CN103409593A

CN103409593A - 一种向钢液中螺旋喷吹包覆纳米粒子粉体的方法及其装置

Info

Publication number: CN103409593A
Application number: CN2013102986383A
Authority: CN
Inventors: 李胜利; 曹震; 艾新港; 张少勇; 王国承; 臧喜民; 王开明; 李晓奇
Original assignee: University of Science and Technology Liaoning USTL
Current assignee: University of Science and Technology Liaoning USTL
Priority date: 2013-07-16
Filing date: 2013-07-16
Publication date: 2013-11-27
Anticipated expiration: 2033-07-16
Also published as: CN103409593B

Abstract

本发明公开了一种向钢液中螺旋喷吹包覆纳米粒子粉体的方法及其装置，实现纳米粒子在钢中的均匀分布。该方法包括：将包覆铁的纳米粒子粉体通过一个粉斗加入送粉盘中，通过送粉器控制送粉量，通过氩气瓶中的氩气将粉体由喷枪吹入盛有钢液的容器中，启动转动上升轴，喷枪通过转动上升轴，在电动机的带动下螺旋喷吹。该装置包括：喷枪、送粉器、送粉盘、粉斗、转动上升轴、搅拌机、氩气瓶、送气阀、电动机、钢液容器和加热感应线圈，本发明采用螺旋喷吹的主动分散方式，将包覆铁的纳米粒子粉体均匀加入钢液中，更好的实现纳米粒子在钢中的均匀分布，解决外部添加纳米粒子细化晶粒子的技术问题。

Description

一种向钢液中螺旋喷吹包覆纳米粒子粉体的方法及其装置

技术领域

本发明属于钢铁冶炼领域，特别是一种向钢液中螺旋喷吹包覆纳米粒子粉体的方法及其装置。

背景技术

目前在钢材需求量不断增长的同时，对钢铁材料的强度、使用寿命和可靠性都提出了更高的要求。为此，新一代钢铁材料的研究工作相继开展，这些研究的核心无一例外都希望通过晶粒细化提高钢铁材料的力学性能，包括采用形变诱导相变、形变热处理及纳米第二相粒子等手段或方法。

内部析出及外部添加的纳米粒子都可以细化晶粒。内部析出的方法有钢微合金化和氧化物冶金。微合金化成本很高，且受热加工工艺限制。氧化物冶金技术包括日本JFE的大线能量焊接热影响区韧性改善、新日铁的通过细小粒子获得微细组织和超高HAZ韧性，大线能量焊接和应用钢种受到极大限制。

外加纳米粒子同样是细化晶粒的重要的发展方向，该方法添加粒子的种类丰富，适用钢种的范围广，添加粒子的尺寸和数量易于控制，工艺简单。但是目前外加纳米粒子细化晶粒的研究，都停留在较小的冶炼炉中进行实验，还没有在进行大炉生产试验的报道，这主要是由于外加纳米粒子的方法遇到了粒子在钢中的均匀分散的瓶颈，添加到钢液中的纳米粒子由于比表面积大、表面能高，极易发生团聚和上浮，这严重影响其细化晶粒的效果，限制了外加纳米粒子方法的化推广应用。

查阅公开的相关专利文献，中国专利公开号：CN1110989，“用于冶金炉的气固喷吹装置及制造方法”，公开的内容显示：“本发明涉及一种用于冶金炉，特别是转炉的气体或固体物料喷吹装置的制造方法，它包括一个陶瓷喷吹砖，带有压入其中的金属喷吹管，在砖的底部的管端固定在一个打孔金属板上，喷吹管以管束的形式插入打孔板上的插入孔中，由管束所确定的空间充入一种预制的陶瓷内部件，固定在打孔板上的管束然后与位于其间的预制陶瓷内部件一起放入一个部分充填了陶瓷材料的压模中，然后用陶瓷材料将压模完全填满，并将它们一起压紧。该喷吹装置置于炉底，使吹气管有防热效果，并且多管喷吹，增加了均匀性”，但是该装置不能自动升降，不能将粉体均匀的吹入炉中。

中国专利公开号：CN1254762，“一种转炉氧枪气流的喷吹方法及装置”，公开内容显示：“涉及一种转炉氧枪气流的喷吹方法及其装置。其主要特征是在氧枪前设置一个定量脉冲器，将进入氧枪的连续气流转变为脉冲气流，利用脉冲气流进行吹炼和溅渣护炉。脉冲气流的脉冲参数控制为：脉冲周期为0.5—3.0秒，脉冲宽度为0.06—0.3秒。定量脉冲器脉冲阀采用双膜片结构的脉冲阀，其气包的内径与出气管口的外径之比为3—10”。该装置有效的利用了脉冲时的动能，起到的节能的目的，但是对喷吹的均匀性并无加以改进。

中国专利公开号：CN1031949，“粉料喷射枪”。公开内容显示：“粉料喷射枪有一管形外壳，所说的外壳上开有外部空气流动通道。一对气流增强器装在外壳内，分别位于外部空气流动通道两边，两增强器的上面一个称为悬浮增强器，压缩空气输入悬浮增强器，使外部空气被吸入悬浮增强器的出口端；下面一个增强器称为流型增强器，压缩空气供入后外部空气被吸进流型增强器的进口端内。二增强器由端部盖帽固紧在外壳内，而盖帽是通过卡口式销钉和槽组成的连接器密封地固紧在外壳的两端上”。该装置可以增强流速，然而并不能更好的使粉料均匀分布。

中国专利公开号CN1359840，“纳米级粉末加料装置”，公开内容显示“本发明纳米级粉末加料装置涉及将纳米级粉末从包装袋中卸出加到设备或贮料容器中的装置。它由密封柜、输送机、排风过滤设备、自动开袋机组成”。由于采用了密封柜式结构的加料结构，由多个分隔门将密封柜分隔为多个隔离室，能避免纳米级粉末从包装袋卸出时直接散发到加料装置之外，粉尘能从加料装置的下部收集起来，散发在加料装置内空气中的粉尘能通过过滤设备除尘，同时还能回收粉末物料的包装袋。但是该装置只是降低粉尘污染，改善操作环境条件，并不能解决纳米粉体发生团聚和上浮的现象。

发明内容

本发明提供了一种向钢液中螺旋喷吹包覆纳米粒子粉体的方法及其装置，实现纳米粒子在钢中的均匀分布。

本发明提供的一种向钢液中螺旋喷吹包覆纳米粒子粉体的方法包括以下内容：

将包覆铁的纳米粒子粉体通过一个粉斗加入送粉盘中，通过送粉器控制送粉量，加人的纳米粒子粉体的重量占钢液质量分数的0.1～1%，用搅拌机搅拌包覆铁的纳米粒子粉体，搅拌机转数为50～200rpm/min，通过氩气瓶中的氩气将粉体由喷枪吹入装有钢液的容器中，吹气量为100～500NL/min，喷吹时间为1～10min，启动转动上升轴，转动上升轴的转数为5～30rpm/min，上升速度10～100cm/min，喷枪通过转动上升轴，在电动机的带动下螺旋喷吹。

一种向钢液中螺旋喷吹包覆纳米粒子粉体的方法采用的装置，该装置包括：喷枪、送粉器、送粉盘、粉斗、转动上升轴、搅拌机、氩气瓶、送气阀、电动机、钢液容器和加热感应线圈，其中喷枪长1～10m，直径为2～10cm，枪头侧面均匀的布置2～8个孔，孔的直径在1～10mm，喷枪插在钢液容器中；转动上升轴通过电动机控制喷枪；喷枪通过管道连接送粉盘，送粉盘侧面连接送气阀，送气阀安在氩气瓶上，粉斗连接送粉盘，送粉盘内安装搅拌机，送粉器在送粉盘下面；钢液容器侧壁内装加热感应线圈。

本发明与现有同类技术相比，其显著的有益效果体现在：

目前在钢液中外加纳米粒子的技术瓶颈是如何有效实现纳米粒子的均匀分布、有效抑制其团聚和上浮去除。同时本发明采用螺旋喷吹的主动分散方式，将包覆铁的纳米粒子粉体均匀加入钢液中，更好的实现纳米粒子在钢中的均匀分布，解决外部添加纳米粒子细化晶粒子的技术问题。

附图说明

图1是一种向钢液中螺旋喷吹包覆纳米粒子粉体的方法采用的装置示意图。

具体实施方式

下面结合附图，以实验室小型试验为例，详细描述本发明。

如图1所示，一种向钢液中螺旋喷吹包覆纳米粒子粉体的方法及其装置，具体内容如下：

将包覆铁的纳米粒子粉体通过粉斗8加入送粉盘7中，通过送粉器6控制送粉量，加人的纳米粒子粉体的重量占钢液质量分数的0.1～1%，在送粉盘7中用搅拌机9搅拌包覆铁的纳米粒子粉体，搅拌机9转数为50～200rpm/min，开启送气阀11，通过氩气瓶10中的氩气将粉体由喷枪2吹入装有钢液3的坩锅4中，坩锅侧壁内安装加热感应线圈5，钢液3上面覆盖渣层1，吹气量为100～500NL/min，喷吹时间为1～10min，启动电动机13及转动上升轴12，转动上升轴12的转数为5～30rpm/min，上升速度10～100cm/min，喷枪通过转动上升轴12，在电动机13的带动下螺旋喷吹。

Claims

1.一种向钢液中螺旋喷吹包覆纳米粒子粉体的方法，其特征在于该方法包括以下内容：

将包覆铁的纳米粒子粉体通过一个粉斗加入送粉盘中，通过送粉器控制送粉量，加人的纳米粒子粉体的重量占钢液质量分数的0.1～1%，用搅拌机搅拌包覆铁的纳米粒子粉体，搅拌机转数为50～200rpm/min，通过氩气瓶中的氩气将粉体由喷枪吹入装有钢液的容器中，吹气量为100～500NL/min，喷吹时间为1～10min，启动转动上升轴，转动上升轴的转数为5～30rpm/min，上升速度10～100cm/min，喷枪通过转动上升轴，在电动机的带动螺旋喷吹。

2.权利要求1所述的一种向钢液中螺旋喷吹包覆纳米粒子粉体的方法采用的装置，其特征在于该装置包括：喷枪、送粉器、送粉盘、粉斗、转动上升轴、搅拌机、氩气瓶、送气阀、电动机、钢液容器和加热感应线圈，其中喷枪长1～10m，直径为2～10cm，枪头侧面均匀的布置2～8个孔，孔的直径在1～10mm，喷枪插在钢液容器中；转动上升轴通过电动机控制喷枪；喷枪通过管道连接送粉盘，送粉盘侧面连接送气阀，送气阀安在氩气瓶上，粉斗连接送粉盘，送粉盘内安装搅拌机，送粉器在送粉盘下面；钢液容器侧壁内装加热感应线圈。