CN215209586U - 一种精炼高纯净高锰钢的系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种精炼高纯净高锰钢的系统，包括：包壳、包衬、包壁层、底座、气体扩散器、透气砖、进气管、活接头、包底保护触头、触头保护器、导线a、炉盖、流量调节器、减压阀、氩气瓶、炉体保护装置、挡板。通过本实用新型的系统精炼高锰钢，可有效降低高锰钢中氧、氢含量，获得高纯净高锰钢，进而提高高锰钢的综合机械性能。

Description

一种精炼高纯净高锰钢的系统

技术领域

本实用新型属于精炼净化技术领域，具体涉及一种精炼高纯净高锰钢的系统。

背景技术

高锰钢广泛用于冶金、矿山、建材、水泥、铁路、电力、石油化工、军工等行业的机械装备构件中。高锰钢铸件的抗磨性能和使用寿命与冶金质量有着十分重要的关系。提高高锰钢铸件的抗磨性，延长使用寿命，对持续生产、减少经济损失、增加经济效益，以及创造耐磨铸件精品和品牌，参与国际市场竞争，具有重大意义。

高锰钢液纯净程度直接影响铸件质量，高锰钢液中氧化物、夹杂物、气体含量等杂质的多少直接影响材质性能。

氧是在钢的凝固过程中偏析倾向最严重的元素之一，在钢液的凝固和随后的冷却过程中，氧的溶解度急剧下降，钢中原溶解的绝大部分氧以铁氧化物、硫氧化物等微细夹杂物的形式在与γ或α晶界处富集，这些微细夹杂物会造成晶界脆化，使钢的加工和使用过程中容易成为晶界开裂的起点，最终导致钢材发生脆性破坏。

钢中氧含量的增加会降低钢材的延性、冲击韧性、抗疲劳破坏性能，提高钢的韧-脆转换温度，降低钢材的耐腐蚀性能。此外，含氧高的钢材还容易发生时效老化，在高温加工时由于晶界处的杂质偏析形成了低熔点网膜，导致钢产生热脆。

钢在冷却过程中氢还会扩散析出，由于在固态钢中扩散速度很慢，只有很少量扩散到连铸坯(或钢锭)表面，多数是扩散到显微孔隙中、或夹杂物的附近、或晶界上的小孔中，形成氢分子。由于氢分子不断地在析出的地方聚集，低温下 KH值很小，pH2却很大，引起钢的内应力。这种内应力再加上组织应力、热应力、变形应力等的总和，超过了钢的强度极限，就会破裂形成裂纹。

在高锰钢液熔炼过程中因吸气、氧化等作用，致使高锰钢液中存在一定数量的氧化物、非金属夹杂物、有害气体等，为保证高锰钢液以纯净状态形成铸件，需对熔融高锰钢液进行精炼净化处理，达到净化效果。

目前国内外纯净钢的制作工艺主要有三条：

1)高炉—铸钢液预处理—转炉—炉外精炼(LF、RH)。这种工艺方法需配置炉外精炼设备，且过程繁琐，操作复杂；

2)超高功率、高功率电弧炉(EAF)——炉外精炼(LF、RH)。这种工艺方法也需要配置炉外精炼设备，且对原材料要求较高；

3)真空感应电炉(VIF)和电渣重熔(ESR)。这种工艺方法使用的真空熔炼设备投入大，且重熔需耗用电量大。

目前国内生产高锰钢熔炼设备及工艺多数采用不氧化法熔炼工艺，但目前精炼高锰钢的系统存在以下缺点：一是不能检测高锰钢液纯净化处理过程中氩气给包衬的冲刷程度；二是当熔化的高锰钢水渗出包衬与包壳导通时，不能很好地避免穿炉事故发生；三是缺乏安全性结构，高锰钢水容易从熔炼设备中飞溅，造成操作人员不安全。因此针对以上存在的缺陷，急需对现有的高锰钢熔炼设备进行改进。

实用新型内容

本实用新型提供一种精炼高纯净高锰钢的系统，以解决现有中精炼高锰钢的系统存在的以上问题。

为解决以上技术问题，本实用新型采用以下技术方案：

一种精炼高纯净高锰钢的系统，包括：包壳、包衬、包壁层、底座、气体扩散器、透气砖、进气管、活接头、包底保护触头、触头保护器、导线a、炉盖、流量调节器、减压阀、氩气瓶、炉体保护装置、挡板，所述包壳包裹着包衬，所述包衬外表面设置有包壁层，所述包壳的底部设置有底座，所述底座上方设置有气体扩散器和透气砖，所述透气砖包裹着气体扩散器，所述进气管与气体扩散器连接，所述活接头与进气管衔接并固定于底座上，所述包底保护触头镶嵌于包衬内，所述触头保护器与包底保护触头通过导线a相连，所述炉盖设置于精炼高纯净高锰钢的系统的顶部，所述进气管连接流量调节器，所述流量调节器连接减压阀，所述减压阀连接氩气瓶，所述炉体保护装置由加热感应圈、温度感应器、导线b组成，所述温度感应器与加热感应圈通过导线b相连，每个加热感应圈设置在包衬内部水平方向，所述挡板设置在炉盖一旁，靠近出高锰钢水出口处。

优选地，所述包壁层为耐高温的合成材料层。

优选地，所述进气管为耐压橡胶管。

优选地，所述耐压橡胶管的内径为0.3-0.6cm。

优选地，所述包底保护触头采用无磁钢材料制成。

优选地，所述包底保护触头设置有6个。

优选地，所述加热感应圈设置有3个。

优选地，每个加热感应圈隔500mm设置。

优选地，所述加热感应圈上设置有4个感应触点。

优选地，所述挡板为耐火材料板件。

本实用新型具有以下有益效果：

(1)与现有技术对比，本实用新型的精炼高纯净高锰钢的系统通过增加设置包底保护装置、炉体保护装置、挡板，可以达到如下效果：

1)可以检测高纯净高锰钢液纯净化处理过程中氩气给包衬的冲刷程度，从而选择较佳的氩气压力和流量，节约成本；

2)炉体保护装置可以精准控制包衬的使用寿命，当包衬由于高温高锰钢水造成的熔蚀点触碰到感应触点时，预警包衬寿命已至，需更换包衬；可以有效保护包衬及整套熔炼炉控制系统，当熔化的高锰钢水渗出包衬与包壳导通时，炉体保护装置开启，及时关闭熔体总电源，避免穿炉事故发生；

3)本实用新型新增设置有防护安全性结构，所述防护安全性结构为挡板，所述防护板为耐火材料板件，为在精炼高纯净高锰钢的系统一侧作业的工人提供遮挡。工人到本实用新型的精炼高纯净高锰钢的系统旁边作业前，先安装上挡板，从而为作业人员起到身部遮挡作用，避免在高温的精炼高纯净高锰钢的系统前进行手动操作，保障不了工人安全，工人作业结束，拆卸下挡板。

(2)与现有技术相比，本实用新型在熔炼包底部合理设置透气砖，通过注入氩气，有助于高纯净高锰钢水中的渣、氧化物等杂质迅速上浮，净化充分且有效避免高纯净高锰钢水成分氧化和损失，有助于节能增效，安全实用。

(3)透气砖与包衬整体使用，在大气条件下吹氩气，可以减少炉外精炼设备投资，简化精炼工艺操作过程。

(4)通过本实用新型的系统精炼高锰钢，可有效降低高锰钢中氧、氢含量，获得高纯净高锰钢，进而提高高锰钢的综合机械性能。

附图说明

图1为本实用新型精炼高纯净高锰钢的系统结构示意图；

图2是包底保护触头、导线a分布示意图；

图3是炉体保护装置的结构示意图。

具体实施方式

实施例1

如图1、2、3所示，一种精炼高纯净高锰钢的系统，包括：包壳1、包衬2、包壁层(坩埚)3、底座4、气体扩散器5、透气砖6、进气管7、活接头8、包底保护触头9、触头保护器10、导线a 11、炉盖12、流量调节器13、减压阀14、氩气瓶15、炉体保护装置16、挡板17，其中包壳1、包衬2、包壁层3、底座4、气体扩散器5、透气砖6、进气管7、活接头8、包底保护触头9、触头保护器10、导线a 11、炉盖12、炉体保护装置16、挡板17组成熔炼炉，所述包壳1包裹着包衬2，所述包衬2外表面设置有包壁层3，所述包壳1的底部设置有底4座，所述底座4上方设置有气体扩散器5和透气砖6，所述透气砖6包裹着气体扩散器5，所述进气管7与气体扩散器5连接，所述活接头8与进气管7衔接并固定于底座4上，所述包底保护触头9、触头保护器10、导线a11组成包底保护装置，所述包底保护触头9镶嵌于包衬2内，所述触头保护器10与包底保护触头 9通过导线a 11相连，所述炉盖12设置于精炼高纯净高锰钢的系统的顶部，所述进气管7连接流量调节器13，所述流量调节器13连接减压阀14，所述减压阀 14连接氩气瓶15，所述炉体保护装置16由加热感应圈16-1、温度感应器16-2、导线b 16-3组成，所述温度感应器16-2与加热感应圈16-1通过导线b 16-3相连，所述加热感应圈16-1上设置有4个感应触点16-1-1，每个加热感应圈16-1设置在包衬2内部水平方向，且每个加热感应圈16-1隔500mm设置，所述加热感应圈16-1设置有3个，所述挡板17设置在炉盖12一旁，靠近出高锰钢水出口处。

所述包壁层3为耐高温的合成材料层。

所述耐高温的合成材料层由碳化硅、氧化铝金刚砂及硅铁材料制成。

所述耐高温的合成材料层厚度为1.1cm。

所述进气管7为耐压橡胶管。

所述耐压橡胶管的内径为0.4cm。

所述包底保护触头9采用无磁钢材料制成。

所述包底保护触头9设置有6个。

所述挡板17为耐火材料板件。

实施例2

如图1、2、3所示，一种精炼高纯净高锰钢的系统，包括：包壳1、包衬2、包壁层(坩埚)3、底座4、气体扩散器5、透气砖6、进气管7、活接头8、包底保护触头9、触头保护器10、导线a 11、炉盖12、流量调节器13、减压阀14、氩气瓶15、炉体保护装置16、挡板17，其中包壳1、包衬2、包壁层3、底座4、气体扩散器5、透气砖6、进气管7、活接头8、包底保护触头9、触头保护器10、导线a 11、炉盖12、炉体保护装置16、挡板17组成熔炼炉，所述包壳1包裹着包衬2，所述包衬2外表面设置有包壁层3，所述包壳1的底部设置有底4座，所述底座4上方设置有气体扩散器5和透气砖6，所述透气砖6包裹着气体扩散器5，所述进气管7与气体扩散器5连接，所述活接头8与进气管7衔接并固定于底座4上，所述包底保护触头9、触头保护器10、导线a11组成包底保护装置，所述包底保护触头9镶嵌于包衬2内，所述触头保护器10与包底保护触头 9通过导线a 11相连，所述炉盖12设置于精炼高纯净高锰钢的系统的顶部，所述进气管7连接流量调节器13，所述流量调节器13连接减压阀14，所述减压阀 14连接氩气瓶15，所述炉体保护装置16由加热感应圈16-1、温度感应器16-2、导线b 16-3组成，所述温度感应器16-2与加热感应圈16-1通过导线b 16-3相连，所述加热感应圈16-1上设置有4个感应触点16-1-1，每个加热感应圈16-1设置在包衬2内部水平方向，且每个加热感应圈16-1隔500mm设置，所述加热感应圈16-1设置有3个，所述挡板17设置在炉盖12一旁，靠近出高锰钢水出口处。

所述包壁层3为耐高温的合成材料层。

所述耐高温的合成材料层由碳化硅、氧化铝金刚砂及硅铁材料制成。

所述耐高温的合成材料层厚度为1cm。

所述进气管7为耐压橡胶管。

所述耐压橡胶管的内径为0.5cm。

所述包底保护触头9采用无磁钢材料制成。

所述包底保护触头9设置有6个。

所述挡板17为耐火材料板件。

实施例3

如图1、2、3所示，一种精炼高纯净高锰钢的系统，包括：包壳1、包衬2、包壁层(坩埚)3、底座4、气体扩散器5、透气砖6、进气管7、活接头8、包底保护触头9、触头保护器10、导线a 11、炉盖12、流量调节器13、减压阀14、氩气瓶15、炉体保护装置16、挡板17，其中包壳1、包衬2、包壁层3、底座4、气体扩散器5、透气砖6、进气管7、活接头8、包底保护触头9、触头保护器10、导线a 11、炉盖12、炉体保护装置16、挡板17组成熔炼炉，所述包壳1包裹着包衬2，所述包衬2外表面设置有包壁层3，所述包壳1的底部设置有底4座，所述底座4上方设置有气体扩散器5和透气砖6，所述透气砖6包裹着气体扩散器5，所述进气管7与气体扩散器5连接，所述活接头8与进气管7衔接并固定于底座4上，所述包底保护触头9、触头保护器10、导线a11组成包底保护装置，所述包底保护触头9镶嵌于包衬2内，所述触头保护器10与包底保护触头 9通过导线a 11相连，所述炉盖12设置于精炼高纯净高锰钢的系统的顶部，所述进气管7连接流量调节器13，所述流量调节器13连接减压阀14，所述减压阀 14连接氩气瓶15，所述炉体保护装置16由加热感应圈16-1、温度感应器16-2、导线b 16-3组成，所述温度感应器16-2与加热感应圈16-1通过导线b 16-3相连，所述加热感应圈16-1上设置有4个感应触点16-1-1，每个加热感应圈16-1设置在包衬2内部水平方向，且每个加热感应圈16-1隔500mm设置，所述加热感应圈16-1设置有3个，所述挡板17设置在炉盖12一旁，靠近出高锰钢水出口处。

所述包壁层3为耐高温的合成材料层。

所述耐高温的合成材料层由碳化硅、氧化铝金刚砂及硅铁材料制成。

所述耐高温的合成材料层厚度为1.2cm。

所述进气管7为耐压橡胶管。

所述耐压橡胶管的内径为0.3cm。

所述包底保护触头9采用无磁钢材料制成。

所述包底保护触头9设置有6个。

所述挡板17为耐火材料板件。

本实用新型实施例1-3的精炼高纯净高锰钢的系统的使用工艺简要过程如下：

打结坩埚——准备材料——加料熔炼——调整化学成分——炉内镇静——控温出铁。

从加料熔炼形成熔池后到出铁的过程，吹氩气进入高锰钢水，参与熔炼。

具体实施方法：

(1)打结坩埚：将透气砖按要求安装在系统底部，然后使用包衬材料和模具打结坩埚，干燥烧结；

(2)准备材料：按高锰钢水的化学成分要求，称量好熔炼高锰钢水的各种原料，备用；

(3)加料熔炼：将准备好的材料逐步投入炉中熔炼，当炉料熔化形成熔池时，即高锰钢水覆过包底28-31cm时，开始打开流量调节器吹注氩气，参与高锰钢水熔炼过程，随着熔炼继续，吹氩气的压力和流量随着高锰钢水的增加而增加，该过程控制氩气压力为2-6个大气压，流量为6-9L/min，直至炉料熔清，取样分析炉内成分；

(4)调整化学成分：根据取样分析结果，计算和加入调整材料至全部熔化；

(5)炉内镇静：炉内高锰钢水达到要求温度后停电镇静，继续吹氩气，使高锰钢水均温均质，杂质、气体充分上浮，与液面熔渣剂结合，氩气通过透气砖，以细小分散的状态进入高锰钢水中，高锰钢水中的[H]、[N]、[O]进入氩气泡内随汽泡上升逸出，非金属夹杂物慢粘附在惰性气体上浮后与熔渣剂结合，熔渣剂可以有效吸收高锰钢水中的氢和氧，达到净化目的。

(6)控温出高锰钢：控制温度，出高锰钢浇注，制得高纯净高锰钢。

本实用新型的精炼高纯净高锰钢的系统的应用：

采用本实用新型实施例2的精炼高纯净高锰钢的系统进行生产高锰钢，其中实施例4采用吹氩气依据上述使用工艺生产高锰钢，对照例与实施例4的工艺基本相同，唯有不同的是不采用吹氩气生产高锰钢，实施例4和对照例均进行采用同样原料配方进行1次生产，原料包括：废钢、高碳锰铁、电解锰、微碳铬铁、钼铁、镍铁、铜，对制得的高锰钢的抗拉强度、冲击功、延伸率及氧、氢含量进行检测，其中抗拉强度、冲击功、延伸率采用GB/T5680-2010的相关规定检测；氧、氢含量采用光谱分析检测，结果如下：

由上表可知：采用本实用新型的精炼高纯净高锰钢的系统生产的高锰钢加料熔炼过程中不进行吹氩气除杂，将会影响高锰钢的抗拉强度、冲击功、延伸率及氧、氢含量，这是：

氩气是一种惰性气体，它不溶解于高锰钢水，也不与钢中的元素发生化学反应而形成夹杂物，不污染高锰钢水；氩气通过本实用新型的精炼高纯净高锰钢的系统的透气砖吹入高锰钢水中，透气砖使氩气泡细小而充分均匀分散，当氩气穿过高锰钢水时，高锰钢水中溶解的氢和氧等会自动扩散，进入氩气泡内随气泡上升而自高锰钢水排除，非金属夹杂物则粘附在惰性气体上，其结合物浮至高锰钢水表面，然后粘到造渣材料内，从而净化高锰钢水，降低氧、氢含量，提高钢的抗拉强度、冲击功、延伸率，其中拉伸强度提高16.9％，冲击功提高38.0％、延伸率提高22.2％，高锰钢中氧含量大大降低，可提高钢材的冲击韧性、延性、抗疲劳破坏性能等；高锰钢中氢含量大大降低，可极大降低钢的内应力，避免钢破裂形成裂纹，提高高锰钢的使用寿命。

本领域技术人员将认识到，对以上描述做出众多变通是可能的，所以实施例和附图仅是用来描述特定实施方式。

尽管已经描述和叙述了被看作本实用新型的示范实施例，本领域技术人员将会明白，可以对其作出各种改变和替换，而不会脱离本实用新型的精神。另外，可以做出许多修改以将特定情况适配到本实用新型的教义，而不会脱离在此描述的本实用新型中心概念。所以，本实用新型不受限于在此披露的特定实施例，但本实用新型可能还包括属于本实用新型范围的所有实施例及其等同物。

Claims (10)

1.一种精炼高纯净高锰钢的系统，其特征在于，包括：包壳、包衬、包壁层、底座、气体扩散器、透气砖、进气管、活接头、包底保护触头、触头保护器、导线a、炉盖、流量调节器、减压阀、氩气瓶、炉体保护装置、挡板，所述包壳包裹着包衬，所述包衬外表面设置有包壁层，所述包壳的底部设置有底座，所述底座上方设置有气体扩散器和透气砖，所述透气砖包裹着气体扩散器，所述进气管与气体扩散器连接，所述活接头与进气管衔接并固定于底座上，所述包底保护触头镶嵌于包衬内，所述触头保护器与包底保护触头通过导线a相连，所述炉盖设置于精炼高纯净高锰钢的系统的顶部，所述进气管连接流量调节器，所述流量调节器连接减压阀，所述减压阀连接氩气瓶，所述炉体保护装置由加热感应圈、温度感应器、导线b组成，所述温度感应器与加热感应圈通过导线b相连，每个加热感应圈设置在包衬内部水平方向，所述挡板设置在炉盖一旁，靠近出高锰钢水出口处。

2.根据权利要求1所述的精炼高纯净高锰钢的系统，其特征在于，所述包壁层为耐高温的合成材料层。

3.根据权利要求1所述的精炼高纯净高锰钢的系统，其特征在于，所述进气管为耐压橡胶管。

4.根据权利要求3所述的精炼高纯净高锰钢的系统，其特征在于，所述耐压橡胶管的内径为0.3-0.6cm。

5.根据权利要求1所述的精炼高纯净高锰钢的系统，其特征在于，所述包底保护触头采用无磁钢材料制成。

6.根据权利要求5所述的精炼高纯净高锰钢的系统，其特征在于，所述包底保护触头设置有6个。

7.根据权利要求1所述的精炼高纯净高锰钢的系统，其特征在于，所述加热感应圈设置有3个。

8.根据权利要求7所述的精炼高纯净高锰钢的系统，其特征在于，每个加热感应圈隔500mm设置。

9.根据权利要求8所述的精炼高纯净高锰钢的系统，其特征在于，所述加热感应圈上设置有4个感应触点。

10.根据权利要求1所述的精炼高纯净高锰钢的系统，其特征在于，所述挡板为耐火材料板件。

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