一種精煉鋼包熔渣乳化的控制裝置和方法與流程

2023-07-18 06:23:01

本發明屬於鋼鐵冶金技術領域，具體涉及一種精煉鋼包熔渣乳化的控制裝置和方法。

背景技術：

近年來隨著社會的進步和科學技術的發展，現代國防、交通、能源等工業對鋼材性能的要求越來越高，為滿足這一要求，潔淨鋼技術研究已成為鋼鐵冶金技術領域的重要研究課題。提高鋼水的潔淨度是提高鋼材質量的基礎，對鋼材性能有較大負面影響的鋼中的[o]、[h]、[n]及非金屬夾雜物等雜質的脫除，成為煉鋼工序中生產高質量鋼種的一個重要環節。因此，改進和提升煉鋼流程中轉爐-二次精煉-連鑄各環節的冶煉水平具有重要的現實意義。

在鋼冶煉過程中，從轉爐、鋼包、中間包至結晶器，鋼渣乳化是非常重要的普遍現象。特別是在爐外精煉和連鑄過程，高品質鋼冶煉的決定性環節中，其有效增大鋼液與熔渣的反應面積，提高鋼液的精煉效率；但由於吹氬動態攪拌也能導致產生夾雜物汙染鋼液。一直以來，鋼渣的乳化行為及機理受到了廣泛關注和探究，至今也取得了一定進展，形成了一些共識。煉鋼時分布在熔體中的液滴是一般通過乳化作用產生，既可能是渣液在鋼液中的乳化，也可能是鋼液在渣中的乳化，但前者更受關注。通常是噴吹進入系統中的氣體提供能量，鋼液被攪拌，然後沿鋼-渣界面流動的鋼液將動量傳遞給相鄰熔渣，在一定的臨界條件下，分散相渣滴脫離母相乳化進入鋼液連續相。相關研究表明，輕質乳化相的運動學粘度在其乳化臨界速度上有重要影響，渣滴乳化進入鋼液後，不僅會捲入形成夾雜，而且接觸渣線以下的爐襯耐火材料會造成嚴重蝕損。鋼中非金屬夾雜物含量過多不僅影響鋼表面質量，降低鋼的機械性能，特別是降低塑性、韌性及疲勞極限，還會導致鋼易發生脆性斷裂，高質量鋼產品對氧化物夾雜顆粒尺寸具有很苛刻的要求，如厚度為0.2～0.3mm的di罐用低碳鋁鎮靜鋼，為防止衝罐時產生裂紋，要求鋼中夾雜物顆粒尺寸小於40μm；發動機閥門彈簧鋼則要求夾雜物尺寸小於15μm，但目前還未能高效穩定地達到上述目標。因此，合理控制熔渣的乳化狀態非常重要。

技術實現要素：

本發明的目的是為了克服上述背景技術的不足，提供一種精煉鋼包熔渣乳化的控制裝置和方法，使其有效改善爐襯材料壽命，提高鋼的潔淨度。

本發明提供的一種精煉鋼包熔渣乳化的控制裝置，包括爐體，爐體的壁面包括由內到外依次設置的耐火層、爐體永久層和保溫層，爐體的底部設有座磚層，保溫層和座磚層外設有包裹整個爐體的包鋼；耐火層包括位於爐體下部的鋼液耐火層和位於爐體上部的渣線耐火層，保溫層上部與渣線耐火層位置相同處設有線圈，線圈的兩端分別連接直流電源的兩極。

較佳地，線圈採用無機絕緣電磁線，無機絕緣電磁線包括二氧化矽無機絕緣純鎳導線。

較佳地，線圈的直徑為0.3至3mm，線圈環繞爐體設置有5500至8000匝。

較佳地，線圈的外層塗抹有膠泥層。

較佳地，膠泥層為sic-si-al膠泥，sic-si-al膠泥中sic>80wt％，單質si>2wt％，金屬al>12wt％。

較佳地，爐體底面的包鋼上設有用於向座磚層輸入氣體的進氣口。

較佳地，渣線耐火層的壁面厚度大於鋼液耐火層的壁面厚度。

較佳地，直流電源的電壓為100至200v，電流為7至20a。

一種利用上述裝置進行精煉鋼包熔渣乳化的控制方法：鋼液和爐渣倒入爐體，在從爐體底部吹入氬氣1至3分鐘之後，打開直流電源使線圈通電形成電磁場。

較佳地，調整直流電源的電壓為100至200v，調整直流電源的電流為7至20a。

本發明的有益效果在於：本發明針對鋼水和熔渣界面發生乳化現象，會改變熔渣的組成，通過磁場條件下熔渣乳化組成與粘度的關係，設計施加合適的磁場實現精煉鋼包底吹過程中熔渣乳化的控制，穩定乳化現象，避免爐襯耐火材料局部過速損毀，也達到淨化鋼水的最佳條件；所採用的sic-si-al膠泥能夠實現電磁線圈的快速導熱散熱，其中的金屬al和單質si能迅速合金化，原位形成相變儲熱材料，大量吸收電磁線圈的熱量，不僅保障線圈的壽民和安全，而且能改善鋼水溫降。本發明在動態條件下實時控制熔渣的乳化運動狀態，有效改善爐襯材料壽命，提高鋼的潔淨度，為高品質鋼安全高效生產提供保障。

附圖說明

圖1為本發明實施例一的結構示意圖。

圖中：1-鋼包，2-爐體永久層，3-保溫層，4-線圈，5-爐渣層，6-膠泥層，7-直流電源，8-鋼液，9-渣線耐火層，10-鋼液耐火層，11-座磚層。

具體實施方式

下面結合附圖及實施例對本發明作進一步的詳細描述，但該實施例不應理解為對本發明的限制。

實施例一

一種精煉鋼包1熔渣乳化的控制裝置，包括爐體，爐體的壁面包括由內到外依次設置的耐火層、爐體永久層2和保溫層3，爐體的底部設有座磚層11，保溫層3和座磚層11外設有包裹整個爐體的包鋼；耐火層包括位於爐體下部的鋼液耐火層10和位於爐體上部的渣線耐火層9，保溫層3上部與渣線耐火層9位置相同處設有線圈4，線圈4的兩端分別連接直流電源7的兩極。爐體底面的包鋼上設有用於向座磚層11輸入氣體的進氣口。直流電源7的電壓為100至200v，電流為7至20a。

渣線耐火層9的壁面厚度大於鋼液耐火層10的壁面厚度。

線圈4採用無機絕緣電磁線，無機絕緣電磁線包括二氧化矽無機絕緣純鎳導線。線圈4的直徑為0.3～1mm，線圈4環繞爐體設置有5500至8000匝。線圈4的外層塗抹有膠泥層6。膠泥層6為sic-si-al膠泥，膠泥層6的厚度為1～2mm，sic-si-al膠泥中sic>80wt％，單質si>2wt％，金屬al>12wt％。

精煉鋼包1底吹氬氣開始後1～3min，打開直流電源7，調整電壓為160～200v，電流為15～20a，渣面處於動態穩定狀態。

本實施例中，爐體永久層2為高鋁澆注料或ai203-mgo-c磚，渣線耐火層9為mgo-c磚；鋼液耐火層10為鎂鋁碳磚，隔熱層為輕質黏土或矽酸鋁纖維或輕質澆注料。

實施例二

本實施例中，在鋼包1爐體永久層2與保溫層3之間均勻纏繞直徑為1～2mm的無機絕緣電磁線，形成3000～5500匝的環繞爐體線圈4，覆蓋整個爐渣層5，線圈4外側均勻塗抹一層1～2mm的sic-si-al膠泥，線圈4兩級接入直流電源7，其他設置方式與實施例一均相同；精煉鋼包1底吹氬氣開始後1～3min，打開直流電源7，調整電壓為130～160v，電流為11～15a，渣面處於動態穩定狀態。

實施例三

本實施例中，在鋼包1爐體永久層2與保溫層3之間均勻纏繞直徑為2～3mm的無機絕緣電磁線，形成500～3000匝的環繞爐體線圈4，覆蓋整個爐渣層5，線圈4外側均勻塗抹一層1～2mm的sic-si-al膠泥，線圈4兩級接入直流電源7，其他設置方式與實施例一均相同；精煉鋼包1底吹氬氣開始後1～3min，打開直流電源7，調整電壓為100～130v，電流為7～11a，渣面處於動態穩定狀態。

實施例四

一種如實施例一至實施例四所述裝置進行精煉鋼包1熔渣乳化的控制方法：將混合了爐渣的鋼液8倒入爐體，倒入混合了爐渣的鋼液8之後，爐渣會自動漂浮到鋼液8上方形成爐渣層5，而爐渣層5則位於渣線耐火層9的高度範圍之內；

通過位於鋼包1底部的進氣孔吹入氬氣，氬氣通過座磚層11上的進氣孔吹入爐體內的鋼液8中，在從爐體底部吹入氬氣1至3分鐘之後，則打開直流電源7使線圈4通電形成電磁場。調整直流電源7的電壓為100至200v，調整直流電源7的電流為7至20a。通過所形成的磁場實現精煉鋼包1底吹過程中熔渣乳化的控制，穩定乳化現象，也達到淨化鋼水的最佳條件。

本發明針對鋼水和熔渣界面發生乳化現象，會改變熔渣的組成，通過磁場條件下熔渣乳化組成與粘度的關係，設計施加合適的磁場實現精煉鋼包1底吹過程中熔渣乳化的控制，穩定乳化現象，避免爐襯耐火材料局部過速損毀，也達到淨化鋼水的最佳條件；所採用的sic-si-al膠泥能夠實現電磁線圈4的快速導熱散熱，其中的金屬al和單質si能迅速合金化，原位形成相變儲熱材料，大量吸收電磁線圈4的熱量，不僅保障線圈4的壽民和安全，而且能改善鋼水溫降。

本發明在動態條件下實時控制熔渣的乳化運動狀態，有效改善爐襯材料壽命，提高鋼的潔淨度，為高品質鋼安全高效生產提供保障。

顯然，本領域的技術人員可以對本發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和範圍。這樣，倘若本發明的這些修改和變型屬於本發明權利要求及其等同技術的範圍之內，則本發明也意圖包含這些改動和變型在內。

本說明書中未作詳細描述的內容屬於本領域專業技術人員公知的現有技術。