CN112593087A - 一种减少电渣重熔过程污染物排放及降低电渣锭气体含量的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种减少电渣重熔过程污染物排放及降低电渣锭气体含量的装置及方法，属于电渣重熔技术领域。本发明包括结晶器和安装在结晶器顶部的保护罩，所述保护罩由两个半圆罩体组成，并围绕在金属自耗电极四周，两个半圆罩体与金属自耗电极之间填充有耐火棉；所述保护罩上部为不锈钢板，下部为铜板，且不锈钢板与铜板之间为中空结构，用于通有冷却水；所述铜板的下表面温度低于氟化铝的沸点。通过在结晶器顶部的设有一保护罩，所述保护罩的下部为铜板，并在保护罩通入冷却水，通过冷却水对铜板进行冷却，上升的污染物与铜板相接触，当聚集到一定程度后，在重力的作用下落入熔池中，使之作为熔渣使用，从而有效降低后续对污染物处理成本。
Description
技术领域
本发明涉及电渣重熔技术领域，更具体地说，涉及一种减少电渣重熔过程污染物排放及降低电渣锭气体含量的装置及方法
背景技术
电渣冶金作为一种特种冶金新技术，在特殊钢行业占据举足轻重的作用。经过电渣重熔冶炼的钢锭，纯度高、含硫量低、非金属夹杂物少、钢锭表面光滑、结晶均匀致密、金相组织和化学成分均匀，该技术正在获得越来越广泛的应用。目前，电渣重熔技术主要用于高合金钢的生产，比如特种不锈钢、高温合金、模具钢、工具钢等的生产。但是电渣重熔过程熔炼中放出大量有害气体和烟尘，危及操作人员健康，造成环境污染。
电渣重熔选用的渣系主要以CaF2-Al2O3为基础组元，在电渣重熔过程中CaF2和Al2O3会发生如下反应：
3CaF2+Al2O3＝3CaO+2AlF3↑
氟化铝挥发物作为有害物质，对操作人员的健康产生的一定危害。因此，很多企业为了降低电渣重熔过程产生的污染物，经常在结晶器顶部采用抽气装置，直接将污染物抽出，再进入除尘系统处理。然而这样处理还存在一些问题，比如采用的除尘装置能耗较高，成本增加；同时在抽过程中导致炉口产生负压，新鲜空气不断的进入结晶器，导致电渣锭气体比如氢、氧含量的增加。因而，需进一步改进。
发明内容
1、发明要解决的技术问题
本发明的目的在于克服现有技术中电渣重熔过程污染物处理成本较高的问题，提供一种减少电渣重熔过程污染物排放及降低电渣锭气体含量的装置及方法；本发明通过在结晶器顶部的设有一保护罩，所述保护罩的下部为铜板，并在保护罩通入冷却水，通过冷却水对铜板进行冷却，上升的污染物与铜板相接触，当聚集到一定程度后，在重力的作用下落入熔池中，使之作为熔渣使用，从而有效降低后续对污染物处理成本。
2、技术方案
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
本发明的一种减少电渣重熔过程污染物排放及降低电渣锭气体含量的装置，包括结晶器和安装在结晶器顶部的保护罩，所述保护罩由两个半圆罩体组成，并围绕在金属自耗电极四周，两个半圆罩体与金属自耗电极之间填充有耐火棉；所述保护罩上部为不锈钢板，下部为铜板，且不锈钢板与铜板之间为中空结构，用于通有冷却水；所述铜板的下表面温度低于氟化铝的沸点。
作为本发明的更进一步改进，所述保护罩中的冷却水的进水温度≤40℃，出水温度小于≤70℃。
作为本发明的更进一步改进，所述保护罩上设有氩气环，所述氩气环套设在金属自耗电极，所述氩气环朝向金属自耗电极的一端面上开设有多个通孔，且多个通孔沿金属自耗电极周向等间隔设置。
作为本发明的更进一步改进，所述氩气环朝向金属自耗电极的一端面上的通孔开设有两排，且通孔的孔径不大5mm，位于同一排相邻两个通孔之间的间距不大于30mm。
作为本发明的更进一步改进，所述氩气环中的氩气纯度95％-99％，且氩气流量为2-10m3/h。
作为本发明的更进一步改进，所述保护罩上设有加料口，所述加料口的直径20～30mm，且该加料口与结晶器内部相连通，所述加料口的上端设有不锈钢盖。
作为本发明的更进一步改进，所述保护罩与结晶器上端之间设有绝缘层。
一种减少电渣重熔过程污染物排放及降低电渣锭气体含量的方法，其特征在于，利用上述的一种减少电渣重熔过程污染物排放及降低电渣锭气体含量的装置，其过程为：
步骤a、金属自耗电极直接启动，待重熔渣加完以后，立即将保护罩及氩气环放置于结晶器的顶部；
步骤b、向保护罩中通入冷却水，控制冷却水的进水温度≤40℃，出水温度小于≤70℃；同时，通过向氩气环中通入氩气，其氩气纯度95％-99％，且氩气流量为2-10m3/h；
步骤c、重熔过程通过保护罩上的加料口向内部加入粉状脱氧剂，所述脱氧剂的直径≤5mm；
步骤d、重熔完毕断电后，关闭冷却水、氩气，并将保护罩移走。
3、有益效果
采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：
(1)本发明的一种减少电渣重熔过程污染物排放及降低电渣锭气体含量的装置，通过在结晶器顶部的设有一保护罩，所述保护罩的下部为铜板，并在保护罩通入冷却水，通过冷却水对铜板进行冷却，上升的污染物与铜板相接触，当聚集到一定厚度后，在重力的作用下落入熔池中，使之作为熔渣使用，避免了氟化铝污染物的溢出，整个过程中有效降低后续对污染物处理成本；此外，整个过程中通过保护罩进行防护，降低了空气的流动，减少了空气对电渣锭的污染，从而减少电渣锭中的氧、氢等气体含量；
(2)本发明的一种减少电渣重熔过程污染物排放及降低电渣锭气体含量的装置，通过对保护罩中的冷却水的进水温度和出水温度进行控制，冷却水持续不断的对铜板进行降温处理，进一步保证铜板的下表面温度始终低于氟化铝污染物的沸点，当AlF3挥发物与铜板接触时，迅速冷却，当聚集一定程度后，在重力的作用下，落入渣池；
(3)本发明的一种减少电渣重熔过程污染物排放及降低电渣锭气体含量的装置，在两个半圆罩体与金属自耗电极之间填充有耐火棉，通过耐火棉能够有效避免污染物从保护罩与金属自耗电极之间溢出，同时，也对空气进行阻碍，从而避免空气对电渣锭造成污染；此外，在保护罩上设有氩气环，在氩气环朝向金属自耗电极的一端面上开设有多个通孔，氩气从相应的通孔中喷出至金属自耗电极的表面，从而形成气幕，进一步阻碍空气的进入，同时也避免污染物的溢出；
(4)本发明的一种减少电渣重熔过程污染物排放及降低电渣锭气体含量的装置，通过对氩气环的布局进行进一步的设计，并对通孔的大小，间距进行限定，同时，对氩气的纯度以及流量进行控制，从而使得在使用过程中，氩气所形成的气幕能够拥有很好的阻碍作用，从而有利于生产；
(5)本发明的一种减少电渣重熔过程污染物排放及降低电渣锭气体含量的装置，在保护罩上设有加料口，通过该加料口可以向结晶器中添加脱氧剂，从而有利于生产；此外，在加料口的上端设有不锈钢盖，实现加料口的密封，从而避免空气的进入。
(6)本发明的一种减少电渣重熔过程污染物排放及降低电渣锭气体含量的方法，在电渣重熔的过程中，向保护罩中通入冷却水，并控制冷却水的进水温度以及出水温度，通过冷却水对铜板进行冷却，当氟化铝污染物与冷却的铜板相接触后，氟化铝污染物冷凝聚集，当达到一定程度后，在重力的作用下，落入至渣池中；此外，通过耐火棉、氩气环对整个装置与外界相接触区域进行密封，有效避免空气的进入以及污染物的溢出，从而减少电渣锭中的氧、氢等气体含量，提高产品质量。
附图说明
图1为本发明的一种减少电渣重熔过程污染物排放及降低电渣锭气体含量的装置的结构示意图。
示意图中的标号说明：
10、结晶器；20、金属自耗电极；30、底水箱；41、铜板；42、不锈钢板；43、耐火棉；44、加料口；50、绝缘层；60、氩气环。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。
实施例1
结合图1，本实施例的一种减少电渣重熔过程污染物排放及降低电渣锭气体含量的装置，包括结晶器10和安装在结晶器10顶部的保护罩，本实施例在结晶器10的底部设有底水箱30，该底水箱30的一端设有进水口，另一端设有出水口；此外，在结晶器10的周向外壁上的下端设有进水口，在结晶器10的周向外壁上的上端设有出水口，通过该结构设计，对整个结晶器10的温度进行控制，从而有利于电渣锭的形成，提高电渣锭的质量。所述保护罩由两个半圆罩体组成，并围绕在金属自耗电极20四周，两个半圆罩体与金属自耗电极20之间填充有耐火棉43，通过耐火棉43将半圆罩体与金属自耗电极20之间的间隙进行填充，能够有效避免后续生产过程中产生的氟化铝污染物从保护罩与金属自耗电极20之间溢出，同时，也对空气进行阻碍，从而避免空气对电渣锭造成污染。如图1所示，本实施例的保护罩上部为不锈钢板42，下部为铜板41，且不锈钢板42与铜板41之间为中空结构，用于通有冷却水，通过冷却水对铜板41进行冷却，上升的污染物与铜板41相接触，当聚集到一定厚度后，在重力的作用下落入熔池中，使之作为熔渣使用，从而在保证避免了氟化铝污染物的溢出的同时，有效降低后续对污染物处理成本。
值得说明的是，在生产过程中，本实施例的耐火棉43能够避免保护罩与金属自耗电极20相接触，从而有效防止保护罩与金属自耗电极20接触而造成短路问题的发生，从而有利于生产的正常运行。
优选的，如图1所示，本实施例在半圆罩体远离金属自耗电极20的一端面上各设有一冷却水进水口，在半圆罩体的上表面设有设有出水口，且该出水口靠近金属自耗电极20。
进一步的，在生产过程中，其保护罩中的冷却水的进水温度≤40℃，出水温度小于≤70℃，通过对保护罩中的冷却水的进水温度和出水温度进行控制，冷却水持续不断的对铜板41进行降温处理，使得铜板41的表面温度始终低于氟化铝污染物的沸点，当AlF3挥发物与铜板41接触时，迅速冷却，当聚集一定程度后，在重力的作用下，落入渣池。
更进一步的，如图1所示，本实施例在保护罩上设有氩气环60，所述氩气环60套设在金属自耗电极20，所述氩气环60朝向金属自耗电极20的一端面上开设有多个通孔，且多个通孔沿金属自耗电极20周向等间隔设置。在生产过程中，通过向氩气环60中通入氩气，并使得氩气从通孔喷向金属自耗电极20，从而在金属自耗电极20的周向形成一气幕，从而进一步阻碍空气的进入，同时也避免污染物的溢出，该结构设与耐火棉43一起共同作用，共同对生产过程中所产生的污染物以及外界空气进行阻碍。
此外，如图1所示，本实施例在保护罩与结晶器10上端之间设有绝缘层50，该绝缘层50的材料为耐火石棉。
本实施例的一种减少电渣重熔过程污染物排放及降低电渣锭气体含量的装置，通过在结晶器10顶部的设有一保护罩，且耐火棉43、氩气环60等结构设计，对整个电渣重熔过程进行防护，使得整个过程的污染排放量低，后期处理成本低，同时还可以降低电渣重熔过程的气体含量，提高产品的质量。
实施例2
本实施例的一种减少电渣重熔过程污染物排放及降低电渣锭气体含量的装置，基本同实施例1，其不同之处在于：本实施例在氩气环60朝向金属自耗电极20的一端面上的通孔开设有两排，且通孔的孔径不大5mm，位于同一排相邻两个通孔之间的间距不大于30mm。通过两排通孔形成的气幕共同进行防护，进一步提高整个装置的阻碍性能，有利于生产。
优选的，氩气环60中的氩气纯度95％-99％，且氩气流量为2-10m3/h。
此外，在保护罩上设有加料口44，所述加料口44的直径20～30mm，且该加料口44与结晶器10内部相连通，所述加料口44的上端与一最大直径为50mm的不锈钢扩张管相连，如图1所示，从而有利于在生产过程中添加脱氧剂；并在不锈钢扩张管的上端设有不锈钢盖，实现加料口44的密封，从而避免空气的进入。也可以在加料口44设定氩缝装置，避免空气从此处进入。
本实施例的一种减少电渣重熔过程污染物排放及降低电渣锭气体含量的方法，利用上述的一种减少电渣重熔过程污染物排放及降低电渣锭气体含量的装置，其过程为：
步骤a、金属自耗电极20直接启动，待重熔渣加完以后，立即将保护罩及氩气环60放置于结晶器10的顶部；
步骤b、向保护罩中通入冷却水，控制冷却水的进水温度≤40℃，出水温度小于≤70℃；同时，通过向氩气环60中通入氩气，其氩气纯度95％-99％，且氩气流量为2-10m3/h；
步骤c、重熔过程通过保护罩上的加料口44向内部加入粉状脱氧剂，所述脱氧剂的直径≤5mm；
步骤d、重熔完毕断电后，关闭冷却水、氩气，并将保护罩移走。
在电渣重熔的过程中，向保护罩中通入冷却水，并控制冷却水的进水温度以及出水温度，通过冷却水对铜板41进行冷却，当氟化铝污染物与冷却的铜板41相接触后，氟化铝污染物冷凝聚集，当达到一定程度后，在重力的作用下，落入至渣池中，使之作为熔渣进行使用，降低后续污染物处理的成本；此外，通过耐火棉43、氩气环60对整个装置与外界相接触区域进行密封，有效避免空气的进入以及污染物的溢出，从而减少电渣锭中的氧、氢等气体含量，提高产品质量。
上述方法适用于所有以CaF2和Al2O3为电渣重熔渣基础组元的电渣重熔过程，可以用来冶炼410不锈钢、H13模具钢、17-4不锈钢、15-5不锈钢、2205双相不锈钢等。
以生产410马氏体不锈钢。其主要生产参数如下：结晶器10内径为600mm，金属自耗电极20的直径为450mm，重熔渣成分为30％Al2O3+70％CaF2。保护罩外径900mm，保护渣内边距离金属自耗电极2015mm。安装于保护罩内的耐火棉43宽度为100mm。保护罩上设置有直径20mm加料口44，且加料口44的上部连接最大直径为50mm的不锈钢扩张管，并在最上部加上不锈钢盖。保护罩冷却水进水温度40℃，出水温度不大于65℃，以此确定冷却水的流量。氩气环60上的通孔直径为3mm，位于同一排上相邻通孔之间的间距20mm，氩气环60内氩气纯度98％，氩气流量为4m3/h。
其生产过程如下：步骤a、冷启动，金属自耗电极20直接启动，待重熔渣加完以后，立即将保护罩及氩气环60放置于结晶器10顶部；步骤b、保护罩内立刻通入冷却水，氩气环60中通入氩气；步骤c、根据重熔钢种需求，重熔过程中，从保护罩上的加料口44加入含Al>99％的粉状脱氧剂，脱氧剂直径≤2mm，吨钢加入量1.5kg；步骤d、重熔完毕断电后，关闭冷却水、氩气，并将保护罩移走。
采用此方法后，厂区内PM10不大于50μg/m3，达到空气良的标准；钢中氮含量增加值不大于10ppm，氢含量增加值不大于1ppm。
以生产17-4马氏体沉淀硬化不锈钢。其主要生产参数如下：结晶器10内径为800mm，金属自耗电极20直径为600mm，重熔渣成分为30％Al2O3+65％CaF2+5％CaO。保护罩外径1200mm，保护渣内边距离金属自耗电极2020mm。安装于保护罩内的耐火棉43宽度为150mm。保护罩上设置有直径25mm的加料口44，且加料口44上部连接最大直径为50mm的不锈钢扩张管，并在最上部加上不锈钢盖。保护罩冷却水进水温度35℃，出水温度不大于60℃，以此确定冷却水的流量。氩气环60上的通孔直径4mm，位于同一排上相邻通孔之间的间距25mm，氩气环60内氩气纯度96％，氩气流量为6m3/h。
其生产过程如下：步骤a、冷启动，金属自耗电极20直接启动，待重熔渣加完以后，立即将保护罩及氩气环60放置于结晶器10顶部；步骤b、保护罩内立刻通入冷却水，氩气环60通入氩气；步骤c、根据重熔钢种需求，重熔过程中，从保护罩上的加料口44加入Al+稀土的复合脱氧剂，脱氧剂直径≤4mm，其中Al加入量为吨钢1.0kg，稀土为0.5kg；步骤d、重熔完毕断电后，关闭冷却水、氩气，并将保护罩移走。
采用此方法后，厂区内PM10不大于60μg/m3，达到空气良的标准；钢中氮含量增加值不大于15ppm，氢含量增加值不大于1.0ppm。
以生产H13热作模具钢为例。其主要生产参数如下：结晶器10内径为1000mm，金属自耗电极20直径为800mm，重熔渣成分为20％Al2O3+20％CaO+60％CaF2。保护罩外径1400mm，保护渣内边距离金属自耗电极2020mm。安装于保护罩内的耐火棉43宽度为100mm。保护罩上设置有直径25mm的加料口44，且加料口44的上部连接有最大直径50mm的不锈钢扩张管，并在最上部加上不锈钢盖。保护罩中冷却水进水温度30℃，出水温度不大于55℃，以此确定冷却水的流量。氩气环60上的通孔直径为5mm，位于同一排上相邻通孔之间的间距30mm，氩气环60内氩气纯度95％，氩气流量为8m3/h。
其生产过程如下：步骤a、冷启动，金属自耗电极20直接启动，待重熔渣加完以后，立即将保护罩及氩气环60放置于结晶器10顶部；步骤b、保护罩内立刻通入冷却水，氩气环60通入氩气；步骤c、根据重熔钢种需求，重熔过程中，从保护罩上的加料口44加入SiBaAl复合脱氧剂，脱氧剂直径≤6mm，其中Al不小于15％，Ba不小于12％，Si不小于30％，吨钢加入量2kg；步骤d、重熔完毕断电后，关闭冷却水、氩气，并将保护罩移走。
采用此方法后，厂区内PM10不大于70μg/m3，达到空气良的标准；钢中氮含量增加值不大于10ppm，氢含量增加值不大于1.5ppm。
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种减少电渣重熔过程污染物排放及降低电渣锭气体含量的装置，包括结晶器(10)和安装在结晶器(10)顶部的保护罩，其特征在于：所述保护罩由两个半圆罩体组成，并围绕在金属自耗电极(20)四周，两个半圆罩体与金属自耗电极(20)之间填充有耐火棉(43)；所述保护罩上部为不锈钢板(42)，下部为铜板(41)，且不锈钢板(42)与铜板(41)之间为中空结构，用于通有冷却水；所述铜板(41)的下表面温度低于氟化铝的沸点。
2.根据权利要求1所述一种减少电渣重熔过程污染物排放及降低电渣锭气体含量的装置，其特征在于：所述保护罩中的冷却水的进水温度≤40℃，出水温度小于≤70℃。
3.根据权利要求2所述一种减少电渣重熔过程污染物排放及降低电渣锭气体含量的装置，其特征在于：所述保护罩上设有氩气环(60)，所述氩气环(60)套设在金属自耗电极(20)，所述氩气环(60)朝向金属自耗电极(20)的一端面上开设有多个通孔，且多个通孔沿金属自耗电极(20)周向等间隔设置。
4.根据权利要求3所述一种减少电渣重熔过程污染物排放及降低电渣锭气体含量的装置，其特征在于：所述氩气环(60)朝向金属自耗电极(20)的一端面上的通孔开设有两排，且通孔的孔径不大5mm，位于同一排相邻两个通孔之间的间距不大于30mm。
5.根据权利要求4所述一种减少电渣重熔过程污染物排放及降低电渣锭气体含量的装置，其特征在于：所述氩气环(60)中的氩气纯度95％-99％，且氩气流量为2-10m3/h。
6.根据权利要求5所述一种减少电渣重熔过程污染物排放及降低电渣锭气体含量的装置，其特征在于：所述保护罩上设有加料口(44)，所述加料口(44)的直径20～30mm，且该加料口(44)与结晶器(10)内部相连通，所述加料口(44)的上端设有不锈钢盖。
7.根据权利要求6所述一种减少电渣重熔过程污染物排放及降低电渣锭气体含量的装置，其特征在于：所述保护罩与结晶器(10)上端之间设有绝缘层(50)。
8.一种减少电渣重熔过程污染物排放及降低电渣锭气体含量的方法，其特征在于，利用权利要求7所述的一种减少电渣重熔过程污染物排放及降低电渣锭气体含量的装置，其过程为：
步骤a、金属自耗电极(20)直接启动，待重熔渣加完以后，立即将保护罩及氩气环(60)放置于结晶器(10)的顶部；
步骤b、向保护罩中通入冷却水，控制冷却水的进水温度≤40℃，出水温度小于≤70℃；同时，通过向氩气环(60)中通入氩气，其氩气纯度95％-99％，且氩气流量为2-10m3/h；
步骤c、重熔过程通过保护罩上的加料口(44)向内部加入粉状脱氧剂，所述脱氧剂的直径≤5mm；
步骤d、重熔完毕断电后，关闭冷却水、氩气，并将保护罩移走。
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Denomination of invention: Device and method for reducing pollutant emission and gas content in Electro-slag remelting process Effective date of registration: 20230630 Granted publication date: 20221202 Pledgee: Merchants Bank Limited by Share Ltd. Ma'anshan branch Dangtu Pledgor: MAANSHAN ZHONGQIAO METAL MATERIALS CO.,LTD. Registration number: Y2023980046856 |
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Denomination of invention: A device and method for reducing pollutant emissions during electroslag remelting process and reducing gas content in electroslag ingots Granted publication date: 20221202 Pledgee: Merchants Bank Limited by Share Ltd. Ma'anshan branch Dangtu Pledgor: MAANSHAN ZHONGQIAO METAL MATERIALS CO.,LTD. Registration number: Y2024980012568 |