CN105132622A - 钢水钙处理工艺及其设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钢水钙处理工艺及其设备，该工艺包括以下步骤：1)升温抽真空；2)合金化；3)钙处理。设备包括真空感应炉，所述真空感应炉包括真空室，所述真空室侧壁上设有旋臂，所述真空室内设有感应炉，所述感应炉与所述旋臂固定连接，所述真空室顶部设有密封炉盖，所述密封炉盖上设有电机和搅拌杆，所述搅拌杆的底端伸入所述感应炉中，且所述搅拌杆的底端连有搅拌头，所述搅拌杆的动力输入端与所述电机连接。本发明冶炼过程密封在真空仓内，可有效防止合金的氧化烧损，收得率高；采用机械搅拌方式为钙处理的均匀性创造了良好的动力学条件，显著提高了钢液的钙处理效果；整个操作过程在真空室内完成，与试验操作人员隔离，安全性更好。

Description

钢水钙处理工艺及其设备

技术领域

本发明涉及冶金工业中的钢水处理技术，具体地指一种钢水钙处理工艺及其设备。

背景技术

低碳铝镇静钢广泛地应用在汽车、家电及工程等领域。铝是一种强脱氧剂，是低碳铝镇静钢冶炼生产中的一种重要脱氧剂。铝脱氧的钢液中存在Al₂O₃夹杂，Al₂O₃夹杂熔点高，在钢液中程固态，连铸生产中很容易在水口处聚集，引起水口堵塞，最终影响产品质量。因此，如何控制铝脱氧产物，使之在钢液中程液态，能大量上浮，不仅可以消除水口堵塞，保证连铸顺行，而且有利于改善钢液的洁净度。生产中采用向铝脱氧的钢液中喂入钙合金线的方式来改变铝氧化物夹杂的形态。钙是强脱氧剂，进入钢液后很快熔化，在上浮过程中与钢中氧作用生成低熔点且液态的钙铝化合物，其密度变小，在钢液中集聚上浮排入炉渣，进而改善钢液浇铸特性和钢的质量，这项工艺叫做钙处理工艺。

目前，钙处理工艺试验，通常利用硅钼高温炉或感应炉来加热需要钙处理的钢水，钙处理工艺处于开放环境中。而真空感应炉则是在真空条件下，利用中频感应加热原理，使金属熔化的真空冶炼设备，现有的真空感应炉无法保证钙处理的效率和均匀性，无法实现炉内钙处理，常用于小批量的，高精度控制条件下的钢铁以及各种合金的熔化和冶炼。

现有钙处理工艺主要存在以下问题：1)钙合金氧化烧损严重，收得率不高；2)搅拌处理过程中会出现喷溅，现场环境恶劣，安全性差。

发明内容

本发明的目的就是要提供一种钢水钙处理工艺及其设备，该工艺及设备大幅提高了钙合金收得率，钙处理效果好，安全性高。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种钢水钙处理工艺，包括以下步骤：

1)升温抽真空：将钢铁料加热熔化成钢水，待钢水温度升至1540～1580℃后保温，并同时抽真空至真空度为60～80Pa；

2)合金化：往钢水中加入合金料，调整钢水至设计成分；

3)钙处理：往钢水中加入钙铁合金，并在真空密闭条件下对钢水进行搅拌，使钙铁合金迅速熔入钢水中，钙与钢水中的铝氧化物反应生成钙铝化物，然后静置一段时间，使钙铝化物积聚上浮而从钢水中分离出来。

进一步地，所述步骤3)中，对钢水进行机械搅拌，在离心力作用下，钢水液面形成中心低四周高的漩涡，从而使钢水上层的钙铁合金熔体迅速下移，并向四周扩散循环，进而使钙铁合金迅速在钢水中均匀分布。

进一步地，所述步骤3)中，对钢水进行旋转搅拌，旋转转速为30～50r/min，搅拌时间为2～3min。

进一步地，所述步骤1)中，待钢水温度升至1560～1580℃后保温，并同时抽真空至真空度为70～80Pa。

进一步地，所述步骤3)中，钙铁合金中钙的重量含量为30％～40％，铁的重量含量为60％～70％。

进一步地，所述步骤3)中，将钢水静置4～6min，使钙铝化物充分积聚上浮。

一种为实现上述工艺而设计的钢水钙处理设备，包括真空感应炉，所述真空感应炉包括真空室，所述真空室侧壁上设有旋臂，所述真空室内设有感应炉，所述感应炉与所述旋臂固定连接，所述真空室顶部设有密封炉盖，所述密封炉盖上设有电机和搅拌杆，所述搅拌杆的底端伸入所述感应炉中，且所述搅拌杆的底端连有搅拌头，所述搅拌杆的动力输入端与所述电机的动力输出端连接。

进一步地，所述搅拌头外缘设有搅拌叶片。

更进一步地，所述搅拌杆采用金属材质，所述搅拌头采用耐火材料。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

其一，本发明在真空状态下进行钙处理过程，并在密闭环境下完全隔绝氧气，有效地避免了合金的氧化烧损，提高了钙铁合金的收得率。

其二，本发明中，机械搅拌产生的离心力可使熔化的钙铁合金迅速沉入钢水中，并均匀分布，提高了钙处理均匀性，钙处理效果好，同时也提高了钙处理效率，并有效改善了钢水的浇铸性能。

其三，本发明显著降低了钙处理过程的剧烈程度，将钙处理过程限制在真空环境内，避免了钢水喷溅操作人员，保证了生产安全性。

其四，本发明采用真空感应炉冶炼，并在真空感应炉上顶装机械搅拌结构，用搅拌杆搅拌钢水，从而利用搅拌后钢水离心力形成的漩涡使钙铁合金迅速下沉，并均匀分布，高效地完成钙处理操作；机械搅拌带动了感应炉内钢水的循环流动，为钙处理的均匀性创造了良好的动力学条件，显著提高了钢液的钙处理效果；本发明设备成分控制精确，操作简单。

附图说明

图1为一种钢水钙处理设备结构示意图。

图2为图1中搅拌头的放大结构示意图。

图3为图1中感应炉的放大结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明，便于更清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。

图1所示的钢水钙处理设备，包括真空感应炉1，真空感应炉1包括真空室1-1，真空室1-1侧壁上设有旋臂1-2和真空抽气管1-10，真空室1-1内设有感应炉1-3和锭模1-8，锭模1-8设于真空室1-1底部，感应炉1-3与旋臂1-2固定连接，旋臂1-2支撑感应炉1-3使感应炉1-3悬于锭模1-8上方，旋臂1-2可在旋臂控制系统的控制下带动感应炉1-3旋转，真空室1-1顶部设有密封炉盖1-4，密封炉盖1-4上设有电机1-5，金属材质的搅拌杆1-6及下料仓1-9，搅拌杆1-6的底端伸入感应炉1-3中，且搅拌杆1-6的底端连有由耐火材料制成的搅拌头1-7，搅拌头1-7外缘设有搅拌叶片1-71，(如图2所示)，搅拌杆1-6的动力输入端与电机1-5的动力输出端连接，搅拌杆1-6在电机1-5的带动下可升降和低速旋转

上述方案中，结合图3所示，感应炉1-3主要包括炉体1-31，炉衬1-32和感应线圈1-33，炉衬1-32内壁围成炉腔1-34，炉腔1-34用来盛放钢水。

上述钢水钙处理设备的工作过程如下：首先打开真空感应炉1的密封炉盖1-4，往感应炉1-3中装入钢铁料(工业纯铁)后关闭密封炉盖1-4，真空感应炉1加热升温将钢铁料熔化成钢水，待钢水温度升至1540～1580℃后保温，并同时抽真空至真空度为60～80Pa；然后待感应炉1-3内钢铁料全部熔化后，利用加料漏斗加入铝丸，硅铁，锰铁及磷铁等各种合金料调整钢水至设计成分，成分调整到位后，停止加热，真空环境下保温；接着电机1-5带动搅拌杆1-6下降，将搅拌头1-7降至感应炉1-3的炉腔1-34底部，并且电机1-5带动搅拌杆1-6及搅拌头1-7进行旋转，对钢水进行机械搅拌，同时从下料仓1-9往钢水中加入钙铁合金，起初钙铁合金因密度小于钢水而浮于钢水液面上，在高温的作用下迅速熔化，控制搅拌头1-7旋转转速为30～50r/min，搅拌头1-7在炉底旋转，钢水在离心力的作用下，在钢水液面形成中心低四周高的漩涡，使顶部钙铁合金熔体迅速下移，并向四周扩散循环，促使钙铁合金在炉内迅速均匀分布，搅拌2～3min后停止搅拌，提升搅拌头1-7到初始位置，静置保温4～6min，等钙铝化物等夹杂物积聚上浮，完成钢液的钙处理操作；最后利用旋臂1-2旋转感应炉1-3的炉体1-31，将钙处理后的钢水浇入事先准备好的锭模1-8中，浇铸完毕后破真空，待铸件自然冷却后脱模。

实施例1～3

以50kg规格的钢水钙处理设备为例，按上述工作过程对低碳铝镇静钢进行钙处理及浇铸，待铸件冷却后进行成分和钙含量检验。实施例1～3中的产品成分见下表1(余量为Fe)：

表1

实施例1～3涉及的主要工艺参数及检验结果见下表2，其中，所采用的钙铁合金中钙的重量含量为30％，铁的重量含量为70％：

表2

从表2可以看出，机械搅拌带动了感应炉内钢水的循环流动，为钙处理的均匀性创造了良好的动力学条件，实施例1～3中，W_Ca/W_Als>0.1，达到了良好的钙处理效果；钙铁合金的收得率达45％以上，提高了钙铁合金的收得率。

Claims (9)

1.一种钢水钙处理工艺，包括以下步骤：

1)升温抽真空：将钢铁料加热熔化成钢水，待钢水温度升至1540～1580℃后保温，并同时抽真空至真空度为60～80Pa；

2)合金化：往钢水中加入合金料，调整钢水至设计成分；

3)钙处理：往钢水中加入钙铁合金，并在真空密闭条件下对钢水进行搅拌，使钙铁合金迅速熔入钢水中，钙与钢水中的铝氧化物反应生成钙铝化物，然后静置一段时间，使钙铝化物积聚上浮而从钢水中分离出来。

2.根据权利要求1所述的钢水钙处理工艺，其特征在于：所述步骤3)中，对钢水进行机械搅拌，在离心力作用下，钢水液面形成中心低四周高的漩涡，从而使钢水上层的钙铁合金熔体迅速下移，并向四周扩散循环，进而使钙铁合金迅速在钢水中均匀分布。

3.根据权利要求1或2所述的钢水钙处理工艺，其特征在于：所述步骤3)中，对钢水进行旋转搅拌，旋转转速为30～50r/min，搅拌时间为2～3min。

4.根据权利要求1或2所述的钢水钙处理工艺，其特征在于：所述步骤1)中，待钢水温度升至1560～1580℃后保温，并同时抽真空至真空度为70～80Pa。

5.根据权利要求1或2所述的钢水钙处理工艺，其特征在于：所述步骤3)中，钙铁合金中钙的重量含量为30％～40％，铁的重量含量为60％～70％。

6.根据权利要求1或2所述的钢水钙处理工艺，其特征在于：所述步骤3)中，将钢水静置4～6min，使钙铝化物充分积聚上浮。

7.一种为实现权利要求1所述工艺而设计的钢水钙处理设备，包括真空感应炉(1)，所述真空感应炉(1)包括真空室(1-1)，所述真空室(1-1)侧壁上设有旋臂(1-2)，所述真空室(1-1)内设有感应炉(1-3)，所述感应炉(1-3)与所述旋臂(1-2)固定连接，所述真空室(1-1)顶部设有密封炉盖(1-4)，其特征在于：所述密封炉盖(1-4)上设有电机(1-5)和搅拌杆(1-6)，所述搅拌杆(1-6)的底端伸入所述感应炉(1-3)中，且所述搅拌杆(1-6)的底端连有搅拌头(1-7)，所述搅拌杆(1-6)的动力输入端与所述电机(1-5)的动力输出端连接。

8.根据权利要求7所述的钢水钙处理设备，其特征在于：所述搅拌头(1-7)外缘设有搅拌叶片(1-71)。

9.根据权利要求7或8所述的钢水钙处理设备，其特征在于：所述搅拌杆(1-6)采用金属材质，所述搅拌头(1-7)采用耐火材料。