CN104131138A - 一种喷吹钙蒸汽对钢水进行钙处理方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于钢水精炼领域，具体涉及一种喷吹钙蒸汽对钢水进行钙处理方法及装置。本发明首先将钙源放入钢水包外的高温炉内，加热生成高温钙蒸汽，高温炉一端通过高温输送管道与喷枪密闭相连，喷枪插入钢水包的钢水熔池内，高温炉管另一端利用法兰密闭，在法兰上安装有进气管，惰性气体从进气管通入高温炉内，将生成的高温钙蒸汽携带离开高温炉，由高温输送管路输送到钢水包中的喷枪内，高温钙蒸汽在惰性载气的携带下，由喷枪喷吹到钢水包熔池中。本发明具有钙收得率高、处理成本低、钙质处理效率高以及操作安全性强等优点。
Description
技术领域
本发明属于钢水精炼领域，具体涉及一种喷吹钙蒸汽对钢水进行钙处理方法及装置。
背景技术
钢中的夹杂物多，不仅降低钢的成材率，而且影响钢材的机械性能，随着精炼技术的进步，从上世纪70年代开始出现了钢水钙质处理的工艺，目前钙处理工艺已成为冶炼品种钢重要的炉外精炼手。钢水钙质处理能脱氧、脱硫、改变夹杂物形态，防止水口结瘤，清洁钢水，提高钢材质量。其原理是：钢中加入适量金属钙后，可以把由铝脱氧产生的高熔点的脆性Al2O3夹杂物处理成低熔点钙铝酸盐球状复合夹杂物12CaO·7Al2O3，防止水口结瘤，促进了夹杂物上浮，清洁了钢水，可以减轻中间包水口的堵塞问题，为连铸实现低过热度浇铸创造条件。另外，由于金属钙和氧元素、硫元素的亲和力非常强，可以使钢中的FeS、MnS夹杂转变为高熔点的CaS夹杂，或具有高硫、高钙铝酸盐，冷却时形成双相夹杂物，它们在热轧时不被拉长，避免形成长条状的硫化物夹杂，提高了钢材的组织性能。
目前，钢水钙处理工艺主要包括：一是喷吹法，通过喷枪，用氩气做载体，使硅钙粉在铁水内部与之反应，此法搅动力量大，反应面积大，反应完全，但是成本高。二是喂丝法，用喂线机将钙包芯线或纯钙丝，以一定的速度插入钢水内部，钙在钢水内部反应，达到处理目的，此法投资少、占地小、设备轻便、操作简单、成本较低。还有直接加入法，即将硅钙合金直接加到钢水表面，通过吹氩气搅拌，使钙溶于钢水中，达到处理的目的，此法钙烧损大，处理效果差。以上方法均是将固体金属钙（钙合金或钙丝）直接加入到高温钢水中，由于钙蒸汽压较高，钙会瞬间汽化，造成体积急剧膨胀，进而导致钢水液面剧烈翻腾和喷溅，导致钢水二次氧化和夹杂物增多，大大恶化钙处理效果。同时造成钙的烧损严重，导致处理成本升高。
发明内容
针对现有喷吹法和喂丝法钢水钙质处理工艺存在的缺点和技术难点，本发明提供一种喷吹钙蒸汽对钢水进行钙处理的方法及装置，通过在钢水包外生成高温钙蒸汽，然后在高纯惰性载气的携带下喷吹到钢水中，进行钢水钙质处理，具有金属钙收得率高、钙质处理效果高、可控性好、安全性强以及处理成本低等优点。
本发明的喷吹钙蒸汽对钢水进行钙处理方法，按照以下步骤进行：
（1）高温钙蒸汽制备：
将生石灰和Al还原剂按照CaO：Al=100:（60~75）的质量比混合均匀，然后在20-100MPa的压力下压制成球团，将制备好球团放入钢水包外的高温炉内，加热到1350~1600℃，生成高温钙蒸汽；
或者将金属钙锭直接放入钢水包外的高温炉内，在惰性气体保护下加热到1150~1500℃，生成高温钙蒸汽；
（2） 高温钙蒸汽输送：
将生成高温钙蒸汽的高温炉一端通过高温输送管道与喷枪密闭相连，喷枪插入钢水包的钢水熔池内，高温炉管另一端利用法兰密闭，在法兰上安装有进气管，惰性气体从进气管通入高温炉内，将生成的高温钙蒸汽携带离开高温炉，由高温输送管路输送到钢水包中的喷枪内；
（3）钢水钙质处理
高温钙蒸汽在惰性载气的携带下，由钢水包内的喷枪以120~300Nm3/h的流量，0.4~0.6MPa的喷吹压力喷吹到钢水包熔池中，同时在50~200rpm的偏心机械搅拌作用下，完成钢水钙质处理，钢水得到净化。
所述的生石灰是由大理石煅烧得到的。
上述方法中喷枪插入深度为钢水包高度的1/3-4/5，其插入位置可调。
所述的偏心机械搅拌装置偏心度为0.2~0.4。
所述的惰性载气为体积纯度大于99.95%的高纯氩气。
本发明喷吹钙蒸汽对钢水进行钙处理的装置，包括高温炉、高温输送管道和喷枪，所述的高温炉位于钢水包外部，高温炉内放置有产生钙蒸汽的钙源，高温炉的一端通过高温输送管道与喷枪连接并与喷枪内部联通，喷枪插入铁水包中，在铁水包中设有偏心机械搅拌装置；
所述的高温炉的另一端采用法兰密闭，在法兰上安装有进气管，在高温炉两侧设有镁源进料口和废料出口，进行连续或间断密封进料和出料。
所述的高温输送管道为双层套管，内管连续通入惰性气体携带的高温钙蒸气，内管与外管之间通入氧化性气体，保证内管内蒸汽不冷凝，外管外为保温涂层。
与现有技术相比，本发明的特点和有益效果是：
本发明喷吹钙蒸汽对钢水进行钙处理的方法，将由钢包外的钙蒸汽生成装置生成的高温钙蒸汽通过喷吹系统，由惰性载气携带喷吹钢水中，在机械搅拌作用下进行钢水钙质精炼，完成钢水钙质精炼预处理，其中，高温钙蒸汽是由钢水包外的高温炉内的钙源在高温下还原生成，然后在惰性载汽携带下通过高温钙蒸汽输送管路，输送到与输送管路另一端相连的喷枪内，最终以一定的速度将钙蒸汽喷吹到钢水熔池内，并在偏心机械搅拌作用下完成钙质处理精炼。
本发明具有以下优点：
（1）本发明喷吹钙蒸汽钢水钙处理工艺，在炉外生成高温钙蒸汽，然后在高温惰性载汽的携带下喷吹到铁水中进行钢水钙质预处理，具有钙收得率高、处理成本低、钙质处理效率高以及操作安全性强等优点；
（2）喷吹高温钙蒸汽直接进行炉外钢水钙精炼预处理，避免了喷吹法和喂丝法直接加金属钙或钙合金时存在的钢水液面翻腾剧烈、喷溅严重等安全隐患；
（3）本发明利用钢包外高温炉连续生成高温钙蒸汽进行喷吹钢水钙，增强了钢水钙处理反应过程的可控性；
（4）喷吹高温钙蒸汽并进行偏心机械搅拌钢水钙精炼预处理，使得钙蒸汽高效细化和弥散化，极大地提高了钙处理效率和金属钙的收得率；
（5）偏心机械搅拌在保证喷吹钙蒸汽进行钢水钙处理时钢水液面的平稳的同时，可以实现大流量惰性载气喷吹量，使得整个钢水熔池弥散分布大量的超细的微细化惰性气泡，强化了钢水中夹杂物的去除效率，提高了钢水的洁净度；
（6）本发明利用煅烧得到生石灰，配入还原剂铝制得炼钙球团或金属钙锭在钢包外高温炉内生成高温钙蒸汽喷吹进行钢水钙处理，代替喷吹颗粒钙或喂钙丝，其反应原理如下：
3CaO+ 2Al=3Ca(g)+Al2O3，大大降低了钙剂成本，可降低50%，而且保证方便。
附图说明
图1是本发明喷吹钙蒸汽对钢水进行钙处理的装置示意图；
其中：1：高温炉；2：高温输送管道；3：喷枪；4：钢水包；5：进气管；6：钙源；7：钙源进料口；8：废料出口；9：偏心搅拌装置；10：钢水。
具体实施方式
本发明的喷吹钙蒸汽对钢水进行钙处理的装置如图1所示，包括高温炉1、高温输送管道2和喷枪3，所述的高温炉1位于钢水包4外部，高温炉1内放置有产生钙蒸汽的钙源6，高温炉1的一端通过高温输送管道2与喷枪3连接并与喷枪3内部联通，喷枪3插入钢水包4中，在钢水包4中设有偏心机械搅拌装置9；
所述的高温炉1的另一端采用法兰密闭，在法兰上安装有进气管5，在高温炉1两侧设有钙源进料口7和废料出口8，进行连续或间断密封进料和出料。
所述的高温输送管道2为双层套管，内管连续通入惰性气体携带的高温钙蒸气，内管与外管之间通入氧化性气体，保证内管内蒸汽不冷凝，外管外为保温涂层。
采用本发明的喷吹钙蒸汽对钢水进行钙处理的装置工作时，将由高温炉1生成的高温钙蒸汽通过高温输送管道2和喷枪3，由惰性载气携带喷吹入钢水10中，在偏心机械搅拌装置9的作用下进行钙处理。
实施例1
本发明的喷吹钙蒸汽对钢水进行钙处理方法，按照以下步骤进行：
（1）高温钙蒸汽制备：
将大理石煅烧制得生石灰，将生石灰和Al还原剂按照CaO：Al=100:75的质量比混合均匀，然后在20MPa的压力下压制成球团，将制备好球团放入钢水包外的高温炉内，加热到1500℃，生成高温钙蒸汽；
（2） 高温钙蒸汽输送：
将生成高温钙蒸汽的高温炉一端通过高温输送管道与喷枪密闭相连，喷枪插入钢水包的钢水熔池内，高温炉管另一端利用法兰密闭，在法兰上安装有进气管，惰性气体氩气从进气管通入高温炉内，将生成的高温钙蒸汽携带离开高温炉，由高温输送管路输送到钢水包中的喷枪内；
（3）钢水钙质处理
高温钙蒸汽在惰性载气氩气的携带下，由钢水包内的喷枪以120Nm3/h的流量， 0.6MPa的喷吹压力喷吹到钢水包熔池中，钢包高为3.5m，直径为3m，其中装有钢水12m3，喷枪插入深度为钢水包高度的1/3，其插入位置可调，同时在50rpm的偏心机械搅拌作用下完成钢水钙质处理，其中偏心机械搅拌装置偏心度为0.3。
经过上述处理，钢水中的夹杂物被去除，钢水得到了净化。
实施例2
本发明的喷吹钙蒸汽对钢水进行钙处理方法，按照以下步骤进行：
（1）高温钙蒸汽制备：
将大理石煅烧制得生石灰，将生石灰和Al还原剂按照CaO：Al=100:70的质量比混合均匀，然后在50MPa的压力下压制成球团，将制备好球团放入钢水包外的高温炉内，加热到1350℃，生成高温钙蒸汽；
（2） 高温钙蒸汽输送：
将生成高温钙蒸汽的高温炉一端通过高温输送管道与喷枪密闭相连，喷枪插入钢水包的钢水熔池内，高温炉管另一端利用法兰密闭，在法兰上安装有进气管，惰性气体从进气管通入高温炉内，将生成的高温钙蒸汽携带离开高温炉，由高温输送管路输送到钢水包中的喷枪内；
（3）钢水钙质处理
高温钙蒸汽在惰性载气氩气的携带下，由钢水包内的喷枪以180Nm3/h的流量，0.4MPa的喷吹压力喷吹到钢水包熔池中，钢包高为3.5m，直径为3m，其中装有钢水12m3，喷枪插入深度为钢水包高度的2/3，其插入位置可调，同时在100rpm的偏心机械搅拌作用下完成钢水钙质处理，钢水得到了净化，其中偏心机械搅拌装置偏心度为0.2。
经过上述处理，钢水中的夹杂物被去除，钢水得到了净化。
实施例3
本发明的喷吹钙蒸汽对钢水进行钙处理方法，按照以下步骤进行：
（1）高温钙蒸汽制备：
将大理石煅烧制得生石灰，将生石灰和Al还原剂按照CaO：Al=100:60的质量比混合均匀，然后在100MPa的压力下压制成球团，将制备好球团放入钢水包外的高温炉内，加热到1600℃，生成高温钙蒸汽；
（2） 高温钙蒸汽输送：
将生成高温钙蒸汽的高温炉一端通过高温输送管道与喷枪密闭相连，喷枪插入钢水包的钢水熔池内，高温炉管另一端利用法兰密闭，在法兰上安装有进气管，惰性气体从进气管通入高温炉内，将生成的高温钙蒸汽携带离开高温炉，由高温输送管路输送到钢水包中的喷枪内；
（3）钢水钙质处理
高温钙蒸汽在惰性载气氩气的携带下，由钢水包内的喷枪以200Nm3/h的流量，0.5MPa的喷吹压力喷吹到钢水包熔池中，钢包高为3.5m，直径为3m，其中装有钢水12m3，喷枪插入深度为钢水包高度的4/5，其插入位置可调，同时在150rpm的偏心机械搅拌作用下完成钢水钙质处理，钢水得到了净化，其中偏心机械搅拌装置偏心度为0.4。
经过上述处理，钢水中的夹杂物被去除，钢水得到了净化。
实施例4
本发明的喷吹钙蒸汽对钢水进行钙处理方法，按照以下步骤进行：
（1）高温钙蒸汽制备：
将金属钙锭直接放入钢水包外的高温炉内，在惰性气体保护下加热到1150℃，生成高温钙蒸汽；
（2） 高温钙蒸汽输送：
将生成高温钙蒸汽的高温炉一端通过高温输送管道与喷枪密闭相连，喷枪插入钢水包的钢水熔池内，高温炉管另一端利用法兰密闭，在法兰上安装有进气管，惰性气体从进气管通入高温炉内，将生成的高温钙蒸汽携带离开高温炉，由高温输送管路输送到钢水包中的喷枪内；
（3）钢水钙质处理
高温钙蒸汽在惰性载气氩气的携带下，由钢水包内的喷枪以240Nm3/h的流量，0.5MPa的喷吹压力喷吹到钢水包熔池中，钢包高为3.5m，直径为3m，其中装有钢水12m3，喷枪插入深度为钢水包高度的1/3，其插入位置可调，同时在180rpm的偏心机械搅拌作用下完成钢水钙质处理，钢水得到了净化，其中偏心机械搅拌装置偏心度为0.2。
经过上述处理，钢水中的夹杂物被去除，钢水得到了净化。
实施例5
本发明的喷吹钙蒸汽对钢水进行钙处理方法，按照以下步骤进行：
（1）高温钙蒸汽制备：
将金属钙锭直接放入钢水包外的高温炉内，在惰性气体保护下加热到1350℃，生成高温钙蒸汽；
（2） 高温钙蒸汽输送：
将生成高温钙蒸汽的高温炉一端通过高温输送管道与喷枪密闭相连，喷枪插入钢水包的钢水熔池内，高温炉管另一端利用法兰密闭，在法兰上安装有进气管，惰性气体从进气管通入高温炉内，将生成的高温钙蒸汽携带离开高温炉，由高温输送管路输送到钢水包中的喷枪内；
（3）钢水钙质处理
高温钙蒸汽在惰性载气氩气的携带下，由钢水包内的喷枪以300Nm3/h的流量，0.6MPa的喷吹压力喷吹到钢水包熔池中，钢包高为3.5m，直径为3m，其中装有钢水12m3，喷枪插入深度为钢水包高度的1/3-4/，其插入位置可调，同时在200rpm的偏心机械搅拌作用下完成钢水钙质处理，钢水得到了净化，其中偏心机械搅拌装置偏心度为0.4。
经过上述处理，钢水中的夹杂物被去除，钢水得到了净化。
实施例6
本发明的喷吹钙蒸汽对钢水进行钙处理方法，按照以下步骤进行：
（1）高温钙蒸汽制备：
将金属钙锭直接放入钢水包外的高温炉内，在惰性气体保护下加热到1500℃，生成高温钙蒸汽；
（2） 高温钙蒸汽输送：
将生成高温钙蒸汽的高温炉一端通过高温输送管道与喷枪密闭相连，喷枪插入钢水包的钢水熔池内，高温炉管另一端利用法兰密闭，在法兰上安装有进气管，惰性气体从进气管通入高温炉内，将生成的高温钙蒸汽携带离开高温炉，由高温输送管路输送到钢水包中的喷枪内；
（3）钢水钙质处理
高温钙蒸汽在惰性载气氩气的携带下，由钢水包内的喷枪以280Nm3/h的流量，0.4MPa的喷吹压力喷吹到钢水包熔池中，钢包高为3.5m，直径为3m，其中装有钢水12m3，喷枪插入深度为钢水包高度的1/3，其插入位置可调，同时在80rpm的偏心机械搅拌作用下完成钢水钙质处理，钢水得到了净化，其中偏心机械搅拌装置偏心度为0.2。
经过上述处理，钢水中的夹杂物被去除，钢水得到了净化。
Claims (7)
1.一种喷吹钙蒸汽对钢水进行钙处理方法，其特征在于按照以下步骤进行：
（1）高温钙蒸汽制备：
将生石灰和Al还原剂按照CaO：Al=100:（60~75）的质量比混合均匀，然后在20-100MPa的压力下压制成球团，将制备好球团放入钢水包外的高温炉内，加热到1350~1600℃，生成高温钙蒸汽；
或者将金属钙锭直接放入钢水包外的高温炉内，在惰性气体保护下加热到1150~1500℃，生成高温钙蒸汽；
（2） 高温钙蒸汽输送：
将生成高温钙蒸汽的高温炉一端通过高温输送管道与喷枪密闭相连，喷枪插入钢水包的钢水熔池内，高温炉管另一端利用法兰密闭，在法兰上安装有进气管，惰性气体从进气管通入高温炉内，将生成的高温钙蒸汽携带离开高温炉，由高温输送管路输送到钢水包中的喷枪内；
（3）钢水钙质处理
高温钙蒸汽在惰性载气的携带下，由钢水包内的喷枪以120~300Nm3/h的流量，0.4~0.6MPa的喷吹压力喷吹到钢水包熔池中，同时在50~200rpm的偏心机械搅拌作用下，完成钢水钙质处理，钢水得到净化。
2.根据权利要求1所述的一种喷吹钙蒸汽对钢水进行钙处理方法，其特征在于所述的生石灰是由大理石煅烧得到的。
3.根据权利要求1所述的一种喷吹钙蒸汽对钢水进行钙处理方法，其特征在于所述的喷枪插入深度为钢水包高度的1/3-4/5，其插入位置可调。
4.根据权利要求1所述的一种喷吹钙蒸汽对钢水进行钙处理方法，其特征在于所述的偏心机械搅拌装置偏心度为0.2~0.4。
5.根据权利要求1所述的一种喷吹钙蒸汽对钢水进行钙处理方法，其特征在于所述的惰性载气为体积纯度大于99.95%的高纯氩气。
6.一种喷吹钙蒸汽对钢水进行钙处理的装置，其特征在于包括高温炉、高温输送管道和喷枪，所述的高温炉位于钢水包外部，高温炉内放置有产生钙蒸汽的钙源，高温炉的一端通过高温输送管道与喷枪连接并与喷枪内部联通，喷枪插入铁水包中，在铁水包中设有偏心机械搅拌装置；所述的高温炉的另一端采用法兰密闭，在法兰上安装有进气管，在高温炉两侧设有镁源进料口和废料出口，进行连续或间断密封进料和出料。
7.根据权利要求6所述的一种喷吹钙蒸汽对钢水进行钙处理的装置，其特征在于所述的高温输送管道为双层套管，内管连续通入惰性气体携带的高温钙蒸气，内管与外管之间通入氧化性气体，保证内管内蒸汽不冷凝，外管外为保温涂层。
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