一種超重力去除鋼水中非金屬夾雜物的方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種超重力去除鋼水中非金屬夾雜物的方法，屬于特殊條件下的鋼水潔凈化【技術(shù)領(lǐng)域】。在鋼鐵生產(chǎn)流程中煉鋼工序的出鋼過程，直接使用橢圓形鋼包替代普通鋼包承接鋼水，然后控制承載鋼水的橢圓形鋼包在水平方向上高速旋轉(zhuǎn)，通過離心旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的超重力實(shí)現(xiàn)鋼水中非金屬夾雜物的定向富集及去除。本發(fā)明用超重力技術(shù)實(shí)現(xiàn)了鋼水中不同尺寸、不同類型的非金屬夾雜物的定向富集及去除，顯著提高了鋼水的潔凈度，改善了鋼的強(qiáng)度、塑性、韌性等力學(xué)性能；同時(shí)本發(fā)明依托鋼鐵企業(yè)現(xiàn)有流程及裝備，能有效的減輕爐外精煉工序的壓力，縮短冶煉時(shí)間，加快全流程的生產(chǎn)節(jié)奏。
【專利說明】一種超重力去除鋼水中非金屬夾雜物的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于特殊條件下的鋼水潔凈化【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及到一種超重力去除鋼水中非金屬夾雜物的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鋼中的非金屬夾雜物通常指氧化物、硫化物、磷化物以及一些高熔點(diǎn)的氮化物等非金屬化合物，最顯著的特點(diǎn)是其在鋼中的存在狀態(tài)不受一般熱處理的顯著影響。氧化物夾雜包括單一的金屬氧化物、硅酸鹽、尖晶石和各種鈣鋁酸鹽；硫化物夾雜包括MnS、CaS等；磷化物夾雜包括CaP、BaP等還原脫磷產(chǎn)物；氮化物夾雜包括TiN、ZrN等，是鋼水從大氣中吸氮的產(chǎn)物。
[0003]鋼中非金屬夾雜物的來源一般包括內(nèi)生夾雜和外生夾雜兩類。內(nèi)生夾雜是由于煉鋼脫氧操作時(shí)，向鋼水中加入脫氧劑后形成的脫氧產(chǎn)物以及鋼水凝固引起的夾雜物析出；外生夾雜主要包括爐渣卷入鋼水形成的卷渣、鋼水與爐襯耐材接觸形成的侵蝕產(chǎn)物以及鐵合金等爐料帶入的夾雜等。鋼水中非金屬夾雜物的存在對(duì)鋼的強(qiáng)度、塑性、韌性、切削性能、疲勞性能、焊接性能等均有著不同程度的危害。
[0004]由于鋼中非金屬夾雜物對(duì)鋼材性能的種種危害，以及高品質(zhì)、高性能鋼種對(duì)鋼水純凈度的要求，國內(nèi)外科研工作者對(duì)鋼中非金屬夾雜物的控制進(jìn)行了大量的研究，經(jīng)過幾十年的探索和實(shí)踐，研發(fā)出了一系列的非金屬夾雜物控制理論、工藝及其設(shè)備。
[0005]目前，鋼中非金屬夾雜物的控制工藝主要包括以下方面:
[0006]鐵水預(yù)處理工序采用脫硫預(yù)處理或三脫預(yù)處理工藝來減少后續(xù)煉鋼工序的渣量以及渣鋼的氧化性。
[0007]煉鋼工序通過精確控制冶煉終點(diǎn)來控制鋼中氧含量，通過控制煉鋼爐下渣量來提高鋼水純凈度。
[0008]鋼包內(nèi)分別通過吹氧攪拌或靜置處理來促進(jìn)鋼水中夾雜物的聚集與上?。煌ㄟ^鋼包渣氧化性的控制或鋼包內(nèi)爐渣的改性處理來進(jìn)一步控制鋼水質(zhì)量。
[0009]鋼水爐外精煉工序采用RH真空處理工藝或LF+VD工藝來控制鋼水中的夾雜物。
[0010]連鑄工序分別采用保護(hù)澆注技術(shù)、中間包控流裝置、中間包覆蓋劑、堿性包襯、結(jié)晶器冶金技術(shù)來控制鋼水中夾雜物，提高鋼水純凈度；并在澆注過程中防止下渣和卷渣，防止鑄坯皮下氣孔產(chǎn)生。
[0011]近年來，國內(nèi)外科研工作者又開始對(duì)鋼中的夾雜物進(jìn)行變性處理，通過控制夾雜物的形態(tài)來降低其對(duì)鋼的性能的危害。如向鋼水中添加鈣、鈣系合金、稀土等。
[0012]綜上所述，目前鋼中非金屬夾雜物的控制貫穿于整個(gè)鋼鐵生產(chǎn)流程的各道工序，鋼水純凈度的提高依賴于全流程多種控制技術(shù)的共同作用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]本發(fā)明旨在目前鋼鐵生產(chǎn)流程的基礎(chǔ)上最大限度的提高鋼水的純凈度，提出一種超重力去除鋼水中非金屬夾雜物的方法。
[0014]為此，本發(fā)明的第一個(gè)目的在于提出一種超重力去除鋼水中非金屬夾雜物的方法，包括如下步驟:
[0015]步驟一、在鋼鐵生產(chǎn)流程中煉鋼工序的出鋼過程中，利用橢圓形鋼包(11)承接鋼水；
[0016]步驟二、將所述橢圓形鋼包吊運(yùn)至旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的鋼包支撐系統(tǒng)(12)上，通過電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)鋼包支撐系統(tǒng)(12)在旋轉(zhuǎn)平臺(tái)(14)上高速旋轉(zhuǎn)，鋼包支撐系統(tǒng)(12)帶動(dòng)橢圓形鋼包
(11)在水平方向上高速旋轉(zhuǎn)，對(duì)鋼水進(jìn)行超重力分離，通過離心旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的超重力實(shí)現(xiàn)鋼水中非金屬夾雜物的定向富集；
[0017]步驟三、待超重力分離完成后關(guān)閉電動(dòng)機(jī)，橢圓形鋼包停止旋轉(zhuǎn)，富集至鋼包中心區(qū)域的非金屬夾雜物聚集并上浮至鋼水上表面；然后將鋼包移出旋轉(zhuǎn)平臺(tái)，開啟橢圓形鋼包的下水口，使凈化后的鋼水經(jīng)橢圓形鋼包下水口流進(jìn)另一個(gè)容器，使聚集并上浮的所述非金屬夾雜物殘留在橢圓形鋼包內(nèi)，最終實(shí)現(xiàn)鋼水中非金屬夾雜物的去除。
[0018]優(yōu)選地，所述煉鋼工序可以是轉(zhuǎn)爐煉鋼工序、電爐煉鋼工序或爐外精煉工序。
[0019]優(yōu)選地，所述煉鋼工序可以是連鑄工序，所述出鋼過程位于中間包前或注錠前。
[0020]優(yōu)選地，步驟二中的超重力系數(shù)大于200g，鋼水溫度控制在1600°C以上；
[0021]優(yōu)選地，步驟二中的超重力系數(shù)大于400g。
[0022]優(yōu)選地，步驟二中`的超重力系數(shù)大于600g。
[0023]本發(fā)明還提供一種應(yīng)用于上述超重力去除鋼水中非金屬夾雜物的方法中的離心分離設(shè)備，其特征在于:所述離心分離設(shè)備包括橢圓形鋼包(11)、鋼包支撐系統(tǒng)(12)、軸承
(13)、旋轉(zhuǎn)平臺(tái)(14)、傳動(dòng)軸(15)、調(diào)速電動(dòng)機(jī)(16)、電動(dòng)機(jī)支撐系統(tǒng)(17)。承載鋼水的橢圓形鋼包(11)經(jīng)鋼包支撐系統(tǒng)(12)支撐，電動(dòng)機(jī)(16)通過連接的傳動(dòng)軸(15)驅(qū)動(dòng)鋼包支撐系統(tǒng)(12)在旋轉(zhuǎn)平臺(tái)(14)上高速旋轉(zhuǎn)，再由鋼包支撐系統(tǒng)(12)帶動(dòng)橢圓形鋼包(11)實(shí)現(xiàn)離心旋轉(zhuǎn)，通過離心旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的超重力實(shí)現(xiàn)鋼水中非金屬夾雜物的定向富集。
[0024]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:利用超重力技術(shù)實(shí)現(xiàn)了鋼水中不同尺寸、不同類型的非金屬夾雜物的定向富集及去除，顯著提高了鋼水的潔凈度，改善了鋼的強(qiáng)度、塑性、韌性等力學(xué)性能；同時(shí)本發(fā)明依托鋼鐵企業(yè)現(xiàn)有流程及裝備，能有效的減輕爐外精煉工序的壓力，縮短冶煉時(shí)間，加快全流程的生產(chǎn)節(jié)奏。經(jīng)試驗(yàn)證明本發(fā)明提供的方法處理鋼水，超重力分離后鋼水中各類非金屬夾雜物的數(shù)量可減少80%以上。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1為超重力去除鋼水中非金屬夾雜物過程示意圖。
[0026]圖2為超重力去除鋼水中非金屬夾雜物的離心分離設(shè)備示意圖。
[0027]其中，(I)-鋼水，(2)-非金屬夾雜物，(3)-非金屬夾雜物聚集相，(4)-凈化后鋼水。(11)-橢圓形鋼包，(12)-鋼包支撐系統(tǒng)，(13)-軸承，(14)-旋轉(zhuǎn)平臺(tái)，(15)-傳動(dòng)軸，(16)-調(diào)速電動(dòng)機(jī)，(17)-電動(dòng)機(jī)支撐系統(tǒng)。
【具體實(shí)施方式】
[0028]本發(fā)明結(jié)合圖1所示超重力去除鋼水中非金屬夾雜物的流程予以說明。[0029]在鋼鐵生產(chǎn)流程中煉鋼工序的出鋼過程，直接使用橢圓形鋼包替代普通鋼包承接鋼水，加入脫氧劑后將橢圓形鋼包吊運(yùn)至旋轉(zhuǎn)平臺(tái)，通過電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)鋼包支撐系統(tǒng)在旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上高速旋轉(zhuǎn)，鋼包支撐系統(tǒng)帶動(dòng)橢圓形鋼包在水平方向上高速旋轉(zhuǎn)，離心旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的超重力促使鋼水中非金屬夾雜物沿超重力相反方向定向富集至鋼包中心區(qū)域。超重力分離鋼水中非金屬夾雜物的過程，控制超重力系數(shù)(超重力系數(shù)為離心旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下的重力系數(shù)與正常狀態(tài)下的重力系數(shù)之比)大于200g，鋼水溫度控制在1600°C以上。
[0030]超重力分離完成后關(guān)閉電動(dòng)機(jī)、橢圓形鋼包停止旋轉(zhuǎn)，富集至鋼包中心區(qū)域的非金屬夾雜物會(huì)聚集、上浮至鋼水上表面。然后將鋼包移出旋轉(zhuǎn)平臺(tái)或移入下一個(gè)煉鋼工位，開啟橢圓形鋼包的下水口，使凈化后的鋼水經(jīng)橢圓形鋼包下水口流進(jìn)另一個(gè)鋼包或鋼包爐，或?qū)E圓形鋼包吊運(yùn)至連鑄中間包上方，將凈化后的鋼水注入連鑄中間包；而聚集的非金屬夾雜物殘留在橢圓形鋼包內(nèi)，最終實(shí)現(xiàn)鋼水中非金屬夾雜物的去除。
[0031]其中，上述煉鋼工序可以是轉(zhuǎn)爐煉鋼工序、電爐煉鋼工序及爐外精煉工序；也可以是連鑄工序,連鑄工序中的出鋼過程位于中間包前或注錠前。
[0032]實(shí)施本發(fā)明上述方法的配套超重力去除鋼水中非金屬夾雜物的離心分離設(shè)備如圖2所示。
[0033]本發(fā)明配套的超重力去除鋼水中非金屬夾雜物的離心分離設(shè)備主要包括橢圓形鋼包(11)、鋼包支撐 系統(tǒng)(12)、軸承(13)、旋轉(zhuǎn)平臺(tái)(14)、傳動(dòng)軸(15)、調(diào)速電動(dòng)機(jī)(16)、電動(dòng)機(jī)支撐系統(tǒng)(17)。承載鋼水的橢圓形鋼包(11)經(jīng)鋼包支撐系統(tǒng)(12)支撐，電動(dòng)機(jī)(16)通過連接的傳動(dòng)軸(15)驅(qū)動(dòng)鋼包支撐系統(tǒng)(12)在旋轉(zhuǎn)平臺(tái)(14)上高速旋轉(zhuǎn)，再由鋼包支撐系統(tǒng)(12)帶動(dòng)橢圓形鋼包(11)實(shí)現(xiàn)離心旋轉(zhuǎn)，通過離心旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的超重力實(shí)現(xiàn)鋼水中非金屬夾雜物的定向富集。此外，軸承(13)固定在旋轉(zhuǎn)平臺(tái)(14)上，并位于鋼包支撐系統(tǒng)
(12)下方，防止鋼包支撐系統(tǒng)(12)在旋轉(zhuǎn)過程中與旋轉(zhuǎn)平臺(tái)之間出現(xiàn)硬性碰撞，導(dǎo)致設(shè)備損壞。
[0034]以下結(jié)合具體實(shí)例予以闡述。
[0035]實(shí)施例1:
[0036]超重力去除A鋼廠鋼中的非金屬夾雜物:
[0037]取A鋼廠冷鐓鋼試樣，首先將鋼樣加熱至1620°C恒溫30min使其完全熔化，然后注入離心分離罐，并立即開啟離心分離設(shè)備，在溫度1620°C、超重力系數(shù)600g條件下進(jìn)行超重力分離，通過離心旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的超重力促使鋼水中非金屬夾雜物沿超重力相反方向定向富集。待超重力分離完成后，承接凈化后的鋼水冷卻至室溫。分別取超重力分離前后的鋼樣各一段(尺寸為Φ28Χ8_)進(jìn)行鑲樣、磨樣、拋光，然后在金相顯微鏡下放大500倍進(jìn)行觀察，每個(gè)試樣上無重復(fù)的選取50個(gè)視場(chǎng)拍照，最后通過統(tǒng)計(jì)視場(chǎng)中夾雜物的大小及數(shù)量來評(píng)價(jià)超重力分離前后鋼中非金屬夾雜物的變化規(guī)律如下表1所示:
[0038]表1超重力分離前后A鋼廠鋼中的非金屬夾雜物對(duì)照表
[0039]
【權(quán)利要求】
1.一種超重力去除鋼水中非金屬夾雜物的方法，其特征在于: 步驟一、在鋼鐵生產(chǎn)流程中煉鋼工序的出鋼過程中，利用橢圓形鋼包(11)承接鋼水； 步驟二、將所述橢圓形鋼包吊運(yùn)至旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的鋼包支撐系統(tǒng)(12)上，通過電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)鋼包支撐系統(tǒng)(12)在旋轉(zhuǎn)平臺(tái)(14)上高速旋轉(zhuǎn)，鋼包支撐系統(tǒng)(12)帶動(dòng)橢圓形鋼包(11)在水平方向上高速旋轉(zhuǎn)，對(duì)鋼水進(jìn)行超重力分離，通過離心旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的超重力實(shí)現(xiàn)鋼水中非金屬夾雜物的定向富集； 步驟三、待超重力分離完成后關(guān)閉電動(dòng)機(jī)，橢圓形鋼包停止旋轉(zhuǎn)，富集至鋼包中心區(qū)域的非金屬夾雜物聚集并上浮至鋼水上表面；然后將鋼包移出旋轉(zhuǎn)平臺(tái)，開啟橢圓形鋼包的下水口，使凈化后的鋼水經(jīng)橢圓形鋼包下水口流進(jìn)另一個(gè)容器，使聚集并上浮的所述非金屬夾雜物殘留在橢圓形鋼包內(nèi)，最終實(shí)現(xiàn)鋼水中非金屬夾雜物的去除。
2.如權(quán)利要求1所述超重力去除鋼水中非金屬夾雜物的方法，其特征在于:所述煉鋼工序可以是轉(zhuǎn)爐煉鋼工序、電爐煉鋼工序或爐外精煉工序。
3.如權(quán)利要求1所述超重力去除鋼水中非金屬夾雜物的方法，其特征在于:所述煉鋼工序可以是連鑄工序，所述出鋼過程位于中間包前或注錠前。
4.如權(quán)利要求1所述超重力去除鋼水中非金屬夾雜物的方法，其特征在于:其中，步驟二中的超重力系數(shù)大于200g，鋼水溫度控制在1600°C以上。
5.如權(quán)利要求1 所述超重力去除鋼水中非金屬夾雜物的方法，其特征在于:步驟二中的超重力系數(shù)大于400g。
6.如權(quán)利要求1所述超重力去除鋼水中非金屬夾雜物的方法，其特征在于:步驟三中的超重力系數(shù)大于600g。
7.一種應(yīng)用于所述權(quán)利要求1-6任一超重力去除鋼水中非金屬夾雜物的方法中的離心分離設(shè)備，其特征在于:所述離心分離設(shè)備包括橢圓形鋼包(11)、鋼包支撐系統(tǒng)(12)、軸承(13)、旋轉(zhuǎn)平臺(tái)(14)、傳動(dòng)軸(15)、調(diào)速電動(dòng)機(jī)(16)、電動(dòng)機(jī)支撐系統(tǒng)(17);承載鋼水的橢圓形鋼包(11)經(jīng)鋼包支撐系統(tǒng)(12)支撐，電動(dòng)機(jī)(16)通過連接的傳動(dòng)軸(15)驅(qū)動(dòng)鋼包支撐系統(tǒng)(12)在旋轉(zhuǎn)平臺(tái)(14)上高速旋轉(zhuǎn)，再由鋼包支撐系統(tǒng)(12)帶動(dòng)橢圓形鋼包(11)實(shí)現(xiàn)離心旋轉(zhuǎn)，通過離心旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的超重力實(shí)現(xiàn)鋼水中非金屬夾雜物的定向富集。
【文檔編號(hào)】C21C7/00GK103602782SQ201310562442
【公開日】2014年2月26日 申請(qǐng)日期:2013年11月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月12日
【發(fā)明者】高金濤, 郭占成, 李軍成 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)