CN110408742B - 一种制备超纯净钢的电化学精炼装置及精炼方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种制备超纯净钢的电化学精炼装置及精炼方法，属于钢铁冶金的炉外精炼和纯净钢生产技术领域。该电化学精炼装置包括钢包，钢包内设置有钢液，钢包的底部设置有氩气透气砖，钢液上设置有精炼合成渣，精炼合成渣内设置有两个阳极电极，精炼合成渣上设置有一个阴极电极，钢包的一侧设置有阳极信号电极；两个阳极电极、一个阴极电极和一个电源构成钢水的电化学精炼的电极装置，两个阳极电极、阳极信号电极和一个电源构成两个阳极与钢液面距离的阳极位置反馈电极装置。本发明在非真空条件下采用电化学的方法脱氧和脱硫，将钢水中的氧硫含量同时降低到ppm级，避免在钢水中形成点链状夹杂物和点状夹杂物。

Description

一种制备超纯净钢的电化学精炼装置及精炼方法
技术领域
本发明涉及钢铁冶金的炉外精炼和纯净钢生产技术领域，尤其涉及一种制备超纯净钢的电化学精炼装置及精炼方法。
背景技术
目前，通过提高钢的纯净度来提高钢的质量是一种最有效和最重要的方法。故而对于使用纯净度要求较高的钢材，采用炉外精炼的手段是极其必要的。炉外精炼手段包括铁水脱硫、铁水脱磷、钢包炉脱氧、真空脱气和真空脱氮，分别可以将铁水的硫含量脱至50ppm的水平、将铁水的磷含量脱至50ppm的水平、与保护浇注配合将钢中的氧含量脱至5-10ppm、将钢中的氢含量脱至2ppm以下、将钢中的氮含量脱至30ppm左右，从而使得钢中的杂质降低到很理想的水平，钢的质量在过去十几年达到了一个很高的水平。
然而，对于现有的高质量钢或者特殊钢来说，还是存在危害钢性能的钢中夹杂物，如点链状的三氧化二铝夹杂物、条状的硫化物、点状的钙铝酸盐夹杂物等，大部分源自脱氧、脱硫过程加入的钙、铝等的氧化物。在2016年冶金设备杂质第四期《钢铁行业创新和发展方向—王国栋院士》的先进钢铁全流程一体化组织控制中提出，成分高效精准控制的洁净钢冶炼技术为重要研究方向，研究开发钢包底部喷吹精炼粉剂或合金粉的新一代钢包喷射冶金技术，减少或取消铁水预处理、LF脱硫精炼，以实现洁净钢冶炼流程的高效化、低成本、低排放。本发明就是基于这个研究方向提出的新的简单有效的方法，减少在钢中形成脱氧、脱硫产物残留，从而减少夹杂物含量。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是在钢水的传统搅拌条件下，加铝沉淀脱氧会在钢水中残留脱氧产物Al2O3，在钢水凝固时聚集成簇状夹杂物，在轧制后形成点链状夹杂物—B类夹杂物；加喂入硅钙线沉淀脱硫在钢中留下CaS和nCaO.mAl2O3，在轧制后形成条形硫化物—A类夹杂物和钙铝酸盐nCaO.mAl2O3夹杂物—D类夹杂物；以及强搅拌导致的炉渣卷入钢液，炉渣类夹杂物C类夹杂物在钢中滞留等问题。
本发明提供一种制备超纯净钢的电化学精炼装置，所述电化学精炼装置包括钢包，所述钢包内设置有钢液，所述钢包的底部设置有与钢液连通的氩气透气砖，所述钢液上设置有精炼合成渣，所述精炼合成渣内设置有两个阳极电极，所述精炼合成渣上设置有一个阴极电极，所述钢包的一侧设置有与钢液连接的阳极信号电极；
两个所述阳极电极、一个所述阴极电极和一个电源构成钢水的电化学精炼的电极装置，两个所述阳极电极、所述阳极信号电极和一个电源构成两个阳极与钢液面距离的阳极位置反馈电极装置。
优选地，所述阴极电极的横截面积大于两个所述阳极电极的横截面积。
优选地，两个所述阳极电极、一个所述阴极电极沿着钢包直径成一线布置；一个所述阴极电极位置位于钢包中心，两个所述阳极电极位于所述阴极电极两侧半径的二分之一处。
优选地，所述阳极信号电极插设在钢包上沿下钢液可到达处300mm以下的耐火砖缝隙处，并焊接在钢包壳上。
优选地，所述精炼合成渣的厚度250-300mm，两个所述阳极电极底端与精炼合成渣界面距离100mm。
一种根据所述的制备超纯净钢的电化学精炼装置的精炼方法，
S1、根据钢包吨位选择直流电源的供电容量：按照精炼钢液量和钢液在钢包中温度基本稳定，不会快速降温时，即加热后钢水到达最低温度后，按照钢液升温速度5℃/min选取电源，其中，钢包吨位为50t、60t、90t、150t时，供电容量分别为10000kVA、12000kVA、15000kVA、25000kVA；
S2、初炼炉向精炼装置的钢包出钢时，必须减少初炼炉炉渣进入精炼炉，出钢时向钢包底加入50％精炼合成渣；
S3、吹氩气搅拌：S2中装满钢液的钢包在精炼工位定位后，钢包开始吹氩气搅拌钢水，除加合金、加渣料、喂入铝线时强搅拌外，搅拌强度控制在每吨钢100-150L，因透气砖透气性的差别，吹氩搅拌强度通过目测决定，整个电化学精炼过程都伴随有吹氩气搅拌；
S4、补加精炼合成渣：吹氩气强搅拌，补加精炼合成渣，保证渣层厚度250-300mm；电极位置不稳定时，增加渣层厚度；
S5、喂入铝线、向渣面加铝：S4加入精炼合成渣后，向钢水喂入按照吨钢计算的0.4kg铝线，按照每吨钢0.3kg铝量向渣面加入10-20mm铝粒，视白渣情况可以补加铝粒，以维持白渣操作；
S6、两个阳极电极的定位：下放两个阳极电极到钢渣中，根据电化学精炼的电极装置中阳极信号电极的短路信号，确定接触到钢渣界面的零点位置，然后将两个阳极电极向上提起100mm，固定两个阳极电极的位置，两个阳极电极分别作定位；
S7、阴极电极送电引弧：阴极电极给电，下落，达到给定引弧电压，约距离钢渣界面200mm，起电弧，预置阴极工作电压分为200V和220V两级；
S8、电化学冶金脱氧、脱硫：在给定直流恒稳电压条件下，通过阴极电极引弧对钢液进行加热，钢液的温度为1550-1600℃，调小电流以实现钢液的平稳加热；加热过程中为了保持白渣，适当的向渣面撒入两次碳化硅或铝粒，维持渣面的还原气氛；使得钢渣中的碱性含钙氧化物电离成Ca2+和O2-，来自钢中O、S在电场的作用下离子化为O2-和S2-并在电场的驱动下进入炉渣；
在钢渣中离子化的Al3+和钢中的O2-在阳极电极附近反应生成Al2O3，钢中的S2-与钢渣中的Ca2+在阳极电极附近反应生成CaS；
Al2O3和CaS进入钢渣中，完成了电化学脱氧脱硫的过程；电化学冶金脱氧、脱硫在40-60分钟的精炼全时间中将钢中硫含量降低至20ppm以下，将钢中的全氧含量降低至12ppm以下，得到超纯净钢水；
S9、将S8得到的超纯净钢水送连铸机铸成方坯、板坯或矩形坯。
优选地，S1直流电源供电容量的供电时间占S8精炼全时间的50-60％。
优选地，S2和S4中的合成渣中的组分按质量百分比计为：CaO 50％，Al2O3 10％，CaF2 10％，SiO2 15％，CaCO3 15％；S2和S4中的合成渣配料按质量百分比计为：优质石灰53％，铝土矿12％，萤石10％，硅砖块10％，熔后加入的优质石灰石15％。
优选地，S2和S4中的合成渣是先将优质石灰、铝土矿、萤石、硅砖块按组分配料预熔，凝固后压制成10-30mm块状，最后混合10-30mm优质石灰石15％制成，需要防潮包装。
优选地，S9的超纯净钢材检验的夹杂物评级为0.5级以下。
优选地，在保护浇注条件下，钢中全氧含量降低至4-8ppm，硫含量降低至1-5ppm。
优选地，S6中阳极信号电极的电压为80-120V。
优选地，在连铸期间实行保护浇注的条件下，钢材中各类夹杂物的检验值80％以上在1级以下。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
本发明通过电化学脱氧脱硫的方式制备超纯净钢材，制备的超纯净钢材检验的夹杂物评级可以出现大部分0.5级以下，甚至0级。有效地提高了钢的性能。在精炼过程中将钢中硫含量降低至20ppm以下，将钢中的全氧含量降低至12ppm以下；避免采用强搅拌导致的炉渣卷入钢液，避免了炉渣类夹杂物C类夹杂物在钢中滞留；且与传统的搅拌条件加铝沉淀脱氧不同，不会在钢水中残留脱氧产物Al2O3，不会在钢水凝固时聚集成簇状夹杂物，不会在轧制后形成点链状夹杂物—B类夹杂物；且与传统的搅拌条件加喂入硅钙线沉淀脱硫不同，不会在钢中留下CaS和nCaO.mAl2O3，不会在轧制后形成条形硫化物—A类夹杂物和钙铝酸盐nCaO.mAl2O3夹杂物—D类夹杂物。
总之，本发明在非真空条件下，将钢水中的氧硫含量同时降低到ppm级。由于采用了电化学的方法脱氧和脱硫，避免了在钢水中形成铝沉淀脱氧时的三氧化二铝点链状夹杂物和钙处理时产生的点状夹杂物。
附图说明
图1是本发明的制备超纯净钢的电化学精炼装置的结构示意图。
[主要元件符号说明]
1、钢包；
2、钢液；
3、氩气透气砖；
4、精炼合成渣；
5、阳极电极；
6、阴极电极；
61、电弧；
7、阳极信号电极。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图和具体实施例进行详细描述。
本发明要解决的技术问题是在钢水的传统搅拌条件下，加铝沉淀脱氧会在钢水中残留脱氧产物Al2O3，在钢水凝固时聚集成簇状夹杂物，在轧制后形成点链状夹杂物—B类夹杂物；加喂入硅钙线沉淀脱硫在钢中留下CaS和nCaO.mAl2O3，在轧制后形成条形硫化物—A类夹杂物和钙铝酸盐nCaO.mAl2O3夹杂物—D类夹杂物；以及强搅拌导致的炉渣卷入钢液，炉渣类夹杂物C类夹杂物在钢中滞留等问题。
如图1所示，为解决上述技术问题，本发明提供一种制备超纯净钢的电化学精炼装置，所述电化学精炼装置包括钢包1，钢包1内设置有钢液2，钢包1的底部设置有与钢液2连通的氩气透气砖3，钢液2上设置有精炼合成渣4，精炼合成渣4内设置有两个阳极电极5，精炼合成渣4上设置有一个阴极电极6，一个阴极电极6下产生电弧61，钢包1的一侧设置有与钢液连接的阳极信号电极7；
两个阳极电极5、一个阴极电极6和一个电源构成钢水的电化学精炼的电极装置，两个阳极电极5、阳极信号电极7和一个电源构成两个阳极与钢液面距离的阳极位置反馈电极装置。
其中，阴极电极6的横截面积大于两个阳极电极5的横截面积。
其中，两个阳极电极5、一个阴极电极6沿着钢包直径成一线布置；一个阴极电极6位置位于钢包2中心，两个阳极电极5位于阴极电极6两侧半径的二分之一处。
其中，阳极信号电极7插设在钢包2上沿下钢液可到达处300mm以下的耐火砖缝隙处，并焊接在钢包2壳上。
其中，精炼合成渣4的厚度200-300mm，两个阳极电极5底端与精炼合成渣4界面距离100mm。
一种根据所述的制备超纯净钢的电化学精炼装置的精炼方法，
S1、根据钢包吨位选择直流电源的供电容量：按照精炼钢液量和钢液在钢包中温度基本稳定，不会快速降温时，即加热后钢水到达最低温度后，按照钢液升温速度5℃/min选取电源，其中，钢包吨位为50t、60t、90t、150t时，供电容量分别为10000kVA、12000kVA、15000kVA、25000kVA；
S2、初炼炉向精炼装置的钢包出钢时，必须减少初炼炉炉渣进入精炼炉，出钢时向钢包底加入50％精炼合成渣；
S3、吹氩气搅拌：S2中装满钢液的钢包在精炼工位定位后，钢包开始吹氩气搅拌钢水，除加合金、加渣料、喂入铝线时强搅拌外，搅拌强度控制在每吨钢100-150L，因透气砖透气性的差别，吹氩搅拌强度通过目测决定，整个电化学精炼过程都伴随有吹氩气搅拌；
S4、补加精炼合成渣：吹氩气强搅拌，补加精炼合成渣，保证渣层厚度250-300mm；电极位置不稳定时，增加渣层厚度；
S5、喂入铝线、向渣面加铝：S4加入精炼合成渣后，向钢水喂入按照吨钢计算的0.4kg铝线，按照每吨钢0.3kg铝量向渣面加入10-20mm铝粒，视白渣情况可以补加铝粒，以维持白渣操作；
S6、两个阳极电极的定位：下放两个阳极电极到钢渣中，根据电化学精炼的电极装置中阳极信号电极的短路信号，确定接触到钢渣界面的零点位置，然后将两个阳极电极向上提起100mm，固定两个阳极电极的位置，两个阳极电极分别作定位；
S7、阴极电极送电引弧：阴极电极给电，下落，达到给定引弧电压，约距离钢渣界面200mm，起电弧，预置阴极工作电压分为200V和220V两级；
S8、电化学冶金脱氧、脱硫：在给定直流恒稳电压条件下，通过阴极电极引弧对钢液进行加热，钢液的温度为1550-1600℃，调小电流以实现钢液的平稳加热；加热过程中为了保持白渣，适当的向渣面撒入两次碳化硅或铝粒，维持渣面的还原气氛；使得钢渣中的碱性含钙氧化物电离成Ca2+和O2-，来自钢中O、S在电场的作用下离子化为O2-和S2-并在电场的驱动下进入炉渣；
在钢渣中离子化的Al3+和钢中的O2-在阳极电极附近反应生成Al2O3，钢中的S2-与钢渣中的Ca2+在阳极电极附近反应生成CaS；
Al2O3和CaS进入钢渣中，完成了电化学脱氧脱硫的过程；电化学冶金脱氧、脱硫在40-60分钟的精炼全时间中将钢中硫含量降低至20ppm以下，将钢中的全氧含量降低至12ppm以下，得到超纯净钢水；
S9、将S8得到的超纯净钢水送连铸机铸成方坯、板坯或矩形坯。
其中，S1直流电源供电容量的供电时间占S8精炼全时间的50-60％。
其中，S2和S4中的合成渣中的组分按质量百分比计为：CaO 50％，Al2O3 10％，CaF210％，SiO2 15％，CaCO3 15％；S2和S4中的合成渣配料按质量百分比计为：优质石灰53％，铝土矿12％，萤石10％，硅砖块10％，熔后加入的优质石灰石15％。
其中，S2和S4中的合成渣是先将优质石灰、铝土矿、萤石、硅砖块按组分配料预熔，凝固后压制成10-30mm块状，最后混合10-30mm优质石灰石15％制成，需要防潮包装。
其中，S9的超纯净钢材检验的夹杂物评级为0.5级以下。
其中，在保护浇注条件下，钢中全氧含量降低至4-8ppm，硫含量降低至1-5ppm。
优选地，S6中阳极信号电极的电压为80-120V。
其中，在连铸期间实行保护浇注的条件下，钢材中各类夹杂物的检验值80％以上在1级以下。
具体制备超纯净钢的电化学精炼装置的精炼方法结合以下实施例进行说明：
实施例一：
一种制备超纯净钢的电化学精炼装置的精炼方法，
S1、根据钢包吨位选择直流电源的供电容量：按照精炼钢液量和钢液在钢包中温度基本稳定，不会快速降温时，即加热后钢水到达最低温度后，按照钢液升温速度5℃/min选取电源，其中，钢包吨位为50t时，供电容量为10000kVA；
S2、初炼炉向精炼装置的钢包出钢时，必须减少初炼炉炉渣进入精炼炉，出钢时向钢包底加入50％精炼合成渣；
S3、吹氩气搅拌：S2中装满钢液的钢包在精炼工位定位后，钢包开始吹氩气搅拌钢水，精炼全流程约40分钟，保持吹氩气搅拌，除加合金、加渣料、喂入铝线时强搅拌外，搅拌强度控制在每吨钢100L，因透气砖透气性的差别，吹氩搅拌强度通过目测决定；
S4、补加精炼合成渣：吹氩气强搅拌，补加精炼合成渣，保证渣层厚度250mm；电极位置不稳定时，增加渣层厚度；
S5、喂入铝线、向渣面加铝：S4加入精炼合成渣后，向钢水喂入按照吨钢计算的0.4kg铝线，按照每吨钢0.3kg铝量向渣面加入10mm铝粒，视白渣情况可以补加铝粒，以维持白渣操作；
S6、两个阳极电极的定位：下放两个阳极电极到钢渣中，根据电化学精炼的电极装置中阳极信号电极的短路信号，确定接触到钢渣界面的零点位置，然后将两个阳极电极向上提起100mm，固定两个阳极电极的位置，两个阳极电极分别作定位；
S7、阴极电极送电引弧：阴极电极给电，下落，达到给定引弧电压，约距离钢渣界面200mm，起电弧，预置阴极工作电压为220V；
S8、电化学冶金脱氧、脱硫：在给定直流恒稳电压条件下，通过阴极电极引弧对钢液进行加热，钢液的温度为1560℃，调小电流以实现钢液的平稳加热；加热过程中为了保持白渣，适当的向渣面撒入两次碳化硅，维持渣面的还原气氛；使得钢渣中的碱性含钙氧化物电离成Ca2+和O2-，来自钢中O、S在电场的作用下离子化为O2-和S2-并在电场的驱动下进入炉渣；
在钢渣中离子化的Al3+和钢中的O2-在阳极电极附近反应生成Al2O3，钢中的S2-与钢渣中的Ca2+在阳极电极附近反应生成CaS；
Al2O3和CaS进入钢渣中，完成了电化学脱氧脱硫的过程，电化学冶金脱氧、脱硫在40分钟的精炼全时间中将钢中硫含量降低至20ppm，将钢中的全氧含量降低至12ppm，得到超纯净钢水；
S9、将S8得到的超纯净钢水送连铸机铸成250mm方坯。
其中，S1直流电源供电容量的供电时间占S8精炼全时间的60％。
其中，S2和S4中的合成渣中的组分按质量百分比计为：CaO 50％，Al2O3 10％，CaF210％，SiO2 15％，CaCO3 15％；S2和S4中的合成渣配料按质量百分比计为：优质石灰53％，铝土矿12％，萤石10％，硅砖块10％，熔后加入的优质石灰石15％。
其中，S2和S4中的合成渣是先将优质石灰、铝土矿、萤石、硅砖块按组分配料预熔，凝固后压制成10mm块状，最后混合10mm优质石灰石15％制成，需要防潮包装。
其中，S9的超纯净钢材检验的夹杂物粗系评级为0级，夹杂物细系评级为0.5级。
其中，在保护浇注条件下，全氧含量8ppm。而钢中的硫含量达到5ppm。
其中，S6中阳极信号电极的电压为80V。
其中，在连铸期间实行保护浇注的条件下，钢材中各类夹杂物的检验值80％在1级以下。
实施例二：
一种根据所述的制备超纯净钢的电化学精炼装置的精炼方法，
S1、根据钢包吨位选择直流电源的供电容量：按照精炼钢液量和钢液在钢包中温度基本稳定，不会快速降温时，即加热后钢水到达最低温度后，按照钢液升温速度5℃/min选取电源，其中，钢包吨位为60t时，供电容量分别为12000kVA；
S2、初炼炉向精炼装置的钢包出钢时，必须减少初炼炉炉渣进入精炼炉，出钢时向钢包底加入50％精炼合成渣；
S3、吹氩气搅拌：S2中装满钢液的钢包在精炼工位定位后，钢包开始吹氩气搅拌钢水，精炼全流程约45分钟，保持吹氩气搅拌，除加合金、加渣料、喂入铝线时强搅拌外，搅拌强度控制在每吨钢120L，因透气砖透气性的差别，吹氩搅拌强度通过目测决定；
S4、补加精炼合成渣：吹氩气强搅拌，补加精炼合成渣，保证渣层厚度260mm；电极位置不稳定时，增加渣层厚度；
S5、喂入铝线、向渣面加铝：S4加入精炼合成渣后，向钢水喂入按照吨钢计算的0.4kg铝线，按照每吨钢0.3kg铝量向渣面加入13mm铝粒，视白渣情况可以补加铝粒，以维持白渣操作；
S6、两个阳极电极的定位：下放两个阳极电极到钢渣中，根据电化学精炼的电极装置中阳极信号电极的短路信号，确定接触到钢渣界面的零点位置，然后将两个阳极电极向上提起100mm，固定两个阳极电极的位置，两个阳极电极分别作定位；
S7、阴极电极送电引弧：阴极电极给电，下落，达到给定引弧电压，约距离钢渣界面200mm，起电弧，预置阴极工作电压为220V；
S8、电化学冶金脱氧、脱硫：在给定直流恒稳电压条件下，通过阴极电极引弧对钢液进行加热，钢液的温度为1570℃，调小电流以实现钢液的平稳加热；加热过程中为了保持白渣，适当的向渣面撒入两次碳化硅，维持渣面的还原气氛；使得钢渣中的碱性含钙氧化物电离成Ca2+和O2-以及来自钢中O、S在电场的作用下离子化并在电场的驱动下进入炉渣；
在钢渣中离子化的Al3+和钢中的O2-在阳极电极附近反应生成Al2O3，钢中的S2-与钢渣中的Ca2+在阳极电极附近反应生成CaS；
Al2O3和CaS进入钢渣中，完成了电化学脱氧脱硫的过程，电化学冶金脱氧、脱硫在45分钟的精炼全时间中将钢中硫含量降低至18ppm，将钢中的全氧含量降低至11ppm，得到超纯净钢水；
S9、将S8得到的超纯净钢水送连铸机铸成220mm方坯。
其中，S1直流电源供电容量的供电时间占S8精炼全时间的58％。
其中，S2和S4中的合成渣中的组分按质量百分比计为：CaO 50％，Al2O3 10％，CaF210％，SiO2 15％，CaCO3 15％；S2和S4中的合成渣配料按质量百分比计为：优质石灰53％，铝土矿12％，萤石10％，硅砖块10％，熔后加入的优质石灰石15％。
其中，S2和S4中的合成渣是先将优质石灰、铝土矿、萤石、硅砖块按组分配料预熔，凝固后压制成15mm块状，最后混合15mm优质石灰石15％制成，需要防潮包装。
其中，S9的超纯净钢材检验的夹杂物粗系评级为0级，夹杂物细系评级为0.5级。
其中，在保护浇注条件下，全氧含量7ppm。而钢中的硫含量达到4ppm。
其中，S6中阳极信号电极的电压为90V。
其中，在连铸期间实行保护浇注的条件下，钢材中各类夹杂物的检验值83％在1级以下。
实施例三：
一种根据所述的制备超纯净钢的电化学精炼装置的精炼方法，
S1、根据钢包吨位选择直流电源的供电容量：按照精炼钢液量和钢液在钢包中温度基本稳定，不会快速降温时，即加热后钢水到达最低温度后，按照钢液升温速度5℃/min选取电源，其中，钢包吨位为90t时，供电容量分别为15000kVA；
S2、初炼炉向精炼装置的钢包出钢时，必须减少初炼炉炉渣进入精炼炉，出钢时向钢包底加入50％精炼合成渣；
S3、吹氩气搅拌：S2中装满钢液的钢包在精炼工位定位后，钢包开始吹氩气搅拌钢水，精炼全流程约55分钟，保持吹氩气搅拌，除加合金、加渣料、喂入铝线时强搅拌外，搅拌强度控制在每吨钢135L，因透气砖透气性的差别，吹氩搅拌强度通过目测决定；
S4、补加精炼合成渣：吹氩气强搅拌，补加精炼合成渣，保证渣层厚度280mm；电极位置不稳定时，增加渣层厚度；
S5、喂入铝线、向渣面加铝：S4加入精炼合成渣后，向钢水喂入按照吨钢计算的0.4kg铝线，按照每吨钢0.3kg铝量向渣面加入16mm铝粒，视白渣情况可以补加铝粒，以维持白渣操作；
S6、两个阳极电极的定位：下放两个阳极电极到钢渣中，根据电化学精炼的电极装置中阳极信号电极的短路信号，确定接触到钢渣界面的零点位置，然后将两个阳极电极向上提起100mm，固定两个阳极电极的位置，两个阳极电极分别作定位；
S7、阴极电极送电引弧：阴极电极给电，下落，达到给定引弧电压，约距离钢渣界面200mm，起电弧，预置阴极工作电压为200V；
S8、电化学冶金脱氧、脱硫：在给定直流恒稳电压条件下，通过阴极电极引弧对钢液进行加热，钢液的温度为1580℃，调小电流以实现钢液的平稳加热；加热过程中为了保持白渣，适当的向渣面撒入两次铝粒，维持渣面的还原气氛；使得钢渣中的碱性含钙氧化物电离成Ca2+和O2-以及来自钢中O、S在电场的作用下离子化并在电场的驱动下进入炉渣；
在钢渣中离子化的Al3+和钢中的O2-在阳极电极附近反应生成Al2O3，钢中的S2-与钢渣中的Ca2+在阳极电极附近反应生成CaS；
Al2O3和CaS进入钢渣中，完成了电化学脱氧脱硫的过程，电化学冶金脱氧、脱硫在55分钟的精炼全时间中将钢中硫含量降低至16ppm，将钢中的全氧含量降低至11ppm，得到超纯净钢水；
S9、将S8得到的超纯净钢水送连铸机铸成200mm方坯。
其中，S1直流电源供电容量的供电时间占S8精炼全时间的53％。
其中，S2和S4中的合成渣中的组分按质量百分比计为：CaO 50％，Al2O3 10％，CaF210％，SiO2 15％，CaCO3 15％；S2和S4中的合成渣配料按质量百分比计为：优质石灰53％，铝土矿12％，萤石10％，硅砖块10％，熔后加入的优质石灰石15％。
其中，S2和S4中的合成渣是先将优质石灰、铝土矿、萤石、硅砖块按组分配料预熔，凝固后压制成25mm块状，最后混合25mm优质石灰石15％制成，需要防潮包装。
其中，S9的超纯净钢材检验的夹杂物粗系评级为0级，夹杂物细系评级为0级。
其中，在保护浇注条件下，全氧含量6ppm。而钢中的硫含量达到4ppm。
其中，S6中阳极信号电极的电压为110V。
其中，在连铸期间实行保护浇注的条件下，钢材中各类夹杂物的检验值88％在1级以下。
实施例四：
一种根据所述的制备超纯净钢的电化学精炼装置的精炼方法，
S1、根据钢包吨位选择直流电源的供电容量：按照精炼钢液量和钢液在钢包中温度基本稳定，不会快速降温时，即加热后钢水到达最低温度后，按照钢液升温速度5℃/min选取电源，其中，钢包吨位为150t时，供电容量分别为25000kVA；
S2、初炼炉向精炼装置的钢包出钢时，必须减少初炼炉炉渣进入精炼炉，出钢时向钢包底加入50％精炼合成渣；
S3、吹氩气搅拌：S2中装满钢液的钢包在精炼工位定位后，钢包开始吹氩气搅拌钢水，精炼全流程约60分钟，保持吹氩气搅拌，除加合金、加渣料、喂入铝线时强搅拌外，搅拌强度控制在每吨钢150L，因透气砖透气性的差别，吹氩搅拌强度通过目测决定；
S4、补加精炼合成渣：吹氩气强搅拌，补加精炼合成渣，保证渣层厚度300mm；电极位置不稳定时，增加渣层厚度；
S5、喂入铝线、向渣面加铝：S4加入精炼合成渣后，向钢水喂入按照吨钢计算的0.4kg铝线，按照每吨钢0.3kg铝量向渣面加入20mm铝粒，视白渣情况可以补加铝粒，以维持白渣操作；
S6、两个阳极电极的定位：下放两个阳极电极到钢渣中，根据电化学精炼的电极装置中阳极信号电极的短路信号，确定接触到钢渣界面的零点位置，然后将两个阳极电极向上提起100mm，固定两个阳极电极的位置，两个阳极电极分别作定位；
S7、阴极电极送电引弧：阴极电极给电，下落，达到给定引弧电压，约距离钢渣界面200mm，起电弧，预置阴极工作电压为220V；
S8、电化学冶金脱氧、脱硫：在给定直流恒稳电压条件下，通过阴极电极引弧对钢液进行加热，钢液的温度为1570℃，调小电流以实现钢液的平稳加热；加热过程中为了保持白渣，适当的向渣面撒入两次碳化硅，维持渣面的还原气氛；使得钢渣中的碱性含钙氧化物电离成Ca2+和O2-以及来自钢中O、S在电场的作用下离子化并在电场的驱动下进入炉渣；
在钢渣中离子化的Al3+和钢中的O2-在阳极电极附近反应生成Al2O3，钢中的S2-与钢渣中的Ca2+在阳极电极附近反应生成CaS；
Al2O3和CaS进入钢渣中，完成了电化学脱氧脱硫的过程，电化学冶金脱氧、脱硫在60分钟的精炼全时间中将钢中硫含量降低至15ppm，将钢中的全氧含量降低至10ppm，得到超纯净钢水；
S9、将S8得到的超纯净钢水送连铸机铸成200mm方坯。
其中，S1直流电源供电容量的供电时间占S8精炼全时间的50％。
其中，S2和S4中的合成渣中的组分按质量百分比计为：CaO 50％，Al2O3 10％，CaF210％，SiO2 15％，CaCO3 15％；S2和S4中的合成渣配料按质量百分比计为：优质石灰53％，铝土矿12％，萤石10％，硅砖块10％，熔后加入的优质石灰石15％。
其中，S2和S4中的合成渣是先将优质石灰、铝土矿、萤石、硅砖块按组分配料预熔，凝固后压制成30mm块状，最后混合30mm优质石灰石15％制成，需要防潮包装。
其中，S9的超纯净钢材检验的夹杂物粗系评级为0级，夹杂物细系评级为0.5级。
其中，在保护浇注条件下，全氧含量4ppm。而钢中的硫含量达到2ppm。
其中，S6中阳极信号电极的电压为120V。
其中，在连铸期间实行保护浇注的条件下，钢材中各类夹杂物的检验值86％在1级以下。
综上可见，本发明通过电化学脱氧脱硫的方式制备超纯净钢材，制备的超纯净钢材检验的夹杂物评级可以出现大部分0.5级以下，甚至0级。有效地提高了钢的性能。在精炼过程中将钢中硫含量降低至20ppm以下，将钢中的全氧含量降低至12ppm以下；避免采用强搅拌导致的炉渣卷入钢液，避免了炉渣类夹杂物C类夹杂物在钢中滞留；且与传统的搅拌条件加铝沉淀脱氧不同，不会在钢水中残留脱氧产物Al2O3，不会在钢水凝固时聚集成簇状夹杂物，不会在轧制后形成点链状夹杂物—B类夹杂物；且与传统的搅拌条件加喂入硅钙线沉淀脱硫不同，不会在钢中留下CaS和nCaO.mAl2O3，不会在轧制后形成条形硫化物—A类夹杂物和钙铝酸盐nCaO.mAl2O3夹杂物—D类夹杂物。
总之，本发明在非真空条件下，将钢水中的氧硫含量同时降低到ppm级。由于采用了电化学的方法脱氧和脱硫，避免了在钢水中形成铝沉淀脱氧时的三氧化二铝点链状夹杂物和钙处理时产生的点状夹杂物。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种制备超纯净钢的电化学精炼方法，其特征在于，
所述精炼方法采用如下电化学精炼装置：
所述电化学精炼装置包括钢包，所述钢包内设置有钢液，所述钢包的底部设置有与钢液连通的氩气透气砖，所述钢液上设置有精炼合成渣，所述精炼合成渣内设置有两个阳极电极，所述精炼合成渣上设置有一个阴极电极，所述钢包的一侧设置有与钢液连接的阳极信号电极；
两个所述阳极电极、一个所述阴极电极和一个电源构成钢水的电化学精炼的电极装置，两个所述阳极电极、所述阳极信号电极和一个电源构成两个阳极与钢液面距离的阳极位置反馈电极装置；
其中，阴极电极设置在距离钢渣界面上方的200mm；
所述阳极信号电极插设在钢包上沿下钢液可到达处300mm以下的耐火砖缝隙处，并焊接在钢包壳上；
所述精炼合成渣的厚度250-300mm，两个所述阳极电极底端与精炼合成渣界面距离100mm；
所述精炼方法的步骤如下：
S1、根据钢包吨位选择直流电源的供电容量：按照精炼钢液量和钢液在钢包中温度基本稳定，不会快速降温时，即加热后钢水到达最低温度后，按照钢液升温速度5℃/min选取电源，其中，钢包吨位为50t、60t、90t、150t时，供电容量分别为10000kVA、12000kVA、15000kVA、25000kVA；
S2、初炼炉向精炼装置的钢包出钢时，必须减少初炼炉炉渣进入精炼炉，出钢时向钢包底加入50％精炼合成渣；
S3、吹氩气搅拌：S2中装满钢液的钢包在精炼工位定位后，钢包开始吹氩气搅拌钢水，除加合金、加渣料、喂入铝线时强搅拌外，搅拌强度控制在每吨钢100-150L，因透气砖透气性的差别，吹氩搅拌强度通过目测决定，整个电化学精炼过程都伴随有吹氩气搅拌；
S4、补加精炼合成渣：吹氩气强搅拌，补加精炼合成渣，保证渣层厚度250-300mm；电极位置不稳定时，增加渣层厚度；
S5、喂入铝线、向渣面加铝：S4加入精炼合成渣后，向钢水喂入按照吨钢计算的0.4kg铝线，按照每吨钢0.3kg铝量向渣面加入10-20mm铝粒，视白渣情况补加铝粒，以维持白渣操作；
S6、两个阳极电极的定位：下放两个阳极电极到钢渣中，根据电化学精炼的电极装置中阳极信号电极的短路信号，确定接触到钢渣界面的零点位置，然后将两个阳极电极向上提起100mm，固定两个阳极电极的位置，两个阳极电极分别作定位；
S7、阴极电极送电引弧：阴极电极给电，下落，达到给定引弧电压，约距离钢渣界面200mm，起电弧，预置阴极工作电压分为200V和220V两级；
S8、电化学冶金脱氧、脱硫：在给定直流恒稳电压条件下，通过阴极电极引弧对钢液进行加热，钢液的温度为1550-1600℃，调小电流以实现钢液的平稳加热；加热过程中为了保持白渣，适当的向渣面撒入两次碳化硅或铝粒，维持渣面的还原气氛；使得钢渣中的碱性含钙氧化物电离成Ca2+和O2-，来自钢中O、S在电场的作用下离子化为O2-和S2-并在电场的驱动下进入炉渣；
在钢渣中离子化的Al3+和钢中的O2-在阳极电极附近反应生成Al2O3，钢中的S2-与钢渣中的Ca2+在阳极电极附近反应生成CaS；
Al2O3和CaS进入钢渣中，完成了电化学脱氧脱硫的过程；电化学冶金脱氧、脱硫在40-60分钟的精炼全时间中将钢中硫含量降低至20ppm以下，将钢中的全氧含量降低至12ppm以下，得到超纯净钢水；
S9、将S8得到的超纯净钢水送连铸机铸成方坯、板坯或矩形坯。
2.一种根据权利要求1所述的制备超纯净钢的电化学精炼方法，其特征在于，S1直流电源供电容量的供电时间占S8精炼全时间的50-60％。
3.一种根据权利要求1所述的制备超纯净钢的电化学精炼方法，其特征在于，S2和S4中的合成渣中的组分按质量百分比计为：CaO 50％，Al2O3 10％，CaF2 10％，SiO2 15％，CaCO315％；S2和S4中的合成渣配料按质量百分比计为：优质石灰53％，铝土矿12％，萤石10％，硅砖块10％，熔后加入的优质石灰石15％。
4.一种根据权利要求3所述的制备超纯净钢的电化学精炼方法，其特征在于，S2和S4中的合成渣是先将优质石灰、铝土矿、萤石、硅砖块按组分配料预熔，凝固后压制成10-30mm块状，最后混合10-30mm优质石灰石15％制成，需要防潮包装。
5.一种根据权利要求1所述的制备超纯净钢的电化学精炼方法，其特征在于，S6中阳极信号电极的电压为80-120V。
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