CN1046553C - 用产生少量或大量气体的反应材料在熔体中进行处理的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明包括在使生铁通过外浇口的过程中连续或不连续地添中为进行脱硫或生产可获得的延性铁所必须的反应/孕育材料的方法和设备，其中包括用于在熔体中熔化、汽化和分布反应/孕育材料(如镁蒸汽-硅铁)的隔室。对于非定量的或可自由限量的铁而言，可连续地进行该处理。

Description

用产生少量或大量气体的反应材料在熔体中进行处理的方法和设备

本发明涉及借助于加入可被汽化并产生大量或少量气体的反应材料和其它的孕育剂或精炼材料，在熔体中进行冶金处理。

现在已知可在熔体中进行多种冶金处理-如延性铁-它们采用纯镁或其合金作为反应材料，使该反应材料在熔体中汽化，以获得球状石墨，并进行其孕育处理，或用于脱硫、脱氧或类似处理。

采用常规工艺，汽化是靠反应材料和熔融金属之间的直接接触而实现的。将所需数量的反应材料直接放入熔融金属中，并靠其加热和汽化。反应材料的加料和冶金处理通常是间断的，并且还不免产生大量的蒸气损失和熔体处理的缺陷。

目前用于铸铁的已知方法，特别是那些在大气压力或金属静压下采用纯金属镁的方法，其效率不超过60％；实际上，加入熔体的试剂有40％以烟气和热的形式损失掉了。其原因在于，当液态或固态试剂与熔融金属接触时，不连续地产生蒸汽，并伴有不规则的高压峰值出现。

已经提出了各种方法，以降低上述损失和对环境的影响，其中的一些也设想到金属流的连续处理，如瑞士专利CH-A-439359所示。专利文件CH-A-382783公开了通过利用一种在浸没于熔体中的压力钟罩内加入线状试剂材料的连续方法而改进该技术的可能性。但是，由于当液态/固态试剂与熔体直接接触时，导致冷却并因此而使汽化中断，所以，在此处所述的连续分布并不能提供恒定的汽化，因而也达不到所述的目的。

最近已经提出一种在熔体中冶金处理可汽化的反应材料的方法(见PCT/IT/95/00045)，在该方法中，将上述的反应材料放入至少一个浸没在熔融金属中的隔室内，并且在不与金属直接接触时进行汽化。实际上，反应材料是通过隔室的壁而被加热和汽化的，并且将生成的蒸气朝着熔融金属的方向排出隔室之外。

但是，尽管该方法在使用中有某些优点并可使蒸气在熔融金属中分布以便更均匀地进行处理，但是该方法仍然是一种不连续的方法。

换言之，就反应材料的不连续供应而论，采用现有的方法进行的冶金处理均是不连续的。另一方面，对某些处理而言，除了可汽化的材料之外，还必须在熔体中加有孕育剂或精炼材料。对这些材料的计量和向熔体中的运送通常是在金属的移送过程中靠简单的添加而进行的并产生氧化反应，同时形成导致在成品铸件中出现缺陷的残渣。

在目前的现有技术中并不知道在一种保护气氛中，从熔体内部，相伴的但又是分开地加入反应材料和孕育材料。本发明的目的在于借助于一种即使在将反应材料和孕育材料相伴地直接加入熔体中时也允许连续地处理熔融材料的方法和设备，而避免按照现有方法给连续或非连续冶金处理带来的限制。按照本发明的方法如权利要求1所述；按照本发明的设备如权利要求4所述。本发明特别适用于铁的脱硫、球化等冶金处理，但并不排除更广泛地应用于其它热的液体，无论是金属熔液或非金属热熔液的处理。至少就在熔体-特别是延性铁-中的处理而论，认为本发明起始于将反应材料放入一浸没在熔体中的隔室内的已知技术，但是具有如下所述的创新，即借助于由一取决于与要处理的金属相关的数据的调节器控制的气密计量系统，从处于大气压力下的外部环境连续地加入称之为试剂的材料(该材料可促进形成球体，还产生大量的气体)，并且根据稳定的系统，分别但又是相伴地加入在下文中被称之为孕育剂的用以精炼或凝固熔体中的石墨的其它材料。

本发明可适于在可排空的容器，例如可将内容物排入铁水包的容器内的不连续熔体中的处理，同时在工艺过程中连续加入试剂，在必要时，还加入根据由要处理的熔体确定的、因而是已知的冶金数量和特性的孕育剂。本发明还可适于在外浇口或浇道中流动的连续的熔体，这是通过连续地加入试剂，在必要时，还加有取决于要达到的金属的不同参数的孕育剂而实现的。

试剂和孕育材料通过一个称之为反应器的专门的隔室加入，该反应器包括一个汽化室和一个膨胀室，并且保持反应器的压力使之与反应器浸没于其中的熔体的金属静压力相同。将试剂连续地加入汽化室，并使之借助于熔体的高温从固态转变为气态，或者，在采用具有较高的沸点的试剂的情况下，从外部提供补充的热量。在穿过膨胀室进入熔体的深部区域并在其内循环之前，试剂在不与熔融金属直接接触，但是靠传导和幅射传热时汽化。孕育剂通过其底部由熔体本身形成的膨胀室引入，并在与熔融金属直接接触时熔化，由于吸引离开隔室的试剂材料的蒸气和由其密度高于过孕育金属的熔体产生的金属静压推力的综合作用，使其局部过饱和并在熔体内循环。

因此，通过溶解，它们进行为获取无杂质的有高度的均匀性并随时可注入结晶器的熔体而必需的物理和化学反应，从而减少试剂和孕育剂的消耗并降低能耗，减少污染。

本发明的目的是：

-借助于连续的加料系统进行不连续的处理，即具有数量有限的金属和已知的均相特性时的处理，由此减少熔体中所包含的反应材料的数量，并因此减少倘若固态或液态的试剂意外地与熔体接触时出现的任何激烈的反应；

-汽化并增溶沸点高于熔体温度的元素；

-在可汽化的元素促进形成球状石墨和/或其它各种形态的石墨的同时，根据稳定的系统，进行孕育剂的添加和分布，以利于-在铸铁中-石墨的凝固；

-进行连续的处理，即对温度、化学成份和处理量等参数连续变化的非限定量的金属进行连续的处理，以在处理后获得具有所需特征的熔体；

-连续控制汽化和孕育工艺，调节该工艺，以确保加入的试剂/孕育剂完全溶解，由此避免因氧化或生成杂质而造成的损耗；

-由于可完全自动地进行并控制在球墨铸铁或其改型(例如蛭石)的情况下得到可随时用于浇铸的孕育材料的生产循环，消除了复杂的冶金操作。

另一要点是采用促进形成有利的金相结构的高沸点试剂原料，如钙、锶、钡或镧的可能性，以及考虑现有技术的情况以最佳效果使实时中的处理适应待处理金属的实际参数的可能性。

在参照相关的附图进行下列说明时，可以更加清楚本发明的其它细节和特点，图中：

图1是适于在位于铁水包内的熔体中进行不连续的冶金处理的设备的一个实施例的垂直剖视图；

图2是适于在穿过一外浇口或浇道的熔体中进行连续的冶金处理的设备的一个实施例的垂直剖视图；

图3是沿图2中的箭头Ⅲ-Ⅲ的水平剖视图；

图4是沿图2中的箭头Ⅸ-Ⅸ的垂直剖视图；

图5是用于在穿过一浇道或外浇口的熔体中进行连续的冶金处理的多反应室设备的一个实施例的水平剖视图；

图6是沿图5中的箭头Ⅵ-Ⅵ的纵向剖视图；

图7是沿图5中的箭头Ⅶ-Ⅶ的剖视图；

图8是沿图5中的箭头Ⅷ-Ⅶ的另一剖视图；以及

图9是按照本发明的用于冶金处理的反应室的另一构形的剖视图。

按照本发明的处理方法包括将试剂10以及在有必要时的孕育剂11连续地加入连续的或不连续的熔体中，即已知的或不定量的熔体。如果是已知的定量熔体，则可将其装入一个铁水包13中，并在每次处理之后更换；如果是不定量的熔体，则熔体可以穿过外浇口或沿浇道14流动。

试剂10或孕育剂11的上述供料是借助于至少一个浸没在要进行处理的熔体12中的专用装置15而进行的，该装置在下文中被称为反应器并具有一个汽化室16和一个膨胀室17，二者靠位于汽化室16和/或自由表面之上的一个设定标高处的通道18相互连接。每个反应器可以是单独的一件，或包括若干个不同的构件，甚至是由非单一的但具有合适的物理和机械性能的气密材料制成，以便承受操作应力并保持在反应过程中在内部产生的并防止熔融金属返回膨胀室的内部压力。应当注意到，反应器可装在一个固定的或可移动的位置上。汽化室16和膨胀室17可以同轴地或并排地配置。相应地，由于反应器的构件可能在要处理的熔体中，或与要处理的熔体相关，所以在各实施例中反应器15的几何形状可以有很大的变化。因此，反应器15可以如图1所示，呈浸没在位于铁水包13内的熔体的中心或一侧的钟形。另一种方案是，如图5至8所示，反应器15可以是沿一个槽或浇道14的壁配置的块形结构。在各实施例中，汽化室16的顶部敞开，并且通过通道18仅与膨胀室17连通，而不与熔体连通。熔融的熔体仅与汽化室16的侧壁和/或底部接触。另一方面，膨胀室17在顶部通过通道18与汽化室16连通，而在其底部和/或侧面，经可能的通道17′直接地朝向熔体全部或局部地敞开。

用于供应装入和来自一第一供料槽/计量装置20、20′的试剂材料的第一导管19与汽化室6相连(图中所示的上述槽/计量装置用于粒状材料，但可以设想也适用于线状或粉状材料)。用于供应装入和来自一第二供料槽/计量装置22、22′的孕育材料11的第二导管21与膨胀室相连。上述的槽/计量装置20、22位于在要处理的熔体12上方，或其之外的任一位置上，而且来自上述槽/计量装置的导管19,21可结合为一个单独的组件或彼此相互分开。无论如何，试剂10和孕育剂11都分别单独地但又是相伴地加入汽化室16和膨胀室17。

为了在位于铁水包13内的熔体12中进行处理，使铁水包13和用于供应试剂和孕育剂的设备适当地压力密封并配备有效的控制系统和安全系统。

实际上，无论是在铁水包13中或是流入外浇口和浇道14的熔体12在与反应器15接触的时候将熔化热/汽化热传给装在室16内的试剂10。产生的蒸气经其位置高于在膨胀室17中的熔体液位的通道18，并由此经位于该室底部的通道17′吹入熔体12。蒸气朝液面升起，随之增溶并使其自身分布，以便进行所需的反应。在膨胀室16内的压力与金属静压力保持恒定平衡的状态下，金属不可能向上升回膨胀室16。

借助于靠一调节器控制的计量系统20,20′可操纵将试剂10供入汽化室16，该计量装置装在一料斗中，该料斗可用配有一截止阀20″(图7)的惰性气体加压，当试剂10在大气压力下从料斗20进入相关的导管19时，截止阀可防止蒸气逸出。计量装置20′是密封的，可确保在计量过程中维持料斗20内的压力并用作为保持定量试剂的料斗的基部。计量装置20′的开口由一最低料位计23控制，以确保料斗中永远存有试剂。试剂的料位随着经布料导管19加入室16中的试剂量而变化，并与汽化程度和单位时间内进入熔体的试剂数量相应。

用于经配料导管将孕育材料12加入膨胀室17的槽/计量装置22,22′按相同的方式工作。经过处理并可能经过孕育后的金属由一流槽24(图6)排出，而形成的废渣25汇集在外浇口的壁上，由此可易于由人工或自动地排出。当处理完毕时，通过一个可以逐渐地排放金属并同时将反应器15的室16,17中的压力降至大气压水平的排放口26将外浇口排空。

用于连续操作的系统设有必要的控制和安全系统，即传感器27(图2和图9)，用于通过控制阀门的关闭而控制试剂的料位；系统28(图6)，用于连续测量反应器内部的压力，当压力超过设定值时，关闭阀门；一快速开启的安全阀29；一外浇口盖30；一在图中处于停止位置的虹吸系统31(图6)；一限定上述系统的保护挡板32和一气体吸入及排出系统(图中未示出)。最后，各反应器15可以配备有一个由电力或气体等操纵的装置33，用以当试剂的汽化点超过熔体温度时，加热在汽化室内的试剂10。

Claims (9)

1．一种用于在熔体中进行脱硫、脱氧、精炼或球化的冶金处理的方法，其特征在于，将可汽化的试剂材料连续地送入熔体中，并且该试剂材料在不与熔体直接接触的情况下被汽化。

2．一种用于采用如权利要求1所述的处理方法在熔体中进行冶金处理的设备，包括至少一个在欲被处理的熔体中布置在一个固定的或可移动的位置上的反应器(15)，其特征在于，它具有一个用来容纳试剂材料(10)的第一汽化室(16)，一个用来容纳孕育材料(11)和来自第一室的试剂的蒸气的第二膨胀室(17)，一个使第一室和第二室相互连通的通道(18)，以及用于计量试剂材料和孕育材料并且连续地而且分别地将试剂材料加入第一室(16)和将孕育材料加入第二室(17)的计量和供料装置(20,22)。

3．如权利要求2所述的设备，其特征在于，第一室(16)具有与熔体接触的侧壁和/或底壁，而第二室(17)朝熔体敞开，将上述室均保持在压力下，以防止熔体返入第二室。

4．如权利要求2或3所述的设备，其特征在于，使第一和第二室(16,17)相互连通的通道(18)的位置最好高于熔体的液位。

5．如权利要求2所述的设备，其特征在于，第一和第二室(16,17)彼此相互同心地或相互并排地合为一体，上述的一体结构是由一个单独的构件组成的或是由若干个组装在一起的构件组成的。

6．如权利要求2所述的设备，其特征在于，第一汽化室与一用于加热试剂材料的加热装置相关联。

7．如权利要求2所述的设备，其特征在于，第一和第二室与用于运送来自计量装置(20,22)的试剂材料和孕育材料的导管(19,21)相连，上述导管可连接成一个单独的组件或各自分开。

8．如权利要求2所述的设备，其特征在于，反应器(15)浸没在要进行处理的熔体中。

9．如权利要求2所述的设备，其特征在于，反应器(15)沿一槽或浇道的壁配置。

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