CN112359266A - 利用向金属液中吹氮气得到含氮合金的装置 - Google Patents

利用向金属液中吹氮气得到含氮合金的装置 Download PDF

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CN112359266A CN202011322932.XA CN202011322932A CN112359266A CN 112359266 A CN112359266 A CN 112359266A CN 202011322932 A CN202011322932 A CN 202011322932A CN 112359266 A CN112359266 A CN 112359266A
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贾茜惠
贾旭东
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/001—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing N

Abstract

本发明涉及一种利用向金属液中吹氮气得到含氮合金的装置，包括熔炼炉，熔炼炉外侧设置有支撑底座，支撑底座上设置有立柱；立柱上设置有支撑臂；支撑臂的前端设置有气缸；气缸杆前端设置有吹气杆；吹气杆沿水平方向设置有进气口；发射杆上设置有激光组件；测量杆上与激光组件相对应的设置有反光板；支撑底座上设置有左侧激光组件和右侧激光组件；支撑臂上设置有反光板。本发明利用向金属液中吹氮气得到含氮合金的装置，使用此种方法成本低，氮元素增量为线性且稳定，操作简单安全，不易发生飞溅；而常用的使用氮化铬来增氮时因为烧损的原因，加入氮化铬的量不易控制，多次添加造成熔炼时间延长导致其他元素烧损。而且易飞溅造成伤害或事故。

Description

利用向金属液中吹氮气得到含氮合金的装置
技术领域
本发明涉及一种金属冶炼方法，具体的说，是涉及一种利用向金属液中吹氮气得到含氮合金的装置。
背景技术
随着人们对含氮不锈钢的研究越来越深入，人们对于氮对不锈钢产生积极的影响有了越来越清晰的认识，高氮钢在力学及腐蚀性能方面远优于无氮钢。目前,高氮钢的研究主要集中于奥氏体钢或铁素体和马氏体钢；另外，氮对珠光体钢和双相钢等钢种均有益。氮作为钢中一种重要的合金元素有广泛的发展前景,高氮钢的研究及其应用日益受到重视。
面对全球二氧化碳减排的环境规制的实行、油价的上升,汽车工业要求发动机高效化、车体轻量化以进一步提高汽车的燃烧效率,对高强度、耐热性能好的钢有强烈需求,高氮钢在汽车行业的应用具有很好的前景。为了充分发挥氮合金化能使钢的强度提高、耐腐蚀性增强的优点,各种新的高氮钢的冶炼工艺也不断被研究和开发。
目前的一种高氮钢的生产工艺是在钢冶炼时在冶炼炉中加入价格比较昂贵的氮化铬铁，生产成本比较高。一般的生产工艺是：在钢水全熔及温度等达到取样条件时取样分析炉中氮元素含量，然后根据钢种控制目标用氮化合金(如氮化铬铁或氮化锰铁等)对氮元素进行补加调整，一般氮化合金含氮量不大于10％，回收率也因工艺和设备不同而不同。这种合金增氮的工艺存在如下三个方面的问题，一是前述合金氮品位较低，加上回收率的不稳定，致使补加量较大，影响钢温的下降，需要二次升温加热，直接影响生产成本，二是加入后会引起其它元素的大幅波动，需要对其它元素进行二次或多次调整，影响生产效率及成本，三是氮化合金本身会带入很金夹杂物，影响钢水的纯净度。
发明内容
针对上述现有技术中的不足，本发明提供一种操作简单安全可靠，提高钢冶炼时含氮量的利用向金属液中吹氮气得到含氮合金的装置。
本发明所采取的技术方案是：
一种利用向金属液中吹氮气得到含氮合金的装置，
包括熔炼炉，熔炼炉外侧设置有支撑底座，支撑底座上设置有立柱；
立柱上设置有支撑臂；
支撑臂的前端设置有气缸；
气缸杆轴线沿竖直方向设置；
气缸杆前端设置有吹气杆；
吹气杆沿竖直方向设置；
吹气杆沿水平方向设置有进气口；
熔炼炉上方设置有隔热板；
隔热板通过连接板与立柱相连接；
隔热板上设置有通孔；
隔热板设置在进气口下方；
吹气杆下端设置有吹气口；
隔热板上设置有发射杆；
发射杆上设置有激光组件；
激光组件包括激光头和光电耦合器件；
激光组件包括上部激光组件和下部激光组件；
吹气杆上与激光组件相对应的设置有反光板；
支撑底座上设置有左侧激光组件和右侧激光组件；
支撑臂上设置有反光板。
所述支撑底座内设置有驱动电机；
所述立柱下端通过联轴器与旋转电机输出轴相连接；
驱动电机驱动立柱围绕其轴线旋转。
所述的激光头和光耦器件成对的设置在发射杆上，上部激光组件与下部激光组件距离小于吹起杆的行程并在吹气杆全部位移中是可测量的。
控制电路包括：第一电源VCC1、第二电源VCC2和4个光耦合器件，分别为第一光耦合器件OT1、第二光耦合器件OT2、第三光耦合器件OT3、第四光耦合器件OT4；其中各光电耦合器件可以等效为由感光二极管和一个三极管放大期间组成的电子元件；当感光二极管经照射导通时，三极管放大器的基极被施加电压使得三极管导通；
第一电源VCC1通过第一调压电阻R1和第一光耦器件OT1的11端相连接；
第一电源VCC1通过第二调压电阻R2和第二光耦器件OT2的21端相连接；
第一电源VCC1通过第三调压电阻R3和第三光耦器件OT3的31端相连接；
第一电源VCC1通过第四调压电阻R4和第四光耦器件OT4的41端相连接；
第一光耦器件OT1的21端为OT1输出信号；
第二光耦器件OT2的22端为OT2的输出信号；
第三光耦器件OT3的23端为OT3的端输出信号；
第四光耦器件OT4的24端为OT4的输出信号；
第一光耦器件OT1的14端通过第一配位电阻R11接地；
第二光耦器件OT2的24端通过第二配位电阻R12接地；
第三光耦器件OT3的34端通过第三配位电阻R13接地；
第四光耦器件OT4的44端通过第四配位电阻R14接地；
第一光耦器件OT1的13端通过第一显示灯LD1经开关K1第一端通过配位电阻R连接Vcc2，第一开关K1的第二端连接主电机电磁开关后接地；在第二电源Vcc2和配位电阻之间引出一个匹配的大功率电感器接地；
第二光耦器件OT2的23端接由第二显示灯LD2；
第三光耦器件OT3的33端接有第三显示灯LD3；
第四光耦器件OT4的43端接有第四显示灯LD4。
第一显示灯LD1、第二显示灯LD2、第三显示灯LD3和第四显示灯LD4相互并联。
本发明为了防止计算机特殊故障造成的控制系统失灵以及节约电能的考虑，由第二电源Vcc2，电感器L，配位电阻R，开关K1和主电机供电电磁开关所构成的强制保护电路，当K1连接左端点电路时，由VCC2向电感L充电。当手动断掉K1时，特别是在VCC2也停止供电的特殊情况下，利用电感L向驱动电源电磁开关施加关断电压，以迅速切断气缸或支撑臂旋转电机的动力，进一步保证高温金属铸造时因为电磁干扰或者其他断电事故等紧急情况的系统危险造成的可能故障或事故，以及不适当的断电以及部分控制系统损坏说造成的铸造机具不恰当移动造成的生产安全事故。
一种利用向金属液中吹氮气得到含氮合金的装置的控制方法，开动熔炼炉熔化金属至接近炉口；
推动支撑臂绕固定的立柱旋转，使吹气杆正对炉口；
启动气缸将耐高温材料的吹气杆贯穿隔热板通孔压入钢水中；
在吹气杆上端接入高压氮气，氮气通过吹气杆吹入熔化的金属液中，在氮气上浮过程中溶入金属液从而提高金属液氮含量，最高可达0.3％。
启动驱动电机，支撑臂以支撑柱为中心进行旋转；
连接板带动隔热板以支撑柱为中心进行旋转；
设置在底座上的左侧激光组件的开始光电耦合器件OT3接收支撑臂上的激光发射头发射的激光束；当OT3的耦合二极管截止时，向控制计算机发送OT3低电平信号，支撑臂转动到位，此时计算机发出信号，支撑臂停止转动；
吹气杆中心与电炉中心重合位置，驱动电机停止旋转；
吹气杆在液压缸驱动下向下移动，吹气杆下端贯穿隔热板通孔压入钢水中；
启动设置在发射杆上的激光组件；
吹起杆下降开始时，上部激光头持续发射的激光信号将产生探测信号传给OT1；
吹起杆下降开始时，下部激光头持续发射的激光信号将产生探测信号传给OT2；
当OT1的耦合二极管导通时，向控制计算机发送OT1高电平信号，此时计算机开始根据吹起杆下降速度(标定值)开始计算下降距离；
当吹气杆到达OT2识读位置时，当OT2的耦合二极管导通时，OT2输出信号向控制计算机发送高电平信号，控制其计算机停止吹气杆下降行程，若OT2损坏，但是估算的下降距离到达阈值时，控制计算机立即关断吹气杆动力并提示人工检查和排除故障；
吹起杆反向行程时，通过OT2的起始计算向上行程距离，当OT1损坏时，但上升行程距离达到时，也立即关断吹起杆动力并提示人工检查；
当上升行程或者下降形成任何起始信号缺失时，也立即停止吹起杆的进动并提示人工检查；
启动高压气泵，高压氮气经吹气杆进入钢水中；
吹气杆向钢水吹入高压氮气达到设定时间，高压气泵停止工作，停止向钢水中吹入高压氮气；
启动液压缸，吹气杆在液压缸驱动下向上移动，吹气杆下端从钢水中脱离；
启动驱动电机，支撑臂以支撑柱为中心进行旋转；
设置在底座上的右侧激光组件的停止光电耦合器件OT4接收支撑臂上的激光发射头发射的激光束；当OT4的耦合二极管截止时，向控制计算机发送OT4低电平信号，支撑臂转动到位，此时计算机发出信号，支撑臂停止转动
本发明相对现有技术的有益效果：
本发明利用向金属液中吹氮气得到含氮合金的装置，使用此种方法成本低，氮元素增量为线性且稳定，操作简单安全，不易发生飞溅；而常用的使用氮化铬来增氮时因为烧损的原因，加入氮化铬的量不易控制，多次添加造成熔炼时间延长导致其他元素烧损。而且易飞溅造成伤害或事故。
附图说明
图1是利用向金属液中吹氮气得到含氮合金的装置的工作状态结构示意图；
图2是利用向金属液中吹氮气得到含氮合金的装置的非工作状态结构示意图；
图3是利用向金属液中吹氮气得到含氮合金的装置的控制电路结构示意图。
附图中主要部件符号说明：
图中：
1、熔炼炉 2、支撑底座
3、立柱 4、支撑臂
5、气缸 6、吹气杆
7、进气口 8、隔热板
9、发射杆 10、连接板
11、上部激光组件 12、下部激光组件
13、左侧激光组件 14、右侧激光组件
15、反光板 16、反光板
具体实施方式
以下参照附图及实施例对本发明进行详细的说明：
附图1-3可知，一种利用向金属液中吹氮气得到含氮合金的装置，
包括熔炼炉1，熔炼炉外侧设置有支撑底座2，支撑底座2上设置有立柱3；
立柱3上设置有支撑臂4；
支撑臂4的前端设置有气缸5；
气缸杆轴线沿竖直方向设置；
气缸杆前端设置有吹气杆6；
吹气杆6沿竖直方向设置；
吹气杆沿水平方向设置有进气口7；
熔炼炉上方设置有隔热板8；
隔热板8通过连接板10与立柱相连接；
隔热板上设置有通孔；
隔热板8设置在进气口下方；
吹气杆6下端设置有吹气口；
隔热板上设置有发射杆9；
发射杆9上设置有激光组件；
激光组件包括激光头和光电耦合器件；
激光组件包括上部激光组件11和下部激光组件12；
吹气杆上与激光组件相对应的设置有反光板16；
支撑底座上设置有左侧激光组件和右侧激光组件；
支撑臂上设置有反光板15。
所述支撑底座内设置有驱动电机；
所述立柱下端通过联轴器与旋转电机输出轴相连接；
驱动电机驱动立柱围绕其轴线旋转。
所述的激光头和光耦器件成对的设置在发射杆上，上部激光组件与下部激光组件距离小于吹起杆的行程并在吹气杆全部位移中是可测量的。
控制电路包括：第一电源VCC1、第二电源VCC2和4个光耦合器件，分别为第一光耦合器件OT1、第二光耦合器件OT2、第三光耦合器件OT3、第四光耦合器件OT4；其中各光电耦合器件可以等效为由感光二极管和一个三极管放大期间组成的电子元件；当感光二极管经照射导通时，三极管放大器的基极被施加电压使得三极管导通；
第一电源VCC1通过第一调压电阻R1和第一光耦器件OT1的11端相连接；
第一电源VCC1通过第二调压电阻R2和第二光耦器件OT2的21端相连接；
第一电源VCC1通过第三调压电阻R3和第三光耦器件OT3的31端相连接；
第一电源VCC1通过第四调压电阻R4和第四光耦器件OT4的41端相连接；
第一光耦器件OT1的21端为OT1输出信号；
第二光耦器件OT2的22端为OT2的输出信号；
第三光耦器件OT3的23端为OT3的端输出信号；
第四光耦器件OT4的24端为OT4的输出信号；
第一光耦器件OT1的14端通过第一配位电阻R11接地；
第二光耦器件OT2的24端通过第二配位电阻R12接地；
第三光耦器件OT3的34端通过第三配位电阻R13接地；
第四光耦器件OT4的44端通过第四配位电阻R14接地；
第一光耦器件OT1的13端通过第一显示灯LD1经开关K1第一端通过配位电阻R连接Vcc2，第一开关K1的第二端连接主电机电磁开关后接地；在第二电源Vcc2和配位电阻之间引出一个匹配的大功率电感器接地；
第二光耦器件OT2的23端接由第二显示灯LD2；
第三光耦器件OT3的33端接有第三显示灯LD3；
第四光耦器件OT4的43端接有第四显示灯LD4。
第一显示灯LD1、第二显示灯LD2、第三显示灯LD3和第四显示灯LD4相互并联。
本发明为了防止计算机特殊故障造成的控制系统失灵以及节约电能的考虑，由第二电源Vcc2，电感器L，配位电阻R，开关K1和主电机供电电磁开关所构成的强制保护电路，当K1连接左端点电路时，由VCC2向电感L充电。当手动断掉K1时，特别是在VCC2也停止供电的特殊情况下，利用电感L向驱动电源电磁开关施加关断电压，以迅速切断气缸或支撑臂旋转电机的动力，进一步保证高温金属铸造时因为电磁干扰或者其他断电事故等紧急情况的系统危险造成的可能故障或事故，以及不适当的断电以及部分控制系统损坏说造成的铸造机具不恰当移动造成的生产安全事故。
一种利用向金属液中吹氮气得到含氮合金的装置的控制方法，开动熔炼炉熔化金属至接近炉口；
推动支撑臂绕固定的立柱旋转，使吹气杆正对炉口；
启动气缸将耐高温材料的吹气杆贯穿隔热板通孔压入钢水中；
在吹气杆上端接入高压氮气，氮气通过吹气杆吹入熔化的金属液中，在氮气上浮过程中溶入金属液从而提高金属液氮含量，最高可达0.3％。
启动驱动电机，支撑臂以支撑柱为中心进行旋转；
连接板带动隔热板以支撑柱为中心进行旋转；
设置在底座上的左侧激光组件的开始光电耦合器件OT3接收支撑臂上的激光发射头发射的激光束；当OT3的耦合二极管截止时，向控制计算机发送OT3低电平信号，支撑臂转动到位，此时计算机发出信号，支撑臂停止转动；
吹气杆中心与电炉中心重合位置，驱动电机停止旋转；
吹气杆在液压缸驱动下向下移动，吹气杆下端贯穿隔热板通孔压入钢水中；
启动设置在发射杆上的激光组件；
吹起杆下降开始时，上部激光头持续发射的激光信号将产生探测信号传给OT1；
吹起杆下降开始时，下部激光头持续发射的激光信号将产生探测信号传给OT2；
当OT1的耦合二极管导通时，向控制计算机发送OT1高电平信号，此时计算机开始根据吹起杆下降速度(标定值)开始计算下降距离；
当吹气杆到达OT2识读位置时，当OT2的耦合二极管导通时，OT2输出信号向控制计算机发送高电平信号，控制其计算机停止吹气杆下降行程，若OT2损坏，但是估算的下降距离到达阈值时，控制计算机立即关断吹气杆动力并提示人工检查和排除故障；
吹起杆反向行程时，通过OT2的起始计算向上行程距离，当OT1损坏时，但上升行程距离达到时，也立即关断吹起杆动力并提示人工检查；
当上升行程或者下降形成任何起始信号缺失时，也立即停止吹起杆的进动并提示人工检查；
启动高压气泵，高压氮气经吹气杆进入钢水中；
吹气杆向钢水吹入高压氮气达到设定时间，高压气泵停止工作，停止向钢水中吹入高压氮气；
启动液压缸，吹气杆在液压缸驱动下向上移动，吹气杆下端从钢水中脱离；
启动驱动电机，支撑臂以支撑柱为中心进行旋转；
设置在底座上的右侧激光组件的停止光电耦合器件OT4接收支撑臂上的激光发射头发射的激光束；当OT4的耦合二极管截止时，向控制计算机发送OT4低电平信号，支撑臂转动到位，此时计算机发出信号，支撑臂停止转动
本发明利用向金属液中吹氮气得到含氮合金的装置，使用此种方法成本低，氮元素增量为线性且稳定，操作简单安全，不易发生飞溅；而常用的使用氮化铬来增氮时因为烧损的原因，加入氮化铬的量不易控制，多次添加造成熔炼时间延长导致其他元素烧损。而且易飞溅造成伤害或事故。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的结构作任何形式上的限制。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明的技术方案范围内。

Claims (6)

1.一种利用向金属液中吹氮气得到含氮合金的装置，其特征在于，
包括熔炼炉，熔炼炉外侧设置有支撑底座，支撑底座上设置有立柱；
立柱上设置有支撑臂；
支撑臂的前端设置有气缸；
气缸杆轴线沿竖直方向设置；
气缸杆前端设置有吹气杆；
吹气杆沿竖直方向设置；
吹气杆沿水平方向设置有进气口；
熔炼炉上方设置有隔热板；
隔热板通过连接板与立柱相连接；
隔热板上设置有通孔；
隔热板设置在进气口下方；
吹气杆下端设置有吹气口；
隔热板上设置有发射杆；
发射杆上设置有激光组件；
激光组件包括激光头和光电耦合器件；
激光组件包括上部激光组件和下部激光组件；
吹气杆上与激光组件相对应的设置有反光板；
支撑底座上设置有左侧激光组件和右侧激光组件；
支撑臂上设置有反光板。
2.根据权利要求1所述利用向金属液中吹氮气得到含氮合金的装置，其特征在于：
所述支撑底座内设置有驱动电机；
所述立柱下端通过联轴器与旋转电机输出轴相连接；
驱动电机驱动立柱围绕其轴线旋转。
3.根据权利要求2所述利用向金属液中吹氮气得到含氮合金的装置控制方法，其特征在于：
所述的激光头和光耦器件成对的设置在发射杆上，上部激光组件与下部激光组件距离小于吹起杆的行程并在吹气杆全部位移中是能够测量的。
4.根据权利要求3所述利用向金属液中吹氮气得到含氮合金的装置，其特征在于：控制电路包括：第一电源VCC1、第二电源VCC2和4个光耦合器件，分别为第一光耦合器件OT1、第二光耦合器件OT2、第三光耦合器件OT3、第四光耦合器件OT4；其中各光电耦合器件可以等效为由感光二极管和一个三极管放大期间组成的电子元件；当感光二极管经照射导通时，三极管放大器的基极被施加电压使得三极管导通；
第一电源VCC1通过第一调压电阻R1和第一光耦器件OT1的11端相连接；
第一电源VCC1通过第二调压电阻R2和第二光耦器件OT2的21端相连接；
第一电源VCC1通过第三调压电阻R3和第三光耦器件OT3的31端相连接；
第一电源VCC1通过第四调压电阻R4和第四光耦器件OT4的41端相连接；
第一光耦器件OT1的21端为OT1输出信号；
第二光耦器件OT2的22端为OT2的输出信号；
第三光耦器件OT3的23端为OT3的端输出信号；
第四光耦器件OT4的24端为OT4的输出信号；
第一光耦器件OT1的14端通过第一配位电阻R11接地；
第二光耦器件OT2的24端通过第二配位电阻R12接地；
第三光耦器件OT3的34端通过第三配位电阻R13接地；
第四光耦器件OT4的44端通过第四配位电阻R14接地；
第一光耦器件OT1的13端通过第一显示灯LD1经开关K1第一端通过配位电阻R连接Vcc2，第一开关K1的第二端连接主电机电磁开关后接地；在第二电源Vcc2和配位电阻之间引出一个匹配的大功率电感器接地；
第二光耦器件OT2的23端接由第二显示灯LD2；
第三光耦器件OT3的33端接有第三显示灯LD3；
第四光耦器件OT4的43端接有第四显示灯LD4。
第一显示灯LD1、第二显示灯LD2、第三显示灯LD3和第四显示灯LD4相互并联。
5.一种权利要求1至4任意一项所述利用向金属液中吹氮气得到含氮合金的装置的控制方法，其特征在于，
开动熔炼炉熔化金属至接近炉口；
推动支撑臂绕固定的立柱旋转，使吹气杆正对炉口；
启动气缸将耐高温材料的吹气杆贯穿隔热板通孔压入钢水中；
在吹气杆上端接入高压氮气，氮气通过吹气杆吹入熔化的金属液中，在氮气上浮过程中溶入金属液从而提高金属液氮含量，最高可达0.3％。
6.根据权利要求5所述利用向金属液中吹氮气得到含氮合金的装置控制方法，其特征在于：
启动驱动电机，支撑臂以支撑柱为中心进行旋转；
连接板带动隔热板以支撑柱为中心进行旋转；
设置在底座上的左侧激光组件的开始光电耦合器件OT3接收支撑臂上的激光发射头发射的激光束；当OT3的耦合二极管截止时，向控制计算机发送OT3低电平信号，支撑臂转动到位，此时计算机发出信号，支撑臂停止转动；
吹气杆中心与电炉中心重合位置，驱动电机停止旋转；
吹气杆在液压缸驱动下向下移动，吹气杆下端贯穿隔热板通孔压入钢水中；
启动设置在发射杆上的激光组件；
吹起杆下降开始时，上部激光头持续发射的激光信号将产生探测信号传给OT1；
吹起杆下降开始时，下部激光头持续发射的激光信号将产生探测信号传给OT2；
当OT1的耦合二极管导通时，向控制计算机发送OT1高电平信号，此时计算机开始根据吹起杆下降速度(标定值)开始计算下降距离；
当吹气杆到达OT2识读位置时，当OT2的耦合二极管导通时，OT2输出信号向控制计算机发送高电平信号，控制其计算机停止吹气杆下降行程，若OT2损坏，但是估算的下降距离到达阈值时，控制计算机立即关断吹气杆动力并提示人工检查和排除故障；
吹起杆反向行程时，通过OT2的起始计算向上行程距离，当OT1损坏时，但上升行程距离达到时，也立即关断吹起杆动力并提示人工检查；
当上升行程或者下降形成任何起始信号缺失时，也立即停止吹起杆的进动并提示人工检查；
启动高压气泵，高压氮气经吹气杆进入钢水中；
吹气杆向钢水吹入高压氮气达到设定时间，高压气泵停止工作，停止向钢水中吹入高压氮气；
启动液压缸，吹气杆在液压缸驱动下向上移动，吹气杆下端从钢水中脱离；
启动驱动电机，支撑臂以支撑柱为中心进行旋转；
设置在底座上的右侧激光组件的停止光电耦合器件OT4接收支撑臂上的激光发射头发射的激光束；当OT4的耦合二极管截止时，向控制计算机发送OT4低电平信号，支撑臂转动到位，此时计算机发出信号，支撑臂停止转动。
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