CN107460275B - 钢水中加入少量低密度挥发性金属的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种钢水中加入少量低密度挥发性金属的方法，主要是用下部排液孔的基本封闭钢制容器，作为包装和加料容器，钢制容器上面或上部连接惰性气加压气管；先将所需量的低密度挥发性金属或其合金装入钢制容器内预制成加料器，加料时将加料器部分或全部浸入钢水深处或底部，由惰性气压力控制器控制加料器内所装熔化金属液面的压力，在钢制容器及加压气管熔化失去作用前，将低密度挥发性金属熔化液通过下部排液孔以合适速度压出并混合、熔入钢水中，最终钢制盒子也全部熔入钢水。本法通过压力调整，可保证金属液从钢制容器下部排液孔以受控状态逐渐排出，从钢水深处逐渐熔解、掺混，避免较多烟尘和损失。
Description
技术领域
本发明属金属冶炼领域，具体涉及一种钢水中加入少量低密度挥发性金属的方法。
背景技术
在钢水连铸或铸造前引入少量其它金属元素进行调质，是一种常见做法。比如很多品种钢材在钢水出包前经常引入铝至0.02～0.06％。
金属铝的熔点660℃，密度约2.7g/cm3，虽然其沸点高于2400℃，但在1200℃以上其挥发就已非常明显。若直接把金属铝块、条加入钢水（温度1400-1550℃或以上，密度约7.5-8g/cm3），熔化的金属铝液会先漂浮在钢水表面一段时间才能逐渐和钢水混熔，漂浮期间不仅和钢水的混熔速度慢，还容易挥发或者被钢水表面的熔渣、固渣侵蚀，被空气氧化，从而降低金属铝的利用率，使产品中金属铝的含量不易精确控制，挥发的金属铝在空气中氧化也会形成烟尘，恶化操作环境。
因而开发了多种引入金属铝的工艺方法如喂线法：把铝做成φ3～10mm的铝线由喂线机以120～280m／min速度，在出钢时或在吹氩站喂入钢水深部。再如CAS法：钢包底部吹氩撇开顶部的渣子使钢液裸露，把一个耐火材料的浸渍罩插入钢水下约200mm处，罩内的钢水面上无渣子，里面充满氩气，把铝粒加入浸渍罩中，继续吹氩搅拌，铝粒逐渐熔化、融入钢水中。这些方法在设施完善的较大规模钢水处理中使用是行之有效的。
但在小型的钢水熔炼过程中，如单炉1000kg以下，由于坩埚尺寸较小，在加铝设施不够合理完善的条件下，上述加铝方法不易实现，即便应用也存在金属铝挥发和烟尘量大，引入量不大精确的问题，尤其当加铝量比较大，如加铝到占钢水总质量的0.5-3.0%时，总是不易做得可靠、精确。
小型的钢水熔炼炉一般用于特殊产品，对原料或熔炼成本的要求宽松一些。如精密铸造或熔抽法制备钢纤维，为达到较好的产品质量，也可采用如含铝20%左右的铁铝合金，或者含铝80%左右的铝铁合金，作为添加金属铝的原料。前者优点是熔点、密度接近于钢水，易用，混熔速度快，挥发或被熔渣侵蚀少，但铁含量太高，用量大时会改变钢水的基本组成；后者优点是添加量小，对钢水的基本组成影响不大，但熔点、密度都较低，不易用，混熔速度慢，挥发或被熔渣侵蚀量大。而且，这两种合金因用途、用量较少，一是难购买，二是价格较贵，三是质量不够稳定，因而若损失量大则成本高、挥发污染重。
再如金属钙，熔点842℃，沸点1484℃，密度1.5g/cm³，难用常规方法加入。也有内包轻金属、外包铁皮的包芯线，也存在难购买、价格贵、不易使用的问题，以及损失量大、成本高、挥发污染重的问题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种钢水中加入少量低密度挥发性金属的方法，主要是用下面和/或侧壁下部带排液孔的基本封闭钢制容器如钢筒或钢制盒子，作为低密度挥发性金属或其合金的包装和加料容器，钢制容器上面或上部连接惰性气加压气管；先将所需量的低密度挥发性金属或其合金，装入钢制容器内，预制成加料器，加料时将加料器部分或全部浸入钢水深处或底部，由惰性气压力控制器经加压气管控制加料器内所装低密度挥发性金属熔化液面的压力，在钢制容器及加压气管熔化失去作用前，将低密度挥发性金属熔化液通过下面和/或底部侧壁排液孔以合适速度压出并混合、熔入钢水中，最终钢制容器浸入钢水的部分也熔入钢水，主要包括如下步骤：
（1）根据所需低密度挥发性金属的添加目标量，结合钢水组成、钢水在熔炼坩埚中的体积、深度情况，以及钢水调质的要求，选定钢制容器的材质、尺寸及所需低密度挥发性金属或其合金的组成及添加量；
（2）所述钢制容器具有上面、下面及侧壁，上面、下面间高度为钢水深度的30-100%；下面和/或侧壁下部具有一个或多个排出低密度挥发性金属液的排液孔；钢制容器上面或上部连接惰性气加压气管，惰性气加压气管连接惰性气压力控制器；钢制容器上面或侧壁下部连接按压定位杆或设置连接按压定位杆的按压连接部件；
（3）将所需组成和添加量的低密度挥发性金属或其合金，装入、嵌入钢制容器内，制成加料器；加料器上面或侧壁下部连接按压定位杆，或通过所述按压连接部件连接按压定位杆；调整钢水坩埚口垂直向上；用手工或机动夹具，通过按压定位杆将一件或多件加料器浸入钢水深处或底部，加料器下面与坩埚底面距离为钢水深度的0-40%；
（4）调整钢水的搅拌及温度条件，通过惰性气压力控制器控制加料器内气体压力，使熔化后的低密度挥发性金属液经钢制容器下面和/或侧壁下部的排液孔逐渐排出并混入、熔入钢水，至钢水液面有惰性气鼓泡，再通过惰性气压力控制器卸除加料器内气体压力；维持或改变加料器深度，至钢制容器浸入钢水的部分熔入钢水；在所述低密度挥发性金属熔化并经下部孔全部排出熔入钢水前，所述定位杆在钢水中熔化、熔解速度较慢或不熔化、不熔解，所述钢制容器的上面、侧壁保持其容纳能力而不熔化、熔解到穿孔；
（5）加料器浸入钢水的部分熔尽后，将加料器末浸入钢水的部分、可熔性定位杆的末熔部分或不熔的定位杆移离钢水。
所述低密度挥发性金属，包括金属铝或其合金、钙或其合金、镁合金，但其在钢水温度下的蒸气压应低于加料器排液孔深度的钢水压力，以免气化后压力过大导致排液失控，超出钢水的溶解能力而大量气化逸出钢水，造成大量烟尘和损失；金属的形状为颗粒、线、条、片、带、棒等。
所述钢制容器用所需材质和厚度、尺寸的钢板、钢筒，通过焊接、铆接制成，或用所需壁厚、尺寸的钢管，通过内壁螺纹连接带外螺纹的封头，或通过外壁螺纹连接带内螺纹的封盖形成两个端面，并连接惰性气加压气管和开出所需的排液孔。所述钢制容器的材质，可以与钢水组成相同或相近，也可以与钢水组成不同以方便取材或用于微调钢水组成。加料器的上面，可以浸入钢水，也可露出钢水，不浸入钢水的好处是可将按压定位杆设置于加料器上面，避免钢水对钢制按压定位杆的熔化、侵蚀。
加料器下部的排液孔，可采用较小的直径，以便采用较高气压推动低密度挥发性金属液形成较高的射出速率以促进与钢水的混合。所述排液孔，可以垂直于下面和/或侧壁，也可以是倾斜孔，以便使射出的低密度挥发性金属液以合适的角度混入钢水，获得大一些的混合行程及混合效果。采用较高排液气压时，排液孔最好具有对所排出低密度挥发性金属液的耐侵蚀能力，即在低密度挥发性金属液全部排出之前不产生严重的侵蚀扩孔，以避免排液后期排液孔扩大后低密度挥发性金属液排出量增加过大，影响与钢水的混合效果。可在孔中涂覆耐所排出低密度挥发性金属液侵蚀的涂层，或镶嵌耐侵蚀、耐急冷急热的陶瓷管如刚玉短管，所述陶瓷管会在加料器全熔后漂浮到钢水液面。
所述惰性气压力控制器，应具有排气及控压能力，在加料器逐渐浸入钢水并升温的过程中，能够随着加料器浸入钢水深度的增大而相应逐渐加大加料器内的气体压力，避免在这个过程中逐渐熔化形成的低密度挥发性金属液因气压增加太快而从下部孔被快速压出，或气压增加过慢造成低密度挥发性金属液进入上部连接的加压气管，从而导致加料器浸入钢水过程中的大量烟尘和挥发，或者导致加压气管堵塞；因为在该过程中加料器及加压气管内的存气会升温膨胀造成压力提高，而排气过快压力低于下部孔外钢水压力时钢水会进入加料器，钢水可能将金属液上推压入加压气管的低温部分凝固堵塞，可能造成加料器内压力无法控制，若无法控制加料器内的压力则加料可能失败，即所述低密度挥发性金属液不能在钢制容器上部熔化、溶解穿孔之前，通过钢制容器下面和/或侧壁下部排液孔以受控的流速排出，而只能在在钢制容器上部熔化、溶解穿孔后以不受控的速度逸出，若有快速逸出，则会在钢水表面造成所述低密度挥发性金属的大量烟尘和损失。
所述惰性气压力控制器，可包括一个测定、显示所属连接气管压力的压力表，一个通过供入惰性气实现所需气压的稳压阀，一个通过排出惰性气实现所需气压的背压阀，还可以再包括一个测定、显示稳压阀流量的气体流量计；所述稳压阀、背压阀可以是通过旋转手柄调节稳压值、背压值高低的机械阀门，也可以是可远程控制或根据稳压值、背压值的具体要求而受智能控制部件如PLC调节、控制的电动阀；其中通过机械式稳压阀、背压阀可根据需要随时手动调节稳压值、背压值的高低，成本较低；通过PLC和电动阀调节、控制连接气管、加料器内的压力，可较为精确和稳妥地实现在浸入钢水、升温、排液、钢制容器熔化等不同阶段所需的控制压力。所述PLC即可编程逻辑控制器(Programmable LogicController)，有扩展能力，能连接和控制多种组件，稳定可靠。
浸入加料器之前，可将钢水调温到高于熔点50-100℃。钢水温度过低时，冷的加料器浸入后，升温及金属熔化乃至少量气化的吸热量很大，可能将邻近的较多钢水凝固包覆在加料器表面，造成排液孔堵塞、加料及全熔化时间长等麻烦；钢水温度过高时，低密度挥发性金属液、钢水对钢制容器、按压定位杆的熔解、侵蚀速度快，可能在排液完成之前即造成穿孔。钢水表面可吹保护气如氩气，也可覆以略有隔氧作用的除渣剂或保温灰。若加料器及加压气管、按压定位杆质量略大，升温、熔化、熔解的耗热量较大，应在加料过程中以较高功率供热，必要时还可以进行适当预热。
加料器上面需要浸入钢水时，所述按压定位杆可用耐急冷急热和钢水侵蚀如刚玉材质的陶瓷管、棒、杆，也可采用直径或壁厚较大、在加料器熔尽前的熔化熔解量不影响其按压定位能力的钢棒、钢管。加料器上面不需要浸入钢水时，所述按压定位杆宜采用钢棒、钢管，但直径或壁厚不应太小，以免受热后强度不够，影响到加料器的定位。
加料器中低密度挥发性金属的熔化及排出情况，可根据钢水表面的烟尘情况判断。钢水表面的烟尘突然变大，说明低密度挥发性金属液逸出到了钢水表面，排液速度太快或搅拌不足。根据惰性气压力的变化及钢水表面的鼓泡情况，可判断低密度挥发性金属液是否已排完，以及加料器、加压气管的熔穿深度。
所述钢水熔炉，包括电弧炉、感应炉，优选采用感应炉；感应炉中，对铁磁性钢料可用工频感应电炉，对非铁磁性钢料可用中频感应电炉，对熔化后的钢水都有较好的搅拌、助混作用，其中后者中频炉的电源可以根据熔料的不同阶段调节不同频率。
本发明中，保证低密度挥发性金属或其合金熔化后的金属液从钢制容器下部的排液孔以受控状态逐渐排出，从钢水深处逐渐与钢水熔解、掺混，避免大量快速逸出，是关键所在。通过惰性气加压，可采用小直径的排液孔，形成较大的射出速率，从而获得更好的混合效果、更快的加料速度。由于所述金属液和钢水的密度差别较大，若金属液快速逸出，则很容易以较高浓度漂到钢水表面，造成损失或挥发污染。所述金属液在钢水深处混合，使钢水表层所含低密度挥发性金属或其合金的含量很低，挥发量小，烟尘少，或被钢水表面熔渣、固渣的侵蚀量较小，从而使金属的添加可靠、准确。所述惰性气压力控制器能够较好控制加料器金属液面压力，在加料器慢慢浸入钢水并逐渐升温的过程中，逐渐加大加料器内的气体压力，避免逐渐熔化形成的低密度挥发性金属液从下部孔被快速压出导致加料器浸入钢水过程中的大量烟尘和挥发损失，或进入加压气管导致加压气管堵塞乃至加料失败。本发明的方法也适用于向中型、大型钢水熔炼炉中引入少量低密度挥发性金属，而不仅仅适用于实施例中所列举的小型钢水熔炼炉。
本发明钢水中加入少量低密度挥发性金属的方法，通过将低密度挥发性金属或其合金装入、嵌入钢制容器内，浸入坩埚中下部，使低密度挥发性金属或其合金熔化后的金属液，在所述惰性气压力控制器的调控条件下，从钢制容器下部孔以受控状态逐渐排出，从钢水深处逐渐与钢水熔解、掺混，避免大量快速逸出，与钢水熔解、混合不好或来不及与钢水熔解、混合而以较高浓度漂至钢水表面，造成所述低密度挥发性金属大量损失，解决了向钢水中引入中低密度挥发性金属时的损失、成本和挥发污染问题。所用钢制容器如钢管、钢筒或钢制盒子可自制或易于购买，所用低密度挥发性金属也可直接采购纯金属或化学组成、价格、尺寸合适的合金，解决了所用低密度挥发性金属原料不易购买、价格贵、质量不稳定、使用成本高的问题，并且在设施或技术条件不完善的小型钢水熔炼炉也能实现准确配料和低的挥发污染。
附图说明
图1，实施例1的加料器、按压定位杆、氩气压力控制器的结构及连接、使用情况示意图。
图2，实施例2-3的加料器、按压定位杆、氩气压力控制器的结构及连接、使用情况示意图。
图3-5，加料器下部的几种结构及使用情况示意图。
图6-7，惰性气压力控制器的两种结构示意图。
图例：1惰性气压力控制器，2压力表，3背压阀，4稳压阀，5加压气管兼按压定位杆，6坩埚，7钢水，8加料器上面气孔，9钢制容器，10低密度挥发性金属液，11加料器下面排液孔。
具体实施方式
以下通过实施例，用304不锈钢管、圆板和封盖制成容器，装入金属铝，用304不锈钢厚壁管作加压气管兼按压定位杆，经氩气压力控制器控制，向304不锈钢水中配入金属铝，对本发明钢水中加入少量低密度挥发性金属的方法及其效果，进行说明，但不构成对本发明的限制。
钢水熔炉为中频感应电炉，坩埚基材为电熔氧化镁，以下实验过程中每次熔炼304不锈钢100kg，钢水深度380mm左右，钢水表面通氩气保护以方便浸入加料器和观察钢水搅动情况。钢水温度通过浸入热电偶检测。所用304不锈钢熔点1415-1425℃。
实施例1配入金属铝1.03kg，即按质量分数1.0%加；实施例2-3配入金属铝2.06kg，即按质量分数2.0%加。
在以下实施例、对比例的操作过程中，将加料器浸入钢水后控制相同的电源频率，以使钢水的搅动状态基本相同。
实施例1
本实施例的加料器、按压定位杆、氩气压力控制器的结构及连接、使用情况如附图1所示。
（1）加料器情况及其制作
取Φ80.5x5mm304不锈钢圆板1片，在其中心位置钻1个Φ3mm的贯通上下面的孔，焊一根垂直于圆板的Φ20x8x800mm304不锈钢管作加压气管兼按压定位杆，钢管孔口与圆板孔同心，不锈钢管另一端事先车好连接Φ6x1mm304不锈钢管的接头；取Φ102x20mm304不锈钢圆板1片，在其一面沿中心车一个Φ90.5x13mm圆槽，圆槽内壁车螺纹，在圆槽内平面向外平面钻5个Φ1.2mm的斜孔，所述5个孔沿圆板中心Φ70mm圆周均布，制成下封盖，所述5个Φ1.2mm的孔的中轴线分别与圆板中轴线在圆槽侧相交且各呈40°夹角；取Φ89x4x100mm的304不锈钢管1段，一端车外壁螺纹，所车螺纹与所述封盖圆槽内壁螺纹匹配，钢管另一端通过氩弧焊焊接所述钻1个Φ3mm孔和焊加压气管兼按压定位杆的Φ80.5x5mm不锈钢圆板并封死，焊缝焊透，从钢管开口嵌入Φ80x75mm质量分数纯度99.5%的圆柱形铝棒一段，拧上钻5个Φ1.2mm斜孔的下封盖，制成带加压气管兼按压定位杆的加料器。其中铝棒质量为1.03kg，由Φ80.5x5mm上圆板、Φ89x4x100mm钢管和下封盖所构成钢制容器的质量1.72kg，Φ20x8x800mm加压气管兼按压定位杆不锈钢管质量1.9kg。
（2）氩气压力控制器的情况
将所述不锈钢加压气管兼按压定位杆末端接头牢固连接Φ6x1mm钢管，钢管连接氩气压力控制器，所述氩气压力控制器包括压力表、稳压阀、背压阀各一个；其中压力表用于测定、显示所述加压气管压力，量程-20-+200kPa；稳压阀通过在加压气管压力低于要求值时快速供入氩气、在加压气管压力高于要求值时停止供入氩气以实现和维持所需气压，背压阀通过在加压气管压力低于要求值时停止排出氩气、在加压气管压力高于要求值时快速排出氩气实现和维持所需气压；所述稳压阀、背压阀为通过旋转手柄调节稳压值、背压值高低的机械阀门，调节范围都是压力0-200kPa，最大流量200-300ml/min；稳压阀入口连接氩气钢瓶减压阀出口，稳压阀出口连接加压气管，操作中氩气钢瓶减压阀出口压力0.3MPa。背压阀主要作用是在加料器浸入钢水过程中、熔化的金属铝液排出前，保证加料器内所含气体受热膨胀后及时通过背压阀排出，避免压力过大将熔化的金属铝液以不受控状态从加料器底部封盖的孔快速压出，同时避免压力过小使熔化的金属铝液被进入加料器的钢水压入加压气管的低温部分，造成铝液凝固和堵塞，使后续的稳定进气升压吹排铝液不易实现。背压阀还用于在金属铝液压力吹排完成后的泄压，使钢水进入加料器内，从内部熔解钢制容器，缩短其熔解时间。
（3）加料过程
调背压阀排气压力100kPa左右，调稳压阀至出口氩气流量最大（200-300ml/min），吹扫气管、定位杆及加料器，共10min以置换空气。调稳压阀出口氩气流量适中，调背压阀排气压力至0，不锈钢加压气管兼按压定位杆在上，用机动夹具夹住加压气管兼按压定位杆中段，以140mm/min速度下降，将已装金属铝的加料器垂直浸入熔化、恒温到1500℃的304不锈钢100kg钢水中，坩埚口垂直向上，至加料器下封盖下端面浸入钢水280mm深时停止下降。从加料器下面接触钢水开始计时，通过旋转背压阀手柄控制排气，按10kPa/min速率提高加压气管即压力表的氩气压力，待压力表升至20kPa时通过调稳压阀、背压阀将压力表读数控制为50kPa，计时8min后钢水中发现鼓泡，鼓泡后压力表读数降至22kPa；关闭稳压阀停氩气，调背压阀排气压力至0，使压力表降至0kPa。计时15min后摇动加压气管兼按压定位杆发现阻力变小，18min后发现阻力已很小，将加压气管兼按压定位杆上提，末发现加料器，用该加压气管兼按压定位杆搅动钢水，末发现钢水中有异物，说明加料器包括钢筒、上盖圆板、下封盖都已全部熔入钢水，之后将加压气管兼按压定位杆提出，离开钢水冷却放置。该过程中，钢水表面烟尘较小，也末发生烟尘忽大忽小的现象，说明金属铝液从加料器下盖孔中的排出处于受控状态，排出的金属铝液在钢水中得以快速混合，高浓度金属铝液末漂到钢水表面。
钢水继续搅动并维持温度1500℃至总22min，之后每隔3min取钢水样一次，共取5个样却后检测金属铝含量，其质量含量皆为0.93-0.97%，平均值0.95%，和1.0%添加量基本相符，可见损失较少，熔混较均匀。
操作过程中，控制电源频率，使钢水呈明显的搅动状态；从加料器开始浸入钢水开始计时的前6min，调电源功率至70kW，以维持钢水温度。
实施例2
基本同实施例1，区别在于加料器下封盖所钻5个孔的孔径为Φ1.6mm，侧壁不锈钢管加长二倍，尺寸Φ89x4x300mm；所装圆柱形铝棒加长一倍，Φ80x150mm。制得加料器中，铝棒质量为2.05kg，钢制容器的质量3.5kg，Φ20x8x800mm加压气管兼按压定位杆不锈钢管质量1.9kg。
向钢水中加料过程中，置换空气、加料器浸入钢水过程中的、浸入后的压力控制过程相同，加料器浸入钢水的速度相同，钢水温度、加热及搅拌条件相同，加料器下封盖下端面浸入钢水深度280mm相同；由于加料器筒体高300mm，加上下封盖的高度，故加料器上面露出钢水表面30mm，加压气管兼按压定位杆末浸入钢水。
从加料器下面接触钢水开始计时，加料器下降速度140mm/min，按10kPa/min速率提高压力表的氩气压力，待压力升至20kPa、加料器下封盖下端面浸入钢水280mm深时提高为50kPa，计时9min后钢水中发现鼓泡，鼓泡后压力表读数降至22kPa；关氩气供应，降压力表读数至0kPa。计时15min后摇动加压气管兼按压定位杆发现阻力变小，18min后发现加料器浸入钢水的部分已脱落，移走加压气管兼按压定位杆，用实施例1的加压气管兼按压定位杆搅动钢水，末发现钢水中有异物，说明加料器包括钢筒、上盖圆板、下封盖都已全部熔入钢水。该过程中，钢水表面烟尘较小，也末发生烟尘忽大忽小的现象，说明金属铝液从加料器下盖孔中的排出处于受控状态，排出的金属铝液在钢水中得以快速混合，高浓度金属铝液末漂到钢水表面。
钢水继续搅动并维持温度1500℃至总22min，之后每隔3min取钢水样一次，共取5个样却后检测金属铝含量，其质量含量皆为1.83-1.92%，平均值1.89%，和2.0%添加量基本相符，可见损失较少，熔混较均匀。
操作过程中，控制电源频率，使钢水呈明显的搅动状态；从加料器开始浸入钢水开始计时的前6min，调电源功率至110kW，以维持钢水温度。
实施例3
基本同实施例2，区别在于加料器下封盖所钻5个孔的孔径为Φ1.2mm，不锈钢筒尺寸Φ89x4x310mm。制得加料器中，铝棒质量为2.05kg，钢制容器的质量3.5kg，Φ20x8x800mm加压气管兼按压定位杆不锈钢管质量1.9kg。
向钢水中加料过程中，置换空气、加料器浸入钢水过程中的、浸入后的压力控制过程相同，加料器浸入钢水的速度相同，钢水温度、加热及搅拌条件相同，加料器下封盖下端面浸入钢水深度280mm相同；加料器上面露出钢水表面30mm相同，加压气管兼按压定位杆也末浸入钢水。
从加料器下面接触钢水开始计时，加料器下降速度140mm/min，按10kPa/min速率提高压力表的氩气压力，待压力升至20kPa、加料器下封盖下端面浸入钢水280mm深时提高为80kPa，计时8min后钢水中发现鼓泡，鼓泡后压力表读数降至22kPa；关氩气供应，降压力表读数至0kPa。计时15min后摇动加压气管兼按压定位杆发现阻力变小，19min后发现加料器浸入钢水的部分已脱落，移走加压气管兼按压定位杆，用实施例1的加压气管兼按压定位杆搅动钢水，末发现钢水中有异物，说明加料器包括钢筒、上盖圆板、下封盖都已全部熔入钢水。该过程中，钢水表面烟尘较小，也末发生烟尘忽大忽小的现象，说明金属铝液从加料器下盖孔中的排出处于受控状态，排出的金属铝液在钢水中得以快速混合，高浓度金属铝液末漂到钢水表面。
钢水继续搅动并维持温度1500℃至总22min，之后每隔3min取钢水样一次，共取5个样却后检测金属铝含量，其质量含量皆为1.87-1.93%，平均值1.91%，和2.0%添加量基本相符，可见损失较少，熔混较均匀。
操作过程中，控制电源频率，使钢水呈明显的搅动状态；从加料器开始浸入钢水开始计时的前6min，调电源功率至110kW，以维持钢水温度。
对比例1
基本同实施例1，加料器及其制作情况相同，氩气压力控制器情况相同，向钢水中加料过程中的压力控制略有区别。
向钢水中加料过程中压力控制的区别及现象包括：
置换空气后，调稳压阀出口氩气流量适中，调背压阀排气压力至22 kPa，则在加料器垂直浸入钢水的前120mm过程中，钢水表面有少量烟尘，且忽大忽小；至加料器下封盖下端面浸入钢水180mm深时停止下降。调稳压阀、背压阀将压力表控制为50kPa，钢水表面有略多烟尘；降加料器下封盖下端面浸入钢水深度至280mm，钢水表面烟尘变得很小；升加料器下封盖下端面浸入钢水深度至140mm，钢水表面烟尘又变大，且忽大忽小；降加料器下封盖下端面浸入钢水深度至300mm，钢水表面烟尘变得很小。8min后钢水中发现鼓泡，鼓泡后压力表读数降至23kPa。稳压阀继续供氩气，开背压阀排气，使压力表读数降至0，关闭背压阀停止排气，压力恢复到23kPa后又发现鼓泡；反复开闭背压阀，使压力表读数在0和较大值间反复升降，依次在压力表读数15kPa、8kPa时发现鼓泡。计时16min后发现摇动阻力变小，20min后发现阻力已很小，将加压气管兼按压定位杆上提，末发现加料器，用该加压气管兼按压定位杆搅动钢水，末发现钢水中有异物，说明加料器包括钢筒、上盖圆板、下封盖都已全部熔入钢水，之后将加压气管兼按压定位杆提出，离开钢水冷却放置。
上述操作过程中，压力表读数22-23kPa时发现鼓泡说明氩气是从钢水约300mm深度的加料器下封盖Φ1.2mm斜孔排出，此时钢制容器没有穿孔，15kPa时发现鼓泡说明氩气是从钢水约200mm深度的加料器上部穿孔排出，8kPa时发现鼓泡说明氩气是从钢水约110mm深度的不锈钢加压气管兼按压定位杆穿孔排出。
钢水继续搅动并维持温度1500℃至总22min，之后每隔3min取钢水样一次，共取5个样却后检测金属铝含量，其质量含量皆为0.88-0.92%，平均值0.90%，略低于1.0%添加量，可见有挥发损失但较少，熔混较均匀。
操作过程中，控制电源频率，使钢水呈明显的搅动状态；从加料器开始浸入钢水开始计时的前6min，调电源功率至70kW，以维持钢水温度。
对比例2
基本同实施例1，加料器及其制作情况基本相同，区别在于加料器下封盖钻5个孔的孔径为Φ2.5mm；氩气压力控制器情况相同，但向钢水中加料过程中的压力控制略有区别。
向钢水中加料过程中压力控制的区别及现象包括：
置换空气后，调稳压阀出口氩气流量适中。从加料器下面接触钢水开始计时，加料器下降速度140mm/min，按10kPa/min速率提高压力表的氩气压力，加料器下浸过程中钢水表面末发现烟尘；待压力升至20kPa、加料器下封盖下端面浸入钢水280mm深时提高为50kPa，发现钢水表面有较多烟尘，且忽大忽小；降压力至35kPa，之后钢水表面烟尘较小，也末再发生烟尘忽大忽小的现象；计时7min后钢水中发现鼓泡，鼓泡后压力表读数降至22kPa；关氩气供应，降压力表读数至0kPa。计时15min后摇动加压气管兼按压定位杆发现阻力变小，19min后发现加料器浸入钢水的部分已脱落，移走加压气管兼按压定位杆，用实施例1的加压气管兼按压定位杆搅动钢水，末发现钢水中有异物，说明加料器包括钢筒、上盖圆板、下封盖都已全部熔入钢水。计时7min发现鼓泡后钢水表面末再发现明显烟尘，说明鼓泡前金属铝液已被全部压出，混入钢水。
钢水继续搅动并维持温度1500℃至总22min，之后每隔3min取钢水样一次，共取5个样却后检测金属铝含量，其质量含量皆为0.90-0.93%，平均值0.91%，略低于1.0%添加量，可见有挥发损失但较少，熔混较均匀。
操作过程中，控制电源频率，使钢水呈明显的搅动状态；从加料器开始浸入钢水开始计时的前6min，调电源功率至70kW，以维持钢水温度。
Claims (10)
1.一种钢水中加入低密度挥发性金属的方法，主要包括如下步骤：
（1）根据所需低密度挥发性金属的添加目标量，结合钢水组成、钢水在熔炼坩埚中的体积、深度情况，以及钢水调质的要求，选定钢制容器的材质、尺寸及所需低密度挥发性金属或其合金的组成及添加量；
（2）所述钢制容器具有上面、下面及侧壁，上面、下面间高度为钢水深度的30-100%；下面和/或侧壁下部具有一个或多个排出低密度挥发性金属液的排液孔；钢制容器上面连接惰性气加压气管，惰性气加压气管连接惰性气压力控制器；钢制容器上面或侧壁下部连接按压定位杆或设置连接按压定位杆的按压连接部件；
（3）将所需组成和添加量的低密度挥发性金属或其合金，装入、嵌入钢制容器内，制成加料器；加料器上面或侧壁下部连接按压定位杆，或通过所述按压连接部件连接按压定位杆；调整钢水坩埚口垂直向上；用手工或机动夹具，通过按压定位杆将一件或多件加料器浸入钢水深处，加料器下面与坩埚底面距离为钢水深度的0-40%；
（4）调整钢水的搅拌及温度条件，通过惰性气压力控制器控制加料器内气体压力，使熔化后的低密度挥发性金属液经钢制容器下面和/或侧壁下部的排液孔逐渐排出并混入、熔入钢水，至钢水液面有惰性气鼓泡，再通过惰性气压力控制器卸除加料器内气体压力；维持或改变加料器深度，至钢制容器浸入钢水的部分熔入钢水；在所述低密度挥发性金属熔化并经下部孔全部排出熔入钢水前，所述定位杆浸入钢水中部分的熔化熔解量不影响其按压定位能力或不熔化、不熔解，所述钢制容器的上面、侧壁保持其容纳能力而不熔化、熔解到穿孔；
（5）加料器浸入钢水的部分熔尽后，将加料器末浸入钢水的部分、可熔性按压定位杆的未熔部分或不熔的按压定位杆移离钢水。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述低密度挥发性金属，包括金属铝、钙、镁。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述钢制容器用所需材质和厚度、尺寸的钢板、钢筒，通过焊接、铆接制成；或用所需壁厚、尺寸的钢管，通过内壁螺纹连接带外螺纹的封头，或通过外壁螺纹连接带内螺纹的封盖形成两个端面。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述钢制容器的材质与钢水组成相同。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述加料器下部的排液孔，垂直于下面和/或侧壁，或是倾斜孔；和/或排液孔中镶嵌不熔于钢水的陶瓷短管。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述惰性气压力控制器，包括压力表、稳压阀、背压阀，以及可选的气体流量计。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述惰性气压力控制器中，稳压阀、背压阀为电动阀，通过远程或PLC控制、调节。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，浸入加料器之前，将钢水调温到高于钢水熔点50-100℃。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，钢水表面吹氩气保护，或者覆以有隔氧作用的除渣剂或保温灰。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述钢水熔炼炉包括电弧炉、感应炉。
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