CN105420447B - Lf精炼钢包封闭装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了LF精炼钢包封闭装置及其使用方法，包括包体和包盖；所述包盖的底部边缘和包体的顶部边缘密封扣合；所述包盖设有一个以上的喂线管，当包盖和包体扣合时，所述喂线管的底部处于包体内钢水的上方；使用时，通过起重设备将包盖密封在包体上，合金芯线自喂线管中穿过，控制喂线深度为钢液界面下100～200mm。本发明通过设置包盖来密封包体，避免了强脱氧剂在钢渣界面上与大气中的氧接触燃烧，减少了强脱氧剂的损耗；降低了合金芯线与氧气接触燃烧，避免了钢水中钙化物排不出来而污染钢水；避免了钢液在喂线过程中的二次氧化，减少了粉尘的排放，保护了环境。

Description

LF精炼钢包封闭装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及冶炼装置技术领域，尤其涉及LF精炼钢包封闭装置及其使用方法。

背景技术

尽管转炉挡渣技术不断的完善并日趋成熟，但在实际生产中使转炉少渣出钢相当困难，如何对进入钢包内转炉渣变性处理极为重要。对于生产铝脱氧高质量钢，最好在LF等待位把炉渣中(FeO+MnO)含量控制到最低，以避免炉渣中的氧与钢液的元素发生作用，生成氧化物夹杂进入钢液。特别对铝脱氧钢液，生成的脱氧产物Al₂O₃较为细小，这样夹杂物一旦卷入钢液，就很难上浮去除，这样的钢液虽然做到了脱氧，但玷污了钢液，使悬浮于钢液中的脱氧颗粒，由于排不出去使钢中氧化物夹杂增多，会使水口结瘤和成品钢材的力学性能及物理性能因此恶化。

现有的精炼钢包使用的是开放式钢包，在精炼前，在待工位等待的时间比较长(如果等待时间很短，遇上钢包底吹氩不透或转炉两次以上倒炉等可能中断连铸),在底吹氩的条件下，钢包内的钢水温降很快；在大气下也容易使钢液产生二次氧化；吹氩使钢液产生的粉尘的排放，污染了环境。

LF精炼完的钢液为了进一步的脱氧脱硫，使钢液高熔点的氧化物改性，通常使用的合金芯线为硅钙线；喂入钢水中的金属钙气化形成钙气泡，在上浮过程中脱氧，溶解进入钢液的钙与氧反应；钙在钢水里上浮过程中与钢水中的氧硫发生脱氧脱硫反应，同时底吹氩，钙气泡在钢液中停留时间很短，由于钢水有粘度，喂入钢水的钙是不均匀的。因此钢水中有些钙富集的区域会生成低熔点的钙铝酸盐(12CaO·7Al₂O₃)，而在钙不富集的地方(即Al₂O₃夹杂物改性不充分)，不但不能生成液态的12CaO·7Al₂O₃，还有可能生成高熔点的固态钙、铝复合夹杂(CaO₂·Al₂O₃，熔点为1750℃)，这样不但不能起到净化钢液和解决水口堵塞作用，而且结瘤现象反而会比没有进行钙处理时更严重。

开放式钢包喂硅钙线，如图6所示：喂入到钢水的硅钙线中的钙被翻出产生亮光，产生亮光的原因是喂入钢水中的钙在钢水中停留时间短，钢水有粘度，钙在钢水中的溶解度很小，钙在钢水内部某一区域达到饱和后，还没来得及与钢水其它区域内的氧或硫反应，就从钢水中翻滚出来与大气中的氧接触燃烧产生的；喂入到钢水里的硅钙都是强烈的放热反应，放出的热量抵消不了硅钙在钢水内部体积膨胀引起的激烈搅拌带来的钢水温降，钙的烧损很大，热能的浪费；同时，开放式钢包中燃烧产生的烟气、粉尘直接排到空气中，污染了环境。

发明内容

针对上述问题中存在的不足之处，本发明提供LF精炼钢包封闭装置及其使用方法。

为实现上述目的，本发明提供一种LF精炼钢包封闭装置，包括包体和包盖；

所述包盖的底部边缘和包体的顶部边缘密封扣合；

所述包盖设有一个以上的喂线管，当包盖和包体扣合时，所述喂线管的底部处于包体内钢水的上方。

作为本发明的进一步改进，所述包体包括包壳和内衬层，所述内衬层位于包壳的内底部和内侧壁；

所述包壳顶端的包沿上固定第一环形钢板，所述第一环形钢板延伸至内衬层的顶部，所述第一环形钢板上固定定位件；

所述包盖包括基板，所述基板背面设有同心的第二环形钢板和第三环形钢板；所述第二环形钢板、第三环形钢板和基板形成的凹槽与包体上的定位件相对应设置。

作为本发明的进一步改进，所述内衬层是由耐火砖均匀的砌在包壳的内侧壁和内底部形成的层状结构。

作为本发明的进一步改进，所述包壳底部设有进气口，进气口上方设有与底部内衬层高度一致的多孔砖。

作为本发明的进一步改进，所述第一环形钢板的宽度比包壳侧壁内衬层的宽度短12-15mm，所述第一环形钢板上焊接固定多个钢筋棍(5)；所述钢筋棍的长度为8-10mm。

作为本发明的进一步改进，所述第一环形钢板与包壳侧壁的耐火砖之间为填充耐火材料形成的环状结构。

作为本发明的进一步改进，所述定位件为环形半圆管，环形半圆管焊接固定在所述第一环形钢板的中心部位。

作为本发明的进一步改进，所述凹槽内设有填充层。

作为本发明的进一步改进，所述基板上设有排气口。

作为本发明的进一步改进，所述基板背面焊接固定多个钢筋钩(12)，固定钢筋钩的基板背面为涂抹耐火材料形成层状结构。

本发明还提供了一种LF精炼钢包封闭装置的使用方法，其特征在于，该方法包括：

使用起重设备将包盖密封在包体上；

合金芯线自喂线管中穿过，深入到钢液与钢渣界面上；控制喂线深度为钢液界面下100～200mm。

作为本发明的进一步改进，所述合金芯线使用硅钙线或钙镁线。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明公开的一种LF精炼钢包封闭装置及其使用方法，通过设置包盖来密封包体，避免了强脱氧剂(钙或镁)在钢渣界面上与大气中的氧接触燃烧，减少了强脱氧剂的损耗；通过包盖将包体形成一个封闭的环境，降低了合金芯线与氧气接触燃烧，因此可以将喂线的脱氧反应由钢液中移到钢-渣界面上进行，避免了钢水中脱氧产物排不出来而污染钢水；避免了钢液在喂线过程中的二次氧化，减少了粉尘的排放，保护了环境；

通过在包壳顶端外沿上焊接固定第一环形钢板，用于支撑包盖，将包盖的重力转移到包壳上，保护了钢包内的内衬层；

通过在第一环形钢板上固定多个钢筋棍，用于巩固第一环形钢板与其底部耐火砖之间填充的耐火材料，提高了包体的耐火性，保护第一环形钢板；

通过在基板背面固定多个钢筋钩，用于钩起固定基板背面涂抹的耐火材料，提高包盖的耐火性和保温性，减缓了钢液温度下降的速度；

通过在第一环形钢板的中心部位焊接固定环形半圆管，用于降低钢渣与包体顶端包沿的粘连，即使粘连也容易清理；

通过在凹槽内设有填充层，提高了包盖与包体之间的密封性；

使用过程中，通过控制喂线机的喂线速度保证合金芯线的喂线深度控制在钢液面下100～200mm，避免了在喂线过程中钢液的喷溅，同时，脱氧过程中产生的脱氧产物直接在钢液界面上产生，避免了钢水中脱氧产物排不出来而污染钢水。

附图说明

图1为本发明一种实施例公开的LF精炼钢包封闭装置的结构示意图；

图中：1、包壳；2、内衬层；3、第一环形钢板；4、环形半圆管；5、钢筋棍；6、进气口；7、多孔砖；8、基板；9、第二环形钢板；10、第三环形钢板；11、石棉层；12、钢筋钩；13、排气口；14、喂线管。

图2为本发明一种实施例公开的LF精炼6分钟内不同炉次渣样颜色图；

图3为本发明一种实施例公开的未进行大气搅拌的炉渣图；

图4为本发明一种实施例公开的硅钙线处理的钢水在连铸中包浇注的钢水纯净度图；

图5为本发明一种实施例公开的精炼后的渣样与喂完硅钙线后的渣样的对比图；

图6为现有开放式钢包喂线的现场图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明公开了一种LF精炼钢包封闭装置，包括包体和包盖；

包盖的底部边缘和包体的顶部边缘密封扣合；

包盖设有一个以上的喂线管，当包盖和包体扣合时，喂线管的底部处于包体内钢水的上方。

下面结合附图对本发明做进一步的详细描述：

实施例1：如图1所示，本发明实施例所述的一种LF精炼钢包封闭装置，包括包体和包盖；

包体包括包壳1、由耐火砖堆砌形成的内衬层2；内衬层2设在包壳的内底部和内侧壁上；包壳底部设有进气口6，进气口6上方紧贴进气口6设有与底部内衬层高度一致的多孔砖7；用于向钢包内吹送的氩气从孔中穿过。

包壳1的顶部外沿上焊接固定第一环形钢板3，第一环形钢板3延伸至内衬层的顶部，第一环型钢板3的宽度比钢包上的耐火砖短10-15mm；在第一环形钢板3的厚度方向上焊接固定多个钢筋棍5，钢筋棍5的数量根据实际施工情况进行设计；钢筋棍5的长度为8-10mm；在第一环形钢板3与其底部的耐火砖之间填充耐火材料，耐火材料形成的环状结构与下面的耐火砖对齐粘接；焊接在第一环形钢板3上的钢筋棍5用于巩固耐火材料，底部的耐火砖用于支撑耐火材料；钢包内的耐火砖、第一环形钢板3通过耐火材料连接为一体。通过设置第一环形钢板3，解决了现有开放式钢包从包底到包沿都是耐火砖，由于耐火砖表面粗糙，在出钢或精炼过程中，有时有钢渣溅出或精炼过程中泡沫渣的溢出使渣钢粘连，清理钢渣时很容易把钢渣粘连的耐火砖一起清除，造成甩包的问题；同时，第一环形钢板3用于支撑包盖，将包盖的重力转移到包壳1上，保护了钢包内的内衬层2。

第一环形钢板3的中心部位焊接固定环形半圆管4，用于作为包盖与包体封闭贴合的定位件；环形半圆管4的设置使钢渣与钢包包沿不易粘连，即使粘连也容易清理。

包盖包括基板8，基板的背面焊接固定同心的第二环形钢板9和第三环形钢板10，第二环形钢板9、第三环形钢板10和基板8之间形成的凹槽与包体上固定的环形半圆管4上下相对应；在凹槽内填充石棉层11；用于保证包盖与包体之间的密封性。

基板8上设有排气口13和2个喂线管14；基板8背面焊接固定多个钢筋钩12，钢筋钩12的数量根据实际施工情况进行设计；在基板8底面所有钢筋钩12形成的空间内涂抹耐火材料；用于保护基板8，提高包盖的耐火性和保温性，减缓了钢液温度下降的速度。

实施例2：本发明所述的一种LF精炼钢包封闭装置的使用方法，该方法包括：

将钢液加入到包体内；

在待工位旁边装上电葫芦，把钢包盖固定在电葫芦上；

当钢包车前进或后退进入待工位，电葫芦上的包盖通过左右上下移动将钢包盖盖到钢包上；焊接在钢包盖上同心的第二环形钢板、第三环形钢板正好卡住包体外沿沿上的半圆管，钢包盖上的石棉填充层正好压住钢包上的半圆管，这样通过改进钢包和加包盖把钢包内的钢水密封起来；

将喂线机喂出的合金芯线选导入到2个喂线管内，合金芯线使用硅钙线、钙镁线；通过控制喂线机的喂线速度将喂线深度控制在钢液界面下100～200mm；

包体底部的进气口进行吹氩，并配合喂线机喂线。

本发明把精炼一些化学反应控制在封闭钢包内，通过向封闭钢包内喂入强脱氧剂(钙或镁线，喂入钢水深度100～200mm)，在LF精炼前，喂入强脱氧剂，把炉渣中(FeO+MnO)含量控制到最低(以避免炉渣中的氧与钢液的元素发生作用，生成氧化物夹杂进入钢液。特别对铝脱氧钢液，生成的脱氧产物Al₂O₃较为细小，这样夹杂物一旦卷入钢液，就很难上浮去除)，保证LF的白渣精炼，阻止精炼过程中渣中的氧向钢液传递。LF精炼完的钢水，通过喂入强脱氧剂，在钢水表面和炉渣上形成一个较强还原区，钢水在底吹氩的搅拌下，使钢水中的氧和脱氧产物进一步被还原，从而达到纯净钢水的目的。由于喂入强脱氧剂的钙镁的化学反应都是强烈放热反应，避免了钢液在喂线过程中的二次氧化和温降，避免了强脱氧剂在钢渣界面上与大气中的氧接触燃烧，减少了强脱氧剂的损耗，又由于脱氧的还原区在钢水表面，避免了钢水中脱氧产物排不出来而污染钢水；化学反应控制在封闭钢包内，减少了粉尘的排放，保护了环境。

本发明提供一种LF精炼钢包封闭装置，合金芯线使用硅钙线或钙镁线；下面从精炼前、精炼初期、精炼后期三个方面对比本发明提供的LF精炼钢包封闭装置与开放式钢包：

一、精炼前：

开放式钢包：

在精炼前：在钢水到精炼待工位后，接上底吹氩进行底吹，炉渣的氧高时，有可能渣中的氧向钢液供氧，造成钢水中夹杂物增多。开放式钢包里的钢水在底吹氩的搅拌下降温很快，钢水表面的造渣材料由于温度偏低很容易结壳，钢水中和炉渣中的一些微小颗粒排到大气中，造成环境污染。

LF精炼钢包封闭装置：

在精炼前，(转炉出钢下渣不可避免)：炉渣的氧化性较强，钢水到精炼待工位，通过电葫芦(或其它起重设备)，把包盖加上，接上底吹氩。通过喂线机喂入合金钙镁线到钢水表面100-200mm，钙镁立即气化(类似于转炉吹氧冶炼，一个是氧化反应，一个是脱氧反应，都是在钢水与炉渣之间的反应)，脱氧反应是在封闭容器中，且钙镁气化，体积激烈膨胀，形成钢渣混冲，有很好的反应动力学条件，且在封闭的空间里形成正气压，进一步强化了钙镁气泡脱除炉渣中和钢水中的氧。所以在很短时间内，就可以把炉渣中的氧降到很低，使渣中的(FeO+MnO)含量低于1％，为下一步LF炉在工作位精炼时造白渣供了保证，白渣精炼是LF生产的重要特点。钙脱氧化学反应产生的氧化物CaO可提高炉渣碱度，镁的脱氧产物是MgO，可减少炉衬的侵蚀(钢包渣线部位大多数用MgO-C砖砌筑，只有当耐火材料中的MgO与钢包渣中的MgO含量达到平衡时，炉衬才不会被侵蚀掉，所以从延长炉衬角度，渣中应保证一定的MgO含量)。喂入钢水的强脱氧剂的化学反应都是强烈的放热反应，由于强烈的化学放热反应是在封闭的钢包内，产生的热量大部分都在钢包内，又有良好的动力学条件，可以使钢包内的造渣材料融化或呈现熔融状态。喂线反应在封闭的钢包内，对周围没有环境污染。

二、精炼初期：

开放式钢包：

在精炼初期，加到钢水上的造渣材料没有融化是块状(温度低)，由于造渣材料结壳，电弧不能埋弧时而出现断狐，噪音较大，电极、电耗消耗较大；钢水和炉渣温度偏低，造渣材料结壳，炉渣中氧又偏高，需要多加脱氧剂来脱出炉渣中的氧，电极的弧光温度较高，会使部分脱氧剂在炉渣和钢液面上燃烧，也为钢液面的吸氮及二次氧化提供了条件；图2是在精炼7分钟取的取不同炉次的渣样多数是黑色或是灰色，通过观察炉渣的颜色可以得出结论：“炉渣中仍有一定量的FeO的存在”。完成沉淀脱氧后的钢水长期与含有一定量的FeO接触，且在底吹氩的条件下容易与炉渣中的氧再次发生氧化作用，特别是铝脱氧的钢液，生成的脱氧产物较为细小，这样的夹杂物一旦卷入到钢液，就很难去除，即使这样的钢液虽然做到了脱氧，但玷污了钢液，使悬浮于钢液中的脱氧颗粒，由于排不出去使钢中氧化物夹杂增多，会使水口结瘤和成品钢材的力学性能及物理性能因此恶化。

在精炼前期加入的脱氧剂，炉渣粘度大，脱氧不均衡(图3，炉渣分几层，说明精炼过程的炉渣脱氧不均)，在炉渣温度偏低，造渣材料结壳和炉渣氧化性偏高的条件下，在钢水的溶解氧较低的条件下，钢液再次被氧化率是很大的。实现去除钢液中的氧化物夹杂，提高钢水的纯净度是有一定困难的。又由于炉渣氧高，造渣材料没有融化，脱氧剂又不能少加等原因，在前7分钟加热发生化学反应激烈，虽然有除尘，但仍有很多的烟尘没有被抽走而污染环境。

LF精炼钢包封闭装置：

精炼前待工位的钢水的炉渣已经是熔融状态，精炼时电弧稳定而不断狐，为埋狐加热创造了条件；由于有包盖保温和喂入钢水的强脱氧剂的化学反应都是强烈的放热反应，缩短了精炼提温时间，降低电耗和电极消耗；通过喂入强脱氧剂炉渣中的氧已经很低，避免炉渣中的氧高而向钢液供氧，保证了LF的白渣精炼时间，缩短了冶炼时间，提高了钢水质量和钢水的洁净度；减少了脱氧剂的用量，使前期的精炼的脱氧过程没有那么激烈，减少了不必要的烧损，避免了精炼前期的大量烟尘，改善了精炼厂房内的环境，做到环保精炼。

精炼后期：

开放式钢包：

精炼完的钢水温度比较高，炉渣的流动性也好，向钢水喂入硅钙线，通过观察你图6，可以看钢水和炉渣飞溅的钢包外，可见喂入钢水内部的硅钙线中的钙在钢水内部气化时产生的能量(钢水和炉渣到处飞溅)。使钢水和炉渣强烈的搅拌，强烈的搅拌必会使钢水产生二次氧化(图5，a是精炼完后没有喂入硅钙线取的渣样，因渣中氧低，呈现白色，b是精炼完后喂完硅钙线取的渣样，因强烈的搅拌使炉渣吸入少量大气氧，炉渣已变成其他色)。

在钢包的上方有较强的亮光(如图6)，亮光是喂入钢水中的硅钙线中的钙在局部达到饱和后，在底吹氩的作用下从钢水中翻滚出来与大气中的氧接触燃烧产生的，尽管硅钙线喂入到喂到钢水内部，因为钙在钢水中的溶解度很小，钢水有粘度且时间又短，喂入钢水的钙在钢水中是不均匀的(例如：精炼炉渣在底吹氩的条件下，如果不用大气搅拌炉渣，那么炉渣也是不均的(渣样颜色来判断))，如图3所示：“从图3中可以看到渣样可以分为三层，最外层是黄白色，中层是灰色，最内层是灰黑色，说明炉渣脱氧很不均匀”。同理喂入钢水的硅钙线，因钢水有粘度、在短时间(不到25秒)喂入钢水中的硅钙线也很难均匀分布，所以在钢水内部钙化的钢水就有脱氧不良或改性不充分，会使钢水的夹杂物增多，在钢水内部钙富集的地方能够生成低熔点钙铝酸盐(12CaO·7Al2O3)，钙不富集的地方(即Al2O3夹杂物改性不充分)，不但不能生成液态的12CaO·7Al2O3，还有可能生成高熔点的固态钙、铝复合夹杂(CaO·2Al2O3，熔点为1750℃)，不但不能起到净化钢液和解决水口堵塞作用，结瘤现象反而会比没有进行钙处理时更严重。

用铝脱氧钢液最终会有一些细小的Al2O3夹杂物很难去除，这些固体Al2O3夹杂对连铸生产及钢的加工性能，钢的延伸性和疲劳性能都极为有害。浇钢时容易堵塞水口，用硅钙线处理后，如图4的浇钢曲线，反映了钢水的纯净度。图4是硅钙线处理的钢水在连铸中包浇注的情况，下面的那条曲线是中包塞棒浇钢水的记录情况，如果钢水的纯净度高，那么中包塞棒(图示中的曲线)就是一条直线。中包塞棒紫红线(图示中的曲线)是查看钢水的纯净度的重要砝码。从图上可以看出塞棒的浇钢线并不直，说明有的炉次的钢水纯净度是达不到的。当钢水夹杂物多，塞棒头粘连夹杂物增多，为保证连铸拉坯的速度不变，那么塞棒就会上涨(图中的线会往上走)。当钢水纯净度提高后，粘连在塞棒头上的夹杂物又被冲掉，紫红线(图中的线会往上走)下降。图4的曲线，反映了钢水纯净度的情况。

喂入到钢水里的硅钙都是强烈的放热反应，放出的热量抵消不了硅钙在钢水内部体积膨胀引起的激烈搅拌带来的钢水温降；钙的烧损很大(钙的沸点1480℃，精炼完的钢水温度在1580℃～1600℃)，所以钙的回收率很难保证。同时，开放式钢包中燃烧产生的烟气、粉尘直接排到空气中，污染了环境。

LF精炼钢包封闭装置：

精炼完的钢水温度比开放式钢包温度要低，节约电能和耐材消耗。钢水质量比开放式钢包要好，因为在精炼前钢水的氧化渣应经处理，精炼时间缩短，白渣精炼的时间延长，钢水的纯净度就高；

用喂线机向精炼完的钢水喂入硅钙线(或钙镁线)，通过控制喂线机的速度来控制喂入硅钙线(或钙镁线)的深度100～200mm，因为钙和镁的熔点、沸点分别(841℃、1480℃、650℃、1090℃)，精炼完的钢水温度在1580～1600℃，所以钙镁迅速体积膨胀成气态，但反应在钢水表面，不会引起大的钢水喷溅，但会激烈的搅拌着钢-渣钢水表面，为钙镁在钢-渣界面还原钢水中的脱氧夹杂物或夹杂物改性提供了良好的动力。随着钙镁线喂入量的增加，钙镁气泡和钙镁的气-液浓度的增加，在钢-渣之间形成很强还原区。钙镁气泡不可能一次就完成了脱氧任务，可以在封闭的钢包空间里循环完成，即钙镁气泡钢渣界面上第一次完成脱氧后，剩余钙镁在上升过程中因低于钙镁沸点变为液态，重新又回到炉渣中，再次与炉渣中的氧发生作用，布满整个钢水和炉渣表面，且在正气压下，钙镁本身就是强脱氧剂，钙镁的气体膨胀和脱氧的化学反应强烈搅拌，使钢渣混冲，提供了良好的动力，钙镁脱氧重复的循环。钢水在底吹氩的作用下，悬浮在钢液中脱氧产物颗粒不断上浮到钢渣界面被还原或变性(从氧势图中可以看到，Ca和Mg的脱氧性能高于Al，因此Ca和镁与O的结合能力比Al更强，因此气化的Ca和Mg可与难容夹杂物Al2O3反应，使其变性形成铝酸钙等物质)，来脱出钢水中的氧化物和氧而使钢水净化。

由于是封闭的钢包，喂入的不管是硅钙线或钙镁线，它们的化学反应封闭的空间里，喂入到钢水里的强脱氧剂由于得不到外界的氧，钙镁的化学反应所需要的氧全部来自钢液和炉渣，提高了强脱氧剂的利用率，它的反应是在钢-渣界面上进行(钢水表面100-200mm)，避免了强脱氧剂在某个区域内形成过饱和(富集)，不会因形成高熔点的物质浮不上来而使钢液再次受到污染，在钢水表面用强脱氧剂脱氧，比在钢水内用强脱氧剂脱氧钢水的纯净度要高，因为在钢水表面形成的不管是高熔点或低熔点的脱氧产物或其它化合物，这些夹杂物很容易被炉渣吸收，很少污染钢液，达到净化钢液的目的。

由于是在封闭的钢包内，喂入强脱氧剂的钙镁的化学反应都是强烈放热反应，避免了钢液在喂线过程中的温降，避免了钢液在喂线过程中的二次氧化，避免了强脱氧剂在钢渣界面上与大气中的氧接触燃烧，减少了强脱氧剂的损耗，又由于脱氧的还原区在炉渣中和钢水表面，而且钙镁在钢液中溶解度非常小，避免了钢水中脱氧产物排不出来而污染钢水；化学反应控制在封闭钢包内，减少了粉尘的排放，保护了环境。

LF精炼钢包封闭装置的主要用处

用钢包封闭喂线法就可以减少或避免钢水的温降和钢水的二次氧化。封闭式钢包主要是封闭精炼前和精炼后的钢水，主要起环保又保温节能，同时防止钢水的二次氧化。利用钢水在待工位等待时间，通过在精炼前喂入强脱氧剂(钙镁)使炉渣强脱氧，强搅拌，强升温(强脱氧剂又是强发热剂)，使炉渣进入融融状态，把精炼前的一些工作做好，由于在精炼前炉渣中的氧已被强脱氧剂脱去很低，在精炼过程不用再加大量的脱氧剂脱氧，避免在精炼过程因脱氧产生大量烟气，从而节约精炼的时间，提高钢水质量，节能降耗，实现环保精炼。污染周围的环境必然会使周围空气中的粉尘颗粒增多，加重周围雾霾天气的发生等。

实施例3：钢包封闭喂线法的应用和钙镁线的选用：

钢水在精炼完后，向钢水喂入硅钙线使钢水进一步脱氧和脱硫是没有问题的，但钙的变性就有条件了，当钢水中的硫在0.010％～0.015％时，钙处理后有CaS生成；当钢水中的硫在0.030％～0.040％时，钙处理首先生成CaS，CaS会严重堵塞水口。由此，我们可以得出结论，在钢水内部钙化的钢水形成高熔点的物质，跟用铝脱氧形成高熔点的物质类似，必须把这些高熔点的物质从钢水中排出去，否则尽管使钢中溶解的氧量降低，但悬浮于钢液中的脱氧或钙化颗粒，由于排不出去使钢中氧化物夹杂增多，会使水口结瘤和成品钢材的力学性能及物理性能因此恶化。

为解决上述问题，我们可以把喂线的脱氧反应由钢液中移到钢-渣界面进行，为了使钢-渣之间形成激烈搅拌的气化还原反应，把现在用的硅钙线改成钙镁线，由于钙和镁的熔点、沸点分别(841℃、1480℃、650℃、1090℃)，出完钢到精炼待工位的钢水温度在1500℃～1550之间，喂入钢水中的金属钙或镁立即体积剧烈膨胀气化形成钙镁气泡，在钢-渣之间形成激烈混冲，使钢渣之间加强脱氧速度尽快达到平衡状态；如果不选用钙镁线，在钢渣界面上就有可能形不成钢-渣之间形成激烈混冲，脱氧反应应有良好的反应动力学。

转炉出钢下渣不可避免，炉渣的氧化性较强，钙镁气泡首先与炉渣中的氧进行脱氧反应，当渣中的氧低于钢中的氧时，钢液中的氧才发生脱氧反应，如果钢液中氧含量高时，钙镁气泡可能同时与炉渣中的氧和钢液中的氧发生作用。喂线时间短，脱氧不可能立刻完成脱氧反应，钙镁气泡冲出渣层进入封闭的气相中(精炼钢包一般钢水距离钢包沿在500～600mm，加上包盖的距离，钢液面向上的空间在600mm以上)，钢包封闭空间的温度远低于钙镁的气相温度，即钙镁的气相由于温度达不到而变成液相再次回到炉渣中，再与炉渣中的氧发生脱氧反应，这样钙镁在封闭的容器中发生几个循环即：固态→气态→液态→气态→液态→气态；通过喂入钙镁线，使渣中的(FeO+MnO)含量低于1％，保证了LF的白渣精炼，为下一步精炼提供了保证。钙镁产生的氧化物CaO可提高碱度，MgO可减少炉衬的侵蚀(钢包渣线部位大多数用MgO-C砖砌筑，只有当耐火材料中的MgO与钢包渣中的MgO含量达到平衡时，炉衬才不会被侵蚀掉，所以从延长炉衬角度，渣中应保证一定的MgO含量)。

精炼完的钢水温度比较高，炉渣的流动性也好，喂入的镁钙线在气化时产生强烈体积膨胀，但反应在钢水表面，不会引起钢水喷溅，即激烈的搅拌着钢-渣钢水表面，为钙镁在钢-渣界面还原钢水中的脱氧夹杂物提供了良好的动力。随着钙镁线喂入量的增加，钙镁气泡和钙镁的气-液浓度的增加，在钢-渣之间形成很强还原区。钢水在底吹氩的作用下，悬浮在钢液中脱氧产物颗粒不断上浮到钢渣界面被还原，来脱出钢水中的氧化物而使钢水净化。且用镁钙线脱氧比用铝脱氧的速度快，不会形成像Al₂O₃等有害夹杂物，虽然在这里反应也能形成钙化物的高熔点物质，但是它的反应是在钢-渣界面上进行，形成的不管是高熔点或低熔点的，这些夹杂物很容易被炉渣吸收，很少污染钢液。

实施例4：钢包封闭喂线法在LF精炼中的生产应用：

一、LF精炼炉要求炉渣中的FeO含量越低越好，但在实际生产中转炉出钢不下渣是不可能的，转炉渣有丰富的氧，在底吹氩的条件下，长时间与脱氧的钢水接触，会增加钢水中的氧化物的。例如，在LF加热6分钟内，取不同炉次的渣样多数是黑色或是灰色，如图2所示：

从图2渣样的颜色来分析，在精炼前6分钟内，炉渣中有一定量的FeO的存在，完成沉淀脱氧后的钢水长期与含有一定量的FeO接触，且在底吹氩的条件下容易与炉渣中的氧再次发生氧化作用，特别是铝脱氧的钢液，生成的脱氧产物较为细小，这样的夹杂物一旦卷入到钢液，就很难去除，会使水口结瘤和成品钢材的力学性能及物理性能因此恶化。

如果在精炼前，在封闭的钢包内喂入钙镁线，脱除炉渣中的氧，使炉渣中Σ(FeO+MnO)≤1.0％，即在精炼前已成白渣，白渣精炼是LF炉工艺操作的核心。且喂入的钙镁线与炉渣中的氧形成的物质是CaO和MgO，CaO可提高碱度，MgO可减少炉衬的侵蚀。

二、在精炼初期，加到钢水上的造渣材料没有融化是块状，电极刚通电时，由于电极下面的造渣材料没有融化，电弧不稳定而出现断狐，电极、电耗和钢包耐材消耗较大；电极启狐后，电极周围造渣材料迅速融化，加入的脱氧剂在电弧在作用下融化脱出炉渣中的氧，使炉渣中的氧降低，由于LF不封闭，就会有大气中的氧进入炉渣和钢液中，增加了脱氧剂的用量，精炼前期，炉渣粘度大，脱氧不均衡(如图3，炉渣分几层)，往往造成不必要的烧损；又由于炉渣氧高，在前7分钟加热发生化学反应激烈，虽然有除尘，但仍有很多的烟尘没有被抽走而污染环境；

LF精炼完的钢液为了进一步的脱氧脱硫，使钢液高熔点的氧化物改性，通常使用的合金芯线为硅钙线；喂入钢水中的金属钙气化形成钙气泡，在上浮过程中脱氧，溶解进入钢液的钙与氧反应；钙在钢水里上浮过程中与钢水中的氧硫发生脱氧脱硫反应，同时底吹氩，钙气泡在钢液中停留时间很短，由于钢水有粘度，喂入钢水的钙是不均匀的。因此钢水中有些钙富集的区域会生成低熔点的钙铝酸盐(12CaO·7Al₂O₃)，而在钙不富集的地方(即Al₂O₃夹杂物改性不充分)，不但不能生成液态的12CaO·7Al₂O₃，还有可能生成高熔点的固态钙、铝复合夹杂(CaO₂·Al₂O₃，熔点为1750℃)。资料还记录了：当钢水中的硫在0.010％～0.015％时，钙处理后有CaS生成；当钢水中的硫在0.030％～0.040％时，钙处理首先生成CaS，CaS会严重堵塞水口。由此，我们可以得出结论，在钢水内部钙化的钢水形成高熔点的物质，跟用铝脱氧形成高熔点的物质类似，必须把这些高熔点的物质从钢水中排出去，否则尽管使钢中溶解的氧量降低，但悬浮于钢液中的脱氧或钙化颗粒，由于排不出去使钢中氧化物夹杂增多，这样不但不能起到净化钢液和解决水口堵塞作用，而且结瘤现象反而会比没有进行钙处理时更严重。

图4是钙处理的钢水在连铸中包浇注的情况：

图4中，曲线是中包塞棒的情况，如果钢水的纯净度高，那么中包塞棒(图示中的曲线)就是一条直线，中包塞棒紫红线是查看钢水的纯净度的重要砝码。从图上可以看出塞棒的(曲线)并不直，说明有的炉次的钢水纯净度是达不到的，造成塞棒头粘连夹杂物增多，紫红线上涨，钢水纯净度提高后，粘连在塞棒头上的夹杂物又被冲掉，紫红线下降，所以才出了上图的曲线。

如果把喂线由钢水的内部改到钢—渣界面上，用钙镁脱氧，钙镁产生的钙化物和镁化物等，不管是高熔点的物质或低熔点的物质都在钢水的表面，这些夹杂物很容易被炉渣吸收，很少污染钢液，钙镁线都是较强的脱氧剂，且沸点低，为在钢-渣界面上脱氧提供了良好的动力，钙镁在钢渣界面上第一次完成脱氧后，剩余钙镁在上升过程中因低于钙镁沸点变为液态，重新又回到炉渣中，再次与炉渣中的氧发生作用，重复的循环，直到钙镁消耗完毕，钢水在底吹氩的作用下，悬浮在钢液中脱氧产物颗粒不断上浮到钢渣界面被还原，使钢水得到净化。

三、现在用的硅钙线脱氧，为提高钙利用率，避免或减少钙在钙在钢液面上燃烧，往往深喂硅钙线，使钢水大翻动和喷溅钢液产生大翻动，有钢水钢粒翻出，钢包内亮度高，说明在钢水内部富集的钙上浮到钢液面产生钙与大气中的氧产生燃烧反应。钢包封闭喂线法中的钙多次循环使用，没有钢包盖的钢中钙只能一次使用。因为在钢水在大气下产生激烈的搅拌，必然会产生大的温降和钢水的二次氧化，图5(a)为在精炼完取的渣样，图5(b)为喂完硅钙线取的渣样。

四、用钢包封闭喂线法就可以减少或避免钢水的温降和钢水的二次氧化。

污染周围的环境必然会使周围空气中的粉尘颗粒增多，加重周围雾霾天气的发生等。

五、钢包封闭喂线法可以把喂入的硅钙线或钙镁线或其它的都可以把它们封闭在钢包内进行脱氧、脱硫、夹杂物改性等，可以避免周围环境的污染，虽然炼钢厂污染的地方很多，但也要一项一项的解决，钢包封闭喂线法解决了钢水在精炼炉等时间，即钢水吊到精炼炉待工位时，盖上包盖(钢水起到保温作用)，接上底吹氩喂入部分钙镁线或其它脱氧的线(避免氧化性强的炉渣进一步氧化钢液，减轻精炼炉的脱氧和精炼时间，提高钢质又可环保)，精炼完的钢液在封闭的钢包内喂线(环保又保温，同时防止钢水的二次氧化)。

本发明所述的一种LF精炼钢包封闭装置，通过设置包盖来密封包体，形成一个封闭的环境，可以将喂线的脱氧反应由钢液中移到钢-渣界面上进行，避免了强脱氧剂(例如金属钙或镁)在钢渣界面上与大气中的氧接触燃烧，减少了强脱氧剂的损耗；通过包盖将包体形成一个封闭的环境，避免了精炼前在待工位的二次氧化，减少了粉尘的排放，保护了环境；通过包盖将包体形成一个封闭的环境，可以向钢包钢渣上或钢水表面喂入钙线或镁线，钙与炉渣或钢水中的氧发生作用形成CaO，提高了炉渣的碱度(可以减少白灰的用量)，镁与炉渣或钢水中的氧发生作用形成MgO，MgO可减少炉衬的侵蚀(钢包渣线部位大多数用MgO-C砖砌筑，只有当耐火材料中的MgO与钢包渣中的MgO含量达到平衡时，炉衬才不会被侵蚀掉，所以从延长炉衬角度，渣中应保证一定的MgO含量)。通过喂线(强脱氧剂)使炉渣中的氧很低，避免了渣中的(FeO+MnO)与钢液的元素发生作用，生成氧化物夹杂进入钢液，提高了钢水的洁净度；喂入强脱氧剂降低炉渣中的氧，使炉渣中的氧低于1％，给LF精炼白渣创造好的精炼条件，从而减少精炼时间，缩短了电弧炉的冶炼周期等；由于是在封闭的钢包内喂入的钙线或镁线的化学反应都是强烈的放热反应，放出的热量足以抵消钢水在待工位的温降。通过在包壳顶端外沿上焊接固定第一环形钢板，用于支撑包盖，将包盖的重力转移到包壳上，保护了钢包内的内衬层；通过在第一环形钢板上固定多个钢筋棍，用于巩固第一环形钢板与其底部耐火砖之间填充的耐火材料，提高了包体的耐火性，保护第一环形钢板；通过在基板背面固定多个钢筋钩，用于钩起固定基板背面涂抹的耐火材料，提高包盖的耐火性和保温性，减缓了钢液温度下降的速度；通过在第一环形钢板的中心部位焊接固定环形半圆管，用于降低钢渣与包体顶端包沿的粘连，即使粘连也容易清理；通过在凹槽内设有填充层，提高了包盖与包体之间的密封性。由此可见在精炼前处理好精炼渣和精炼后喂线都是非常重要的，通过设置包盖来密封包体，使一些化学反应被封钢包中，来提高钢质，避免或减少钢水温降，同时减少了粉尘的排放，保护了环境，与国家重视环保相一致。使用过程中，通过控制喂线机的喂线速度保证合金芯线的喂线深度控制在钢液面下100～200mm，避免了在喂线过程中钢液的喷溅，同时，脱氧过程中产生的钙化物直接在钢液界面上产生，避免了钢水中钙化物排不出来而污染钢水。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种LF精炼钢包封闭装置，其特征在于，包括包体和包盖；

所述包盖的底部边缘和包体的顶部边缘密封扣合；

所述包盖设有一个以上的喂线管，当包盖和包体扣合时，所述喂线管的底部处于包体内钢水的上方；

所述包体包括包壳和内衬层，所述内衬层位于包壳的内底部和内侧壁；

所述包壳顶端的包沿上固定第一环形钢板，所述第一环形钢板延伸至内衬层的顶部，所述第一环形钢板上固定定位件；

所述包盖包括基板，所述基板背面设有同心的第二环形钢板和第三环形钢板；所述第二环形钢板、第三环形钢板和基板形成的凹槽与包体上的定位件相对应设置。

2.如权利要求1所述的LF精炼钢包封闭装置，其特征在于，所述内衬层是由耐火砖均匀的砌在包壳的内侧壁和内底部形成的层状结构。

3.如权利要求1所述的LF精炼钢包封闭装置，其特征在于，所述包壳底部设有进气口，进气口上方设有与底部内衬层高度一致的多孔砖。

4.如权利要求1所述的LF精炼钢包封闭装置，其特征在于，所述第一环形钢板的宽度比包壳侧壁内衬层的宽度短12～15mm，所述第一环形钢板上焊接固定多个钢筋棍(5)；所述钢筋棍的长度为8～10mm；

所述第一环形钢板与包壳侧壁的耐火砖之间为填充耐火材料形成的环状结构。

5.如权利要求1所述的LF精炼钢包封闭装置，其特征在于，所述凹槽内设有填充层。

6.如权利要求1所述的LF精炼钢包封闭装置，其特征在于，所述定位件为环形半圆管，环形半圆管焊接固定在所述第一环形钢板的中心部位。

7.如权利要求1所述的LF精炼钢包封闭装置，其特征在于，所述基板背面焊接固定多个钢筋钩(12)，固定钢筋钩的基板背面为涂抹耐火材料形成层状结构。

8.一种如权利要求1所述的LF精炼钢包封闭装置的使用方法，其特征在于，该方法包括：

使用起重设备将包盖密封在包体上；

合金芯线自喂线管中穿过，深入到钢液与钢渣界面上；控制喂线深度为钢液界面下100～200mm。

9.如权利要求8所述的LF精炼钢包封闭装置的使用方法，其特征在于，所述合金芯线使用硅钙线或钙镁线。