專利名稱：鋼液外加電場無污染脫氧精煉裝置及其應(yīng)用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于煉鋼技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種鋼液外加電場無污染脫氧裝置及用其進 行鋼液無污染脫氧的方法。
背景技術(shù)：
鋼液脫氧是鋼液精煉的重要任務(wù)。目前全世界大多數(shù)鋼鐵企業(yè)常用的脫氧方法主 要是利用脫氧劑直接脫氧，這其中以鋁脫氧劑為主。而使用脫氧劑脫氧最大的問題在于脫 氧反應(yīng)的反應(yīng)物和生成物全部處在鋼液中，對鋼液造成污染，給連鑄和軋制帶來一系列的 問題，最終鋼材的性能也會受到影響。隨著人們對鋼的潔凈度的要求越來越高，傳統(tǒng)的脫氧 方法已無法滿足人們的要求。因此需要找到新的脫氧方法，降低甚至避免脫氧產(chǎn)物對鋼液 的污染。冶金工作者嘗試了電化學(xué)脫氧方法來進行金屬液的脫氧。公開號為CN1215759A、 CN1187542A和CN1335413A等中國專利文獻中介紹了利用固體電解質(zhì)為傳導(dǎo)介質(zhì)的脫氧方 法，雖然這些方法有無污染、脫氧速度快等優(yōu)點，但是也存在設(shè)備復(fù)雜、成本較高、不易在現(xiàn) 場推廣等問題。在這樣的背景下，針對已有工藝存在的問題，在固體電解質(zhì)無污染脫氧的基礎(chǔ)上， 又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(zhì)，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(dǎo)方向和速度，從而 實現(xiàn)金屬液的無污染脫氧。其研究思路體現(xiàn)在一些專利文獻中，如公開號為CN1453371A、 CN101235430A 和 CN101457276A 等的中國專利。公開號為CN101235430A的中國專利通過插入熔渣的頂陽極和置于鋼液或金屬液 中的底陰極，由外加直流電源施加電場，從而實現(xiàn)鋼液或金屬液的無污染脫氧精煉。這種方 法對于電極的選擇比較苛刻，電極工作的環(huán)境往往是高溫和高腐蝕性介質(zhì)。常用的電極材 料包括金屬材料，碳素材料和陶瓷材料。金屬材料存在容易被熔侵蝕，耐高溫金屬價格昂 貴。碳陽極本身具有固有缺點不斷消耗，經(jīng)常更換，污染環(huán)境等等。特別是冶煉超低碳鋼 時，碳素陽極材料中的灰分雜質(zhì)可進入到電解質(zhì)中，污染鋼液質(zhì)量，給鋼液增碳。只能采用 惰性陽極，而氧在惰性陽極析出氧氣，電極表面被大量陽極氣體覆蓋，在陽極和熔渣之間積 聚一層氣網(wǎng)膜，妨礙熔渣對電極的潤濕，堵塞電流通道，形成陽極效應(yīng)，制約了脫氧效率的 進一步提高。公開號為CN101457276A的中國專利以插入熔渣的脫氣空腔電極為陽極，以鋼液 或金屬液為陰極，由外加直流電源在鋼液或金屬液和熔渣陽極之間形成電場，來控制氧離 子在熔渣體系中的傳導(dǎo)及溶解氧在鋼液中的傳質(zhì)。這種方法所使用的惰性陽極系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù) 雜，且此方法需要獨立的精煉設(shè)備，投資成本高，延長精煉周期，降低了生產(chǎn)效率，不宜在現(xiàn) 場推廣應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種能向熔渣與電極接觸區(qū)域 吹入保護氣體來降低該區(qū)域氧分壓的高效鋼液外加電場無污染脫氧精煉裝置及其使用方法。本發(fā)明上這樣實現(xiàn)的該鋼液外加電場無污染脫氧精煉裝置包括鋼包爐體、鋼液、 熔渣、底吹透氣磚和由陽極、陰極以及直流電源組成的電場發(fā)生裝置，陽極和熔渣接觸，陰 極和鋼液接觸，其特征在于所述的陽極安裝在可升降機構(gòu)上，在陽極和熔渣接觸區(qū)域的上 方設(shè)有環(huán)形保護氣體氣縫或由若干個小孔構(gòu)成的環(huán)形保護氣體氣孔，其進氣孔由金屬管引 出與供氣系統(tǒng)相連接。本發(fā)明鋼液外加電場無污染脫氧精煉裝置所述的精煉裝置可以是RH精煉裝置或 CAS-OB精煉裝置，所述的陽極鑲嵌安裝在可升降的RH循環(huán)管上部的外周表面上，或者鑲嵌 安裝在可升降的隔離罩上部的外周表面上，通過導(dǎo)線與直流電源的正極相連；所述的陰極 安裝在鋼包爐體的底部表面上，也可以安裝在可升降的RH循環(huán)管下部的外周表面上，或者 安裝在可升降的隔離罩下部的外周表面上，與陽極分開，通過導(dǎo)線與直流電源的負極相連。本發(fā)明鋼液外加電場無污染脫氧精煉裝置所述的保護氣體可以是Ar氣或N2以及 其它可用惰性氣體。所述的陽極由金屬導(dǎo)電陶瓷材料構(gòu)成；所述的陰極由高溫陶瓷、耐高溫 金屬、或與鋼液成分相近的自耗電極構(gòu)成。本發(fā)明鋼液外加電場無污染脫氧精煉裝置的應(yīng)用方法主要包括以下步驟1)將 鋼液裝入鋼包爐體中，控制渣料的加入量，使其熔化后厚度為30 150mm，渣料中FeO的含 量重量百分比應(yīng)小于5%; 根據(jù)熔渣厚度控制可升降機構(gòu)的下降深度，保證陽極和熔渣接 觸而不和鋼液接觸，陰極和鋼液接觸而不和熔渣接觸；3)由外加直流電源通過插入熔渣的 陽極和置于鋼液中的陰極，施加一直流電壓為55 80V，電流為0. 1 50A的電場；同時， 對鋼液進行弱底吹氣體攪拌，底吹氣體流量為1 lOONL/min ·噸鋼；并通過環(huán)形保護氣體 氣縫或由若干個小孔構(gòu)成的環(huán)形保護氣體氣孔向熔渣與陽極接觸的區(qū)域吹入保護氣體，保 護氣體流量為1 50NL/min ·噸鋼。本發(fā)明的原理或機理本發(fā)明的原理是根據(jù)電化學(xué)原理，在脫氧過程中，鋼液或金屬液中的溶解氧(氧 原子)在鋼液或金屬液-熔渣界面發(fā)生陰極反應(yīng)，解離為氧離子，同時使鋼液-熔渣界面積 累正電荷；氧離子在化學(xué)勢梯度的作用下，通過熔渣，遷移到熔渣-陽極接觸界面，在界面 發(fā)生陽極反應(yīng)，生成A氣體，同時使熔渣-陽極的接觸界面積累負電荷，從而產(chǎn)生阻礙氧離 子遷移的電場。通過外加反向電場，從而克服阻礙電場，使氧離子不斷地向渣中遷移，氧離 子并在惰性陽極上生成α氣體。通過位于陽極上方的環(huán)形保護氣體氣縫或由若干個小孔 構(gòu)成的環(huán)形保護氣體氣孔向熔渣與陽極接觸的區(qū)域吹入保護氣體可降低熔渣與陽極接觸 區(qū)域的氧分壓，提高脫氧效率。本發(fā)明的有益效果是不需要加入常規(guī)的金屬或復(fù)合合金脫氧劑，脫氧過程不會 生成任何脫氧夾雜，同時改善環(huán)境污染；與已有渣金間外加直流電場脫氧法相比，向熔渣和 陽極接觸區(qū)域通入保護氣體可降低熔渣與陽極接觸區(qū)域的氧分壓，加速氧離子在熔渣體系 中的傳導(dǎo)速度，促進氧在陽極的電化學(xué)反應(yīng)以及氧氣在熔渣中的排除，從而提高脫氧效率。 本發(fā)明精煉裝置設(shè)計合理，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，成本低廉，鋼水脫氧率可達70%以上；本 發(fā)明無需增加單獨的精煉工位，無需延長精煉處理時間，只需在現(xiàn)有精煉設(shè)備的基礎(chǔ)上配
4以簡單的設(shè)備即可達到低成本，快速，無污染地對鋼液進行脫氧的目的。本發(fā)明技術(shù)適合單 獨精煉爐的無污染脫氧工藝，特別適于在30 350噸鋼包的精煉設(shè)施上推廣應(yīng)用。


圖1為本發(fā)明無污染脫氧精煉裝置實施例1 (RH裝置)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明無污染脫氧精煉裝置實施例2(CAS_0B裝置)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1為RH真空室，2為環(huán)形保護氣體氣孔，3為陽極，4為熔渣，5為RH循環(huán)管，6 為鋼包爐體，7為鋼液，8為陰極，9為底吹透氣磚，10為直流電源，11為頂槍，12為隔離罩。
具體實施例方式下面通過實施例對本發(fā)明作進一步的描述。實施例1 本實施例是在模擬RH精煉裝置的多功能實驗爐上實現(xiàn)鋼液外加電場無污染脫氧 的。從圖1可以看到，該RH精煉裝置主要由RH真空室1、環(huán)形保護氣體氣孔2、陽極3、熔渣 4、RH循環(huán)管5、鋼包爐體6、鋼液7、陰極8、底吹透氣磚9和直流電源10所組成。本實施例 將RH循環(huán)管5作為安裝陽極3的可升降機構(gòu)。在RH循環(huán)管5的外周表面上鑲嵌安裝一圈 鉬金屬陶瓷作為陽極3，通過導(dǎo)線與外部直流電源10的正極相連。陰極8由金屬鉬制作， 安裝在鋼包爐體6的底部表面上，通過導(dǎo)線與外部直流電源10的負極相連。在陽極3上方 RH循環(huán)管5的外周設(shè)置有由8個沿圓周對稱分布的小孔構(gòu)成的環(huán)形保護氣體氣孔2，保護 氣體氣孔2的進氣孔由金屬管引出與供氣系統(tǒng)相連接。使用時，將廢鋼350 400Kg加入到模擬RH精煉裝置的多功能實驗爐中，待廢鋼 完全熔化后向鋼液加入渣料，每IOOKg鋼液里渣料加入量控制在2 10Kg，待渣料完全熔 化后，測定熔渣4厚度，熔渣4厚度最好控制在30 150mm。等熔渣4和鋼液7反應(yīng)平衡 后，對鋼水進行測溫定氧處理。然后降下模擬用RH循環(huán)管5，根據(jù)熔渣4的厚度控制RH循 環(huán)管5的下降深度，以保證RH循環(huán)管5上的陽極3和熔渣4接觸而不和鋼液7接觸。然后 由外部直流電源10通過插入熔渣4的陽極3和置于鋼液7中的陰極8，施加一直流電壓為 55 80V，電流為0. 1 50A的電場。在施加電場的過程中要對鋼液7進行弱底吹氬氣攪 拌，以增強溶解氧在鋼液中的傳質(zhì)，同時控制底吹氬氣流量為1 15NL/min ·噸鋼，以防止 底吹氣體流量過大吹破渣層而導(dǎo)致鋼水吸氧。在施加電場的過程中還要通過位于陽極3上 方的環(huán)形保護氣體氣孔2通入氬氣，用來降低熔渣4與陽極3接觸區(qū)域的氧分壓，以加速氧 離子在熔渣體系中的傳導(dǎo)速度。保護氣體氬氣的流量控制在1 lONL/min ·噸鋼，以防止 保護氣體流量過大吹破渣層而導(dǎo)致鋼水吸氧。
具體實施方式
及效果見表1。表1本發(fā)明實施例1外加電場無污染脫氧方式及效果
權(quán)利要求
1.一種鋼液外加電場無污染脫氧精煉裝置，包括鋼包爐體、鋼液、熔渣、底吹透氣磚和 由陽極、陰極以及直流電源組成的電場發(fā)生裝置，陽極和熔渣接觸，陰極和鋼液接觸，其特 征在于所述的陽極安裝在可升降機構(gòu)上，在陽極和熔渣接觸區(qū)域的上方設(shè)有環(huán)形保護氣體 氣縫或由若干個小孔構(gòu)成的環(huán)形保護氣體氣孔，其進氣孔由金屬管引出與供氣系統(tǒng)相連 接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼液外加電場無污染脫氧精煉裝置，其特征在于所述的精煉 裝置為RH精煉裝置，所述的陽極鑲嵌安裝在可升降的RH循環(huán)管上部的外周表面上，通過導(dǎo) 線與直流電源的正極相連；所述的陰極安裝在鋼包爐體的底部表面上，通過導(dǎo)線與直流電 源的負極相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼液外加電場無污染脫氧精煉裝置，其特征在于所述的精煉 裝置為CAS-OB精煉裝置，所述的陽極鑲嵌安裝在可升降的隔離罩上部的外周表面上，通過 導(dǎo)線與直流電源的正極相連；所述的陰極安裝在鋼包爐體的底部表面上，通過導(dǎo)線與直流 電源的負極相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼液外加電場無污染脫氧精煉裝置，其特征在于所述的保護 氣體為Ar氣或N2以及其它可用惰性氣體。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的鋼液外加電場無污染脫氧精煉裝置，其特征在于所述的 陽極由金屬導(dǎo)電陶瓷材料構(gòu)成，所述的陰極由高溫陶瓷、耐高溫金屬、或與鋼液成分相近的 自耗電極構(gòu)成。
6.一種權(quán)利要求1、2、3、4或5所述無污染脫氧精煉裝置的應(yīng)用方法，其特征在于包括 以下步驟1)將鋼液裝入鋼包爐體中，控制渣料的加入量，使其熔化后厚度為30 150mm ； 2)根據(jù)熔渣厚度控制可升降機構(gòu)的下降深度，保證陽極和熔渣接觸而不和鋼液接觸，陰極 和鋼液接觸；3)由外加直流電源通過插入熔渣的陽極和置于鋼液中的陰極，施加一直流電 壓為55 80V，電流為0. 1 50A的電場；同時，對鋼液進行弱底吹氣體攪拌；并通過環(huán)形 保護氣體氣縫或由若干個小孔構(gòu)成的環(huán)形保護氣體氣孔向熔渣與陽極接觸的區(qū)域吹入保 護氣體。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的無污染脫氧精煉裝置的應(yīng)用方法，其特征在于所述底吹氣體 的流量為1 lOONL/min ·噸鋼；所述保護氣體的流量為1 50NL/min ·噸鋼。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的無污染脫氧精煉裝置的應(yīng)用方法，其特征在于所述渣料中 FeO的重量百分比小于5%。
全文摘要
本發(fā)明提供一種鋼液外加電場無污染脫氧精煉裝置及其應(yīng)用方法，裝置包括鋼包爐體、鋼液、熔渣、底吹透氣磚和由陽極、陰極及直流電源組成的電場發(fā)生裝置，陽極和熔渣接觸，陰極和鋼液接觸，所述的陽極安裝在可升降機構(gòu)上，在陽極和熔渣接觸區(qū)域的上方設(shè)有環(huán)形保護氣體氣縫。該方法包括裝入鋼液，控制熔渣厚度，下降可升降機構(gòu)使陽極和熔渣接觸，施加一直流電場，對鋼液進行弱底吹攪拌，并通過環(huán)形保護氣體氣縫向熔渣與陽極接觸的區(qū)域吹入保護氣體以降低熔渣與陽極接觸區(qū)域的氧分壓，提高脫氧效率，脫氧率可達70％以上，本發(fā)明只需在現(xiàn)有精煉裝置上配以簡單的設(shè)備即可達到低成本，快速、無污染對鋼液進行脫氧的目的。
文檔編號C21C7/06GK102146496SQ201010110070
公開日2011年8月10日 申請日期2010年2月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月8日
發(fā)明者萬雪峰, 劉宇, 唐復(fù)平, 廖相巍, 曹東, 李德剛, 溫鐵光, 王鵬, 賈吉祥, 趙剛 申請人:鞍鋼股份有限公司