CN102146496A - 钢液外加电场无污染脱氧精炼装置及其应用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种钢液外加电场无污染脱氧精炼装置及其应用方法，装置包括钢包炉体、钢液、熔渣、底吹透气砖和由阳极、阴极及直流电源组成的电场发生装置，阳极和熔渣接触，阴极和钢液接触，所述的阳极安装在可升降机构上，在阳极和熔渣接触区域的上方设有环形保护气体气缝。该方法包括：装入钢液，控制熔渣厚度，下降可升降机构使阳极和熔渣接触，施加一直流电场，对钢液进行弱底吹搅拌，并通过环形保护气体气缝向熔渣与阳极接触的区域吹入保护气体以降低熔渣与阳极接触区域的氧分压，提高脱氧效率，脱氧率可达70％以上，本发明只需在现有精炼装置上配以简单的设备即可达到低成本，快速、无污染对钢液进行脱氧的目的。
Description
技术领域
本发明属于炼钢技术领域，尤其涉及一种钢液外加电场无污染脱氧装置及用其进行钢液无污染脱氧的方法。
背景技术
钢液脱氧是钢液精炼的重要任务。目前全世界大多数钢铁企业常用的脱氧方法主要是利用脱氧剂直接脱氧，这其中以铝脱氧剂为主。而使用脱氧剂脱氧最大的问题在于脱氧反应的反应物和生成物全部处在钢液中，对钢液造成污染，给连铸和轧制带来一系列的问题，最终钢材的性能也会受到影响。随着人们对钢的洁净度的要求越来越高，传统的脱氧方法已无法满足人们的要求。因此需要找到新的脱氧方法，降低甚至避免脱氧产物对钢液的污染。
冶金工作者尝试了电化学脱氧方法来进行金属液的脱氧。公开号为CN1215759A、CN1187542A和CN1335413A等中国专利文献中介绍了利用固体电解质为传导介质的脱氧方法，虽然这些方法有无污染、脱氧速度快等优点，但是也存在设备复杂、成本较高、不易在现场推广等问题。
在这样的背景下，针对已有工艺存在的问题，在固体电解质无污染脱氧的基础上，又提出了一种新的无污染脱氧方法：渣金间外加直流电场脱氧法，即用炉渣代替固体电解质，在渣金间施加电场来强化脱氧，通过控制氧离子在熔渣体系中的传导方向和速度，从而实现金属液的无污染脱氧。其研究思路体现在一些专利文献中，如公开号为CN1453371A、CN101235430A和CN101457276A等的中国专利。
公开号为CN101235430A的中国专利通过插入熔渣的顶阳极和置于钢液或金属液中的底阴极，由外加直流电源施加电场，从而实现钢液或金属液的无污染脱氧精炼。这种方法对于电极的选择比较苛刻，电极工作的环境往往是高温和高腐蚀性介质。常用的电极材料包括金属材料，碳素材料和陶瓷材料。金属材料存在容易被熔渣侵蚀，耐高温金属价格昂贵。碳阳极本身具有固有缺点：不断消耗，经常更换，污染环境等等。特别是冶炼超低碳钢时，碳素阳极材料中的灰分杂质可进入到电解质中，污染钢液质量，给钢液增碳。只能采用惰性阳极，而氧在惰性阳极析出氧气，电极表面被大量阳极气体覆盖，在阳极和熔渣之间积聚一层气网膜，妨碍熔渣对电极的润湿，堵塞电流通道，形成阳极效应，制约了脱氧效率的进一步提高。
公开号为CN101457276A的中国专利以插入熔渣的脱气空腔电极为阳极，以钢液或金属液为阴极，由外加直流电源在钢液或金属液和熔渣阳极之间形成电场，来控制氧离子在熔渣体系中的传导及溶解氧在钢液中的传质。这种方法所使用的惰性阳极系统结构复杂，且此方法需要独立的精炼设备，投资成本高，延长精炼周期，降低了生产效率，不宜在现场推广应用。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术存在的不足，提供一种能向熔渣与电极接触区域吹入保护气体来降低该区域氧分压的高效钢液外加电场无污染脱氧精炼装置及其使用方法。
本发明上这样实现的：该钢液外加电场无污染脱氧精炼装置包括钢包炉体、钢液、熔渣、底吹透气砖和由阳极、阴极以及直流电源组成的电场发生装置，阳极和熔渣接触，阴极和钢液接触，其特征在于所述的阳极安装在可升降机构上，在阳极和熔渣接触区域的上方设有环形保护气体气缝或由若干个小孔构成的环形保护气体气孔，其进气孔由金属管引出与供气系统相连接。
本发明钢液外加电场无污染脱氧精炼装置所述的精炼装置可以是RH精炼装置或CAS-OB精炼装置，所述的阳极镶嵌安装在可升降的RH循环管上部的外周表面上，或者镶嵌安装在可升降的隔离罩上部的外周表面上，通过导线与直流电源的正极相连；所述的阴极安装在钢包炉体的底部表面上，也可以安装在可升降的RH循环管下部的外周表面上，或者安装在可升降的隔离罩下部的外周表面上，与阳极分开，通过导线与直流电源的负极相连。
本发明钢液外加电场无污染脱氧精炼装置所述的保护气体可以是Ar气或N2以及其它可用惰性气体。所述的阳极由金属导电陶瓷材料构成；所述的阴极由高温陶瓷、耐高温金属、或与钢液成分相近的自耗电极构成。
本发明钢液外加电场无污染脱氧精炼装置的应用方法主要包括以下步骤：1)将钢液装入钢包炉体中，控制渣料的加入量，使其熔化后厚度为30～150mm，渣料中FeO的含量重量百分比应小于5％；2)根据熔渣厚度控制可升降机构的下降深度，保证阳极和熔渣接触而不和钢液接触，阴极和钢液接触而不和熔渣接触；3)由外加直流电源通过插入熔渣的阳极和置于钢液中的阴极，施加一直流电压为55～80V，电流为0.1～50A的电场；同时，对钢液进行弱底吹气体搅拌，底吹气体流量为1～100NL/min·吨钢；并通过环形保护气体气缝或由若干个小孔构成的环形保护气体气孔向熔渣与阳极接触的区域吹入保护气体，保护气体流量为1～50NL/min·吨钢。
本发明的原理或机理
本发明的原理是：根据电化学原理，在脱氧过程中，钢液或金属液中的溶解氧(氧原子)在钢液或金属液-熔渣界面发生阴极反应，解离为氧离子，同时使钢液-熔渣界面积累正电荷；氧离子在化学势梯度的作用下，通过熔渣，迁移到熔渣-阳极接触界面，在界面发生阳极反应，生成O2气体，同时使熔渣-阳极的接触界面积累负电荷，从而产生阻碍氧离子迁移的电场。通过外加反向电场，从而克服阻碍电场，使氧离子不断地向渣中迁移，氧离子并在惰性阳极上生成O2气体。通过位于阳极上方的环形保护气体气缝或由若干个小孔构成的环形保护气体气孔向熔渣与阳极接触的区域吹入保护气体可降低熔渣与阳极接触区域的氧分压，提高脱氧效率。
本发明的有益效果是：不需要加入常规的金属或复合合金脱氧剂，脱氧过程不会生成任何脱氧夹杂，同时改善环境污染；与已有渣金间外加直流电场脱氧法相比，向熔渣和阳极接触区域通入保护气体可降低熔渣与阳极接触区域的氧分压，加速氧离子在熔渣体系中的传导速度，促进氧在阳极的电化学反应以及氧气在熔渣中的排除，从而提高脱氧效率。本发明精炼装置设计合理，结构简单，操作方便，成本低廉，钢水脱氧率可达70％以上；本发明无需增加单独的精炼工位，无需延长精炼处理时间，只需在现有精炼设备的基础上配以简单的设备即可达到低成本，快速，无污染地对钢液进行脱氧的目的。本发明技术适合单独精炼炉的无污染脱氧工艺，特别适于在30～350吨钢包的精炼设施上推广应用。
附图说明
图1为本发明无污染脱氧精炼装置实施例1(RH装置)的结构示意图。
图2为本发明无污染脱氧精炼装置实施例2(CAS-OB装置)的结构示意图。
图中1为RH真空室，2为环形保护气体气孔，3为阳极，4为熔渣，5为RH循环管，6为钢包炉体，7为钢液，8为阴极，9为底吹透气砖，10为直流电源，11为顶枪，12为隔离罩。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步的描述。
实施例1：
本实施例是在模拟RH精炼装置的多功能实验炉上实现钢液外加电场无污染脱氧的。从图1可以看到，该RH精炼装置主要由RH真空室1、环形保护气体气孔2、阳极3、熔渣4、RH循环管5、钢包炉体6、钢液7、阴极8、底吹透气砖9和直流电源10所组成。本实施例将RH循环管5作为安装阳极3的可升降机构。在RH循环管5的外周表面上镶嵌安装一圈钼金属陶瓷作为阳极3，通过导线与外部直流电源10的正极相连。阴极8由金属钼制作，安装在钢包炉体6的底部表面上，通过导线与外部直流电源10的负极相连。在阳极3上方RH循环管5的外周设置有由8个沿圆周对称分布的小孔构成的环形保护气体气孔2，保护气体气孔2的进气孔由金属管引出与供气系统相连接。
使用时，将废钢350～400Kg加入到模拟RH精炼装置的多功能实验炉中，待废钢完全熔化后向钢液加入渣料，每100Kg钢液里渣料加入量控制在2～10Kg，待渣料完全熔化后，测定熔渣4厚度，熔渣4厚度最好控制在30～150mm。等熔渣4和钢液7反应平衡后，对钢水进行测温定氧处理。然后降下模拟用RH循环管5，根据熔渣4的厚度控制RH循环管5的下降深度，以保证RH循环管5上的阳极3和熔渣4接触而不和钢液7接触。然后由外部直流电源10通过插入熔渣4的阳极3和置于钢液7中的阴极8，施加一直流电压为55～80V，电流为0.1～50A的电场。在施加电场的过程中要对钢液7进行弱底吹氩气搅拌，以增强溶解氧在钢液中的传质，同时控制底吹氩气流量为1～15NL/min·吨钢，以防止底吹气体流量过大吹破渣层而导致钢水吸氧。在施加电场的过程中还要通过位于阳极3上方的环形保护气体气孔2通入氩气，用来降低熔渣4与阳极3接触区域的氧分压，以加速氧离子在熔渣体系中的传导速度。保护气体氩气的流量控制在1～10NL/min·吨钢，以防止保护气体流量过大吹破渣层而导致钢水吸氧。具体实施方式及效果见表1。
表1本发明实施例1外加电场无污染脱氧方式及效果
| 钢种 | 钢水初始T[O]，％ | 钢水量，Kg | 渣量，Kg | 渣层厚度，mm | 脱氧方式 | 脱氧结束钢水T[O]，％ | 脱氧效率，％ | |
| 实施例1-1 | ADC钢 | 764×10-4 | 375 | 15 | 55 | 外加电场处理16min电压60v，电流15A；底吹氩气流量3NL/min·吨钢顶吹氩气流量1NL/min·吨钢 | 186×10-4 | 76 |
| 实施例1-2 | ADC钢 | 692×10-4 | 380 | 16 | 57 | 外加电场处理17min，电压55v，电流3A底吹氩气流量8NL/min·吨钢顶吹氩气流量5NL/min·吨钢 | 159×10-4 | 77 |
| 实施例1-3 | ADC钢 | 710×10-4 | 397 | 14 | 53 | 外加电场处理14min，电压75v，电流35A底吹氩气流量13NL/min·吨钢顶吹氩气流量9NL/min·吨钢 | 126×10-4 | 82 |
实施例2：
本实施例是在模拟CAS-OB精炼装置的多功能实验炉上实现钢液外加电场无污染脱氧的。从图2可以看到，该CAS-OB精炼装置主要由环形保护气体气孔2、阳极3、熔渣4、钢包炉体6、钢液7、阴极8、底吹透气砖9、直流电源10、顶枪11和隔离罩12所组成。本实施例将隔离罩12作为安装阳极3的可升降机构。在隔离罩12的外周表面上镶嵌安装一圈钼金属陶瓷作为阳极3，通过导线与外部直流电源10的正极相连。阴极8由金属钼制作，安装在钢包炉体6的底部表面上，通过导线与外部直流电源10的负极相连。在阳极3上方隔离罩12的外周设置有环形保护气体气缝2，保护气体气缝2的进气孔由金属管引出与供气系统相连接。
使用时，将废钢350～400Kg加入到模拟CAS-OB精炼装置的多功能实验炉中，待废钢完全熔化后向钢液加入渣料，每100Kg钢液里渣料加入量控制在2～10Kg，待渣料完全熔化后，测定熔渣4厚度，熔渣4厚度最好控制在30～150mm。等熔渣4和钢液7反应平衡后，对钢水进行测温定氧处理。然后降下模拟用隔离罩12，根据熔渣4厚度控制隔离罩12的下降深度，以保证隔离罩12上的阳极3和熔渣4接触而不和钢液7接触。然后由外部直流电源10通过插入熔渣4的阳极3和置于钢液7中的阴极8，施加一直流电压为55～80V，电流为0.1～50A的电场。在施加电场的过程中要对钢液7进行弱底吹氩气搅拌，以增强溶解氧在钢液中的传质，同时控制底吹氩气流量为1～15NL/min·吨钢，以防止底吹气体流量过大吹破渣层而导致钢水吸氧。在施加电场的过程中还要通过位于阳极3上方的环形保护气体气孔2通入氩气，用来降低熔渣4与阳极3接触区域的氧分压，以加速氧离子在熔渣体系中的传导速度。保护气体氩气的流量应控制在1～10NL/min·吨钢，以防止保护气体流量过大吹破渣层而导致钢水吸氧。具体实施方式及效果见表2。
表2本发明实施例2外加电场无污染脱氧方式及效果
| 钢种 | 钢水初始T[O]，％ | 钢水量，Kg | 渣量，Kg | 渣层厚度，mm | 脱氧方式 | 脱氧结束钢水T[O]，％ | 脱氧效率，％ | |
| 实施例2-1 | ADC钢 | 779×10-4 | 362 | 14 | 52 | 外加电场处理30min电压65v，电流23A；底吹氩气流量4/min·吨钢顶吹氩气流量2NL/min·吨钢 | 236×10-4 | 70 |
| 实施例2-2 | ADC钢 | 805×10-4 | 377 | 11 | 43 | 外加电场处理17min，电压80v，电流5A底吹氩气流量7NL/min·吨钢顶吹氩气流量5NL/min·吨钢 | 191×10-4 | 76 |
| 实施例2-3 | ADC钢 | 693×10-4 | 395 | 18 | 60 | 外加电场处理12min，电压55v，电流45A底吹氩气流量15NL/min·吨钢顶吹氩气流量8NL/min·吨钢 | 117×10-4 | 83 |
Claims (8)
1.一种钢液外加电场无污染脱氧精炼装置，包括钢包炉体、钢液、熔渣、底吹透气砖和由阳极、阴极以及直流电源组成的电场发生装置，阳极和熔渣接触，阴极和钢液接触，其特征在于所述的阳极安装在可升降机构上，在阳极和熔渣接触区域的上方设有环形保护气体气缝或由若干个小孔构成的环形保护气体气孔，其进气孔由金属管引出与供气系统相连接。
2.根据权利要求1所述的钢液外加电场无污染脱氧精炼装置，其特征在于所述的精炼装置为RH精炼装置，所述的阳极镶嵌安装在可升降的RH循环管上部的外周表面上，通过导线与直流电源的正极相连；所述的阴极安装在钢包炉体的底部表面上，通过导线与直流电源的负极相连。
3.根据权利要求1所述的钢液外加电场无污染脱氧精炼装置，其特征在于所述的精炼装置为CAS-OB精炼装置，所述的阳极镶嵌安装在可升降的隔离罩上部的外周表面上，通过导线与直流电源的正极相连；所述的阴极安装在钢包炉体的底部表面上，通过导线与直流电源的负极相连。
4.根据权利要求1所述的钢液外加电场无污染脱氧精炼装置，其特征在于所述的保护气体为Ar气或N2以及其它可用惰性气体。
5.根据权利要求3或4所述的钢液外加电场无污染脱氧精炼装置，其特征在于所述的阳极由金属导电陶瓷材料构成，所述的阴极由高温陶瓷、耐高温金属、或与钢液成分相近的自耗电极构成。
6.一种权利要求1、2、3、4或5所述无污染脱氧精炼装置的应用方法，其特征在于包括以下步骤：1)将钢液装入钢包炉体中，控制渣料的加入量，使其熔化后厚度为30～150mm；2)根据熔渣厚度控制可升降机构的下降深度，保证阳极和熔渣接触而不和钢液接触，阴极和钢液接触；3)由外加直流电源通过插入熔渣的阳极和置于钢液中的阴极，施加一直流电压为55～80V，电流为0.1～50A的电场；同时，对钢液进行弱底吹气体搅拌；并通过环形保护气体气缝或由若干个小孔构成的环形保护气体气孔向熔渣与阳极接触的区域吹入保护气体。
7.根据权利要求6所述的无污染脱氧精炼装置的应用方法，其特征在于所述底吹气体的流量为1～100NL/min·吨钢；所述保护气体的流量为1～50NL/min·吨钢。
8.根据权利要求6所述的无污染脱氧精炼装置的应用方法，其特征在于所述渣料中FeO的重量百分比小于5％。
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|---|---|
| CN (1) | CN102146496A (zh) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102912081A (zh) * | 2012-10-23 | 2013-02-06 | 鞍钢股份有限公司 | 一种应用外加电场处理钢液提高钢材洁净度的方法 |
| CN103333992A (zh) * | 2013-07-03 | 2013-10-02 | 上海大学 | 渣金间外加电场脱氧用旋转电极装置 |
| CN108396108A (zh) * | 2017-02-05 | 2018-08-14 | 鞍钢股份有限公司 | 一种应用感应炉生产低碳钢的方法 |
| CN114381669A (zh) * | 2022-01-19 | 2022-04-22 | 青岛浦友精密金属有限公司 | 一种节镍高强度不锈钢原料组合物 |
| WO2022270346A1 (ja) * | 2021-06-22 | 2022-12-29 | Ｊｆｅスチール株式会社 | 溶鋼の処理方法および鋼の製造方法 |
-
2010
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Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102912081A (zh) * | 2012-10-23 | 2013-02-06 | 鞍钢股份有限公司 | 一种应用外加电场处理钢液提高钢材洁净度的方法 |
| CN103333992A (zh) * | 2013-07-03 | 2013-10-02 | 上海大学 | 渣金间外加电场脱氧用旋转电极装置 |
| CN103333992B (zh) * | 2013-07-03 | 2015-02-25 | 上海大学 | 渣金间外加电场脱氧用旋转电极装置 |
| CN108396108A (zh) * | 2017-02-05 | 2018-08-14 | 鞍钢股份有限公司 | 一种应用感应炉生产低碳钢的方法 |
| WO2022270346A1 (ja) * | 2021-06-22 | 2022-12-29 | Ｊｆｅスチール株式会社 | 溶鋼の処理方法および鋼の製造方法 |
| JPWO2022270346A1 (zh) * | 2021-06-22 | 2022-12-29 | ||
| JP7318822B2 (ja) | 2021-06-22 | 2023-08-01 | Ｊｆｅスチール株式会社 | 溶鋼の処理方法および鋼の製造方法 |
| TWI824575B (zh) * | 2021-06-22 | 2023-12-01 | 日商杰富意鋼鐵股份有限公司 | 熔鋼之處理方法及鋼之製造方法 |
| CN114381669A (zh) * | 2022-01-19 | 2022-04-22 | 青岛浦友精密金属有限公司 | 一种节镍高强度不锈钢原料组合物 |
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20110810 |