專利名稱：一種應用外加電場處理鋼液提高鋼材潔凈度的方法
技術領域：
本發(fā)明屬于轉爐冶煉及爐外精煉領域，特別涉及一種在爐外精煉過程中應用外加電場無污染脫氧方法去除鋼中氧含量提高鋼材潔凈度的方法。
背景技術：
鋼的潔凈度嚴重地影響著鋼的性能和質量，而決定鋼潔凈度的因素很多，冶煉過程的脫氧操作是其中的關鍵環(huán)節(jié)。為了去除鋼中的氧，傳統的脫氧方法主要以脫氧劑直接脫氧為主，真空脫氧起輔助作用，由于脫氧反應的反應物和生成物全部處在鋼液中，因此無 法徹底的避免對鋼液造成污染。隨著人們對鋼的潔凈度的要求越來越高，傳統的脫氧方法已無法滿足人們的要求。降低甚至避免脫氧產物對鋼液的污染是降低鋼中全氧含量，提高產品表面和內在質量的一個重要途徑為了解決這些問題，就必須將鋼中的氧有方向的引出熔體，于是許多冶金學家提出了一些新的脫氧方法。冶金工作者嘗試了電化學脫氧方法來進行金屬液的脫氧。其中主要的方法集中于利用氧化鋯固體電解質，通過外加電勢法、混合導體法和濃差電池短路法等將氧離子加以定向引導，使之與氣體脫氧劑如氫氣、一氧化碳或金屬脫氧劑反應，生成無害的水、二氧化碳或將氧化產物留在熔體之外，達到不污染金屬液的目的。這些研究思路體現在公開號CN1215759A、CN1187542A、CN1335413A的中國發(fā)明專利申請案中，以及公開號CN2432220Y的中國實用新型專利申請案中。盡管利用固體電解質為傳導介質的脫氧方法有無污染、脫氧速度快等優(yōu)點，但是也存在設備復雜、成本較高、不易在現場推廣等問題。在這樣的背景下，針對己有工藝存在的問題，在固體電解質無污染脫氧的基礎上，提出了一種新的無污染脫氧方法渣金間外加直流電場脫氧法，即用爐渣代替固體電解質，在渣金間施加電場來強化脫氧，通過控制氧離子在熔渣體系中的傳導方向和速度，從而實現金屬液的無污染脫氧。其研究思路體現在一些專利文獻中，如公開號為CN1453371A、CN101235430A、CN101457276A等的中國發(fā)明專利。這些方法具有設備簡單、可連續(xù)作業(yè)、無需脫氧劑等優(yōu)點。但這些方法僅只是應用于實驗室的微型實驗，并且也僅針對脫氧的方法和設備進行了簡單的闡述，缺乏對整個工藝控制要點的說明，欠缺推廣應用的價值。

發(fā)明內容
為了克服上述現有技術的缺點，本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種在爐外精煉過程中應用外加電場無污染脫氧方法去除鋼中氧含量，能將鋼液中氧含量穩(wěn)定控制在
O.005%以下，效果明顯、穩(wěn)定、確保和提高精煉鋼的質量，降低冶煉成本、減少環(huán)境污染的爐外精煉脫氧的工藝方法。為了達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案應用外加電場無污染脫氧方法進行鋼液精煉脫氧生產潔凈鋼的方法，包括以下步驟(I)轉爐出鋼轉爐正常冶煉結束后，出鋼溫度控制在1600°C 1700°C，出鋼過程中不對鋼液進行脫氧處理，且出鋼過程中采用擋渣處理；(2)爐后造渣出鋼過程中向鋼包里加入造渣材料，形成適合氧離子遷移的高電導率的熔渣體系；(3)應用外加電場進行爐外精煉脫氧將鋼包運送至精煉工位，向鋼包降下外加電場處理裝置的電極，確保陽極和熔渣接觸而不和鋼液接觸，陰極和鋼液接觸而不和熔渣接觸，然后通過外加電場處理裝置向熔渣及鋼液體系施加穩(wěn)定的電場進行脫氧處理，脫氧過程中進行底吹氣體攪拌，加速鋼液的傳質速率，但底吹氣體流量不易過大，以防止吹翻渣層，使空氣中的氧向鋼液傳輸。同時還要向鋼包內熔渣頂部通入保護氣體，以降低熔渣頂部的氧分壓，優(yōu)化脫氧的動力學條件，但保護氣體流量不易過大，否則會吹翻渣層，使空氣中的氧向鋼液傳輸。脫氧結束后向鋼液中加入少量的控氧劑，用以平衡外界氧分壓，防止鋼液增氧。 (4)調溫及攪拌在精煉爐對鋼液進行調溫處理以及攪拌處理，處理結束后鋼水溫度應控制在鋼種液相線溫度以上30°C 100°C ；(5)精煉、合金化處理根據不同鋼種冶煉要求對鋼液進行精煉處理(脫硫、去氣、去夾雜)，精煉結束后再向鋼液加入合金進行合金化操作，精煉及合金化過程中要進行氬氣攪拌操作。(6)連鑄采用全程保護澆注。所述的擋渣處理是采用擋渣塞、擋渣球或是擋渣錐中的任意一種方式實現。所述的爐后造渣材料為白灰或其他富含氧化鈣的物質、鋁礬土或其他富含氧化鋁的物質、輕燒白云石或其他富含氧化鈣和氧化鎂的物質，造渣材料加入后形成的渣系組成為CaO :質量百分數為35% 50%，A1203 :質量百分數為40% 45%，MgO :質量百分數為7% 10%, Si02 :質量百分數為<3%，Fe0 :質量百分數為O. 1% 5%，Fe203 :質量百分數為O. 1% 1%，其他為不可避免的雜質。所述的造渣材料為一次或多次加入鋼液，加入方式是由料倉下料或人工投入。所述的造渣材料的總體用量控制在3 IOKg/噸鋼。所述的外加電場處理參數控制在電壓U在5 100V，電流I在100 2000A，電場處理時間控制在5 30min。所述的在外加電場脫氧處理過程中的底吹氣體攪拌，底吹氣體可以是Ar或N2或這兩種氣體的混合氣體，氣體的流量控制在10 200NL/min。所述的熔渣頂部通入的保護氣體可以是Ar或N2或這兩種氣體的混合氣體，氣體的流量控制在I 50NL/min。所述的抗氧劑根據鋼種的不同可以使金屬鋁、硅鐵、錳鐵以及其他常規(guī)脫氧合金，其加入量控制在O. I Ikg/噸鋼。所述的精煉、合金化處理過程中的氬氣攪拌流量在I 100NL/min。應用此工藝進行鋼液低成本無污染脫氧處理，其脫氧率可達80%以上，能使鋼中氧的質量百分含量穩(wěn)定控制在O. 005%以下。與原有技術相比，本發(fā)明的有益效果是節(jié)約脫氧合金，極大的降低了冶煉成本；大幅度提高了鋼液的潔凈度，提高了鋼材的綜合性能；脫氧精煉過程中產生及其微量甚至不產生廢棄物，真正實現了節(jié)能、低碳、環(huán)保的理想的精煉工藝。


圖I :外加電場無污染脫氧工藝示意圖；圖2 :鑄還全氧含量統計分析示意圖。I 電極升降架支架；2 :頂吹氬氣管；3 :熔渣；4 :鋼包；5 :鋼液；6 :底吹透氣磚；7 電極升降架；8 :電極支架；9 :陽極；10 :直流電源；11 :陰極。
具體實施例方式下面結合附圖對本發(fā)明作進一步說明應用此工藝在某廠100噸轉爐，爐后氬站及100噸LF爐進行了工業(yè)試驗，試驗鋼種為20#普碳鋼，具體工藝及結果結合以下實施例進行說明。
實施例I :轉爐冶煉結束后，出鋼溫度控制在1630°C左右，出鋼過程中不對鋼液進行脫氧處理，且出鋼過程中利用擋渣錐進行擋渣處理；出鋼過程中由料倉一次性向鋼液里加入造渣材料，具體造渣材料及其加入量為白灰150Kg、鋁礬土 200Kg、輕燒白云石50Kg，總體渣量為4Kg/噸鋼；出完鋼后將鋼包3運送至氬站處理工位，應用外加電場進行爐外精煉脫氧，降下陽極9，陽極9由電極支架8固定，并通過電極升降架7由電極升降支架I控制電極下降位置，確保陽極9和熔渣3接觸而不和鋼液5接觸(通過渣量計算以及渣層測厚，400Kg熔渣渣層厚度約為50mm)，陰極11預先裝置在鋼包4底部和鋼液5接觸而不和熔渣3接觸，然后通過直流電源10向熔渣3及鋼液5體系施加穩(wěn)定的電場進行脫氧處理，外加電場處理參數控制在電壓U為80V，電流I在1500 1800A，電場脫氧處理時間為約8min ;脫氧過程中由底吹透氣磚6進行底吹氬氣攪拌，氬氣的流量控制在50NL/min，加速鋼液的傳質速率；同時還要向鋼包4內熔渣3頂部通過頂吹氬氣管2通入氬氣，氣體的流量控制在10NL/min。脫氧結束后向鋼液中加入30Kg硅鐵，用以平衡外界氧分壓，防止鋼液增氧。脫氧處理結束后，將鋼包運送至LF精煉工位，對鋼液進行調溫、精煉(脫硫)以及合金化(加入增碳劑)處理，處理結束后鋼水溫度應控制在1570°C ;整個調溫、精煉以及合金化過程中都要進行吹氬攪拌處理，氬氣流量為20NL/min ;連鑄采用全程保護澆注。實施例2:轉爐冶煉結束后，出鋼溫度控制在1650°C左右，出鋼過程中不對鋼液進行脫氧處理，且出鋼過程中利用擋渣錐進行擋渣處理；出鋼過程中由料倉一次性向鋼液里加入造渣材料，具體造渣材料及其加入量為石灰石300Kg、鋁灰300Kg、輕燒白云石lOOKg，總體渣量約為6Kg/噸鋼；出完鋼后將鋼包3運送至氬站處理工位，應用外加電場進行爐外精煉脫氧，降下陽極9，陽極9由電極支架8固定，并通過電極升降架7由電極升降支架I控制電極下降位置，確保陽極9和熔渣3接觸而不和鋼液5接觸(通過渣量計算以及渣層測厚，600Kg熔渣渣層厚度約為70_)，陰極11預先裝置在鋼包4底部和鋼液5接觸而不和熔渣3接觸，然后通過直流電源10向熔渣3及鋼液5體系施加穩(wěn)定的電場進行脫氧處理，外加電場處理參數控制在電壓U為50V，電流I在1000 1500A，電場脫氧處理時間約為15min ;脫氧過程中由底吹透氣磚6進行底吹氬氣攪拌，氬氣的流量控制在80NL/min，加速鋼液的傳質速率；同時還要向鋼包4內熔渣3頂部通過頂吹氬氣管2通入氬氣，氣體的流量控制在20NL/min。脫氧結束后向鋼液中加入50Kg硅鐵，用以平衡外界氧分壓，防止鋼液增氧。脫氧處理結束后，將鋼包運送至LF精煉工位，對鋼液進行調溫、精煉(脫硫)以及合金化(加入增碳劑)處理，處理結束后鋼水溫度應控制在1580°C ;整個調溫、精煉以及合金化過程中都要進行吹氬攪拌處理，氬氣流量為40NL/min ;連鑄采用全程保護澆注。實施例3 轉爐冶煉結束后，出鋼溫度控制在1670°C左右，出鋼過程中不對鋼液進行脫氧處理，且出鋼過程中利用擋渣錐進行擋渣處理；出鋼過程中由料倉分兩次向鋼液里加入造渣材料，出鋼進行到1/3時加入一半渣料，出鋼進行到2/3時再加入剩下的一半渣料，具體造渣材料及其加入量為石灰石400Kg、電廠二次鋁灰300Kg、輕燒白云石lOOKg，總體渣量約為8Kg/噸鋼；出完鋼后將鋼包3運送至氬站處理工位，應用外加電場進行爐外精煉脫氧，降 下陽極9，陽極9由電極支架8固定，并通過電極升降架7由電極升降支架I控制電極下降位置，確保陽極9和熔渣3接觸而不和鋼液5接觸(通過渣量計算以及渣層測厚，SOOKg熔渣渣層厚度約為90_)，陰極11預先裝置在鋼包4底部和鋼液5接觸而不和熔渣3接觸，然后通過直流電源10向熔渣3及鋼液5體系施加穩(wěn)定的電場進行脫氧處理，外加電場處理參數控制在電壓U為30V，電流I在500 800A，電場脫氧處理時間約為20min ;脫氧過程中由底吹透氣磚6進行底吹氬氣攪拌，氬氣的流量控制在120NL/min，加速鋼液的傳質速率；同時還要向鋼包4內熔渣3頂部通過頂吹氬氣管2通入氬氣，氣體的流量控制在30NL/min。脫氧結束后向鋼液中加入70Kg硅鐵，用以平衡外界氧分壓，防止鋼液增氧。脫氧處理結束后，將鋼包運送至LF精煉工位，對鋼液進行調溫、精煉(脫硫)以及合金化(加入增碳劑)處理，處理結束后鋼水溫度應控制在1590°C ;整個調溫、精煉以及合金化過程中都要進行吹氬攪拌處理，氬氣流量為60NL/min ;連鑄采用全程保護澆注。實施例4 轉爐冶煉結束后，出鋼溫度控制在1700°C左右，出鋼過程中不對鋼液進行脫氧處理，且出鋼過程中利用擋渣錐進行擋渣處理；出鋼過程中由料倉分兩次向鋼液里加入造渣材料，出鋼進行到1/3時加入一半渣料，出鋼進行到2/3時再加入剩下的一半渣料，具體造渣材料及其加入量為白灰400Kg、鋁礬土 500Kg、鎂砂l(fā)OOKg，總體渣量約為IOKg/噸鋼；出完鋼后將鋼包3運送至氬站處理工位，應用外加電場進行爐外精煉脫氧，降下陽極9，陽極9由電極支架8固定，并通過電極升降架7由電極升降支架I控制電極下降位置，確保陽極9和熔渣3接觸而不和鋼液5接觸(通過渣量計算以及渣層測厚，IOOOKg熔渣渣層厚度約為120mm),陰極11預先裝置在鋼包4底部和鋼液5接觸而不和熔渣3接觸，然后通過直流電源10向熔渣3及鋼液5體系施加穩(wěn)定的電場進行脫氧處理，外加電場處理參數控制在電壓U為10V，電流I在200 500A，電場脫氧處理時間為25min ;脫氧過程中由底吹透氣磚6進行底吹氬氣攪拌，氬氣的流量控制在160NL/min，加速鋼液的傳質速率；同時還要向鋼包4內熔渣3頂部通過頂吹氬氣管2通入氬氣，氣體的流量控制在45NL/min。脫氧結束后向鋼液中加入90Kg硅鐵，用以平衡外界氧分壓，防止鋼液增氧。脫氧處理結束后，將鋼包運送至LF精煉工位，對鋼液進行調溫、精煉(脫硫)以及合金化(加入增碳劑)處理，處理結束后鋼水溫度應控制在1600°C ;整個調溫、精煉以及合金化過程中都要進行吹氬攪拌處理，氬氣流量為80NL/min ;連鑄采用全程保護澆注。具體實施效果見表I。
表I應用外加電場進行無污染脫氧的爐外精煉效果
外加電場處理后鋼液
轉爐冶煉終點τ[ο], %脫氧效率，％ T[O], %
實施例 I 627xl(T4 47XIO'492.5----
實施例 2 584χ10'4 39χ10'493.3
實施例 3 560χ10'4 33XIO'494.1
實施例 4 603XIO'4 46XIO'492.權利要求
1.一種應用外加電場處理鋼液提高鋼材潔凈度的方法，其特征在于包括以下步驟 (1)轉爐出鋼轉爐正常冶煉結束后，出鋼溫度控制在1600°c 1700°C，出鋼過程中不對鋼液進行脫氧處理，且出鋼過程中采用擋渣處理； (2)爐后造渣出鋼過程中向鋼包里加入造渣材料； (3 )應用外加電場進行爐外精煉脫氧將鋼包運送至精煉工位，然后通過外加電場處理裝置向熔渣及鋼液體系施加穩(wěn)定的電場進行脫氧處理，脫氧過程中進行底吹氣體攪拌，力口速鋼液的傳質速率，同時向鋼包內熔渣頂部通入保護氣體，脫氧結束后向鋼液中加入少量的控氧劑； (4)調溫及攪拌在精煉爐對鋼液進行調溫處理以及攪拌處理，處理結束后鋼水溫度在鋼種液相線溫度以上30°C 100°C ; (5)精煉、合金化處理精煉及合金化過程中要進行氬氣攪拌； (6)連鑄采用全程保護澆注。
2.根據權利要求I所述的應用外加電場處理鋼液提高鋼材潔凈度的方法，其特征在于所述的擋渣處理是采用擋渣塞、擋渣球或是擋渣錐中的任意一種方式實現。
3.根據權利要求I所述的應用外加電場處理鋼液提高鋼材潔凈度的方法，其特征在于爐后造渣材料為白灰或其他富含氧化鈣的物質、鋁礬土或其他富含氧化鋁的物質、輕燒白云石或其他富含氧化鈣和氧化鎂的物質，造渣材料加入后形成的渣系組成為CaO :質量百分數為35% 50%，A1203 :質量百分數為40% 45%，MgO :質量百分數為7% 10%，Si02 質量百分數為<3%，Fe0 :質量百分數為O. 1% 5%，Fe203 :質量百分數為O. 1% 1%，其他為不可避免的雜質。
4.根據權利要求I所述的應用外加電場處理鋼液提高鋼材潔凈度的方法，其特征在于所述造渣材料為一次或多次加入鋼液，加入方式是由料倉下料或人工投入。
5.根據權利要求I所述的應用外加電場處理鋼液提高鋼材潔凈度的方法，其特征在于所述的造渣材料的總體用量控制在3 IOKg/噸鋼。
6.根據權利要求I所述的應用外加電場處理鋼液提高鋼材潔凈度的方法，其特征在于所述的外加電場處理參數控制在電壓U在5 100V，電流I在100 2000A，電場處理時間控制在5 30min。
7.根據權利要求I所述的應用外加電場處理鋼液提高鋼材潔凈度的方法，其特征在于所述的在外加電場脫氧處理過程中的底吹氣體攪拌，底吹氣體是Ar或N2或這兩種氣體的混合氣體，氣體的流量控制在10 200NL/min。
8.根據權利要求I所述的應用外加電場處理鋼液提高鋼材潔凈度的方法，其特征在于所述的熔渣頂部通入的保護氣體是Ar或N2或這兩種氣體的混合氣體，氣體的流量控制在I 50NL/mino
9.根據權利要求I所述的應用外加電場處理鋼液提高鋼材潔凈度的方法，其特征在于所述的抗氧劑加入量控制在O. I Ikg/噸鋼。
10.根據權利要求I所述的應用外加電場處理鋼液提高鋼材潔凈度的方法，其特征在于所述的精煉、合金化處理過程中的氬氣攪拌流量在I 100NL/min。
全文摘要
本發(fā)明公開一種應用外加電場處理鋼液提高鋼材潔凈度的方法，轉爐正常冶煉結束后，出鋼溫度控制在1600℃～1700℃，出鋼過程中不對鋼液進行脫氧處理，且出鋼過程中采用擋渣處理；出鋼過程中向鋼包里加入造渣材料；將鋼包運送至精煉工位，然后通過外加電場處理裝置向熔渣及鋼液體系施加穩(wěn)定的電場進行脫氧處理，脫氧過程中進行底吹氣體攪拌，加速鋼液的傳質速率，同時向鋼包內熔渣頂部通入保護氣體，脫氧結束后向鋼液中加入少量的控氧劑；在精煉爐對鋼液進行調溫處理以及攪拌處理，處理結束后鋼水溫度在鋼種液相線溫度以上30℃～100℃；精煉及合金化過程中要進行氬氣攪拌；連鑄采用全程保護澆注。
文檔編號C21C7/06GK102912081SQ20121040823
公開日2013年2月6日 申請日期2012年10月23日 優(yōu)先權日2012年10月23日
發(fā)明者賈吉祥, 廖相巍, 趙剛, 曹東, 李廣幫, 郭慶濤, 朱曉雷 申請人:鞍鋼股份有限公司