CN101307374B - 钢液中非金属夹杂去除方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种钢液中非金属夹杂去除方法。该方法包括以下步骤：(1)将装有钢液的钢包吊装到回转台上，通过吹氩口开始吹氩气搅拌，最多2分钟后停止吹氩气；(2)将一个或数个变幅杆浸入钢液中，并启动超声波发生器；(3)启动超声波发生器最多1分钟后，关闭超声波发生器并马上将变幅杆脱离钢液，回到待机位。本发明的钢液中非金属夹杂去除方法可以进一步减少钢液中夹杂数量，可以生产出夹杂数量足够少或夹杂尺寸足够小的钢液，达到高纯净钢生产要求。

Description

钢液中非金属夹杂去除方法
技术领域
本发明涉及一种纯净钢的冶炼方法，特别涉及一种钢液中非金属夹杂(inclusion)去除方法。
背景技术
随着科学技术和经济的持续发展以及用户对钢材质量不断提高的质量和性能需求，使得钢铁材质设计和应用技术的开发愈显重要，也给钢铁冶金工业带来了极大的挑战。提高钢的质量重点是提高钢的纯净度、对钢中夹杂物进行严格控制。一般用钢中的总氧含量T〔0〕表示钢的洁净度，总氧含量包括自由氧和固定氧即夹杂物所含的氧。
纯净钢的生产主要集中在两方面，(1)尽量减少钢中杂质元素的含量；(2)严格控制钢中的夹杂物，包括夹杂物的数量、尺寸、分布、形状、类型。减少钢中溶质元素的含量主要在各种铁水预处理以及二次精炼设备中营造最佳去除的热力学和动力学条件来实现；钢中夹杂物的控制主要是减少其生成、对其进行改性、促其上浮。
吹氩净化是目前普遍使用的去夹杂工艺，通过吹氩透气砖向钢包中吹入氩气来降低钢液中夹杂物的含量，实现净化钢液的目的。钢包氩气净化的特点是合金元素和脱氧反应产物以及钢液温度分布均匀，同时有排除夹杂物的功能。但吹氩去夹杂所需时间长、效果差，处理后钢液中夹杂数量还不够少，夹杂去除效果还达不到高纯净钢的[C]+[S]+[P]+[N]+[H]+T[0]质量分数之和≤40×10-6的生产要求，仍会产生夹杂、偏析和气泡，存在损坏高质量钢铁产品的加工性能、表面性能和使用性能的可能。
近几年，超声波作为外力场分离液体中的液滴、气泡或微粒的技术越来越受到人们的关注。钢液中微小的夹杂物上浮是非常困难的，只能当它们聚集起来才会使上浮更加容易，使夹杂物快速上浮的理论依据是经典的斯托克斯公式，即密度小的、半径大的夹杂物能快速上浮，尤其是夹杂物的半径，对其上浮速度的影响很大，成二次方关系，液体粘度系数越小越有利于夹杂物上浮。
日本川崎制铁的专利JP06220551A熔融金属中利用超声波非金属夹杂去除法是将超声波引入到RH脱气处理钢包的钢液中，在超声波作用下产生的细小气泡捕捉钢液中的Al2O3等夹杂，使非金属夹杂粘附在气泡上后上浮，并促进渣液间界面反应。但是，由于在上述RH脱气处理钢包内和浇铸过程中的中间包内的钢液处于流动状态，变幅杆浸入钢液不能太深，位置也不能太靠近钢液流动区域，否则会因钢液卷流而重新将上浮过程中的夹杂卷入钢液中，因此存在作用区域小，效果有限。而且该超声波夹杂去除法需要将变幅杆长时间浸入在高温(约1600℃)钢液中，变幅杆消耗很快，寿命很短，在目前的变幅杆材料技术条件下，连续浸入时间一般只有1～3分钟，最多不超过5分钟，因此想在生产上实现也比较困难。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种钢液中非金属夹杂去除方法，通过吹Ar气搅拌，应用超声波去除钢液中夹杂，达到进一步去除钢液中夹杂，提高钢液纯净度的目的。
为实现上述目的，本发明的钢液中非金属夹杂去除方法，包括以下步骤：(1)将装有钢液的钢包吊装到回转台上，通过吹氩口开始吹氩气搅拌，最多2分钟后停止吹氩气；(2)将一个或数个变幅杆浸入钢液中，并启动超声波发生器，所述变幅杆浸入钢液中时变幅杆的顶端离钢包底部的距离为钢液高度的1/3～2/3，所述超声波发生器的超声波功率50～1000kW，频率20～100kHz；(3)启动超声波发生器最多1分钟后，关闭超声波发生器并马上将变幅杆脱离钢液，回到待机位。
本发明的钢液中非金属夹杂去除方法是利用钢包在回转台上的镇静的这一段时间，不存在钢液流动的问题，可作用范围广，效果好。
利用钢包在回转台上的钢液镇静时间，通过吹Ar气搅拌，应用超声波去除钢液中夹杂，可以去除现有技术中不能去除的夹杂，是对现有去夹杂工艺的有益补充，以进一步减少钢液中夹杂数量，可以生产出夹杂数量足够少或夹杂尺寸足够小的钢液，达到高纯净钢生产要求，保证高质量钢铁产品的加工性能、表面性能和使用性能。跟现有的吹氩净化不加超声波时相比，钢液中总氧含量T[O]至少可降低5ppm以上。
图1为钢液中非金属夹杂去除装置的示意图。
附图说明
图1为钢液中非金属夹杂去除装置的示意图，本发明的钢液中非金属夹杂去除方法可以采用如图1所示装置，该装置包括吹Ar口1、回转台3、变幅杆4、超声波发生器5、钢包6。钢包6中装有钢液2。
具体实施方式
本发明的方法与JP06220551A专利介绍的在结晶器或RH脱气处理钢包或中间包中施加超声波不同，本发明利用钢包6在回转台3上的镇静这一段时间(约10分钟)，结合吹Ar气搅拌，将一个或数个变幅杆伸到钢液2的中下部，通过变幅杆4将超声波导入钢液2中，利用其强烈的冲击和空化作用，产生大量的细小气泡，增加吸附和捕捉夹杂的面积，提高气泡和夹杂的碰撞机会以及夹杂的凝聚效应，达到迅速长大上浮分离而去除的目的。
操作步骤如下：首先将装有钢液2的钢包6吊装到回转台3上；通过吹Ar口1开始吹Ar气搅拌最多2分钟后停止吹Ar气，在钢液内产生一定数量的气泡。吹Ar气的流量根据钢液的多少来确定，对约10吨的钢液，吹Ar气的流量为5～30升/分钟。
然后将一个或数个变幅杆4浸入钢液2中，变幅杆4的顶端离钢包底部的距离为钢液高度的1/3～2/3，马上启动超声波发生器5，功率50～1000kW，频率20～100kHz，吹Ar气形成的气泡在超声波强烈的冲击和空化作用下产生振动、长大或破裂，产生大量的细小气泡，极大增加吸附和捕捉夹杂的面积，提高气泡和夹杂的碰撞机会以及夹杂的凝聚效应。
启动超声波发生器1最多1分钟后，关闭超声波发生器5并马上将变幅杆4脱离钢液2，回到待机位，一个周期结束，修整后准备进入下一批次钢液去夹杂处理。
本发明的方法先是在钢液中吹Ar产生气泡，当气泡上浮到距离钢包底部约1/3钢液高度后，开启超声波装置，气泡在超声波作用下产生振动、长大或破裂，产生大量的细小气泡，极大增加吸附和捕捉夹杂的面积，提高了气泡和夹杂的碰撞机会，并在一定条件下长大而迅速上浮，跟普通气泡粘附夹杂方法相比，超声波空化气体成核是一个快速的过程，非常有利于夹杂的去除。另一方面，夹杂微粒在一定频率超声波的作用下向声压节或声压腹运动，在此过程中微粒碰撞会发生凝聚效应，逐步凝聚和长大，再在重力或浮力作用下下降或上升，从而达到分离的目的。

Claims (1)

1.一种钢液中非金属夹杂去除方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将装有钢液的钢包吊装到回转台上，通过吹氩口开始吹氩气搅拌，最多2分钟后停止吹氩气；
(2)将一个或数个变幅杆浸入钢液中，并启动超声波发生器，所述变幅杆浸入钢液中时变幅杆的顶端离钢包底部的距离为钢液高度的1/3～2/3，所述超声波发生器的超声波功率50～1000kW，频率20～100kHz；
(3)启动超声波发生器最多1分钟后，关闭超声波发生器并马上将变幅杆脱离钢液，回到待机位。
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