[發明專利]應用超聲波改善動力學條件的鋼包精煉方法

無效

• 申請號: 201010181315.2
• 申請日: 2010-05-25
• 公開（公告）號: CN102260769A
• 公開（公告）日: 2011-11-30
• 發明（設計）人: 沈明鋼;亢淑梅;張振山;李成威;金輝
• 申請（專利權）人: 遼寧科技大學
• 主分類號: C21C7/06
• 分類號: C21C7/06;C21C7/072
• 代理公司: 鞍山嘉訊科技專利事務所 21224
• 代理人: 張群

技術領域

本發明涉及煉鋼過程中鋼包精煉的方法，特別是一種應用超聲波改善動力學條件的鋼包精煉方法。

背景技術

鋼材質量與鋼的純凈度有關，近年來，隨用戶對鋼材質量要求的提高，對鋼水的純凈度要求也相應提高，潔凈鋼冶煉工藝一直是國際上煉鋼技術研究的主要課題，鋼水脫硫、脫磷、脫氧劑的熱力學條件已能將鋼水中硫、磷、氧含量脫至極低水平，滿足潔凈鋼冶煉條件，但鋼包精煉工藝過程中動力學條件主要靠底吹氣體攪拌，其作用是利用其循環流場的特點來清潔鋼液，均勻溫度、均勻成分，促進冶金化學反應。鋼包底吹氬工藝是通過安裝在鋼包底部的透氣磚向鋼液中吹入氬氣等惰性氣體，使鋼液在鋼包內產生環流，對鋼水進行攪拌，使添加在鋼水中的合金、脫氧劑、脫硫劑等快速熔化、分散，促使鋼液成分和溫度均勻，吸附鋼液中的夾雜物，去除鋼中的非金屬夾雜，從而達到凈化鋼液的目的。但底吹氬氣流量小時，鋼包中存在循環死區，不能充分均勻化鋼液成分、溫度，若氬氣流量增大，易引起鋼液面裸露和翻滾，增加二次氧化機會。相關文獻：唐海燕、李京社、王建斌等，“鋼包精煉不同吹氬工藝對夾雜物去除效果的研究”，《鋼鐵》2007，42(4)21-24。同時氬氣流量受底吹透氣磚的嚴格制約，要提高氬氣流量很困難，增加氬氣流量還會使操作成本上升，而且透氣磚有時易堵塞，與鋼包壽命不同步。受鋼包底部透氣元件的影響底吹氬吹出的氣泡較大氣泡上浮過程經過鋼液的流程較長，在上升過程中氣泡的直徑增大，容易使鋼水上表面爐渣被吹裸露，造成鋼液吸氧，降低脫硫、脫磷效率。相關文獻：Yoon?B.H.，Heo?K.H.，Kin?JS.Improvement?of?Steel?Cleanliness?by?Controlling?Slag?Composition[J]，Ironmaking?and?Steelmaking，2002，29(3)：215~218。

由于氣體攪拌產生渦流、有攪拌死區等問題，所以采用底吹氬攪拌還遠不能達到鋼水脫硫、脫磷、脫氧劑熱力學脫硫、脫磷、脫氧的理想水平，即動力學條件，不能滿足潔凈鋼冶煉要求。

超聲波是一種壓縮縱波，可在氣體、液體、固體及固熔體中有效傳播，具有很強的穿透性，這些固有特性使它在液體中傳播時可傳遞很強的能量，能夠在界面上產生強烈的沖擊和空化作用，且同聲波一樣會產生反射、干涉、疊加和共振現象。首先嘗試利用超聲波應用在冶金過程中的工作是圣彼得堡大學的Sokolov教授，他提出應用超聲波探傷和進行超聲波照射影響金屬結晶化的系列研究相關文獻：顏慧成、劉瀏，“功率超聲在鋼鐵冶金中的應用研究與展望”，《中國冶金》第4期(總第59期)2002年8月。Kuznetsov等采用超聲振動來控制方坯和板坯的表面質量以及細化晶粒防止偏析。相關文獻：Kuznetsov?B.G.“帶超聲波振動內壁的結晶器的應用[A]”，中國金屬學會連鑄學會，《第一屆歐洲連鑄會議論文集[C]》，佛羅倫薩：意大利金屬學會.1991：697-700)。Kobayashi?M，Hatanaka?SI等學者研究了用超聲波處理溶液中的夾雜物。相關文獻：Kobayashi?M，Kamata?C.Cold?Mold?Experiments?of?Removal?from?Molten?Metal?by?an?Irradiationof?Ultrasonic?Waves.ISIJ?International，1997，37(1)：9～15。日本名古屋大學桑原守教授將超聲波應用在泡沫金屬材料制備、控制泡沫渣高度、采用高速攝像機拍攝超聲波空化氣泡和微射的研究。相關文獻：Iakashi?KUBO，Mamoru?KUWABARA?and?Jian?YANG.Visualization?ofacoustically?induced?cavitation?bubbles?and?microjets?with?the?aid?of?ahigh-speed?camera.Japanese?Journal?of?Applied?Physics，2005，44(6B)：4647-4652；Sergey?V.KOMAROV，Mamoru?KUWABARA，OlegV.ABRAMOV.High?power?ultrasonics?in?pyrometallurgy：current?statusand?recent?development.ISIJ?international，2005，(45)12：1765-1782。趙忠興等人研究了在鋁合金鑄造時超聲波的頂部導入和底部導入方式對鑄造合金的組織影響。相關文獻：趙忠興，“超聲波對合金結晶過程的均勻化作用”，《熱加工工藝》1999，(5)：10～11。