CN114875207B - 一种钢包精炼用自耗体及其精炼方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于钢包精炼领域，提出了一种钢包精炼用自耗体及其精炼方法。钢包精炼用自耗体包括移动***和自耗体，移动***控制自耗体移动，自耗体包括多层装有精炼剂小球的套管。精炼剂小球为CaO‑Al₂O₃‑SiO₂‑MgO、膨润土和CaCO₃混合粉末制成。与直接向钢液加入精炼剂粉末相比，减少钢液喷溅，降低损耗。随精炼时间进行，不同层精炼剂分段进入钢液获得最大的精炼效果。自耗体内部精炼剂在钢液内部形成大量细小气泡和渣滴，细小气泡与钢液充分反应捕获钢液中的小尺寸夹杂物；渣滴显著增大与钢液的接触面积，在钢液内部吸附大量夹杂物和杂质元素，并上浮到钢液表面，提高钢液精炼效果。

Description

一种钢包精炼用自耗体及其精炼方法

技术领域

本发明涉及钢包精炼领域，具体涉及一种钢包精炼用自耗体及其方法。

背景技术

钢的洁净度是决定了钢材质量和工业用途，控制钢的洁净度的关键在于控制钢中夹杂物，最大程度的降低钢中夹杂物含量对于生产高品质钢具有重要意义。

钢液中的气泡可以通过碰撞黏附或尾流携带夹杂物上浮达到去除夹杂物的目的，气泡去除夹杂物是通过气泡的浮选作用，气泡尺寸越小，气泡与夹杂物发生碰撞概率越大，夹杂物去除效果越好，夹杂物尺寸越小被气泡黏附的概率越大。《一种连铸回转台钢包底吹氩设备及其使用方法》中提出钢包底吹氩法，《板坯连铸中间包气幕挡墙技术开发与应用》中提出中间包气幕挡墙技术，两种方法均采用透气砖或透气塞向钢水中通入气体，但是这两种方法产生的气泡尺寸大，弥散程度差，夹杂物去除效率低，特别是对显微夹杂物的去除效果不够理想。同时，实际生产采取直接向钢液中加入精炼渣的方式进行精炼。精炼渣的密度比钢液的密度小，在精炼过程精炼渣仅能浮在钢液顶部。最终，精炼渣通过与钢-渣界面反应进行脱氧和脱硫，以及吸附钢中的夹杂物。由于夹杂物需要运动到钢-渣界面才有可能被精炼渣吸附，因此精炼过程中夹杂物的去除效率也偏低。

随着新型高端钢种对夹杂物控制要求越来越严格，利用小气泡去除钢中夹杂物的研究亦越来越受到重视。因此，开发新技术获得尺寸可控、数量稳定、弥散分布的气泡十分重要。同时，增大精炼渣与钢液的接触面积，创造更多的机会使夹杂物被精炼渣吸附，也有利于改进钢液的洁净度。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提出一种钢包精炼用自耗体及其方法，可以在钢包中提供微小气泡和渣滴来去除钢液中的细小夹杂物和杂质元素，通过增大气泡和渣滴与钢液的接触面积来使反应充分进行，从而提高精炼效果，改善钢材质量。

本发明的技术方案如下：一种钢包精炼用自耗体，包括移动***和自耗体3；移动***用于控制自耗体3的移动，自耗体3包括多层套管，套管内装有精炼剂。

所述精炼剂为CaO-Al₂O₃-SiO₂-MgO、膨润土和CaCO₃混合粉末，按照质量百分比混合制成的小球，其中CaO：45％-60％；Al₂O₃：15％-30％；SiO₂：≤10％；MgO：3％-10％；CaCO₃：5％-20％；膨润土1％-2％；套管为钢质。

精炼剂小球粒径为5-40mm。

所述多层套管布置有3-5层，套管的直径以及高度逐层增加，内一层套管体积占外一层套管体积的20％-30％，最外层套管高度占钢包高度的60％-70％。自耗体在精炼过程中精炼过程中套管钢壁逐渐熔化，其中精炼剂小球随着套管熔化而分层进入钢液对其进行精炼，在套管底部开有细小气孔，可使自耗体内层套管中精炼剂分解产生的气体排出，避免了自耗体在精炼过程中由于内部气压太高而产生爆裂。

所述移动***包括电机8、夹持装置4、旋转装置5和升降装置6，电机8为旋转装置5和升降装置6提供动力；升降装置6一端安装在固定基座7上，另一端连接旋转装置5；夹持装置4安装于旋转装置5末端，用于固定自耗体3。

所述自耗体3用于精炼时，由旋转装置5将其旋转到钢包1上空，再通过升降装置6将其送入钢液2。

所述的钢包精炼用自耗体在钢包中进行精炼的具体步骤如下：

1)将自耗体3安装在夹持装置4上，自耗体3随着旋转装置5转动到钢包1上方；

2)当自耗体3旋转到钢包1上方时，通过升降装置6将自耗体3***钢液2中，当自耗体3外层钢壳熔化，精炼剂小球进入钢液2；

3)精炼结束之后，自耗体3通过升降装置3上升到钢包1上方，再通过旋转装置5旋出钢包1。

4)自耗体3旋出之后，对钢包进行软吹氩，氩气流量20-100NL/min，吹氩时间10-25min。

所述自耗体3的作用方式如下：精炼开始时，自耗体外层的外部钢壳受热逐渐熔化，外部精炼剂小球进入钢液，分解产生细小气泡，直径为20-40μm，使小球爆裂，精炼剂同时熔化成渣滴并在钢液中弥散分布。产生的气泡和渣滴均具有捕获细小夹杂物的作用，由于产生的渣滴尺寸较大，直径为0.1-2mm，捕获细小夹杂物后最后也会因浮力上浮到顶渣层。随着自耗体外层的熔化，内部的温度逐渐升高，内层的精炼剂小球再次爆裂并熔化，产生持续的精炼效果。基于自耗体的多层结构，外层对内部起到了保温隔热作用，防止内部小球过早爆裂和熔化。

所述自耗体3最外层外部钢壳受热熔化，外部精炼剂小球进入钢液2，此时外层自耗体起到隔热作用，用于防止内层自耗体中精炼剂小球分解；随着外层自耗体被消耗，中层自耗体外层钢壳开始受热熔化，精炼剂小球进入钢液2，同时对内层自耗体起到隔热作用；当中层自耗体全部进入钢液2，内层自耗体外层钢壳开始受热熔化，内部精炼剂小球全部进入钢液2。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)本发明在钢包精炼过程中提高了去除夹杂物的效率，改善了钢的洁净度，自耗体内部精炼剂可在钢液内部形成大量细小气泡和渣滴，细小气泡可与钢液充分反应来捕获钢液中的小尺寸夹杂物；渣滴显著增大了与钢液的接触面积，可以在钢液内部吸附大量夹杂物和杂质元素，主要起脱硫和脱氧作用，并上浮到钢液表面，从而提高钢液精炼效果。

(2)采用加入自耗体的方式进行精炼，与直接向钢液中加入精炼剂粉末相比，可减少钢液喷溅，降低损耗。自耗体内部精炼剂可在钢液内部持续形成细小气泡，不会在钢液表面形成“裸眼”导致钢液二次氧化，也不会产生钢液喷溅。

(3)采用加入自耗体的方式进行精炼，可使精炼剂小球直接在钢液内部进行精炼，可以有效缩短精炼时间，降低精炼成本。

(4)本发明的自耗体操作简单，危险性小，自耗体套管底部开有细小气孔，可使自耗体内层套管中精炼剂因受热分解产生的气体排出，避免了因气体膨胀发生爆裂，保证生产安全。

附图说明

图1是一种钢包精炼用自耗体的整体结构示意图；

图2是钢包精炼用自耗体的整体结构的剖面图；

图3是钢包精炼用自耗体的整体结构的俯视图。

其中：1钢包；2钢液；3自耗体；4夹持装置；5旋转装置；6升降装置；7固定基座；8电机。

具体实施方式

实施例1

一种钢包精炼用自耗体，精炼剂成分按配方配比，取CaO 48kg，Al₂O₃ 27kg，SiO₂9kg，MgO 6.5kg放入破碎研磨机研磨2小时，采用混料机将其充分混匀后，一起放入化渣机中进行预熔处理，预熔温度为1500℃，预熔时间为2小时。将预熔后的颗粒进行二次破碎，获得粒径分布为0.1-1mm的粉末。取CaCO₃ 8.5kg，膨润土1kg放入破碎机破碎2小时，之后将二次破碎后的粉末与破碎后的碳酸钙粉末一同放入烘干机进行烘干，烘干温度为400℃，烘干时间为15小时。将烘干后的混合粉末放入造球机中进行造球并筛选出粒径5-40mm的小球。

具体工艺与操作方法如下：

步骤1，对80吨钢包，钢包高度为3000mm，取长度为1800mm，最大直径为150mm的三层钢制套管，钢壁厚度为2mm，取68kg制备好的复合小球均匀装入每层钢制套管中，组成自耗体3；

步骤2，将自耗体3安装在夹持装置4上，当钢包1到达指定位置之后，通过升降装置6将自耗体3提高到一定高度，再通过旋转装置5将自耗体3旋转到钢包1上方，通过升降装置6将自耗体1下降到钢液2中，此时自耗体3外层套管钢壁开始熔化，内部小球逐渐进入到钢液2中发生反应，同时自耗体3内精炼剂小球分解产生气体从钢壁底部气孔流出对钢液2产生搅拌作用。

步骤3，反应3分钟之后精炼结束，通过升降装置6将剩余的自耗体3提出钢包1，再通过旋转装置5将其移动到待工作位，之后对钢包进行软吹，氩气流量50NL/min，软吹时间20min。经测量检测，精炼后钢液的氧含量T.[O]为13ppm。

实施例2

一种钢包精炼用自耗体，精炼剂成分按配方配比，取CaO 55kg，Al₂O₃ 20kg，SiO₂9kg，MgO 5kg放入破碎研磨机研磨2小时，采用混料机将其充分混匀后，放入化渣机中进行预熔处理，预熔温度为1600℃，预熔时间为2小时。将预熔后的颗粒进行二次破碎，获得粒径分布为0.1-1mm的粉末。取CaCO₃ 9.5kg，膨润土1.5kg放入破碎机破碎2小时，之后将二次破碎后的粉末与破碎后的碳酸钙粉末一同放入烘干机进行烘干，烘干温度为500℃，烘干时间为15小时。将烘干后的混合粉末放入造球机中进行造球并筛选出粒径5-40mm的小球。

具体工艺与操作方法如下：

步骤1，对90吨钢包，钢包高度为3250mm，取长度为1950mm，最大直径为180mm的4层钢制套管，钢壁厚度为2mm，取78kg制备好的复合小球均匀装入每层钢制套管中，组成自耗体3；

步骤2，将自耗体3安装在夹持装置4上，当钢包1到达指定位置之后，通过升降装置6将自耗体3提高到一定高度，再通过旋转装置5将自耗体3旋转到钢包1上方，通过升降装置6将自耗体3下降到钢液2中，此时自耗体3外层套管钢壁开始熔化，内部小球逐渐进入到钢液中发生反应，同时自耗体3内精炼剂小球分解产生气体从钢壁底部气孔流出对钢液产生搅拌作用。

步骤3，反应4分钟之后精炼结束，通过升降装置6将剩余自耗体3提出钢包1，再通过旋转装置5将其移动到待工作位，之后对钢包进行软吹，氩气流量40NL/min，软吹时间20min。经测量检测，精炼后钢液的氧含量T.[O]为12ppm。

实施例3

对比例

采用本发明方法对钢包进行精炼处理之后，可有效降低钢中全氧含量，提高钢的洁净度。钢包底吹氩精炼结束后，钢液中全氧含量只能降低到15-20ppm。如：采用80t钢包进行底吹氩精炼时，精炼结束后钢液中T.[O]为16ppm。而在钢包中采用加入自耗体的方式进行精炼即采用实施例1相同的方法，可将钢液中T.[O]进一步降低到12ppm，效果明显。

Claims (8)

1.一种钢包精炼用自耗体，其特征在于，该钢包精炼用自耗体包括移动***和自耗体(3)；移动***用于控制自耗体(3)的移动，自耗体(3)包括多层套管，套管内装有精炼剂小球；所述多层套管布置有3-5层，套管的直径以及高度逐层增加，内一层套管体积占外一层套管体积的20％-30％；最外层套管于钢包(1)内的高度占钢包(1)高度的60％-70％。

2.根据权利要求1所述的钢包精炼用自耗体，其特征在于，所述精炼剂小球粒径为5-40mm，其为CaO-Al₂O₃-SiO₂-MgO、膨润土和CaCO₃混合粉末制成，粉末按照质量百分比混合，其中CaO：45％-60％；Al₂O₃：15％-30％；SiO₂：≤10％；MgO：3％-10％；CaCO₃：5％-20％；膨润土1％-2％；套管为钢质。

3.根据权利要求1或2所述的钢包精炼用自耗体，其特征在于，所述套管底部开有细小气孔，用于排出自耗体内层套管中精炼剂分解产生的气体。

4.根据权利要求3所述的钢包精炼用自耗体，其特征在于，所述移动***包括电机(8)、夹持装置(4)、旋转装置(5)和升降装置(6)，电机(8)为旋转装置(5)和升降装置(6)提供动力；升降装置(6)一端安装在固定基座(7)上，另一端连接旋转装置(5)；夹持装置(4)安装于旋转装置(5)末端，用于固定自耗体(3)。

5.根据权利要求4所述的钢包精炼用自耗体，其特征在于，所述自耗体(3)用于精炼时，由旋转装置(5)将其旋转到钢包(1)上空，再通过升降装置(6)将其送入钢液(2)。

6.根据权利要求4或5所述的钢包精炼用自耗体用于去除夹杂物的精炼方法，具体步骤如下：

1)将自耗体(3)安装在夹持装置(4)上，自耗体(3)随着旋转装置(5)转动到钢包(1)上方；

2)当自耗体(3)旋转到钢包(1)上方时，通过升降装置(6)将自耗体(3)送入钢液(2)中，当自耗体(3)外层钢壳熔化，精炼剂小球进入钢液(2)；

3)精炼结束之后，自耗体(3)通过升降装置(6)上升到钢包(1)上方，再通过旋转装置(5)旋出钢包(1)；

4)自耗体(3)旋出后，对钢包(1)进行软吹氩。

7.根据权利要求6所述的钢包精炼用自耗体用于去除夹杂物的精炼方法，其特征在于，所述软吹氩的氩气流量为20-100NL/min，吹氩时间10-25min。

8.根据权利要求6所述的钢包精炼用自耗体用于去除夹杂物的精炼方法，其特征在于，所述自耗体(3)外层钢壳熔化后，位于最外层套管内的精炼剂小球进入钢液(2)，并对自耗体(3)起到隔热作用；自耗体(3)的其他层套管中精炼剂小球分解随着自耗体(3)的消耗，自耗体(3)中层处的套管钢壳开始受热熔化，该层套管内精炼剂小球进入钢液(2)，同时对剩余自耗体(3)起到隔热作用；随着自耗体(3)中层处全部进入钢液(2)，自耗体(3)内层处的套管钢壳开始受热熔化，其内部精炼剂小球全部进入钢液(2)。

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