專利名稱：同時進行通氦攪拌的熔融金屬的真空處理的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在對液態(tài)熔融金屬，例如鋼，進行真空處理的方法。
當(dāng)離開轉(zhuǎn)爐時，沸騰鋼一般必須進行各種附加的冶金操作，這些冶金操作在帶有真空裝置的鋼包內(nèi)進行。這些操作一般包括在通過連鑄或澆注在鑄模中使金屬凝固之前，對液態(tài)金屬進行脫氧以及，然后，設(shè)定熔融金屬的等級和溫度。對于某些要求溶解氣體(氫和氮)和/或碳的含量低的應(yīng)用場合而言，需進行稱作脫氣的處理，通過降低與液態(tài)金屬接觸的氣氛的壓力能夠極大改善脫氣處理的有效性。
例如，對于脫碳處理，當(dāng)鋼的組成與熔融鋼液上方的壓力適當(dāng)組合時，通過氧與鋼液中溶解的碳結(jié)合形成氣態(tài)一氧化碳，來實現(xiàn)鋼液的脫碳。對液態(tài)金屬進行攪拌有助于所述脫碳處理，所述攪拌例如通過從盛鋼包底部向鋼液中注入惰性氣體，通常是氬氣來進行。
為了正確地進行脫碳，例如脫氣，有效攪拌是必不可少的，因為鋼液上方產(chǎn)生的部分真空僅僅對鋼液上部的一小層鋼起作用。因此，為了確保獲得所要求的整體性能，必須向該反應(yīng)區(qū)持續(xù)提供下方的鋼液，這同樣也適應(yīng)于脫氫或脫氮處理。
然而，攪拌鋼液通常會攪動覆蓋爐渣的鋼液表面。當(dāng)盛鋼包處于真空下時，這種攪動進一步惡化。所述攪動可能會引起鋼液和爐渣向盛鋼包壁、待處理的盛鋼包所處的罩或者容器處噴濺。為了限制這種噴濺并且防止金屬液和上層爐渣濺出，操作人員必須在靜態(tài)鋼液表面與盛鋼包上沿之間維持一個安全距離，此距離被稱作安全高度。因此，該安全高度意味著冶金盛鋼包的填充水平必須低于其名義值。
否則，操作人員不得不限制攪拌速率，或者甚至略去這種攪拌，以便限制表面發(fā)生攪動，這可能會直接導(dǎo)致所獲得的鋼的質(zhì)量下降。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種對較大量金屬液進行盛鋼包內(nèi)真空處理，同時又能保證這種處理正確進行的方法。
為此，本發(fā)明的目標(biāo)是一種對液態(tài)熔融金屬進行真空處理的方法，該方法包括如下步驟-將液態(tài)熔融金屬加入冶金盛鋼包內(nèi)，填充所述盛鋼包直至達到0.4-0.6m的安全高度；-通過在所述盛鋼包上方形成部分真空并且同時通過從所述盛鋼包底部通入氦氣對熔融金屬進行攪拌，來對所述金屬進行處理，所述通氦攪拌在所述處理的一部分或者整個過程中進行。
而且，本發(fā)明可以具有下述特性-所述處理是對鋼進行的脫碳處理；-處理后的金屬是脫碳處理后其含碳量低于60ppm的鋼；-所述處理是對鋼進行的去氫處理；-所述處理是對鋼進行的脫氮處理；-每噸熔融金屬中通入的氦氣流量大于或者等于1.875Sl/min；-氦氣通過盛鋼包壁注入，所述盛鋼包壁安裝有位于金屬液面以下的氣體噴嘴；以及-氦氣通過盛鋼包底部注入，所述盛鋼包底部安裝有氣體噴嘴。
將會了解到，本發(fā)明在于同時將氦氣用作攪拌氣體和比通常實際情形使用更低的安全高度。
這是因為，本發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)使用氦氣而不是氬氣或氮氣作為攪拌氣體，能夠非常顯著地減少液態(tài)金屬表面的攪動現(xiàn)象，從而能夠降低安全高度并且因此提高盛鋼包填充金屬液的程度，結(jié)果使生產(chǎn)率顯著提高。
現(xiàn)在，就鋼液在真空室內(nèi)的脫碳而言，分別對現(xiàn)有技術(shù)方法的實例和本實施發(fā)明方法的實例進行介紹。
現(xiàn)有技術(shù)中，熔融金屬，例如鋼，的真空處理的實施過程為首先填充冶金盛鋼包，直至達到通常為0.6-1m的安全高度，然后，在盛鋼包內(nèi)產(chǎn)生真空，將氬氣或氮氣同時通入盛鋼包，以便對鋼液進行攪拌。
本實例中使用的盛鋼包基本為圓柱形，整個高度為4.4m，最大容量為300噸鋼，將安全高度設(shè)置為0.8m，則每個盛鋼包一般可以處理240噸鋼，所使用的氣體噴嘴包括三個嵌入盛鋼包底部的多孔柱塞(plug)。每個所述多孔柱塞均被設(shè)計成能夠提供600Sl/min的最大氣體流量(1Sl＝在標(biāo)準(zhǔn)溫度和壓力條件下的1升)。
當(dāng)盛有鋼液的盛鋼包置于逐漸產(chǎn)生部分真空的處理室內(nèi)時，在盛鋼包中金屬液上層會釋放出CO，此時，處理室內(nèi)的壓力水平與跟金屬中溶解的碳和氧的活度平衡的CO壓力相當(dāng)。由于部分真空作用，自發(fā)沸騰引起的CO排放速率相當(dāng)高，會導(dǎo)致盛鋼包中金屬液面上升并且形成金屬噴濺。由于CO的這種排放，如果初始安全高度為0.8m，必須將每個多孔柱塞的攪拌速率典型地限制為50-80Sl/min，即通入惰性氣體的總流量為0.625-1Sl/t/min。
當(dāng)由于金屬中碳含量的減少而使CO排放速率下降時，一般要增加攪拌氣體的流量，這發(fā)生在所謂的低壓階段期間，該階段中，裝有盛鋼包的處理室中的壓力低于10mbar，典型地為1mbar量級，每個多孔部件進入的氣體流量典型為200Sl/min，即進入盛鋼包的氬氣或氮氣的總流量為每噸鋼2.5Sl/min。
在這些條件下，由于CO沸騰以及攪拌氣體的綜合作用而產(chǎn)生的鋼液表面的攪動程度和鋼液噴濺速率在整個處理過程中仍是容許的。
如果將安全高度降低至0.4-0.6m，并且同時通入氬氣或氮氣，則必須使惰性氣體的通入流量顯著低于標(biāo)準(zhǔn)安全高度時規(guī)定的流量，這會導(dǎo)致在同樣真空處理時間內(nèi)脫碳性能的下降。對于鋼脫碳而言，這會導(dǎo)致鋼的不充分脫碳，并且因此不適合于預(yù)期用途。
在與剛剛介紹的現(xiàn)有技術(shù)實例類似的盛鋼包中，采用根據(jù)本發(fā)明的方法對240噸的鋼液進行真空處理，但是在與上述相同的條件下通入的是氦氣。在產(chǎn)生真空步驟期間，每個多孔柱塞通入的氦流量為150Sl/min，即總計為1.875Sl/t/min。當(dāng)盛鋼包處于1mbar或更低的真空下時，每個柱塞的氦速增加至200Sl/min，即總流量為2.5Sl/t/min。
令人驚奇地，已發(fā)現(xiàn)鋼液表面的攪動程度下降。鋼液向盛鋼包壁的噴濺程度因此也下降，從而允許將盛鋼包填充直至安全高度為0.4-0.6m。因此，在與通氬或通氮具有同樣的冶金性能和同樣安全條件的一次操作中，能夠多處理20噸的鋼液，從而使生產(chǎn)率提高約10％。
另外，所述處理可以在有效工作時間期間實施并完成，從而能夠獲得與指定特性相符合的鋼。
當(dāng)然，可以采用任何類型的噴嘴，例如，特別是至少一個嵌入盛鋼包底部的多孔柱塞，或者至少一個直接浸入金屬液的噴槍，將所述氣體送入金屬液中。
根據(jù)本發(fā)明的方法尤其更合適于對鋼進行真空脫碳處理，以使鋼的最終碳含量低于60ppm。但是，所述方法可以在要求進行攪拌并且要求滿足安全高度的任何真空冶金方法中使用。
權(quán)利要求
1.液態(tài)熔融金屬的真空處理方法，其包括下述步驟-將液態(tài)熔融金屬裝入冶金盛鋼包內(nèi)，填充所述盛鋼包直至安全高度達到0.4-0.6m；-通過在所述盛鋼包上方形成部分真空并且同時通過從所述盛鋼包底部通入氦氣對熔融金屬進行攪拌，來對所述金屬進行處理，所述通氦攪拌在所述處理過程的一部分或者整個過程中進行。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于所述處理是對鋼進行的脫碳處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其特征在于所述鋼在脫碳之后的含碳量低于60ppm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于所述處理是對鋼進行的去氫處理。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于所述處理是對鋼進行的脫氦處理。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中之任何一項的方法，其特征在于每噸熔融金屬通入的氦氣流量大于或等于1.875Sl/min。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中之任何一項的方法，其特征在于所述氦氣通過盛鋼包壁進入，所述盛鋼包壁安裝有位于金屬液面以下的氣體噴嘴。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其特征在于所述氦氣通過盛鋼包底部進入，所述盛鋼包底部安裝有氣體噴嘴。
全文摘要
本發(fā)明涉及液態(tài)鑄造金屬的真空處理方法，其包括下述步驟將液態(tài)鑄造金屬加入冶金盛鋼包內(nèi)，填充所述盛鋼包直至安全高度達到0.4－0.6m；當(dāng)在所述盛鋼包上方形成真空并且同時通過從所述盛鋼包底部通入氦氣對鑄造金屬進行攪拌時，對所述金屬進行處理，所述通氮攪拌在所述處理過程的一部分或者整個過程中進行。
文檔編號F27D25/00GK1420938SQ01807410
公開日2003年5月28日 申請日期2001年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2000年3月29日
發(fā)明者F·斯多溫諾特, M·伯蒂, J－F·多姆金, P·加丁, D·維阿勒, R·萊茨, F·萊可勒克 申請人:于西納公司