仪12和钢包炉13。钢包炉13顶部炉内气氛空间3内，在居中位置设置有一阳极升降装置2。该升降装置2的横杆上装设有若干平行垂直布置的石墨棒阳极4，阳极4的下端部分插入在炉内上部的熔渣5中；阳极升降装置2可对电极插入熔渣5的深度进行调节；在炉内盛有钢液9的底部设有均匀分散间隔布置的阴极11；位于顶部的阳极4和位于底部的阴极11通过导线分别连接于直流电源系统上的正极和负极；在钢包炉13的侧壁接近底部位置，设置有左右对称布置的吹气搅拌装置；在钢包炉13盛有钢液9的两侧壁部分，一侧侧壁的上部设置有测氧仪7和测温仪8；在另一侧侧璧下部也对应设置有测氧仪14；所述的测氧仪8、测氧仪(7、14)都通过导线与数据自动记录分析仪12相连接，以检测炉内钢液的温度和氧含量。

所述的阳极为金属陶瓷电极，在该电极上氧离子生成O2气体而排出；吹气搅拌装置吹入的气体采用氮气惰性气体，从炉侧壁部吹入。

所述的直流电源供给装置输入的电压为40～45V，电流为150～200A。

在外加电场、电磁场脉冲加热、氮气吹气、气氛空间氧分压的共同作用下，钢液中的氧将不断进入熔渣并在阳极形成气体排出，直至钢液或金属液中氧降低到极低水平。

钢液和熔渣中的脱氧速率可以通过该变直流电源的电流值和电压值来进行控制。

附图标记列表

1直流电源供给系统

2阳极升降装置

3炉内气氛空间

4阳极

5熔渣

6电磁加热系统

7测氧仪

8测温仪

9钢液或金属液

10吹气搅拌装置

11阴极

12数据自动记录分析仪

13钢包炉

14测氧仪

Claims (5)

1.一种钢包炉中外加电场无污染脱氧精炼的方法，其特征在于：在熔化的钢液或金属液和熔渣之间，通过插入熔渣的顶电极(即阳极)和置于钢液中的底电极(即阴极)，由外加直流电源施加电场，同时在钢包炉中对钢液或金属液进行搅拌和实现气氛控制的条件下，控制氧离子在熔渣体系中的传导方向和速度以及增强溶解氧在钢液或金属液中的传质，从而实现钢液或金属液的无污染脱氧精炼。

2.一种钢包炉中外加电场无污染脱氧精炼方法的专用装置，包括有：直流电源供给系统(1)，阳极升降控制装置(2)，炉内气氛空间(3)，阳极(4)，熔渣(5)，电磁加热系统(6)，测氧仪(7、14)，测温仪(8)，钢液或金属液(9)，吹气搅拌装置(10)，阴极(11)，数据自动记录分析仪(12)和钢包炉(13)；其特征在于：钢包炉(13)顶部炉内气氛空间(3)内，在居中位置设置有一个阳极升降装置(2)，该升降装置(2)的横杆上装设有若干平行垂直布置的阳极(4)，阳极(4)的下端部分插入在炉内上部的熔渣(5)中；在炉内盛有钢液或金属液(9)的底部设有均匀分散间隔布置的阴极(11)；位于顶部的阳极(4)和位于底部的阴极(11)通过导线连结于直流电源供给系统(1)；在钢包炉(13)的侧壁接近底部位置，设置有左右对称布置的吹气搅拌装置(10)；在钢包炉(13)盛有钢液或金属液(9)的两侧壁部分，一侧侧壁的上部设置有测氧仪(7)和测温仪(8)；在另一侧侧壁下部也对应设置有测氧仪(14)；所述的测温仪(8)、测氧仪(7、14)都通过导线与数据自动记录分析仪(12)相连接。

3.如权利要求2所述的一种钢包炉中外加电场无污染脱氧精炼方法的专用装置，其特征在于：所述的阳极为高温陶瓷或石墨，形状为圆棒或平板；所述的阴极为高温陶瓷，耐高温金属，或与钢液或金属液成分相适的自耗电极，其形状为圆棒或平板，电极可制作成致密结构，也可以是多孔疏松结构。

4.如权利要求2所述的一种钢包炉中外加电场无污染脱氧精炼方法的专用装置，其特征在于：直流电源供给装置的输出电压为0.1~50V的恒压电源，或者输出电流为0.1~250A的恒流电源。

5.如权利要求2所述的一种钢包炉中外加电场无污染脱氧精炼的方法的专用装置，其特征在于：所述的吹气搅拌装置吹入的气体为氮气或氩气等惰性气体；吹气装置的位置除了设置在炉的侧壁外，也可以设置在炉的底部位置。

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