CN1264997C - 金属液电化学无污染脱氧方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于冶金技术。本发明以炉渣作为金属液内溶解氧向外传输的通道，在金属液与覆盖于其上的熔渣之间施加直流脉冲电场，控制氧离子在熔渣体系中的传导方向和速度，从而实现金属液的无污染脱氧。该发明具有设备操作简单，脱氧速度及强度易控制且成本低廉等一系列优点。
Description
技术领域
本发明属于冶金技术。
背景技术
影响金属纯净度的因素很多，而冶炼过程中的脱氧操作是其中的关键环节。传统的脱氧方法不可避免地会引入大量的非金属夹杂物污染金属液。近年来，世界多个国家都在致力于无(少)污染脱氧方法的研究。其中主要的方法集中于利用氧化锆固体电解质，通过氧泵法和原电池法将氧离子加以定向引导，使之与气体脱氧剂如氢气、一氧化碳或金属脱氧剂反应，生成无害的水、二氧化碳或将氧化产物留在熔体之外，达到不污染金属熔体的目的。这些研究思路体现在公开号CN1215759A、CN1187542A、CN1335413A的中国发明专利申请案中以及公开号CN2432220Y的中国实用新型专利申请案中。但目前这些方法都或多或少的涉及到以下的一些问题：不具备深度脱氧能力；脱氧速度较低；设备结构复杂；操作不便；使用成本昂贵。
发明内容
本发明提出的金属熔体电化学无污染脱氧方法，以炉渣作为金属溶解氧向外传输的通道，在金属熔体与覆盖于其上的熔渣之间施加直流脉冲电场，控制和加速氧离子在熔渣体系中的传导方向和速度，从而实现金属熔体的无污染脱氧。
脱氧过程通过附图所示装置来实现。系统包括高温加热系统、外加电场(电极与直流脉冲电源)系统以及金属熔体与炉渣保护层系统。金属熔体与炉渣间的直流脉冲电场通过插入渣相中的顶电极1和置埋于炉体底部的底电极4连接于直流脉冲电源7产生。顶电极1连接电源的正极，底电极4连接电源的负极。顶电极1在渣相中的位置由电极升降系统8进行控制。与金属熔体5接触的炉体3为普通氧化物耐火材料，与渣相保护层6接触的炉体上部衬一圈炭质(或石墨)层2。金属熔体中的溶解氧在渣金界面解离为氧离子，在外加电场的推动下，氧离子快速传递通过渣层。炉渣接触的炉壁上部由于有一圈炭质(或石墨)层，它将不断消耗从炉渣中析出的氧，生成一氧化碳或二氧化碳气体。金属熔体中的氧是以气体的形式排除，因此产物将不会对金属液产生污染。金属熔体的脱氧速度可以通过改变脉冲电场的频率和电压值进行控制，在外加电场的作用下金属熔体中的氧将不断进入炉渣并与碳反应，直至降低到极低的水平。
顶电极1由高温金属导体或石墨材料制备，其形状可以为圆棒或平板。底电极4材质为耐高温金属，其形状为圆棒且以点状弥散分布于炉底底部。金属熔体表面覆盖的熔渣保护层可以是酸性渣也可以是碱性渣，其特点为有良好的流动性及高的氧离子电导率。脉冲直流电源的的电压控制范围为1～50V，电流范围为1～150A，频率范围为0～10kHz。
本发明的主要优点表现在：设备与操作简单；脱氧速度及强度易控制；克服了采用氧化锆类固体电解质或相关功能陶瓷造成的使用成本过高问题；冶金生产过程产生的冶炼废渣可以再次利用，有利降低成本和环保；对已有冶金工业精炼生产设备改造小且所需投资少，它可以作为精炼炉独立使用，也适合与后续的连铸加工设备配套使用。
具体实施方式
本发明经实施例证实，1630℃时在6.8kg钢液与1.3kg CaO-SiO2-Al2O3熔渣体系之间施加5V且频率为0Hz的直流脉冲电场，10分钟内金属液的氧含量由500ppm降至10ppm。
Claims (6)
1.一种金属液电化学无污染脱氧方法，其特征为在熔化的金属熔体与炉渣间，通过插入熔渣的顶电极和置于金属熔体的底电极由直流脉冲电源施加电场，顶电极接电源的正极，底电极接电源的负极；所述的炉渣，其在熔化状态与一圈炭质层或石墨层接触。
2.如权利要求1所述的金属液电化学无污染脱氧方法，其特征在于所用的直流脉冲电源的输出电压范围为0.1~50V，电流范围为1~150A，脉冲频率为0~10KHz。
3.如权利要求1所述的金属液电化学无污染脱氧方法，其特征在于所述的顶电极的材质为高温金属或石墨，形状为圆棒或平板。
4.如权利要求1所述的金属液电化学无污染脱氧方法，其特征在于所述的底电极的材质为耐高温金属，形状为圆棒且弥散分布于炉底底部。
5.如权利要求1所述的金属液电化学无污染脱氧方法，其特征在于所述的炉渣具有良好的流动性和高氧离子电导率。
6.如权利要求6所述的金属液电化学无污染脱氧方法，其特征在于所述的炭质层或石墨层的材质是致密结构、或者是疏松结构，且其厚度按生产周期的要求调节制作。
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