合金精煉方法
【專利摘要】一種合金精煉方法。使熔融合金脫碳的方法可一般包括在熔融合金表面下通過風(fēng)口的第一流體引導(dǎo)部分向熔融合金中注入包含氬氣、二氧化碳和氧氣中的至少一種的第一氣體；以及在熔融合金表面下通過風(fēng)口的第二流體引導(dǎo)部分向熔融合金中注入包含氬氣和二氧化碳中的至少一種的第二氣體。風(fēng)口可包含在外部部分內(nèi)同心對(duì)齊的內(nèi)部部分以限定其間的環(huán)?？赏ㄟ^內(nèi)部部分注入第一氣體，并且可通過環(huán)注入第二氣體。
【專利說明】合金精煉方法
技術(shù)背景

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開一般涉及精煉鋼和其他合金的方法。
[0002]技術(shù)背景的描述
[0003]氬氧脫碳("A0D")是用于脫碳熔融合金的二次精煉過程。AOD可使熔融合金的碳含量減少到所需水平。如適用于鐵合金，常規(guī)AOD —般可包含制備鐵合金熔融物，將熔融合金轉(zhuǎn)移到合適的精煉容器中，以及通過風(fēng)口將氬氣和氧氣氣體的混合物注入熔融合金。用氬氣和氧氣氣體的混合物接觸熔融合金可生成氧化亞鐵(FeO)和一氧化碳(CO)。氬氣可減少與熔融合金接觸的氣體中CO的分壓并導(dǎo)致熔融的不銹鋼合金中碳的優(yōu)先氧化而不是鉻的優(yōu)先氧化。這樣，可能會(huì)減少熔融物的碳含量。通過風(fēng)口注入的CO和氬氣也可從熔融合金中去除氮?dú)?。碳去除效率可能?huì)受到熔融合金組成、合金的原始碳含量、氧化性氣體的組成、流速和注入氣體的溫度、爐況(包括尺寸、幾何學(xué)和容器的磨損情況)、受熱量以及熔融合金的初始和最終溫度的影響。
[0004]AOD和使熔融合金脫碳的其他常規(guī)方法可能是費(fèi)時(shí)的和/或昂貴的。提供使熔融合金脫碳的改進(jìn)的方法將是有利的。
[0005]概述
[0006]根據(jù)本公開的一個(gè)非限制方面涉及使用至少一個(gè)風(fēng)口使熔融合金脫碳的方法，該風(fēng)口包含流體引導(dǎo)外部部分和在流體引導(dǎo)外部部分內(nèi)同心對(duì)齊的流體引導(dǎo)內(nèi)部部分，該布置限定了其間的流體引導(dǎo)環(huán)。該方法包括通過風(fēng)口的內(nèi)部部分向熔融合金中注入包含氬氣、二氧化碳和氧氣中的至少一種的第一氣體，和通過風(fēng)口的環(huán)向熔融合金中注入包含氬氣和二氧化碳中的至少一種的第二氣體。
[0007]根據(jù)本公開的另一個(gè)非限制方面涉及處理熔融合金的方法。該方法包括:在熔融合金表面下通過風(fēng)口的第一流體引導(dǎo)部分向熔融合金中注入氧氣和選自IS氣、二氧化碳及其組合的惰性氣體；以及在熔融合金表面下通過風(fēng)口的第二流體引導(dǎo)部分向熔融合金中注入氬氣和二氧化碳中的至少一種。在某些實(shí)施方案中，風(fēng)口的第一流體引導(dǎo)部分可包含內(nèi)部部分，并且第二流體引導(dǎo)部分可包含限定在內(nèi)部部分和同心對(duì)齊的外部部分之間的流體引導(dǎo)環(huán)。
[0008]根據(jù)本公開的又一非限制方面涉及使熔融合金脫碳的方法。該方法包括:在熔融合金表面下通過風(fēng)口的第一流體引導(dǎo)部分向熔融合金中注入包含氬氣、二氧化碳和氧氣中的至少一種的第一氣體；以及在熔融合金表面下通過風(fēng)口的第二流體引導(dǎo)部分向熔融合金中注入氬氣和二氧化碳中的至少一種。在某些實(shí)施方案中，第一部分包含在外部部分內(nèi)同心對(duì)齊的內(nèi)部部分，以其間流體引導(dǎo)環(huán)的形式限制其間的第二部分。在該方法的實(shí)施方案中，合金可具有適合提供晶粒取向電工鋼的組成。在某些實(shí)施方案中，該方法可提供具有符合其可由 ASTM Internat1nal, West Conshohocken, Pennsylvania USA (DO1: 10.1520/A0876-12)獲得的 2012 年 ASTM 標(biāo)準(zhǔn) A876〃Standard Specificat1n for Flat-Rolled, Grain-Oriented, Silicon-1ron, Electrical Steel, Fully Processed Types，，要求的化學(xué)組成的合金。
[0009]根據(jù)本公開的又一個(gè)非限制方面涉及精煉鋼組成的方法。該方法包括:在包含風(fēng)口的容器中提供鐵基合金的熔融物，其中風(fēng)口包含流體引導(dǎo)外部部分和在外部部分內(nèi)同心對(duì)齊的流體引導(dǎo)內(nèi)部部分以限定其間的流體引導(dǎo)環(huán)；在熔融合金表面下通過風(fēng)口的內(nèi)部部分向熔融合金中注入包含氬氣、二氧化碳和氧氣中的至少一種的第一氣體；以及在熔融合金表面下通過風(fēng)口的環(huán)向熔融合金中注入包含氬氣和二氧化碳中的至少一種的第二氣體。在該方法的非限制實(shí)施方案中，鋼可包含:以基于總合金重量的重量百分比計(jì)93至99的鐵、0.6至3.7的硅、多達(dá)1.0的鎳、多達(dá)0.5的錳、多達(dá)0.5的鋁、多達(dá)0.5的銅，多達(dá)0.4的鉻，多達(dá)0.1的鈦，和附帶的雜質(zhì)。
[0010]應(yīng)理解，本公開中公開和描述的發(fā)明并不限于在本概述或摘要中所述的實(shí)施方案。
[0011]附圖簡(jiǎn)述
[0012]本文所述的各個(gè)非限制實(shí)施方案可通過結(jié)合一個(gè)或多個(gè)附圖考慮以下描述而被更好地理解。
[0013]圖1是說明根據(jù)本公開的使熔融合金脫碳的方法的非限制實(shí)施方案的各方面的橫截面示意圖。
[0014]圖2是說明根據(jù)本公開的使熔融合金脫碳的方法的非限制實(shí)施方案的各方面的橫截面示意圖。
[0015]圖3是說明根據(jù)本公開的使熔融合金脫碳的方法的非限制實(shí)施方案的流程圖。
[0016]考慮到根據(jù)本公開的各種非限制和非詳盡的實(shí)施方案的以下描述，讀者將理解上述的詳細(xì)信息以及其他。
[0017]某些非限制實(shí)施方案的描述
[0018]本公開描述了精煉合金的方法的各個(gè)實(shí)施方案的特征、方面和優(yōu)勢(shì)。然而，應(yīng)理解，本公開還包括許多可選擇的實(shí)施方案，該實(shí)施方案可通過結(jié)合本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可發(fā)現(xiàn)有用的本文所述的各個(gè)實(shí)施方案的任何組合或子組合中的任何各種特征、方面和/或優(yōu)勢(shì)來實(shí)現(xiàn)。此類組合或子組合旨在包括在本說明書的范圍內(nèi)。為此，可修正權(quán)利要求以敘述本公開中明確或本質(zhì)上所述的或由本公開以其它方式明確或本質(zhì)上支持的任何特征或方面。另外， 申請(qǐng)人:保留修改權(quán)利要求的權(quán)利以肯定地放棄可在現(xiàn)有技術(shù)中存在的任何特征或方面。因此，任何此類修訂符合35U.S.C.§ 112第一段和35U.S.C.§ 132 (a)的要求。本公開公開和描述的各個(gè)實(shí)施方案可包含如本文各種描述的特征和方面、由如本文各種描述的特征和方面組成，或基本上由如本文各種描述的特征和方面組成。
[0019]除非另有說明，否則本文所述的所有數(shù)值數(shù)量是近似的。因此，當(dāng)未明示時(shí)術(shù)語“大約”可被推斷出。本文公開的數(shù)值數(shù)量被理解為不嚴(yán)格限制于敘述的確切數(shù)值。相反，除非另有說明，否則本公開中包括的每個(gè)數(shù)值旨在表示敘述的值和圍繞那個(gè)值的功能上等效的范圍。盡管有本文所述的數(shù)值數(shù)量的近似，但是在實(shí)際測(cè)量值的具體實(shí)施例中所述的數(shù)值數(shù)量盡可能準(zhǔn)確地被報(bào)道。
[0020]本文所述的所有數(shù)值范圍包括納入其中的所有子范圍。例如,“I至10”的范圍旨在包括之間的所有子范圍并包括敘述的最小值I和敘述的最大值10。本文敘述的任何最大的數(shù)值限制旨在包括所有較低的數(shù)值限制。本文敘述的任何最小的數(shù)值限制旨在包括所有更高的數(shù)值限制。
[0021]在下面的描述中，列出某些細(xì)節(jié)為了提供各個(gè)實(shí)施方案的更好理解。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解這些實(shí)施方案可以在沒有這些細(xì)節(jié)下被實(shí)踐。在其他情況下，可能不顯示或詳細(xì)描述熟知的結(jié)構(gòu)、方法和/或與實(shí)踐各個(gè)實(shí)施方案的方法相關(guān)的技術(shù)，以避免各個(gè)實(shí)施方案的其他細(xì)節(jié)的不必要地不清楚的描述。
[0022]如本文一般使用的，冠詞“the(該)”、“a( — ) ”和“an( — ) ”指所要求保護(hù)或描述的一個(gè)或多個(gè)。
[0023]如本文一般使用的，術(shù)語“包括(include) ”、“包括(includes) ”和“包括(including) ”表示非限制的。
[0024]如本文一般使用的，術(shù)語“具有(have) ”、“具有(has) ”和“具有(having) ”表示非限制的。
[0025]參考圖1，根據(jù)各個(gè)非限制實(shí)施方案，在熔融合金表面下適合將一種或多種氣體浸沒注入到熔融鋼或其他熔融合金的裝置一般可包含含有外殼15的容器10或轉(zhuǎn)爐和限定腔體25以容納熔融合金30的耐火材料襯套20。例如，外殼15可包含碳鋼。例如，耐火材料襯套20可包含耐火磚，諸如例如白云石磚和/或鉻鎂磚。用于輸送氣態(tài)流體的至少一個(gè)風(fēng)口 35可通過外殼15和耐火材料襯套20，例如，通過容器10的底部或側(cè)面，并以低于熔融合金30表面的水平進(jìn)入腔體25。包含調(diào)節(jié)器、供電線、流量限定器、閥門、流量和壓力測(cè)量設(shè)備、以及控制單元的常規(guī)氣體供應(yīng)和計(jì)量系統(tǒng)(未顯示)可以與至少一個(gè)風(fēng)口 35流體連通并供應(yīng)氣體給至少一個(gè)風(fēng)口 35。氣體供應(yīng)和計(jì)量系統(tǒng)可包含與至少一個(gè)風(fēng)口 35流體連通的第一氣體源和與至少一個(gè)風(fēng)口 35流體連通的第二氣體源，以致第一氣體和第二氣體通過風(fēng)口 35可被引入熔融合金30。
[0026]如圖1進(jìn)一步所示，當(dāng)熔融合金30布置于腔體25時(shí)，至少一個(gè)風(fēng)口 35可被浸沒。至少一個(gè)風(fēng)口 35可包含通過外殼15的底表面和耐火材料襯套20與腔體25連通的風(fēng)口(即底部浸沒的風(fēng)口 )和/或通過外殼的側(cè)表面和耐火材料襯套20與腔體25連通的風(fēng)口(即側(cè)面浸沒的風(fēng)口)。例如，至少一個(gè)風(fēng)口可包含多個(gè)側(cè)面浸沒的風(fēng)口。風(fēng)口 35可包含耐溫的導(dǎo)熱材料。風(fēng)口可包含導(dǎo)電金屬或金屬合金，諸如例如，銅、銅合金、或不銹鋼、或其他適當(dāng)?shù)哪透邷氐牟牧?。在各個(gè)非限制實(shí)施方案中，風(fēng)口的內(nèi)部部分可包含銅且風(fēng)口的外部部分可包含奧氏體不銹鋼。
[0027]如圖1所示，側(cè)面浸沒的風(fēng)口 35可水平地或?qū)蔷€地延伸通過外殼15和耐火襯套20并在熔融合金30表面下進(jìn)入腔體25。風(fēng)口 35可定位于容器10內(nèi)部?jī)A斜的較低表面。在某些實(shí)施方案中，風(fēng)口可與提供至腔體25的容器10的耐火材料襯套20的表面齊平或在該表面以下。耐火材料可圍繞風(fēng)口 35的至少一部分到其進(jìn)入腔體25的頂端。在某些實(shí)施方案中，風(fēng)口可伸出容器的耐火襯套并且一堆或“結(jié)節(jié)(knurdle) ”耐火材料可圍繞伸出耐火材料襯套表面的風(fēng)口的一部分。在某些非限制實(shí)施方案中，風(fēng)口(包括結(jié)節(jié))可伸出容器的耐火襯套多達(dá)12英寸，諸如例如，從大于零到六英寸、多達(dá)3英寸、多達(dá)2英寸、多達(dá)I英寸、多達(dá)0.5英寸、多達(dá)0.25英寸、至少6英寸、至少4英寸、至少I英寸、或I英寸。在某些非限制實(shí)施方案中，風(fēng)口(包括結(jié)節(jié))可伸出耐火襯套而不會(huì)不利地阻礙氣體流量。
[0028]圖2是通過風(fēng)口 35的一個(gè)非限制實(shí)施方案的橫截面。如圖2所示，在各個(gè)實(shí)施方案中，風(fēng)口 35可包含流體引導(dǎo)圓柱形的外部部分50和流體引導(dǎo)圓柱形的內(nèi)部部分55。在某些非限制實(shí)施方案中，內(nèi)部部分55可同心布置于外部部分50以限定其間的流體引導(dǎo)環(huán)。風(fēng)口可商購獲自各種來源，包括例如，L-TEC Steel Industry Products, Florence, SC,其以尺寸 〃A〃 (3/8 英寸直徑 x26 英寸長(zhǎng)度)、〃B〃 (7/16x26 英寸)、〃C〃 (1/2x26 英寸)、〃D〃 (17/32x26英寸)和〃E" (5/8x26英寸)提供風(fēng)口。在某些非限制實(shí)施方案中，風(fēng)口的同心布置的圓柱形內(nèi)部部分可包含9.5臟至15.9臟,諸如例如，9.5mm、11.1臟、12.7臟、13.5臟或15.9mm的內(nèi)徑。在某些非限制實(shí)施方案中，圓柱形的外部部分可包含多達(dá)660_的長(zhǎng)度。在某些非限制實(shí)施方案中，如圖2所示，風(fēng)口可具有圓形的橫截面形狀。在某些非限制實(shí)施方案中，風(fēng)口內(nèi)部部分的圓形橫截面可具有283.529_2至794.226_2的橫截面面積，諸如例如，283.529mm2,387.076mm2,506.707mm2,572.555mm2或794.226mm2。在各個(gè)非限制實(shí)施方案中，風(fēng)口的內(nèi)部部分可包含17/32英寸(13.5_)的內(nèi)直徑。風(fēng)口可以是任何合適的尺寸和形狀，以通過流體引導(dǎo)內(nèi)部部分將第一氣體噴射到熔融合金中，并且通過另一種流體引導(dǎo)第二部分諸如例如環(huán)將第二氣體噴射到熔融合金中。
[0029]在各個(gè)非限制實(shí)施方案中，風(fēng)口可被配置成向熔融合金遞送加壓的流體如氣體。在某些非限制實(shí)施方案中，風(fēng)口可以大于零至500磅/平方英寸的壓力遞送氣體，諸如例如，50至300磅/平方英寸或10至250磅/平方英寸。在某些非限制實(shí)施方案中，在有效減少熔融合金中碳濃度(即脫碳)的壓力下，風(fēng)口可將氣體噴射到熔融合金中。在某些非限制實(shí)施方案中，在有效攪動(dòng)熔融合金的壓力下，風(fēng)口可將氣體噴射到熔融合金中。在某些非限制實(shí)施方案中，在有效攪拌熔融合金的壓力下，風(fēng)口可將氣體噴射到熔融合金中。在某些非限制實(shí)施方案中，在有效使熔融合金脫氣的壓力下，風(fēng)口可將氣體噴射到熔融合金中。風(fēng)口可將氣體噴射到熔融合金中，在熔融合金表面下。在各個(gè)非限制實(shí)施方案中，在內(nèi)部部分中第一氣體的壓力可以大于、小于或等于在環(huán)或其他第二部分中的第二氣體的壓力。在各個(gè)非限制實(shí)施方案中，在內(nèi)部部分中第一氣體的壓力可以大于在環(huán)或其他第二部分中的第二氣體的壓力。
[0030]在各個(gè)非限制實(shí)施方案中，容器可包含底部浸沒的風(fēng)口和側(cè)面浸沒的風(fēng)口中的至少一個(gè)。在各個(gè)非限制實(shí)施方案中，容器可包含至少一個(gè)側(cè)面浸沒的風(fēng)口。在各個(gè)非限制實(shí)施方案中，容器可包含多個(gè)側(cè)面浸沒的風(fēng)口。在各個(gè)非限制實(shí)施方案中，容器可包含至少一個(gè)底部浸沒的風(fēng)口。在各個(gè)非限制實(shí)施方案中，容器可包含外殼和耐火-襯套的腔體，該腔體包括容納熔融合金的開口。容器在耳軸上可旋轉(zhuǎn)。風(fēng)口可用耐火材料圍繞直到其頂端。在各個(gè)非限制實(shí)施方案中，風(fēng)口和氣體系統(tǒng)可被配置成通過風(fēng)口的第一部分供應(yīng)氧氣和選自氬氣、二氧化碳及其組合的惰性氣體，并且通過風(fēng)口的第二部分供應(yīng)氬氣、二氧化碳及其組合中的一種。第一部分可包含內(nèi)部部分，其在包含外部部分的第二部分內(nèi)同心對(duì)齊以限定其間的環(huán)。例如，可在熔融合金表面下通過側(cè)面風(fēng)口的內(nèi)部部分向熔融合金中注入氧氣和二氧化碳，并且可在熔融合金表面下通過側(cè)面風(fēng)口的環(huán)向熔融合金中注入二氧化碳。在各個(gè)非限制實(shí)施方案中，容器可包含底部混吹轉(zhuǎn)爐(Q-B0P容器)、頂部和底部混吹轉(zhuǎn)爐(Κ-0ΒΜ容器)或底部和側(cè)面混吹轉(zhuǎn)爐(K-0BM-S容器)。
[0031]在各個(gè)實(shí)施方案中，使熔融合金脫碳的方法可一般包括使用至少一個(gè)包含流體引導(dǎo)第一部分和流體引導(dǎo)第二部分的風(fēng)口將包含氬氣、二氧化碳和氧氣中的至少一種的第一氣體通過第一部分注入到熔融合金中，以及將包含氬氣和二氧化碳中的至少一種的第二氣體通過第二部分注入到熔融合金中。
[0032]在各個(gè)非限制實(shí)施方案中，使熔融合金脫碳的方法一般可包括將第一氣體通過風(fēng)口的第一流體引導(dǎo)部分注入到熔融合金中，以及將第二氣體通過風(fēng)口的第二流體引導(dǎo)部分注入到熔融合金中。第一氣體和第二氣體可獨(dú)立地包含空氣、氬氣、二氧化碳、氦氣、氫氣、氖氣、氮?dú)?、氧氣和氙氣的一種或多種。在各個(gè)非限制實(shí)施方案中，第一氣體和第二氣體均可不含氮?dú)狻Ｔ诟鱾€(gè)非限制實(shí)施方案中，第一氣體可包含氧氣和包含空氣、気氣、二氧化碳、氦氣、氫氣、氖氣、氮?dú)?、氙氣及其組合中的一種的惰性氣體。在各個(gè)非限制實(shí)施方案中，惰性氣體可由氬氣和二氧化碳的混合物組成。在各個(gè)非限制實(shí)施方案中，惰性氣體可由二氧化碳組成。在各個(gè)非限制實(shí)施方案中，惰性氣體可由氬氣組成。在各個(gè)實(shí)施方案中，惰性氣體可不含氬氣。在各個(gè)非限制實(shí)施方案中，第二氣體可由氬氣和二氧化碳的混合物組成。在各個(gè)非限制實(shí)施方案中，第二氣體可由二氧化碳組成。在各個(gè)非限制實(shí)施方案中，第二氣體可由氬氣組成。在各個(gè)非限制實(shí)施方案中，第二氣體可不含氬氣。在各個(gè)非限制實(shí)施方案中，第二氣體可不含氧氣。在各個(gè)非限制實(shí)施方案中，使熔融合金脫碳的方法可一般包括將包含氧氣和惰性氣體的第一氣體通過風(fēng)口的第一流體引導(dǎo)部分注入到熔融合金中，以及將包含二氧化碳和氬氣中的至少一種的第二氣體通過風(fēng)口的第二流體引導(dǎo)部分注入到熔融
Av 由
I=1-Wl 卞 O
[0033]在各個(gè)非限制實(shí)施方案中，風(fēng)口的第一部分可包含在第二圓柱形的部分內(nèi)同心對(duì)齊的內(nèi)部圓柱形的部分以限定其間的環(huán)。在各個(gè)實(shí)施方案中，該方法可包括通過環(huán)供應(yīng)的氣體使風(fēng)口的第一部分冷卻。例如，通過環(huán)供應(yīng)的氣體可使風(fēng)口的內(nèi)部部分冷卻以保護(hù)風(fēng)口免受熔融合金。在各個(gè)非限制實(shí)施方案中，該方法可包括當(dāng)二氧化碳通過風(fēng)口的環(huán)供應(yīng)時(shí)使風(fēng)口的第一部分冷卻 。在各個(gè)實(shí)施方案中，二氧化碳可有效地使風(fēng)口冷卻以延長(zhǎng)風(fēng)口的使用壽命而不預(yù)熱二氧化碳。在各個(gè)實(shí)施方案中，由通過環(huán)供應(yīng)的二氧化碳冷卻的風(fēng)口的使用壽命可比不由二氧化碳冷卻的風(fēng)口的使用壽命長(zhǎng)。
[0034]在各個(gè)非限制實(shí)施方案中，分別通過第一和第二流體引導(dǎo)風(fēng)口部分供應(yīng)到容器中熔融合金的第一氣體和第二氣體，可獨(dú)立包含空氣、IS氣、二氧化碳、氦氣、氫氣、氖氣、氮?dú)?、氧氣、氙氣及其組合中的至少一種。第一氣體可包含氧氣和選自空氣、氬氣、二氧化碳、氦氣、氫氣、氖氣、氮?dú)?、氙氣及其組合的惰性氣體。在各個(gè)非限制實(shí)施方案中，第一氣體可包含氬氣、二氧化碳、氧氣及其組合中的至少一種，并且第二氣體可包含氬氣、二氧化碳及其組合中的一種。在各個(gè)非限制實(shí)施方案中，第二氣體可不含氧氣。
[0035]在各個(gè)非限制實(shí)施方案中,第一氣體可由IS氣、二氧化碳和氧氣組成，并且第二氣體可由氬氣和二氧化碳組成。在各個(gè)非限制實(shí)施方案中，第一氣體可由氧氣組成，并且第二氣體可由二氧化碳組成。在各個(gè)非限制實(shí)施方案中，第一氣體可由氧氣組成，并且第二氣體可由氬氣和二氧化碳組成。在各個(gè)非限制實(shí)施方案中，第一氣體可由氬氣和氧氣組成，并且第二氣體可由二氧化碳組成。在各個(gè)非限制實(shí)施方案中，第一氣體可由氬氣和氧氣組成，并且第二氣體可由氬氣和二氧化碳組成。在各個(gè)非限制實(shí)施方案中，第一氣體可由二氧化碳和氧氣組成，并且第二氣體可由二氧化碳組成。在各個(gè)非限制實(shí)施方案中，第一氣體可由二氧化碳和氧氣組成，并且第二氣體可由氬氣組成。在各個(gè)非限制實(shí)施方案中，第一氣體可由二氧化碳和氧氣組成，并且第二氣體可由氬氣和二氧化碳組成。
[0036]在各個(gè)非限制實(shí)施方案中，根據(jù)本公開的使熔融合金脫碳的方法可包括將含有氬氣的氣體通過風(fēng)口的一部分注入到容器中的熔融合金，在此之前將包含二氧化碳且不含氬氣的氣體通過風(fēng)口的相同部分注入到容器中的熔融合金。在各個(gè)非限制實(shí)施方案中，風(fēng)口的一部分可包含內(nèi)部圓柱形部分和限定在內(nèi)部圓柱形部分與同心對(duì)齊的外部圓柱形部分之間的環(huán)中的一種。例如，該方法可包括將含有氬氣和氧氣的氣體通過風(fēng)口的內(nèi)部圓柱形部分注入到熔融合金中，在此之前將包含二氧化碳和氧氣且不含氬氣的氣體通過風(fēng)口的內(nèi)部圓柱形部分注入到熔融合金中。
[0037]在各個(gè)非限制實(shí)施方案中，該方法可包括將第一氣體注入熔融合金多達(dá)I小時(shí)，諸如例如，5-60分鐘、10-45分鐘、15-35分鐘或20-30分鐘，以及將第二氣體注入熔融合金多達(dá)I小時(shí)，諸如例如，5-60分鐘、10-45分鐘、15-35分鐘或20-30分鐘。在各個(gè)實(shí)施方案中，第一氣體和第二氣體可在基本相同時(shí)間段或相同時(shí)間段被注入到熔融合金中。該方法可包括使第一氣體和/或第二氣體與熔融合金接觸足夠的時(shí)間以使熔融合金脫碳至所需的碳濃度。在各個(gè)實(shí)施方案中，該方法可包括使第一氣體和第二氣體與熔融合金接觸多達(dá)I小時(shí)，諸如例如，5-60分鐘、10-45分鐘、15-35分鐘或20-30分鐘，以使熔融合金脫碳至所需水平。在各個(gè)實(shí)施方案中，第一氣體和第二氣體可被同時(shí)注入到熔融合金中。
[0038]在各個(gè)非限制實(shí)施方案中，第一氣體和第二氣體可獨(dú)立地具有至少90%的純度，諸如例如，從90%至99.999%、至少95%、至少98%或至少99%。在各個(gè)非限制實(shí)施方案中，第一氣體可具有大于或等于第二氣體純度的純度。在各個(gè)非限制實(shí)施方案中，第一氣體可具有至少90%的純度，并且第二氣體可具有至少90%的純度。在各個(gè)非限制實(shí)施方案中，第一氣體可具有至少98%的純度，并且第二氣體可具有至少95%的純度。在各個(gè)非限制實(shí)施方案中，第一氣體可具有至少95%的純度，并且第二氣體可具有至少98%的純度。
[0039]在各個(gè)非限制實(shí)施方案中，氧氣可具有至少95%的純度，諸如例如，至少98%或至少99.5%。在各個(gè)非限制實(shí)施方案中，氧氣可包含附帶的雜質(zhì)，諸如例如，多達(dá)500ppm的氮?dú)?、多達(dá)4000ppm的氬氣,和多達(dá)5ppm的二氧化碳。在某些非限制實(shí)施方案中，氬氣可具有至少95%的純度，諸如例如，至少97.5%、至少98%，或至少99.998%。在各個(gè)非限制實(shí)施方案中，IS氣可包含附帶的雜質(zhì)，諸如例如，多達(dá)15ppm的氮?dú)狻⒍噙_(dá)5ppm的氧氣、多達(dá)Ippm的氫氣、多達(dá)2ppm的二氧化碳和碳?xì)浠衔?和多達(dá)Ippm的甲燒。在各個(gè)非限制實(shí)施方案中，氬氣可包含多達(dá)0.5%的氮?dú)夂投噙_(dá)2%的氧氣。在某些實(shí)施方案中，二氧化碳可具有至少95%的純度，諸如例如，至少98%或至少99.8%。
[0040]在各個(gè)非限制實(shí)施方案中，根據(jù)本公開的方法可包括在獨(dú)立地選自多達(dá)300磅/平方英寸的壓力、獨(dú)立地選自多達(dá)300，000標(biāo)準(zhǔn)立方英尺/小時(shí)(〃scfh〃)的流速、以及環(huán)境溫度與室溫中的一個(gè)下注入第一氣體和第二氣體。第一氣體和/或第二氣體在通過風(fēng)口注入之前可能不需要預(yù)熱。在各個(gè)非限制實(shí)施方案中，包含二氧化碳的氣體在通過風(fēng)口注入之前可能不需要預(yù)熱。在各個(gè)非限制實(shí)施方案中，包含二氧化碳的第一氣體可能不需要預(yù)熱。不期望受特定理論的束縛，據(jù)信在注入熔融合金之前預(yù)熱二氧化碳可增加使熔融合金脫碳所需的二氧化碳的量。
[0041]第一氣體可具有25至300磅/平方英寸的壓力，諸如例如，50至300磅/平方英寸、75至250磅/平方英寸或100至200磅/平方英寸。第一氣體可具有從100，OOOscfh至 300，OOOscfh 的流速，諸如例如，從 140，OOOscfh 至 260，OOOscfh 或從 180，000 至220，000scfh。第一氣體可具有18°C至24°C的溫度，諸如例如，20°C。
[0042]第二氣體可具有25至300磅/平方英寸的壓力，諸如例如，50至200磅/平方英寸或75至125磅/平方英寸。第二氣體可具有10，OOOscfh至30，OOOscfh的流速，諸如例如，15，OOOscfh至27，OOOscfh或20，OOOscfh至25，OOOscfh0在各個(gè)非限制實(shí)施方案中，第一氣體與第二氣體的流速比率可為30:1至3.33:1，如20:1至5:1或10:1至6:1。在各個(gè)非限制實(shí)施方案中，第二氣體可具有18°C至24°C的溫度，諸如例如，20°C。
[0043]在各個(gè)實(shí)施方案中，組合氣體，即第一氣體和第二氣體的和，可具有多達(dá)20:1，諸如例如，1:1 至 20:1、3.5:1 至 20:1、4:1 至 20:1、5:1 至 20:1、10:1 至 20: 1、多達(dá) 10:1,1:1至10:1、3.5:1至10:1、4:1至10:1、5:1至10:1、6:1至9:1、大于3.5:1、大于4:1、大于
3.5:1多達(dá)10: 1、大于4:1多達(dá)10: 1、大于5:1多達(dá)10: 1、大于3.5:1多達(dá)7: 1、大于4:1多達(dá)7:1，或者大于5:1多達(dá)7:1的氧氣與二氧化碳的比率。在各個(gè)非限制實(shí)施方案中，氣體可具有大于3.5:1多達(dá)10:1，諸如例如，大于3.5:1多達(dá)7:1或大于3.5:1多達(dá)5:1的氧氣與氬氣的比率。在各個(gè)非限制實(shí)施方案中，氧氣與二氧化碳的比率可有效使風(fēng)口冷卻。不期望受特定理論的束縛，據(jù)信在氧氣與二氧化碳的最小比率之下，風(fēng)口可充分冷卻以形成不利地阻礙氣體流量的結(jié)節(jié)。在各個(gè)非限制實(shí)施方案中，氧氣與二氧化碳的比率可有效地維持基本的風(fēng)口壽命而不用預(yù)熱二氧化碳。在各個(gè)非限制實(shí)施方案中，二氧化碳只可保護(hù)風(fēng)口免受熔融合金，且不可能稀釋一氧化碳以優(yōu)先地從熔融合金中去除碳而不是鉻和/或錳。在各個(gè)非限制實(shí)施方案中，組合氣體可具有氧氣與惰性氣體例如二氧化碳和氬氣的比率，這與上述的二氧化碳與氧氣的比率相同。
[0044]在各個(gè)非限制實(shí)施方案中，用二氧化碳處理熔融合金的方法一般可包括在熔融合金表面下通過風(fēng)口的第一流體引導(dǎo)部分向熔融合金中注入包含IS氣、二氧化碳、氧氣或其組合的第一氣體；以及在熔融合金表面下通過風(fēng)口的第二流體引導(dǎo)部分向熔融合金中注入氬氣、二氧化碳及其組合中的一種。第一流體引導(dǎo)部分包含在外部圓柱形的部分內(nèi)同心對(duì)齊的內(nèi)部圓柱形的部分，以限定第二流體引導(dǎo)部分為其間環(huán)的形式。第一氣體和第二氣體可獨(dú)立地選自空氣、IS氣、二氧化碳、氦氣、氫氣、氖氣、氮?dú)?、氧氣、氣氣及其組合。在非限制實(shí)施方案中，第一氣體可包含氧氣，并且第二氣體可包含選自氬氣、二氧化碳及其組合的惰性氣體。在非限制實(shí)施方案中，第一氣體可包含氧氣，并且第二氣體可包含二氧化碳。在非限制實(shí)施方案中，第一氣體可包含氧氣、IS氣和二氧化碳，并且第二氣體可包含二氧化碳。
[0045]在各個(gè)非限制實(shí)施方案中，使熔融合金脫碳的方法一般可包括在熔融合金表面下將第一氣體通過風(fēng)口的第一流體引導(dǎo)部分注入到熔融合金中，以及在熔融合金表面下將第二氣體通過風(fēng)口的第二流體弓丨導(dǎo)部分注入到熔融合金中。在各個(gè)非限制實(shí)施方案中，第一氣體可包含二氧化碳和氧氣，并且第二氣體可包含二氧化碳。在各個(gè)非限制實(shí)施方案中，第一氣體和第二氣體可獨(dú)立地選自空氣、IS氣、二氧化碳、氦氣、氫氣、氖氣、氮?dú)?、氧氣、氣氣及其組合。在各個(gè)非限制實(shí)施方案中，第一氣體可包含氧氣，并且第二氣體可包含二氧化碳。在各個(gè)非限制實(shí)施方案中，第一氣體可包含氧氣和IS氣，并且第二氣體可包含二氧化碳。在各個(gè)非限制實(shí)施方案中，第一氣體可包含氧氣、IS氣和二氧化碳，并且第二氣體可包含二氧化碳。
[0046]在各個(gè)非限制實(shí)施方案中，不期望受特定理論的束縛，據(jù)信使用二氧化碳和/或氬氣作為惰性氣體可使熔融合金的碳含量減少到基于熔融合金總重量多達(dá)0.25重量百分比的水平，諸如例如，多達(dá)0.2重量百分比、多達(dá)0.1重量百分比、多達(dá)0.05重量百分比、多達(dá)0.025重量百分比、多達(dá)0.01重量百分比，多達(dá)0.005重量百分比、小于0.25重量百分比、小于0.20重量百分比、小于0.10重量百分比、少于0.05重量百分比、小于0.025重量百分比、小于0.01重量百分比或小于0.005重量百分比。在各個(gè)非限制實(shí)施方案中，不期望受特定理論的束縛，據(jù)信二氧化碳的使用可使熔融合金的碳含量減少到多達(dá)0.25重量百分比的水平，諸如例如，0.1重量百分比至0.25重量百分比、0.05至0.1重量百分比、
0.025至0.05重量百分比或0.01至0.025重量百分比。在各個(gè)非限制實(shí)施方案中，不期望受特定理論的束縛，據(jù)信氬氣的使用可使熔融合金的碳含量減少到多達(dá)0.1重量百分比的水平，諸如例如，多達(dá)0.05重量百分比、多達(dá)0.025重量百分比、多達(dá)0.015重量百分比、多達(dá)0.010重量百分比或多達(dá)0.005重量百分比。
[0047]在各個(gè)非限制實(shí)施方案中，不期望受特定理論的束縛，據(jù)信二氧化碳的使用可使熔融合金的最終碳含量減少到多達(dá)0.1重量百分比的水平，諸如例如，0.025至0.1重量百分比，或0.05至0.1重量百分比，并且氬氣和任選二氧化碳的使用可使鋼的最終碳含量減少到小于0.05重量百分比的水平，諸如例如，小于0.025重量百分比、小于0.010重量百分t匕，或小于0.005重量百分比。
[0048]參考圖3，在各個(gè)非限制實(shí)施方案中，根據(jù)本公開的使熔融合金脫碳的方法一般可包括在熔融合金表面下通過風(fēng)口的第一流體引導(dǎo)部分向熔融合金中注入包含氬氣、二氧化碳、氧氣或其組合的100第一氣體；以及在熔融合金表面下通過風(fēng)口的第二流體引導(dǎo)部分向熔融合金中注入105氬氣、二氧化碳或其組合。第一流體引導(dǎo)部分可包含在圓柱形的外部部分內(nèi)同心對(duì)齊的圓柱形的內(nèi)部部分以限定其間的環(huán)，該環(huán)作為第二流體引導(dǎo)部分操作。該方法可包括通過內(nèi)部部分注入第一氣體和通過環(huán)注入第二氣體。在各個(gè)非限制實(shí)施方案中，風(fēng)口可包含二氧化碳冷卻的風(fēng)口。二氧化碳可使風(fēng)口的內(nèi)部部分和/或風(fēng)口的外部部分冷卻。
[0049]在各個(gè)非限制實(shí)施方案中，根據(jù)本發(fā)明處理的合金可選自不銹鋼、碳鋼、低碳鋼、鐵基合金、鎳基合金和鈷基合金。在各個(gè)實(shí)施方案中，合金可包含以基于總合金重量的重量百分比計(jì)90至99的鐵，和雜質(zhì)。在各個(gè)實(shí)施方案中，合金可包含以基于總合金重量的重量百分比計(jì)97至99的鐵，和雜質(zhì)。
[0050]在各個(gè)非限制實(shí)施方案中，合金可具有適合提供晶粒取向電工鋼(GOES)的組成。晶粒取向電工鋼可用作變壓器、電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)及其它電子設(shè)備的核心材料。晶粒取向電工鋼可包括低水平的可氧化態(tài)元素，諸如例如，碳、磷、鉻和/或錳，以及低水平的氮。在各個(gè)實(shí)施方案中，晶粒取向電工鋼可包含以基于總合金重量的重量百分比計(jì)93至99的鐵、0.6至3.7的硅、多達(dá)1.0的鎳、多達(dá)0.5的錳、多達(dá)0.5的鋁、多達(dá)0.5的銅、多達(dá)0.4的鉻、多達(dá)0.1的鈦，和殘留的雜質(zhì)。例如，殘留的雜質(zhì)可包含硫、磷、氮、砷、硼、鎘、鈣、鈷、鉛、鑰、鈳、錫、釩和鋯的一種或多種。在各個(gè)非限制實(shí)施方案中，該方法可包括提供符合2012年ASTMfzKiiIlASTB^Standard Specificat1n for Flat-Rolled, Grain-Oriented, Silicon-1ron,Electrical Steel,Fully Processed Types"，ASTM Internat1nal, West Conshohocken，PA，2012，DO1: 10.1520/A0876-12，www.astm.0rg 要求的合金組成。
[0051]在各個(gè)非限制實(shí)施方案中，精煉晶粒取向電工鋼的方法一般可包括在容器的腔體內(nèi)提供選自不銹鋼、碳鋼、低碳鋼、鐵基合金、鎳基合金和鈷基合金的熔融合金。該容器可包含延伸到腔體，在熔融合金表面下的側(cè)面風(fēng)口。側(cè)面風(fēng)口可包含外部部分和在外部部分內(nèi)同心對(duì)齊的內(nèi)部部分以限定其間的環(huán)?？稍谌廴诤辖鸨砻嫦峦ㄟ^側(cè)面風(fēng)口的內(nèi)部部分向熔融合金中注入包含氬氣、二氧化碳和氧氣中的至少一種的第一氣體?？稍谌廴诤辖鸨砻嫦峦ㄟ^風(fēng)口的環(huán)向熔融合金中注入包含氬氣、二氧化碳及其組合中的一種的第二氣體?？赏ㄟ^此方法處理合金以將合金的碳含量從初始碳含量減少到基于總合金重量不大于0.01O重量百分比的最終碳含量。在各個(gè)非限制實(shí)施方案中，熔融合金可以是包含以基于總合金重量的重量百分比計(jì)90至99的鐵、多達(dá)3.7的硅、多達(dá)1.0的鎳、多達(dá)0.5的錳、多達(dá)0.5的鋁、多達(dá)0.5的銅、多達(dá)0.4的鉻、多達(dá)0.1的鈦，和附帶的雜質(zhì)的鐵基合金。
[0052]在各個(gè)非限制實(shí)施方案中，該方法可進(jìn)一步包括使用精煉的合金以生產(chǎn)晶粒取向電工鋼。該方法可進(jìn)一步包括向精煉的合金的熔融物中添加硅、鎳、錳、鋁、銅、鉻和鈦中的至少一種，以提供包含:以基于總合金重量的重量百分比計(jì)93至99的鐵、0.6至3.7的硅、多達(dá)1.0的鎳、多達(dá)0.5的錳、多達(dá)0.5的鋁、多達(dá)0.5的銅、多達(dá)0.4的鉻、多達(dá)0.1的鈦，和附帶的雜質(zhì)的晶粒取向電工鋼。
[0053]本文弓丨用的所有文件以引用的方式并入本文，但僅到并入的材料不與現(xiàn)有的定義、陳述或本文列出的其他文件沖突的程度。在此文件中術(shù)語的任何含義或定義與以引用的方式并入文件的相同術(shù)語的任何含義或定義沖突的方面來說，應(yīng)以對(duì)本文件中那個(gè)術(shù)語指定的含義或定義為準(zhǔn)。任何文件的引用并不被解釋為承認(rèn)它是現(xiàn)有技術(shù)。
[0054]盡管本文已說明和描述了特定的實(shí)施方案，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，可以在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下做出各種其他的變化和修改。使用不超過例行的實(shí)驗(yàn)，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到或者能確定本文所述的具體方法的許多等效形式，包括替代、變形、增加、刪除、修改和替換。本公開，包括所附的權(quán)利要求，旨在涵蓋所有此類在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的等效形式。
【權(quán)利要求】
1.一種使熔融合金脫碳的方法，所述方法包括: 在所述熔融合金的表面下通過風(fēng)口的第一流體引導(dǎo)部分向熔融合金中注入包含氬氣、二氧化碳和氧氣中的至少一種的第一氣體；和 在所述熔融合金的表面下通過所述風(fēng)口的第二流體引導(dǎo)部分向所述熔融合金中注入包含氬氣和二氧化碳中的至少一種的第二氣體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，所述方法包括使所述熔融合金脫碳以使所述熔融合金的碳含量減少到基于總合金重量不超過0.01O重量百分比。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述風(fēng)口包含二氧化碳冷卻的風(fēng)口。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中: 所述風(fēng)口的所述第一流體引導(dǎo)部分包含內(nèi)部圓柱形部分；并且所述第二流體引導(dǎo)部分包含限定在所述內(nèi)部圓柱形部分和同心對(duì)齊的外部圓柱形部分之間的環(huán)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，所述方法進(jìn)一步包括通過所述內(nèi)部圓柱形部分注入所述第一氣體和通過所述環(huán)注入所述第二氣體。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一氣體由氧氣和二氧化碳組成，并且所述第二氣體由二氧化碳組成。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述氧氣與二氧化碳的比率大于3.5:1。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述氧氣與二氧化碳的比率大于3.5:1多達(dá)10:1。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述氧氣與二氧化碳的比率大于4:1多達(dá)7:1。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述第一氣體和第二氣體中的每一種均不含氬氣。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述第一氣體包含室溫下的二氧化碳。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中在注入所述二氧化碳之前所述二氧化碳未被加熱。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一氣體由氧氣組成，并且所述第二氣體由二氧化碳組成。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一氣體包含氧氣和包含氬氣和二氧化碳的惰性氣體，并且其中所述氧氣與惰性氣體的比率大于3.5:1。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，所述方法進(jìn)一步包括: 在容器內(nèi)提供所述熔融合金，所述容器具有外殼、腔體、在所述腔體內(nèi)的耐火材料襯套、和至少一個(gè)通過所述外殼和所述耐火材料襯套并進(jìn)入所述腔體內(nèi)的風(fēng)口 ；和通過所述容器的側(cè)面注射所述第一氣體和第二氣體。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，所述方法進(jìn)一步包括當(dāng)通過所述風(fēng)口的第二流體引導(dǎo)部分注入所述第二氣體時(shí)，使所述風(fēng)口的所述第一流體引導(dǎo)部分冷卻。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述熔融合金選自由碳鋼、低碳鋼、鐵基合金、鎳基合金和鈷基合金組成的組。
18.—種形成熔融合金的方法，所述方法包括: 在所述熔融合金的表面下通過風(fēng)口的第一流體引導(dǎo)部分向所述熔融合金中注入包含氬氣、二氧化碳、氧氣及其組合中的一種的第一氣體；和 在所述熔融合金的表面下通過所述風(fēng)口的第二流體引導(dǎo)部分向所述熔融合金中注入氬氣、二氧化碳及其組合中的一種； 其中所述風(fēng)口的所述第一流體引導(dǎo)部分包含內(nèi)部部分，所述內(nèi)部部分在外部部分內(nèi)同心對(duì)齊以限定其間的環(huán)，所述風(fēng)口的所述第二流體引導(dǎo)部分包含所述環(huán)。
19.一種精煉具有電工鋼組成的鋼的方法，所述方法包括: 在容器中提供熔融的鐵基合金，其包含以基于總合金重量的重量百分比計(jì)90至99的鐵、多達(dá)3.7的硅、多達(dá)1.0的鎳、多達(dá)0.5的錳、多達(dá)0.5的鋁、多達(dá)0.5的銅、多達(dá)0.4的鉻、多達(dá)0.1的鈦，和附帶的雜質(zhì)，其中所述容器包含在所述熔融合金的表面下的側(cè)面風(fēng)口，所述側(cè)面風(fēng)口包含外部部分和在所述外部部分內(nèi)同心對(duì)齊的內(nèi)部部分以限定其間的環(huán)， 在所述熔融合金的表面下通過所述風(fēng)口的所述內(nèi)部部分向所述熔融合金中注入包含氬氣、二氧化碳、氧氣及其組合中的一種的第一氣體；和 在所述熔融合金的表面下通過所述風(fēng)口的所述環(huán)向所述熔融合金中注入包含氬氣、二氧化碳及其組 合中的一種的第二氣體。
【文檔編號(hào)】C21C7/068GK104046749SQ201410084646
【公開日】2014年9月17日 申請(qǐng)日期:2014年3月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月12日
【發(fā)明者】R.J.馬特維, K.G.馬倫西亞, J.E.魯珀特 申請(qǐng)人:Ati資產(chǎn)公司