CN117144085A - 一种高效去除夹杂物的精炼装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高效去除夹杂物的精炼装置及方法。本发明方法，包括如下步骤：转炉或电炉挡渣出钢，钢包调运进准备位并测温。钢包包括钢包本体、透气砖、超声波发生装置，超声波发生装置的输出端设置于钢包本体轴线正下方的底部中央位置，透气砖为底吹透气砖，所述底吹透气砖安装后形成环状气体通道。开启超声波发生装置，随后向钢包中加入造渣材料；经环形透气砖通道通入氩气，直至精炼结束；精炼结束后加保温剂，然后进行连铸工序。本发明使氩气呈一定角度的从炉底进入钢液，超声波能量与氩气泡在炉内接触并发生强烈剪切作用，实现精炼炉过程中夹杂物、全氧、硫含量的进一步深度、高效去除。
Description
技术领域
本发明涉及炼钢过程中的炉外精炼技术领域，具体而言，尤其涉及一种高效去除夹杂物的精炼装置及方法。
背景技术
随着现代技术的发展，使得用户对钢材的质量及其使用性能的要求越来越高，基于降低生产成本的要求，精炼工艺与设备迅速普及并发展。钢包精炼主要具备几大冶金功能：(1)创造良好的强还原气氛，有利于脱氧、脱硫和去除夹杂；(2)采用氩气搅拌，加速了钢渣之间的传质；(3)白渣精炼，渣对钢液氧化物吸附和溶解利于脱氧，高碱度渣利于生产低硫钢。凭借其冶金效果好、操作简单、适应于冶炼各种高级优质碳钢、合金钢，同时还有设备费用低、易于操作等特点而成为钢水炉外精炼技术的有代表性的设备。
经钢包精炼处理的钢水优点明显，基本上适用于所有钢种，但是针对超低碳氮等超洁净钢，其对于元素控制及夹杂物去除的严苛要求，现有的钢包精炼仍然无法满足，因此亟需一种能够进一步提高钢水洁净度、更加高效去除夹杂物的精炼方法。
发明内容
根据上述提出的技术问题，而提供一种高效去除夹杂物的精炼装置及方法。
本发明采用的技术手段如下：
一种高效去除夹杂的钢包精炼装置，包括钢包本体、透气砖、超声波发生装置，所述透气砖设置在钢包本体的外部，所述超声波发生装置的输出端设置于钢包本体轴线正下方的底部中央位置，所述透气砖为底吹透气砖，所述底吹透气砖安装后形成环状气体通道。
进一步地，环形透气通道的轴线与钢包本体的轴线重合，通道进气方向远离于轴线，钢包内部环形内径小于钢包外部环形内径，钢包内部环形外径小于钢包外部环形外径，使得通道与轴线呈预设锐角。
进一步地，环形透气通道任一截面的孔径均相等，为10±5mm。
进一步地，钢包底部的环形半径为钢包本体底部半径的1/2-3/4，底部内外半径差为10-100mm。
进一步地，钢包内部的环形半径为钢包本体内部半径的1/2-3/4，内部内外半径差为10-100mm。
进一步地，所述超声波发生装置为超声波发生器，超声波发生器通过导线与换能器连接，换能器与变幅杆连接，变幅杆与超声波探头连接，超声波探头安装于钢包底部中心位置。
进一步地，所述超声波探头表面外覆耐火材料或陶瓷涂层。
一种高效去除夹杂物的精炼方法，包括如下步骤：
S1、转炉或电炉挡渣出钢，钢包调运进准备位并测温；
S2、开启超声波发生装置，随后向钢包中加入造渣材料；
S3、经环形透气砖通道通入氩气，直至精炼结束；
S4、精炼结束后加保温剂，然后进行连铸工序。
进一步地，环形透气通道任一截面的孔径均相等，为10±5mm。
进一步地，所述超声波发生器的工作频率范围为85-95kHz。
进一步地，每隔2-5min通一次氩气，每次通入时间2-8min，吹氩气流量5-8Nl/min，吹氩压力为0.4-0.6MPa。
较现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明通过在钢包精炼炉底部设置环形透气砖，使氩气呈一定角度的从炉底进入钢液；同时在炉底中心处安装的超声波发生装置，促使超声波能量与氩气泡在炉内接触并发生强烈剪切作用，进一步细化形成大量微米级别气泡，提升炉渣的泡沫化速度，超声波与氩气协同作用增加了对于钢液的搅动作用，大量微米级别气泡可以携带并上浮夹杂物，不仅带走了大尺寸夹杂物，也将小尺寸(0～5μm)夹杂物吸附排除干净，从而实现精炼炉过程中夹杂物、全氧、硫含量的进一步深度、高效去除，解决了常规钢包精炼方法无法满足超低碳氮钢种对于夹杂物及元素控制的严苛要求的问题。
另外，本发明精炼方法减少了氩气通入时间，对于造渣材料和保温剂的品质要求不高，降低了精炼环节生产成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的主视剖面图。
图2为本发明的俯视图。
图中：1、钢包本体；2、环形透气砖通道；3超声波探头；4、变幅杆；5、换能器；6、超声波发生器。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。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。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
实施例1
本实施例公开了一种用于去除夹杂的钢包精炼装置，包括钢包本体、环形透气砖通道、超声波探头、变幅杆、换能器、超声波发生器。其特征在于，超声波探头安装于钢包底部中心，变幅杆与超声波探头连接，换能器与变幅杆连接，超声波发生器通过导线与换能器连接；钢包底部设置环形通气砖通道，环形透气通道的轴线与钢包本体的轴线重合，通道进气方向与轴线呈60度。
钢包底部的半径为1500mm，钢包底部环形内径(半径)为750mm，钢包底部环形外径(半径)为850mm。
钢包内部的半径为1300mm，钢包内部环形内径(半径)为650mm，钢包内部环形外径(半径)为750mm。超声波探头表面外覆耐火材料，超声波发生器的工作频率范围为85kHz。
本实施例以生产IF钢进行对比，对经本发明所述钢包精炼装置精炼后钢液取样分析，根据钢中非金属夹杂物含量的测定标准评级图显微检验法(GB/T 10561-2005)进行评级，夹杂物评级为1级，采用ICP法测定钢中全氧和硫含量，氧含量为5ppm，硫含量为11ppm，常规工艺下，夹杂物评级为2.5级，氧含量为10ppm，硫含量为19ppm，可以看到相比于常规精炼工艺，夹杂物评级可提升1.5级，氧含量降低55％以上，硫含量降低了35％以上。
实施例2
本实施例公开了一种用于去除夹杂的钢包精炼装置，包括钢包本体、环形透气砖通道、超声波探头、变幅杆、换能器、超声波发生器。其特征在于，超声波探头安装于钢包底部中心，变幅杆与超声波探头连接，换能器与变幅杆连接，超声波发生器通过导线与换能器连接；钢包底部设置环形通气砖通道，环形透气通道的轴线与钢包本体的轴线重合，通道进气方向与轴线呈30度。
钢包底部的半径为1000mm，钢包底部环形内径(半径)为750mm，钢包底部环形外径(半径)为760mm。
钢包内部的半径为800mm，钢包内部环形内径(半径)为600mm，钢包内部环形外径(半径)为610mm。超声波探头表面外覆耐火材料，超声波发生器的工作频率范围为95kHz。
本实施例以生产弹簧钢60Si2MnA进行对比，对经本发明所述钢包精炼装置精炼后钢液取样分析，根据钢中非金属夹杂物含量的测定标准评级图显微检验法(GB/T 10561-2005)进行评级，夹杂物评级为1级，采用ICP法测定钢中全氧和硫含量，氧含量为9ppm，硫含量为16ppm，常规工艺下，夹杂物评级为2.5级，氧含量为19ppm，硫含量为20pm，可以看到相比于常规精炼工艺，夹杂物评级提升1.5级，氧含量降低50％以上，硫含量降低了25％以上。
实施例3
本实施例公开了一种用于去除夹杂的钢包精炼装置，包括钢包本体、环形透气砖通道、超声波探头、变幅杆、换能器、超声波发生器。其特征在于，超声波探头安装于钢包底部中心，变幅杆与超声波探头连接，换能器与变幅杆连接，超声波发生器通过导线与换能器连接；钢包底部设置环形通气砖通道，环形透气通道的轴线与钢包本体的轴线重合，通道进气方向与轴线呈10度。
钢包底部的半径为750mm，钢包底部环形内径(半径)为400mm，钢包底部环形外径(半径)为450mm。
钢包内部的半径为650mm，钢包内部环形内径(半径)为360mm，钢包底部环形外径(半径)为410mm。超声波探头表面外覆耐火材料，超声波发生器的工作频率范围为92kHz。
本实施例以生产高强钢DH36进行对比，对经本发明所述钢包精炼装置精炼后钢液取样分析，根据钢中非金属夹杂物含量的测定标准评级图显微检验法(GB/T 10561-2005)进行评级，夹杂物评级为0.5级，采用ICP法测定钢中全氧和硫含量，氧含量为7ppm，硫含量为19ppm，常规工艺下，夹杂物评级为2级，氧含量为18ppm，硫含量为28pm，可以看到相比于常规精炼工艺，夹杂物评级提升1.5级，氧含量降低60％以上，硫含量降低了30％以上。
本发明还公开了一种高效去除夹杂物的精炼方法，包括如下步骤：
S1、转炉或电炉挡渣出钢，钢包调运进准备位并测温；
其中，如图1、图2所示，所述钢包包括钢包本体1、透气砖、超声波发生装置，所述透气砖设置在钢包本体的外部，其特征在于，所述超声波发生装置的输出端设置于钢包本体轴线正下方的底部中央位置，所述透气砖为底吹透气砖，所述底吹透气砖安装后形成环状气体通道。；
S2、开启超声波发生装置，随后向钢包中加入造渣材料；
S3、经环形透气砖通道通入氩气，直至精炼结束；
S4、精炼结束后加保温剂，然后进行连铸工序。
环形透气砖通道2的轴线与钢包本体的轴线重合，通道进气方向远离于轴线，钢包内部环形内径小于钢包外部环形内径，钢包内部环形外径小于钢包外部环形外径，使得通道与轴线呈预设锐角。
环形透气通道任一截面的孔径均相等，为10±5mm。
所述超声波发生装置为超声波发生器，超声波发生器6通过导线与换能器5连接，换能器与变幅杆4连接，变幅杆与超声波探头3连接，超声波探头安装于钢包底部中心位置。
所述超声波发生器的工作频率范围为85-95kHz。
每隔2-5min通一次氩气，每次通入时间2-8min，吹氩气流量5-8Nl/min，吹氩压力为0.4-0.6MPa。
方法对比例1
对比例以冶炼430L铁素体不锈钢为例，电炉挡渣出钢后，将钢包吊运进准备位，测得温度为1681℃，开启超声波发生器并调节频率94Hz，加入造渣材料，精炼结束后加保温剂，然后进行连铸工序。
对精炼后钢液取样分析，根据钢中非金属夹杂物含量的测定标准评级图显微检验法(GB/T 10561-2005)进行评级，相比于常规精炼工艺，夹杂物评级为3级；采用ICP法测定钢中全氧和硫含量，全氧含量为15ppm，硫含量为24ppm。
方法实施例1
本实施例以冶炼430L铁素体不锈钢为例，电炉挡渣出钢后，将钢包吊运进准备位，测得温度为1685℃，开启超声波发生器并调节频率至90Hz，加入造渣材料，每隔2min经环形透气砖通道通入氩气，每次通入时间持续8min，吹氩气流量5Nl/min，吹氩气压力为0.4MPa，精炼结束后加保温剂，然后进行连铸工序。
对精炼后钢液取样分析，根据钢中非金属夹杂物含量的测定标准评级图显微检验法(GB/T 10561-2005)进行评级，夹杂物评级为1.5级，采用ICP法测定钢中全氧和硫含量，氧含量为6ppm，硫含量为15ppm，可以看到相比于常规精炼工艺，夹杂物评级可提升1.5级；氧含量降低55％以上，硫含量降低了35％以上。
方法实施例2
本实施例以冶炼IF钢为例，转炉炉挡渣出钢后，将钢包吊运进准备位，测得温度为1677℃，开启超声波发生器并调节频率至85Hz，加入造渣材料，每隔5min经环形透气砖通道通入氩气，每次通入时间持续2min，吹氩气流量8Nl/min，吹氩气压力为0.6MPa，精炼结束后加保温剂，然后进行连铸工序。
对精炼后钢液取样分析，根据钢中非金属夹杂物含量的测定标准评级图显微检验法(GB/T 10561-2005)进行评级，夹杂物评级为1级，采用ICP法测定钢中全氧和硫含量，氧含量为5ppm，硫含量为11ppm，常规工艺下，夹杂物评级为2.5级，氧含量为10ppm，硫含量为19ppm，可以看到相比于常规精炼工艺，夹杂物评级可提升1.5级；，氧含量降低55％以上，硫含量降低了35％以上。
方法实施例3
本实施例以冶炼00Cr12TiNb不锈钢为例，电炉炉炉挡渣出钢后，将钢包吊运进准备位，测得温度为1673℃，开启超声波发生器并调节频率至95Hz，加入造渣材料，每隔3min经环形透气砖通道通入氩气，每次通入时间持续5min，吹氩气流量5Nl/min，吹氩气压力为0.5MPa，精炼结束后加保温剂，然后进行连铸工序。
对精炼后钢液取样分析，根据钢中非金属夹杂物含量的测定标准评级图显微检验法(GB/T 10561-2005)进行评级，夹杂物评级为0.5级，采用ICP法测定钢中全氧和硫含量，氧含量为5ppm，硫含量为13ppm，常规工艺下，夹杂物评级为1.5级，氧含量为10ppm，硫含量为22ppm，可以看到相比于常规精炼工艺，夹杂物评级可提升1级；，氧含量降低43％以上，硫含量降低了42％以上。
方法实施例4
本实施例以冶炼60Si2Cr弹簧钢为例，电炉炉炉挡渣出钢后，将钢包吊运进准备位并测温，开启超声波发生器并调节频率至92Hz，加入造渣材料，每隔3min经环形透气砖通道通入氩气，每次通入时间持续3min，吹氩气流量4Nl/min，吹氩气压力为0.5MPa，精炼结束后加保温剂，然后进行连铸工序。
对精炼后钢液取样分析，根据钢中非金属夹杂物含量的测定标准评级图显微检验法(GB/T 10561-2005)进行评级，夹杂物评级为1级，采用ICP法测定钢中全氧和硫含量，氧含量为9ppm，硫含量为16ppm，常规工艺下，夹杂物评级为2级，氧含量为18ppm，硫含量为35ppm，可以看到相比于常规精炼工艺，夹杂物评级可提升1级；，氧含量降低46％以上，硫含量降低了52％以上。
方法实施例5
本实施例中，钢包底部的环形半径为钢包本体底部半径的1/2-3/4，底部内外半径差为10-100mm。钢包内部的环形半径为钢包本体内部半径的1/2-3/4，内部内外半径差为10-100mm。
作为可选的实施方式，钢包底部的半径为1500mm，钢包底部环形内径(半径)为750mm，钢包底部环形外径(半径)为850mm。
钢包内部的半径为1300mm，钢包内部环形内径(半径)为650mm，钢包内部环形外径(半径)为750mm。超声波探头表面外覆耐火材料。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种高效去除夹杂的钢包精炼装置，包括钢包本体、透气砖、超声波发生装置，所述透气砖设置在钢包本体的外部，其特征在于，所述超声波发生装置的输出端设置于钢包本体轴线正下方的底部中央位置，所述透气砖为底吹透气砖，所述底吹透气砖安装后形成环状气体通道。
2.根据权利要求1所述的高效去除夹杂的钢包精炼装置，其特征在于，环形透气通道的轴线与钢包本体的轴线重合，通道进气方向远离于轴线，钢包内部环形内径小于钢包外部环形内径，钢包内部环形外径小于钢包外部环形外径，使得通道与轴线呈预设锐角。
3.根据权利要求1所述的高效去除夹杂的钢包精炼装置，其特征在于，环形透气通道任一截面的孔径均相等，为10±5mm。
4.根据权利要求1所述的高效去除夹杂的钢包精炼装置，其特征在于，钢包底部的环形半径为钢包本体底部半径的1/2-3/4，底部内外半径差为10-100mm；钢包内部的环形半径为钢包本体内部半径的1/2-3/4，内部内外半径差为10-100mm。
5.根据权利要求1所述的高效去除夹杂的钢包精炼装置，其特征在于，所述超声波发生装置为超声波发生器，超声波发生器通过导线与换能器连接，换能器与变幅杆连接，变幅杆与超声波探头连接，超声波探头安装于钢包底部中心位置，所述超声波探头表面外覆耐火材料或陶瓷涂层。
6.一种根据权利要求1～5任一项所述高效去除夹杂的钢包精炼装置的精炼方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、转炉或电炉挡渣出钢，钢包调运进准备位并测温；
S2、开启超声波发生装置，随后向钢包中加入造渣材料；
S3、经环形透气砖通道通入氩气，直至精炼结束；
S4、精炼结束后加保温剂，然后进行连铸工序。
7.根据权利要求6所述的高效去除夹杂物的精炼方法，其特征在于，环形透气通道的轴线与钢包本体的轴线重合，通道进气方向远离于轴线，钢包内部环形内径小于钢包外部环形内径，钢包内部环形外径小于钢包外部环形外径，使得通道与轴线呈预设锐角。
8.根据权利要求6所述的高效去除夹杂物的精炼方法，其特征在于，环形透气通道任一截面的孔径均相等，为10±5mm。
9.根据权利要求6所述的高效去除夹杂物的精炼方法，其特征在于，所述超声波发生器的工作频率范围为85-95kHz。
10.根据权利要求1所述的高效去除夹杂物的精炼方法，其特征在于，每隔2-5min通一次氩气，每次通入时间2-8min，吹氩气流量5-8Nl/min，吹氩压力为0.4-0.6MPa。
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