CN202007246U - 一种渣金间外加电场熔渣脱氧装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种渣金间外加电场熔渣脱氧装置，其包括一直流电源，所述电源的正极与一阳极连接，所述电源的负极与一阴极连接，一结晶器设于所述阳极和阴极之间，所述结晶器内的上部设有一熔渣层，所述结晶器的下方设有一底座，所述阳极的下端插于所述熔渣层内，所述阳极为待脱氧金属制成的自耗阳极；所述渣金间外加电场熔渣脱氧装置还包括：一加热装置，紧邻所述结晶器设于其外，对应熔渣层的位置；一冷却装置，紧邻所述结晶器设于其外，并设于结晶器的下部。

Description

一种渣金间外加电场熔渣脱氧装置

技术领域

本实用新型涉及一种钢铁冶炼装置，尤其涉及一种用于钢铁冶炼过程中的脱氧装置。

背景技术

在钢铁冶炼过程中，钢中的氧元素是有害元素，会对钢的质量造成不良影响。随着人们对钢洁净度的要求越来越高，传统的脱氧方法已无法满足生产和质量要求。这是因为传统的脱氧方法以脱氧剂直接脱氧为主，由于脱氧反应的反应物和生成物全部处在钢液中，因此无法彻底地避免对钢液的污染。

针对传统脱氧方法的缺点，目前在固体电解质无污染脱氧的基础上，提出了一种新的无污染脱氧方法——渣金间外加直流电场脱氧法，即用炉渣代替固体电解质，在渣金间施加电场来强化脱氧，通过控制氧离子在熔渣体系中的传递方向和速度，实现金属液的无污染脱氧。

渣金间外加直流电场脱氧法具有设备简单、成本低、可连续作业、无需还原剂等优点。然而该方法对于电极的要求比较苛刻，电极工作的环境往往是高温和高腐蚀性介质，现有的装置具有种种缺点，制约了该技术的进一步推广应用。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种渣金间外加电场熔渣脱氧装置，其在渣金间外加直流电场脱氧法的基础上，阳极采用自耗式阳极，从而改善阳极反应，以进一步提高脱氧效率。

本实用新型的发明构思是：将需要进一步精炼的金属制成金属自耗阳极，在渣金间外加直流电场作用下，自耗阳极熔化形成的液滴通过熔渣，对液滴进行精炼，液滴在熔渣底部形成金属熔池，同时在外加电场作用下再次对金属熔池进行脱氧精炼，精炼后熔池内的金属凝固成具有较高质量的固态金属。

为了实现上述发明目的，本实用新型提供了一种渣金间外加电场熔渣脱氧装置，其包括一直流电源，所述直流电源的正极与一阳极连接，所述直流电源的负极与一阴极连接，一结晶器设于所述阳极和阴极之间，所述结晶器内的上部设有一熔渣层，所述结晶器的下方设有一底座，所述阳极的下端插于所述熔渣层内，所述阳极为待脱氧金属制成的自耗阳极；所述渣金间外加电场熔渣脱氧装置还包括：

一加热装置，紧邻所述结晶器设于其外，对应熔渣层的位置；

一冷却装置，紧邻所述结晶器设于其外，并设于结晶器的下部。

本实用新型所述的脱氧装置中，以熔渣作为电解质，以待脱氧金属作为自耗阳极，以结晶器内的经过脱氧后的金属为阴极，形成回路。结晶器上部对应熔渣的位置设有的加热设备，用于熔化熔渣和自耗电极，并保证熔渣下部的金属熔池具有一定的深度；结晶器下部的冷却设备能够使熔池内金属液凝固。在脱氧过程中，外加电源在结晶器内生成直流电场，自耗阳极受通电下熔渣层放出的热量及加热装置的加热而熔化，形成金属小液滴，金属小液滴通过熔渣层后形成金属熔池，金属熔池中的氧原子在外加电场的作用下，以离子态进入熔渣层，然后传递至阳极，进行阳极反应，达到对熔池内金属脱氧精炼的目的，经过脱氧精炼的液态金属在冷却装置的冷却作用下凝固形成固体。

脱氧过程中氧的迁移过程分为如下步骤：

(1)金属熔池中的氧向金属熔池/熔渣界面扩散

[O]_(melt)→[O]_(melt/slag)

(2)氧原子在金属熔池/熔渣界面发生阴极反应

[O]_(melt/slag)+2e→(O^2-)_(melt/slag)

(3)氧离子在熔渣层的渣体系中从金属熔池/熔渣层界面向熔渣中迁移

(O^2-)_(melt/slag)→(O^2-)_(slag)

(4)氧离子在熔渣层的渣体系中从熔渣向熔渣层/阳极界面迁移

(O^2-)_(slag)→(O^2-)_(slag/anode)

(5-1)在熔渣层/阳极接触界面发生阳极反应，氧气向气相中扩散

O_{2(slag/anode)}→O_2(gas)

(5-2)氧离子在熔渣层/阳极接触界面发生反应，使得自耗电极不断侵蚀而进入熔渣。

(O^2-)_(slag/anode)+Fe→(FeO)+2e

采用本实用新型所述的脱氧装置，通过控制电源的电压电流和熔渣层的成分，可以控制氧离子在熔渣层中的传质方向和速度，以及溶解氧在金属熔池中的传质，实现对金属熔池的再次脱氧精炼。

优选地，所述熔渣层为碱性熔渣层。本实用新型中的熔渣层可以是酸性熔渣层，也可以是碱性熔渣层，但具有氧离子电导率的碱性熔渣效果更好。

优选地，所述渣金间外加电场熔渣脱氧装置还包括一阳极升降机构，所述自耗阳极固定设于阳极升降机构上。

优选地，所述渣金间外加电场熔渣脱氧装置还包括一拉坯机构，其与所述底座固定连接。该拉坯机构可以将经过精炼脱氧的固体金属直接从结晶器中拉出。

本实用新型通过采用上述技术方案，使其具有下述优点：

1.采用该脱氧装置进行渣金间脱氧，不需要加入常规的金属或复合合金脱氧剂，脱氧过程不会生成任何脱氧夹杂，能够改善环境污染。

2.采用本实用新型所述的脱氧装置，避免了渣金间方法对电极苛刻的要求，同时熔渣层对金属液滴起到精炼的目的，提高了固态金属的质量。

3.与电渣重熔方法相比，采用本实用新型所述的脱氧装置，可以在提纯金属、改善固态金属组织的情况下，通过对金属熔池的再次电化学精炼，进一步提高固态金属质量，提高了生产效率。

4.本实用新型中加热装置的设置，改善了直流电渣重熔中熔渣熔化困难的问题，使得熔渣熔化均匀，温度稳定，同时通过对金属熔池的加热，增加了熔池深度，提高了液滴在金属熔池的停留时间，使得金属熔池中金属能够再次进行电化学精炼，提高了脱氧效率。

附图说明

以下结合附图和具体实施例来对本实用新型所述的脱氧装置做进一步说明。

图1为本实用新型所述的脱氧装置的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，该脱氧装置包括：直流电源8，直流电源8的正极与待脱氧金属制的的自耗阳极2连接，作为阴极的固态金属6通过导线12与直流电源8的阴极连接，自耗阳极固定设置在阳极升降机构1上。结晶器3位于自耗阳极2的下方，熔渣层4铺设于结晶器3的内部上部，自耗阳极2的下端插于熔渣层4中。结晶器3的外侧上部设有加热装置9，结晶器3的外侧下部设有冷却装置11，底座设于结晶器3的下方，拉坯机构7与底座固定连接。熔化的自耗阳极2的下端端头形成液滴10，穿过熔渣层4后形成金属熔池5，固态金属6便是液态金属受到冷却装置11的冷却作用而凝固形成的，固态金属6在拉坯机构7的牵引下缓慢拉坯。

本实施例中控制直流电源的电压为0.1～50V。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本实用新型，而并非用作为对本实用新型的限定，只要在本实用新型的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本实用新型的权利要求书范围内。

Claims (4)

1.一种渣金间外加电场熔渣脱氧装置，其包括一直流电源，所述直流电源的正极与一阳极连接，所述直流电源的负极与一阴极连接，一结晶器设于所述阳极和阴极之间，所述结晶器内的上部设有一熔渣层，所述结晶器的下方设有一底座，所述阳极的下端插于所述熔渣层内，其特征在于，所述阳极为待脱氧金属制成的自耗阳极；所述渣金间外加电场熔渣脱氧装置还包括：

一加热装置，紧邻所述结晶器设于其外，对应熔渣层的位置；

一冷却装置，紧邻所述结晶器设于其外，并设于结晶器的下部。

2.如权利要求1所述的渣金间外加电场熔渣脱氧装置，其特征在于，所述熔渣层为碱性熔渣层。

3.如权利要求2所述的渣金间外加电场熔渣脱氧装置，其特征在于，还包括一阳极升降机构，所述自耗阳极固定设于阳极升降机构上。

4.如权利要求3所述的渣金间外加电场熔渣脱氧装置，其特征在于，还包括一拉坯机构，其与所述底座固定连接。

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