一種制備超純凈鋼的電化學精煉裝置及精煉方法制造方法及圖紙

本發明專利技術提供一種制備超純凈鋼的電化學精煉裝置及精煉方法，屬于鋼鐵冶金的爐外精煉和純凈鋼生產技術領域。該電化學精煉裝置包括鋼包，鋼包內設置有鋼液，鋼包的底部設置有氬氣透氣磚，鋼液上設置有精煉合成渣，精煉合成渣內設置有兩個陽極電極，精煉合成渣上設置有一個陰極電極，鋼包的一側設置有陽極信號電極；兩個陽極電極、一個陰極電極和一個電源構成鋼水的電化學精煉的電極裝置，兩個陽極電極、陽極信號電極和一個電源構成兩個陽極與鋼液面距離的陽極位置反饋電極裝置。本發明專利技術在非真空條件下采用電化學的方法脫氧和脫硫，將鋼水中的氧硫含量同時降低到ppm級，避免在鋼水中形成點鏈狀夾雜物和點狀夾雜物。

An electrochemical refining device and refining method for preparing ultra pure steel

【技術實現步驟摘要】
一種制備超純凈鋼的電化學精煉裝置及精煉方法
本專利技術涉及鋼鐵冶金的爐外精煉和純凈鋼生產
，尤其涉及一種制備超純凈鋼的電化學精煉裝置及精煉方法。
技術介紹
目前，通過提高鋼的純凈度來提高鋼的質量是一種最有效和最重要的方法。故而對于使用純凈度要求較高的鋼材，采用爐外精煉的手段是極其必要的。爐外精煉手段包括鐵水脫硫、鐵水脫磷、鋼包爐脫氧、真空脫氣和真空脫氮，分別可以將鐵水的硫含量脫至50ppm的水平、將鐵水的磷含量脫至50ppm的水平、與保護澆注配合將鋼中的氧含量脫至5-10ppm、將鋼中的氫含量脫至2ppm以下、將鋼中的氮含量脫至30ppm左右，從而使得鋼中的雜質降低到很理想的水平，鋼的質量在過去十幾年達到了一個很高的水平。然而，對于現有的高質量鋼或者特殊鋼來說，還是存在危害鋼性能的鋼中夾雜物，如點鏈狀的三氧化二鋁夾雜物、條狀的硫化物、點狀的鈣鋁酸鹽夾雜物等，大部分源自脫氧、脫硫過程加入的鈣、鋁等的氧化物。在2016年冶金設備雜質第四期《鋼鐵行業創新和發展方向—王國棟院士》的先進鋼鐵全流程一體化組織控制中提出，成分高效精準控制的潔凈鋼冶煉技術為重要研究方向，研究開發鋼包底部噴吹精煉粉劑或合金粉的新一代鋼包噴射冶金技術，減少或取消鐵水預處理、LF脫硫精煉，以實現潔凈鋼冶煉流程的高效化、低成本、低排放。本專利技術就是基于這個研究方向提出的新的簡單有效的方法，減少在鋼中形成脫氧、脫硫產物殘留，從而減少夾雜物含量。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題是在鋼水的傳統攪拌條件下，加鋁沉淀脫氧會在鋼水中殘留脫氧產物Al2O3，在鋼水凝固時聚集成簇狀夾雜物，在軋制后形成點鏈狀夾雜物—B類夾雜物；加喂入硅鈣線沉淀脫硫在鋼中留下CaS和nCaO.mAl2O3，在軋制后形成條形硫化物—A類夾雜物和鈣鋁酸鹽nCaO.mAl2O3夾雜物—D類夾雜物；以及強攪拌導致的爐渣卷入鋼液，爐渣類夾雜物C類夾雜物在鋼中滯留等問題。本專利技術提供一種制備超純凈鋼的電化學精煉裝置，所述電化學精煉裝置包括鋼包，所述鋼包內設置有鋼液，所述鋼包的底部設置有與鋼液連通的氬氣透氣磚，所述鋼液上設置有精煉合成渣，所述精煉合成渣內設置有兩個陽極電極，所述精煉合成渣上設置有一個陰極電極，所述鋼包的一側設置有與鋼液連接的陽極信號電極；兩個所述陽極電極、一個所述陰極電極和一個電源構成鋼水的電化學精煉的電極裝置，兩個所述陽極電極、所述陽極信號電極和一個電源構成兩個陽極與鋼液面距離的陽極位置反饋電極裝置。優選地，所述陰極電極的橫截面積大于兩個所述陽極電極的橫截面積。優選地，兩個所述陽極電極、一個所述陰極電極沿著鋼包直徑成一線布置；一個所述陰極電極位置位于鋼包中心，兩個所述陽極電極位于所述陰極電極兩側半徑的二分之一處。優選地，所述陽極信號電極插設在鋼包上沿下鋼液可到達處300mm以下的耐火磚縫隙處，并焊接在鋼包殼上。優選地，所述精煉合成渣的厚度250-300mm，兩個所述陽極電極底端與精煉合成渣界面距離100mm。一種根據所述的制備超純凈鋼的電化學精煉裝置的精煉方法，S1、根據鋼包噸位選擇直流電源的供電容量：按照精煉鋼液量和鋼液在鋼包中溫度基本穩定，不會快速降溫時，即加熱后鋼水到達最低溫度后，按照鋼液升溫速度5℃/min選取電源，其中，鋼包噸位為50t、60t、90t、150t時，供電容量分別為10000kVA、12000kVA、15000kVA、25000kVA；S2、初煉爐向精煉裝置的鋼包出鋼時，必須減少初煉爐爐渣進入精煉爐，出鋼時向鋼包底加入50％精煉合成渣；S3、吹氬氣攪拌：S2中裝滿鋼液的鋼包在精煉工位定位后，鋼包開始吹氬氣攪拌鋼水，除加合金、加渣料、喂入鋁線時強攪拌外，攪拌強度控制在每噸鋼100-150L，因透氣磚透氣性的差別，吹氬攪拌強度通過目測決定，整個電化學精煉過程都伴隨有吹氬氣攪拌；S4、補加精煉合成渣：吹氬氣強攪拌，補加精煉合成渣，保證渣層厚度250-300mm；電極位置不穩定時，增加渣層厚度；S5、喂入鋁線、向渣面加鋁：S4加入精煉合成渣后，向鋼水喂入按照噸鋼計算的0.4kg鋁線，按照每噸鋼0.3kg鋁量向渣面加入10-20mm鋁粒，視白渣情況可以補加鋁粒，以維持白渣操作；S6、兩個陽極電極的定位：下放兩個陽極電極到鋼渣中，根據電化學精煉的電極裝置中陽極信號電極的短路信號，確定接觸到鋼渣界面的零點位置，然后將兩個陽極電極向上提起100mm，固定兩個陽極電極的位置，兩個陽極電極分別作定位；S7、陰極電極送電引弧：陰極電極給電，下落，達到給定引弧電壓，約距離鋼渣界面200mm，起電弧，預置陰極工作電壓分為200V和220V兩級；S8、電化學冶金脫氧、脫硫：在給定直流恒穩電壓條件下，通過陰極電極引弧對鋼液進行加熱，鋼液的溫度為1550-1600℃，調小電流以實現鋼液的平穩加熱；加熱過程中為了保持白渣，適當的向渣面撒入兩次碳化硅或鋁粒，維持渣面的還原氣氛；使得鋼渣中的堿性含鈣氧化物電離成Ca2+和O2-，來自鋼中O、S在電場的作用下離子化為O2-和S2-并在電場的驅動下進入爐渣；在鋼渣中離子化的Al3+和鋼中的O2-在陽極電極附近反應生成Al2O3，鋼中的S2-與鋼渣中的Ca2+在陽極電極附近反應生成CaS；Al2O3和CaS進入鋼渣中，完成了電化學脫氧脫硫的過程；電化學冶金脫氧、脫硫在40-60分鐘的精煉全時間中將鋼中硫含量降低至20ppm以下，將鋼中的全氧含量降低至12ppm以下，得到超純凈鋼水；S9、將S8得到的超純凈鋼水送連鑄機鑄成方坯、板坯或矩形坯。優選地，S1直流電源供電容量的供電時間占S8精煉全時間的50-60％。優選地，S2和S4中的合成渣中的組分按質量百分比計為：CaO50％，Al2O310％，CaF210％，SiO215％，CaCO315％；S2和S4中的合成渣配料按質量百分比計為：優質石灰53％，鋁土礦12％，螢石10％，硅磚塊10％，熔后加入的優質石灰石15％。優選地，S2和S4中的合成渣是先將優質石灰、鋁土礦、螢石、硅磚塊按組分配料預熔，凝固后壓制成10-30mm塊狀，最后混合10-30mm優質石灰石15％制成，需要防潮包裝。優選地，S9的超純凈鋼材檢驗的夾雜物評級為0.5級以下。優選地，在保護澆注條件下，鋼中全氧含量降低至4-8ppm，硫含量降低至1-5ppm。優選地，S6中陽極信號電極的電壓為80-120V。優選地，在連鑄期間實行保護澆注的條件下，鋼材中各類夾雜物的檢驗值80％以上在1級以下。本專利技術的上述技術方案的有益效果如下：本專利技術通過電化學脫氧脫硫的方式制備超純凈鋼材，制備的超純凈鋼材檢驗的夾雜物評級可以出現大部分0.5級以下，甚至0級。有效地提高了鋼的性能。在精煉過程中將鋼中硫含量降低至20ppm以下，將鋼中的全氧含量降低至12ppm以下；避免采用強攪拌導致的爐渣卷入鋼液，避免了爐渣類夾雜物C類夾雜物在鋼中滯留；且與傳統的攪拌條件加鋁沉淀脫氧不同，不會在鋼水中殘留脫氧產物Al2O3，不會在鋼水凝固時聚集成簇狀夾雜物，不會在軋制后形成點鏈狀夾雜物—B類夾雜物；且與傳統的攪拌條件加喂入硅鈣線沉淀脫硫不同，不會在鋼中留下CaS和nCaO.mAl2O3，不會在軋制后形成條形硫化物—A類夾雜物和鈣鋁酸鹽nCaO.mAl2本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種制備超純凈鋼的電化學精煉裝置，其特征在于，所述電化學精煉裝置包括鋼包，所述鋼包內設置有鋼液，所述鋼包的底部設置有與鋼液連通的氬氣透氣磚，所述鋼液上設置有精煉合成渣，所述精煉合成渣內設置有兩個陽極電極，所述精煉合成渣上設置有一個陰極電極，所述鋼包的一側設置有與鋼液連接的陽極信號電極；兩個所述陽極電極、一個所述陰極電極和一個電源構成鋼水的電化學精煉的電極裝置，兩個所述陽極電極、所述陽極信號電極和一個電源構成兩個陽極與鋼液面距離的陽極位置反饋電極裝置。

【技術特征摘要】
1.一種制備超純凈鋼的電化學精煉裝置，其特征在于，所述電化學精煉裝置包括鋼包，所述鋼包內設置有鋼液，所述鋼包的底部設置有與鋼液連通的氬氣透氣磚，所述鋼液上設置有精煉合成渣，所述精煉合成渣內設置有兩個陽極電極，所述精煉合成渣上設置有一個陰極電極，所述鋼包的一側設置有與鋼液連接的陽極信號電極；兩個所述陽極電極、一個所述陰極電極和一個電源構成鋼水的電化學精煉的電極裝置，兩個所述陽極電極、所述陽極信號電極和一個電源構成兩個陽極與鋼液面距離的陽極位置反饋電極裝置。2.根據權利要求1所述的制備超純凈鋼的電化學精煉裝置，其特征在于，所述陰極電極的橫截面積大于兩個所述陽極電極的橫截面積。3.根據權利要求1所述的制備超純凈鋼的電化學精煉裝置，其特征在于，兩個所述陽極電極、一個所述陰極電極沿著鋼包直徑成一線布置；一個所述陰極電極位置位于鋼包中心，兩個所述陽極電極位于所述陰極電極兩側半徑的二分之一處。4.根據權利要求1所述的制備超純凈鋼的電化學精煉裝置，其特征在于，所述陽極信號電極插設在鋼包上沿下鋼液可到達處300mm以下的耐火磚縫隙處，并焊接在鋼包殼上。5.根據權利要求1所述的制備超純凈鋼的電化學精煉裝置，其特征在于，所述精煉合成渣的厚度250-300mm，兩個所述陽極電極底端與精煉合成渣界面距離100mm。6.一種根據權利要求1所述的制備超純凈鋼的電化學精煉裝置的精煉方法，其特征在于，S1、根據鋼包噸位選擇直流電源的供電容量：按照精煉鋼液量和鋼液在鋼包中溫度基本穩定，不會快速降溫時，即加熱后鋼水到達最低溫度后，按照鋼液升溫速度5℃/min選取電源，其中，鋼包噸位為50t、60t、90t、150t時，供電容量分別為10000kVA、12000kVA、15000kVA、25000kVA；S2、初煉爐向精煉裝置的鋼包出鋼時，必須減少初煉爐爐渣進入精煉爐，出鋼時向鋼包底加入50％精煉合成渣；S3、吹氬氣攪拌：S2中裝滿鋼液的鋼包在精煉工位定位后，鋼包開始吹氬氣攪拌鋼水，除加合金、加渣料、喂入鋁線時強攪拌外，攪拌強度控制在每噸鋼100-150L，因透氣磚透氣性的差別，吹氬攪拌強度通過目測決定，整個電化學精煉過程都伴隨有吹氬氣攪拌；S4、補加精煉合成渣：吹氬氣強攪拌，補加精煉合成渣，保證渣層厚度250-300mm以上；電極位置不穩定時，增加渣層厚度；S5、喂入鋁線、向渣面加鋁：S4加入精煉合成渣后，向鋼水喂入按照噸鋼計算的0.4kg鋁...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王平，趙永璞，
申請(專利權)人：王平，趙永璞，
類型：發明
國別省市：上海,31