專利名稱：中間包中外加電場無污染脫氧精煉的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于冶金精煉工藝技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及煉鋼連鑄中間包冶金技術(shù)和純凈鋼 生產(chǎn)有關(guān)的中間包外加電場無污染脫氧精煉的方法。
背景技術(shù)：
冶煉過程中的脫氧操作是其中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的脫氧方法不可避免地引入大量 的非金屬夾雜物污染鋼液，嚴(yán)重影響鋼的質(zhì)量和性能。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，對鋼的質(zhì) 量要求越來越高，對夾雜物要求非常嚴(yán)格，特別是脫氧產(chǎn)物中的脆性夾雜物，極易導(dǎo)致產(chǎn)品 缺陷。降低甚至避免脫氧產(chǎn)物對鋼液的污染是降低鋼中全氧含量，提高產(chǎn)品表面和內(nèi)在質(zhì) 量的一個重要途徑。因此許多工作者致力于無污染脫氧方法的研究。外加電場無污染脫氧 即在冶煉過程中爐外無污染脫氧的新技術(shù)，其研究思路主要體現(xiàn)在一些專利文獻(xiàn)中，如公 開號為CN1453371A、CN101235430A等的中國發(fā)明專利。中間包是鋼的冶煉過程中最后一個耐火材料容器，是煉鋼生產(chǎn)流程的中間環(huán)節(jié)， 而且是由間歇操作轉(zhuǎn)向連續(xù)操作的銜接點。中間包作為冶金反應(yīng)容器是提高鋼產(chǎn)量和質(zhì)量 的重要環(huán)節(jié)，中間包的冶金作用受到了更多的注意。中間包冶金是一項特殊的爐外精煉技 術(shù)，是從鋼的熔煉和精煉到制成固態(tài)連鑄坯這個生產(chǎn)流程中保證獲得優(yōu)良鋼水質(zhì)量的關(guān)鍵 環(huán)節(jié)。通常鋼水在經(jīng)過二次精煉后，能獲得高質(zhì)量的鋼水，特別是高的鋼水純凈度。然 而，總有一部分雜質(zhì)無法出去，另外在鋼水從鋼包流入中間包的過程中，因與空氣發(fā)生氧化 作用，會提高鋼水中的氧含量，并進(jìn)一步生成夾雜物，如氧化物夾雜，鋼水在中間包中也容 易進(jìn)一步增加夾雜含量。應(yīng)該盡可能使鋼中非金屬夾雜物的顆粒在鋼處于液態(tài)時排除掉， 并盡可能防止鋼液吸收空氣以及耐火材料的氧，避免二次氧化，才能滿足純凈鋼的品質(zhì)要 求。因此，目前通常采用各種方法在中間包內(nèi)去除鋼水中的雜質(zhì)，主要有加大中間包的有效 容積、設(shè)置控流裝置(壩、堰等)、使用過濾器、抑湍器等方式，通過改變鋼流在中間包內(nèi)的 流動形式，延長平均停留時間，使夾雜物充分上浮來達(dá)到去除的目的，另外，擋墻、堰或隔板 可由能夠吸收夾雜物顆粒的耐火材料制成。另外采用中間包覆蓋劑，這種中間包覆蓋渣層 既可以保溫，防止鋼液二次氧化，還可以去除夾雜物。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供中間包外加電場無污染脫氧精煉的方法，在滿足絕熱保 溫、防止鋼液二次氧化和吸收鋼液面上浮的非金屬夾雜物等中間包覆蓋劑常規(guī)功能的同 時，更側(cè)重其冶金效果，即進(jìn)一步去除中間包內(nèi)鋼水中的游離氧，有效降低中間包鋼水中的 全氧，有效防止中間包內(nèi)鋼水二次氧化，減輕覆蓋劑對耐火材料的侵蝕程度，提高鋼水的清 潔度，進(jìn)而改善鑄坯質(zhì)量，得到優(yōu)質(zhì)純凈鋼。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是中間包外加電場無污染脫氧精煉的方法，其特征在于在中間包中，以覆蓋渣作為電解質(zhì)，以插入覆蓋渣的電極為陽極，以鋼液為陰極，鋼液通過插入其中的陰極導(dǎo)線與電源 連接；由外加直流電源施加直流脈沖電場，在鋼液和覆蓋渣陽極之間形成電場，通過控制直 流電源的電流值和電壓值，以及覆蓋渣的成分，來控制氧離子在熔渣體系中的傳導(dǎo)方向和 速度以及增強(qiáng)溶解氧在鋼液中的傳質(zhì)，從而實現(xiàn)鋼液的無污染脫氧，凈化鋼液的目的。根據(jù)電化學(xué)原理，在脫氧過程中，氧原子在金屬液/熔渣界面發(fā)生陰極反應(yīng)，使金 屬液/熔渣界面積累正電荷；在熔渣/陽極接觸界面發(fā)生陽極反應(yīng)，使熔渣/陽極的接觸界 面積累負(fù)電荷，從而產(chǎn)生阻礙電場。通過外加電場，從而克服阻礙電場，使氧離子不斷地向 渣中遷移，脫氧過程持續(xù)下去，直到平衡為止。

所述的陽極為高溫陶瓷、耐高溫金屬或合金、石墨，也可以是高溫冷卻電極，形狀 為圓棒或平板；所述的陰極導(dǎo)線為高溫陶瓷，耐高溫金屬或合金，也可以是高溫冷卻電極， 其形狀為圓棒或平板；電極可制作成致密結(jié)構(gòu)，也可以是多孔疏松結(jié)構(gòu)。所述的外加直流電源的輸出電壓為0. 1 15V的恒壓電源，或者輸出電流為 0. 1 500A的恒流電源；脈沖頻率為0 ΙΟΟΚΗζ，該電源具有短路跳閘控制裝置。所述的覆蓋渣可以是酸性渣，也可以是堿性渣；具有良好的穩(wěn)定性和高氧離子電 導(dǎo)率，對中間包的包襯侵蝕小，良好的保溫性能和吸收夾雜的能力。如果增加對中間包的攪拌，那么會極大的促進(jìn)溶解氧在鋼液中的傳質(zhì)，提高脫氧 效率。當(dāng)然攪拌不是必須的，因為一些中間包沒有攪拌功能，這種方法仍然適用。當(dāng)有必 要采取攪拌時可以是吹氣攪拌，也可以是電磁攪拌；吹氣攪拌裝置吹入的氣體為氮氣或氬 氣等惰性氣體；吹氣裝置的位置除了設(shè)置在包體的側(cè)壁外，也可以設(shè)置在包體的底部位置； 通過多孔磚或多孔氣管吹入微小氣泡。在外加電場的作用下，促使鋼液中的氧以離子態(tài)進(jìn)入渣層，傳遞至陽極并反應(yīng)析 出，達(dá)到脫氧的目的。根據(jù)電化學(xué)原理，當(dāng)不同的相如金屬液A與熔渣B接觸時，就有帶電粒子(離子、 電子等)在此兩相之間發(fā)生遷移。例如，渣相的氧位低于金屬相時，帶負(fù)電荷的氧離子向渣 相轉(zhuǎn)移，熔渣界面就出現(xiàn)了過剩的負(fù)電荷，而金屬液界面就具有與轉(zhuǎn)移質(zhì)點所帶電荷相反 的電荷，即正電荷。因此金屬液A界面的電位比熔渣B界面的電位正，這種靜電作用將阻礙 金屬液的氧離子繼續(xù)向熔渣中轉(zhuǎn)移，于是建立了動態(tài)的電化學(xué)平衡，如圖2，C為外部氣氛。如果在渣金間施加一定方向的直流電場，就可以控制氧離子在體系的遷移方向， 使其從金屬液界面中向渣相中遷移，從而達(dá)到脫氧的目的。根據(jù)法拉第定律，在渣金間外加 直流電場以后，熔渣中要有電流通過，表現(xiàn)為渣中陰陽離子分別向正負(fù)極移動，并且在相應(yīng) 的兩相界面發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)。步驟如下1、鋼液中的氧向鋼液/熔渣界面擴(kuò)散
melt
melt/slag2、氧原子在鋼液/熔渣界面發(fā)生陰極反應(yīng)
fflelt/slag+2e - (02_)
melt/slag3、氧離子在電場的作用下，在熔渣體系中向熔渣/陽極界面遷移(02_) fflelt/
slag(0 ) slag/anode4、在熔渣/電極接觸界面發(fā)生陽極反應(yīng)
權(quán)利要求
1.中間包外加電場無污染脫氧精煉的方法，其特征在于在中間包中，以覆蓋渣作為 電解質(zhì)，以插入覆蓋渣的電極為陽極，以鋼液為陰極，鋼液通過插入其中的陰極導(dǎo)線與電源 連接；由外加直流電源施加直流脈沖電場，在鋼液和覆蓋渣陽極之間形成電場，通過控制直 流電源的電流值和電壓值，以及覆蓋渣的成分，來控制氧離子在熔渣體系中的傳導(dǎo)方向和 速度以及增強(qiáng)溶解氧在鋼液中的傳質(zhì)，從而實現(xiàn)鋼液的無污染脫氧，凈化鋼液的目的。
2.如權(quán)利要求1所述的中間包外加電場無污染脫氧精煉的方法，其特征在于所述的 陽極為高溫陶瓷、耐高溫金屬或合金、石墨，也可以是高溫冷卻電極。
3.如權(quán)利要求1所述的中間包外加電場無污染脫氧精煉的方法，其特征在于所述的 陽極形狀為圓棒或平板。
4.如權(quán)利要求1所述的中間包外加電場無污染脫氧精煉的方法，其特征在于所述的 插入鋼液的陰極導(dǎo)線為高溫陶瓷、耐高溫金屬或合金，也可以是高溫冷卻電極；其形狀為圓 棒或平板；電極可制作成致密結(jié)構(gòu)，也可以是多孔疏松結(jié)構(gòu)。
5.如權(quán)利要求1所述的中間包外加電場無污染脫氧精煉的方法，其特征在于所述的 外加直流電源的輸出電壓為0. 1 15V的恒壓電源，或者輸出電流為0. 1 500A的恒流電 源，脈沖頻率為0 IOOKHz。
6.如權(quán)利要求1所述的中間包外加電場無污染脫氧精煉的方法，其特征在于所述的 覆蓋渣可以是酸性渣，也可以是堿性渣；具有良好的穩(wěn)定性和高氧離子電導(dǎo)率，對中間包的 包襯侵蝕小，良好的保溫性能和吸收夾雜的能力。
7.如權(quán)利要求1所述的中間包外加電場無污染脫氧精煉的方法，其特征在于精煉過 程中還可以對中間包采取攪拌，攪拌可以是吹氣攪拌，也可以是電磁攪拌。
8.如權(quán)利要求7所述的中間包外加電場無污染脫氧精煉的方法，其特征在于吹氣攪 拌的氣體為氮氣或氬氣。
9.如權(quán)利要求7所述的中間包外加電場無污染脫氧精煉的方法，其特征在于吹氣攪 拌的裝置的位置設(shè)置在包體的側(cè)壁外，或在包體的底部位置，通過多孔磚或多孔氣管吹入 氣泡。
全文摘要
中間包中外加電場無污染脫氧精煉的方法，在中間包中以覆蓋渣作為電解質(zhì)，作為鋼液內(nèi)的溶解氧向外傳輸?shù)耐ǖ馈Ｒ圆迦敫采w渣的電極為陽極，以鋼液為陰極，由外加直流電源施加直流脈沖電場，通過控制直流電源的電流值和電壓值，以及覆蓋渣的成分，來控制氧離子在熔渣體系中的傳導(dǎo)方向和速度以及增強(qiáng)溶解氧在鋼液中的傳質(zhì)，從而實現(xiàn)鋼液的無污染脫氧精煉。本發(fā)明具有工藝簡單、操作方便，且脫氧快速有效等優(yōu)點，可顯著提高連鑄坯的清潔度。
文檔編號C21C7/06GK102140565SQ201010103378
公開日2011年8月3日 申請日期2010年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月29日
發(fā)明者劉恭源, 張捷宇, 揭暢, 沈建國, 王波, 胡漢濤, 許繼芳, 陳兆平, 黃宗澤 申請人:上海大學(xué), 寶山鋼鐵股份有限公司