CN104014781A - 一种连铸中间包塞棒喷粉稀土加入装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种连铸中间包塞棒喷粉稀土加入装置，包括中间包吹氩塞棒、塞棒自动控制装置和自动加料系统，中间包吹氩塞棒的塞棒头部位于中间包内，中间包吹氩塞棒的塞棒尾部通过金属氩气软管与自动加料系统连接，且金属氩气软管通过氩气接入管与氩气源连接；中间包吹氩塞棒与塞棒自动控制装置连接。采用该方法和装置能有效保证稀土元素在钢中分布的均匀性，提高稀土元素的收得率。

Description

一种连铸中间包塞棒喷粉稀土加入装置及方法

技术领域

本发明属于钢铁冶金领域，涉及一种利用连铸中间包塞棒孔向钢水中喷吹稀土合金粉末进行微合金化处理的工艺，具体地说是一种连铸中间包塞棒喷粉稀土加入装置及方法。

背景技术

稀土元素是典型的金属元素，它们的金属活泼性仅次于碱金属和碱土金属，比其他金属元素都活泼，可与多种元素化合，极易与氧起反应。稀土既是优良的变质剂，又是一种强效微合金元素， 能大大降低低熔点杂质的有害影响。对钢进行稀土处理，在提高钢材的韧、塑性、耐腐蚀性能、耐热抗氧化和耐磨性方面也有重要作用，是提高钢质、发展新品种的有效措施之一。

美国在年产1 亿吨钢时，稀土钢、稀土处理钢年产量曾接近过800 万吨。我国是钢产量第一大国，在这样一个量大面广的领域，加强稀土的应用，具有十分重大的意义。

目前稀土向钢中的加入的主要方法有：钢包内投入、压入、喷粉和喂线方法；中间包喂线、喷粉方法；结晶器喂线和电渣重熔加入等方法。

钢包内投入、压入、喷粉和喂线方法，存在稀土元素烧损大、收得率低的缺陷，收得率只能达到20~50%，难以较为准确的控制。

中间包喂线、喷粉法，由于受中间包流场影响，虽然能保证较高和较为稳定的收得率，但难以保证稀土元素在钢中分布的均匀性，容易造成连铸各流的稀土元素含量不同的情况。

结晶器喂线法，能保证较高和较为稳定的收得率，但是由于受结晶器流场的影响且稀土在钢种停留时间短，容易造成稀土在连铸坯表层和心部分布不均匀的情况。

电渣重熔加入法，配制含稀土氧化物的渣料，在钢进行电渣重熔时加入，使部分稀土还原进入钢中，通过稀土电渣处理，钢的性能得到改善。这种方法，仅仅适合在电渣重熔工艺中应用。

据查专利申请号201010184778.4《连铸中间包稀土加入装置及加入方法》申请了一种连铸中间包稀土加入系统装置及加入方法：在中间包和喷粉罐之间设有喷粉管，喷粉管一端与喷粉罐连接，另一端置于中间包下部的狭缝型透气砖狭缝处，采用氩气将稀土粉体通过喷粉管喷入透气砖狭缝进入中间包。该发明虽然提高合金收得率，但由于受中间包流场影响，虽然能保证较高和较为稳定的收得率，但难以保证稀土元素在钢中分布的均匀性，容易造成连铸各流的稀土元素含量不同的情况。

据查专利申请号CN200810013804.X《异型结晶器均匀喂稀土丝的方法及装置》公布了一种异型结晶器均匀喂稀土丝的方法，将稀土丝直接喂入异型结晶器，稀土丝沿结晶器内侧轨迹匀速运动。该发明能保证较高和较为稳定的收得率。虽然稀土丝在结晶器中匀速运动但是稀土在钢种停留时间短，受结晶器流场影响，容易造成稀土在连铸坯表层和心部分布不均匀的情况。该发明采用稀土丝沿结晶器内侧轨迹匀速运动的方法，使得稀土丝不断的搅动结晶器保护渣，非常容易造成钢水卷渣，损坏钢质。

在转炉（或电炉）-精炼-连铸生产流程中均匀且稳定的添加稀土元素成为了稀土在钢中推广使用的重要限制因素。

发明内容

为了克服现有技术对于稀土加入工艺中存在的收得率低和不均匀等问题，本发明的目的是提供一种连铸中间包塞棒喷粉稀土加入装置及方法，采用该方法和装置能有效保证稀土元素在钢中分布的均匀性，提高稀土元素的收得率。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种连铸中间包塞棒喷粉稀土加入装置，其特征在于：该装置包括中间包吹氩塞棒、塞棒自动控制装置和自动加料系统，中间包吹氩塞棒的塞棒头部位于中间包内，中间包吹氩塞棒的塞棒尾部通过金属氩气软管与自动加料系统连接，且金属氩气软管通过氩气接入管与氩气源连接；中间包吹氩塞棒与塞棒自动控制装置连接。

本发明中，所述自动加料系统自上而下依次包括投料仓、中间料仓和密闭加压料仓，在密闭加压料仓的底部位于料仓出口处设有电磁阀；电磁阀与三通管连接，且三通管与金属氩气软管和氩气接入管连接。

本发明中，控制加料量的电磁阀同步采集塞棒自动控制装置信号，调整开启度，保证加料量稳定。

一种连铸中间包塞棒喷粉稀土加入装置的使用方法，其特征在于：该方法利用氩气作为加入稀土合金粉末的载气，通过中间包中空的塞棒孔，将稀土合金粉剂加入到钢水中去，同时实现了塞棒吹氩和钢水微合金化，具体包括以下步骤：

1）生产浇次开始前，中间包开至浇铸工位；自动加料系统中加入稀土合金粉剂；稀土合金粉剂的粒度不大于300目；

2）中间包塞棒开启和关闭测试完毕，关紧塞棒；

3）将与塞棒连接的金属氩气软管与塞棒尾部的吹氩入口相连接，并打开吹氩管路阀门，进行吹氩；

4）启动喷吹装置，此时拉速为零、塞棒为关闭状态，电磁阀受塞棒自动控制装置信号控制为关闭状态；

5）生产浇次开始，当中间包内钢液面达到正常规定的高度时，开启塞棒进行浇钢操作；

6）逐步调整拉速，自动加料系统电磁阀根据接收到的塞棒自动控制装置信号同步调整开启度，保证钢水中加入稀土量的稳定；

7）开浇过程结束，拉速稳定，电磁阀开启稳定，稀土合金粉剂稳定的喷入到钢水中；

8）在正常浇铸过程中，如果遇到生产异常，需要调整拉速时，自动加料系统的电磁阀同步采集塞棒自动控制装置信号变化，调整开启度以保证钢水中加入稀土量的稳定；

9）浇铸结束过程，随着拉速的降低直至停止，自动加料系统的电磁阀同步采集塞棒自动控制装置信号变化，同步进行开启度的调整，直至完全关闭。

本发明主要是利用氩气作为加入合金粉末的载气，通过中间包中空的塞棒孔，将合金粉末加入到钢水中去，既起到了塞棒吹氩的目的又起到了钢水微合金化的目的。喷粉罐底部与喷粉管连接处设置有电磁阀可以根据拉速的变化控制喷入粉剂的量，来达到稳定钢中成分的要求。在实际生产中要求尽量保持稳定的拉速，这也是为了保证铸坯质量的连铸基本要求之一。

本发明与现有技术相比，具有以下的主要优点：

⑴稀土从塞棒头部吹氩出口处喷出后与进入中间包水口的流动钢水相接触，避免了与空气和炉渣的任何接触，能保证稀土元素稳定的高收得率；

⑵稀土从塞棒头部吹氩出口处喷出后与进入中间包水口的流动钢水相接触，具有良好的冶金反应动力学条件，促进稀土的钢中的均匀性；

⑶喷吹稀土合金粉剂量可以根据拉速变动进行调整，保证钢中稀土元素成分的稳定，有利于钢中稀土元素的窄成分控制；

⑷设备简单，操作方便；

本发明的方法和装置可以广泛的应用的实际生产中，不但可以向钢水中喷吹稀土元素进行合金化，如果钢种和生产工艺需要也可以喷吹其它微合金化成分元素合金，有效的克服了原有加入方式稀土元素收得率低和分布不均匀的等问题。

附图说明

图1为本发明中连铸中间包塞棒喷粉稀土加入装置的结构示意图。

图中标记：1—中间包、2—中间包吹氩塞棒、21-塞棒头部（吹氩、喷粉出口）、22—塞棒尾部（与金属软管连接部）、3—塞棒自动控制装置、4—自动加料系统、41—投料仓、42—中间料仓、43—密闭加压料仓、44—电磁阀、45—料仓出口、5—氩气接入管、6—三通管、7—金属氩气软管。

具体实施方式

一种连铸中间包塞棒喷粉稀土加入装置，是向钢水中喷吹稀土粉剂的主要通道，装置包括中间包1、中间包吹氩塞棒2、塞棒自动控制装置3、氩气接入管5、三通管6、金属氩气软管7和自动加料系统4。自动加料系统4包括投料仓41、中间料仓42、密闭加压料仓43、电磁阀44、料仓出口45。为缩短金属氩气软管7，稳定加料，自动加料系统4设置在中间包车平台上。中间包吹氩塞棒与塞棒自动控制装置连接。

三通管6将氩气接入管5、料仓出口45和金属氩气软管7相连接，通过吹氩将从料仓出口流出的稀土粉剂带入到钢水中去。

电磁阀44可以采集连铸塞棒自动控制装置3信号，可以根据拉速的变化调整开启度，从而保证钢水中稀土含量的稳定。

利用本发明的连铸中间包塞棒喷粉稀土加入方法实施，包括以下步骤：

1）生产浇次开始前，开浇各项工作按照正常要求准备完毕，中间包开至浇铸工位；自动加料系统中加入稀土合金粉剂；稀土合金粉剂的粒度不大于300目；

2）中间包塞棒2开启和关闭测试完毕，关紧塞棒2；

3）将与塞棒2连接的金属氩气软管7端与塞棒2尾部的吹氩入口丝杠相连接，并打开吹氩管路阀门，氩气通过氩气接入管5、三通管6、金属氩气软管7和塞棒2进行吹氩，氩气压力为0.2～0.35kg/cm²，流量为2～12L/min；

4）启动自动加料系统4，此时拉速为零、塞棒2为关闭状态，电磁阀44受塞棒自动控制装置3信号控制为关闭状态；

5）生产浇次开始，钢包和中间包执行正常开浇工艺；当中间包内钢液面达到正常规定的高度时，开启塞棒2进行浇钢操作；

6）逐步调整拉速，自动加料系统4中电磁阀44根据接收到的塞棒自动控制装置3信号同步调整开启度，保证钢水中加入稀土量的稳定；

7）开浇过程结束，塞棒2开启稳定，电磁阀44开启稳定，稀土合金粉剂稳定的喷入到钢水中，稀土加入量根据钢种要求和拉速进行设定；

8）在正常浇铸过程中，如果遇到生产异常，需要调整拉速时，塞棒自动控制装置3同步调整塞棒2开启度，自动加料系统4的电磁阀44同步采集塞棒自动控制装置3信号变化，调整开启度以保证钢水中加入稀土量的稳定；

9）浇铸结束过程，随着拉速的降低直至停止，塞棒2开启度逐渐减小，自动加料系统4的电磁阀44同步采集塞棒自动控制装置3信号变化，同步进行开启度的调整，直至完全关闭。

实施实例1

试验TB/T1979-2003《铁道车辆用耐大气腐蚀钢订货技术协议》09CuPTiRE-A钢，标准成分要求和各元素生产控制要求见表1所示。

表1

在对其冶炼工艺不作任何调整的情况下进行试验，试验步骤按照上述具体实施方式进行。试验连铸机为五机五流，连铸坯断面规格为220×260，稳定生产时拉速0.9m/min；试验所用混合稀土粉剂颗粒度≤300目，W(Re)≥98%、W(Ce)/W(Re)≥55%；单流塞棒吹氩压力设定为0.25kg/cm²，流量为8L/min；稳定生产时单流电磁阀44开度45%；稳定生产时单流稀土粉剂喷出量98g/min。

连续试验3炉，对连铸坯进行割样分析，钢中稀土含量分别为0.019%、0.020%和0.019%，完全满足TB/T1979-2003《铁道车辆用耐大气腐蚀钢订货技术协议》和内部生产控制标准要求。在所试验的三炉中，收得率分别为79.9%、84.1%和79.9%，收得率稳定。

对连铸坯低倍进行稀土元素分布分析，发现稀土在铸坯断面上分布均匀。

通过对该连铸坯所生产的成品进行试验，稀土耐候钢09CuPTiRE-A各项性能均满足标准要求，耐腐蚀性能优异。

实施实例2

抽油杆在机械采油过程中受拉－压应力的交变作用，含稀土抽油杆用钢除了具有强度高、塑韧性好的优点外，还表现出优异的疲劳性能。

试验抽油杆用钢30CrMoA中添加稀土，要求钢中稀土含量目标控制范围为0.030—0.040%，目标含量0.035%。在对30CrMoA其它元素成分和冶炼工艺不作任何调整的情况下进行试验，试验步骤按上述据图实施方式进行。试验连铸机为五机五流，连铸坯断面规格为220×260，稳定生产时拉速0.8m/min；试验所用混合稀土粉剂颗粒度≤300目，W(Re)≥98%、W(Ce)/W(Re)≥55%；单流塞棒吹氩压力设定为0.25kg/cm²，流量为7L/min；稳定生产时单流电磁阀44开度50%；稳定生产时单流稀土粉剂喷出量160g/min。

连续试验3炉，对连铸坯进行割样分析，钢中稀土含量分别为0.035%、0.036%和0.034%，完全满足控制要求。在所试验的三炉中，收得率分别为80.1%、82.4%和77.8%，收得率稳定。

对连铸坯低倍进行稀土元素分布分析，发现稀土在铸坯断面上分布均匀。

通过对该连铸坯所生产的成品进行试验，稀土耐候钢30CrMoA-RE各项性能均满足标准要求，疲劳寿命获得明显提高。

Claims (4)

1.一种连铸中间包塞棒喷粉稀土加入装置，其特征在于：该装置包括中间包吹氩塞棒（2）、塞棒自动控制装置（3）和自动加料系统（4），中间包吹氩塞棒（2）的塞棒头部(21)位于中间包（1）内，中间包吹氩塞棒（2）的塞棒尾部（22）通过金属氩气软管（7）与自动加料系统（4）连接，且金属氩气软管（7）通过氩气接入管（5）与氩气源连接；中间包吹氩塞棒（2）与塞棒自动控制装置（3）连接。

2.根据权利要求1所述的连铸中间包塞棒喷粉稀土加入装置，其特征在于：所述自动加料系统（4）自上而下依次包括投料仓（41）、中间料仓（42）和密闭加压料仓（43），在密闭加压料仓（43）的底部位于料仓出口（45）处设有电磁阀（44）；电磁阀（44）与三通管（6）连接，且三通管（6）与金属氩气软管（7）和氩气接入管（5）连接。

3.一种权利要求1所述的连铸中间包塞棒喷粉稀土加入装置的使用方法，其特征在于：该方法利用氩气作为加入稀土合金粉末的载气，通过中间包中空的塞棒孔，将稀土合金粉剂加入到钢水中去，同时实现了塞棒吹氩和钢水微合金化，具体包括以下步骤：

1）生产浇次开始前，中间包开至浇铸工位；自动加料系统中加入稀土合金粉剂；

2）中间包塞棒开启和关闭测试完毕，关紧塞棒；

3）将塞棒尾部与金属氩气软管相连接，并打开吹氩管路阀门，进行吹氩；

4）启动喷吹装置，此时拉速为零、塞棒为关闭状态，电磁阀接受塞棒自动控制装置的信号为关闭状态；

5）生产浇次开始，当中间包内钢液面达到正常规定的高度时，开启塞棒进行浇钢操作；

6）逐步调整拉速，塞棒开启度逐步增大，自动加料系统电磁阀根据接收到的塞棒自动控制装置的信号同步调整开启度，保证钢水中加入稀土量的稳定；

7）开浇过程结束，塞棒开启度稳定，电磁阀开启稳定，稀土合金粉剂稳定的喷入到钢水中；

8）在正常浇铸过程中，如果遇到生产异常，需要调整拉速时，塞棒自动控制装置随拉速调整而调整塞棒开启度，自动加料系统的电磁阀同步采集塞棒自动控制装置信号，调整开启度以保证钢水中加入稀土量的稳定；

9）浇铸结束过程，随着拉速的降低直至停止，塞棒自动控制装置随拉速的降低而减少塞棒开启度，自动加料系统的电磁阀同步采集塞棒自动控制装置信号，同步进行开启度的调整，直至完全关闭。

4.根据权利要求3所述的连铸中间包塞棒喷粉稀土加入装置的使用方法，其特征在于：稀土合金粉剂的粒度不大于300目。