專利名稱：應用超聲波改善動力學條件的鋼包精煉方法
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=Kuznets0v 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 KUffABARA 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. K0MAR0V, Mamoru KUWABARA,OlegV. ABRAM0V. 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。以上文獻主要介紹了超聲波在冶金過程中對金屬內部組織的影響，并未提出在鋼包精煉方面的超聲波應用。
發明內容
本發明提供了一種應用超聲波改善動力學條件的鋼包精煉方法，在鋼水中輸入超聲波，解決底吹氣體攪拌存在攪拌死區問題，提高攪拌效果，脫除鋼水雜質，去除夾雜，生產潔凈鋼。本發明提供的應用超聲波改善動力學條件的鋼包精煉方法，包括以下內容在轉爐或電爐出鋼后，將鋼水倒入鋼包內，將鋼包置于精煉工位，在鋼包底部開始吹氬氣攪拌，加入造渣及脫氧材料，同時開啟超聲波發生器，在鋼包底部及側壁輸入超聲波，對鋼水進行攪拌。超聲波的功率由鋼包內鋼水的重量決定，超聲波功率范圍為5-500kW/ 噸鋼水，超聲波的輸入時間為鋼包精煉結束所用的時間。所述的應用超聲波改善動力學條件的鋼包精煉方法，在鋼包底部中心位置兩側吹氬氣攪拌，在鋼包底部中心和側壁上均勻分布的四個位置上輸入超聲波。所述的應用超聲波改善動力學條件的鋼包精煉方法采用的超聲波發生器為壓電換能器，在壓電換能器與鋼包包襯接觸部位通循環冷卻水。本發明與現有鋼包精煉方法相比，其顯著的有益效果體現在以下方面1.超聲在熔體中傳播時產生有限振幅衰減使液體內從聲源處開始形成一定的聲壓梯度，導致液體的流動，在高能超聲情況下，當聲壓幅值超過一定值時，液體中可以產生一個流體的噴射，使得金屬熔液能夠上下翻動，因而使金屬熔液在宏觀上受到一定的攪拌作用，可明顯提高鋼液溫度場和成分的均勻性。超聲攪拌具有良好的去氣作用，產生的大量空化泡明顯增大了氣-液相接觸面積，延長氣泡上浮時間，有利于吸附去除夾雜物。2.超聲波具有空化效應，當空化泡破裂時，形成所謂的“熱點”，產生強烈的沖擊波，對化學反應起到明顯的加速作用。3.超聲波使液體出現湍流的力學特性，降低擴散阻力，同時使固體的表面膜破壞， 加速了傳質過程，可顯著改善鋼包精煉的反應動力學條件，從而改善脫硫、合金化、升溫和控制夾雜物形態等效果。4.將超聲波波源設置在鋼包底部和包壁，作用于氣體攪拌攪拌死區位置，與底吹氣體攪拌共同作用，增強攪拌效果，可改善鋼包精煉的動力學條件，接近于渣鋼間和去除氣體的反應熱力學平衡，可縮短精煉時間10分鐘以上，降低鋼水夾雜和氣體含量，提高鋼包精煉效果。
圖1是應用超聲波改善動力學條件的鋼包精煉方法采用的鋼包剖面結構示意圖。
具體實施例方式如圖1所示，應用超聲波改善動力學條件的鋼包精煉方法，按以下過程實施在鋼包底部中心設置一個圓形壓電換能器4，提供超聲波波源，在鋼包側壁上均勻分布的四個位置設置四個圓形壓電換能器4，提供超聲波波源，在壓電換能器與鋼包包襯2 接觸的部位通循環冷卻水5。在圓形壓電換能器4的兩側設置底吹氬氣3入口。在轉爐或電爐出鋼后，將鋼水1倒入鋼包內，將鋼包置于精煉工位，在鋼包底部開始吹氬氣3攪拌，加入造渣及脫氧材料，同時開啟在鋼包底部中心及側壁的圓形壓電換能器4，輸入超聲波，對鋼水1進行攪拌。每個超聲波波源功率為IOX鋼包鋼水總重量kW，超聲波的輸入時間為鋼包精煉結束所用的時間。
權利要求
1.一種應用超聲波改善動力學條件的鋼包精煉方法，其特征在于該方法包括以下內容在轉爐或電爐出鋼后，將鋼水倒入鋼包內，將鋼包置于精煉工位，在鋼包底部開始吹氬氣攪拌，加入造渣及脫氧材料，同時開啟超聲波發生器，在鋼包底部及側壁輸入超聲波，對鋼水進行攪拌，超聲波的功率由鋼包內鋼水的重量決定，超聲波功率范圍為5-500kW/噸鋼水，超聲波的輸入時間為鋼包精煉結束所用的時間。
2.根據權利要求1所述的應用超聲波改善動力學條件的鋼包精煉方法，其特征在于在所說的鋼包底部中心兩側吹氬氣攪拌，在鋼包底部中心和側壁上均勻分布的四個位置上輸入超聲波。
3.根據權利要求1所述的應用超聲波改善動力學條件的鋼包精煉方法，其特征在于在所說的超聲波發生器為壓電換能器，在壓電換能器與鋼包包襯接觸部位通循環冷卻水。
全文摘要
本發明公開了一種應用超聲波改善動力學條件的鋼包精煉方法，在鋼水中輸入超聲波，解決底吹氣體攪拌存在攪拌死區問題。本發明包括以下內容在轉爐或電爐出鋼后，將鋼水倒入鋼包內，將鋼包置于精煉工位，在鋼包底部開始吹氬氣攪拌，加入造渣及脫氧材料，同時開啟超聲波發生器，在鋼包底部及側壁輸入超聲波，對鋼水進行攪拌。超聲波的功率由鋼包內鋼水的重量決定，超聲波功率范圍為5-500kW/噸鋼水，超聲波的輸入時間為鋼包精煉結束所用的時間。本發明可降低鋼水夾雜和氣體含量，顯著提高鋼包精煉效果。
文檔編號C21C7/06GK102260769SQ20101018131
公開日2011年11月30日 申請日期2010年5月25日 優先權日2010年5月25日
發明者亢淑梅, 張振山, 李成威, 沈明鋼, 金輝 申請人:遼寧科技大學