专利名称：应用超声波改善动力学条件的钢包精炼方法
技术领域：
本发明涉及炼钢过程中钢包精炼的方法，特别是一种应用超声波改善动力学条件的钢包精炼方法。
背景技术：
钢材质量与钢的纯净度有关，近年来，随用户对钢材质量要求的提高，对钢水的纯净度要求也相应提高，洁净钢冶炼工艺一直是国际上炼钢技术研究的主要课题，钢水脱硫、 脱磷、脱氧剂的热力学条件已能将钢水中硫、磷、氧含量脱至极低水平，满足洁净钢冶炼条件，但钢包精炼工艺过程中动力学条件主要靠底吹气体搅拌，其作用是利用其循环流场的特点来清洁钢液，均勻温度、均勻成分，促进冶金化学反应。钢包底吹氩工艺是通过安装在钢包底部的透气砖向钢液中吹入氩气等惰性气体，使钢液在钢包内产生环流，对钢水进行搅拌，使添加在钢水中的合金、脱氧剂、脱硫剂等快速熔化、分散，促使钢液成分和温度均勻，吸附钢液中的夹杂物，去除钢中的非金属夹杂，从而达到净化钢液的目的。但底吹氩气流量小时，钢包中存在循环死区，不能充分均勻化钢液成分、温度，若氩气流量增大，易引起钢液面裸露和翻滚，增加二次氧化机会。相关文献唐海燕、李京社、王建斌等，“钢包精炼不同吹氩工艺对夹杂物去除效果的研究”，《钢铁》2007,42(4)21-24。同时氩气流量受底吹透气砖的严格制约，要提高氩气流量很困难，增加氩气流量还会使操作成本上升，而且透气砖有时易堵塞，与钢包寿命不同步。受钢包底部透气元件的影响底吹氩吹出的气泡较大气泡上浮过程经过钢液的流程较长，在上升过程中气泡的直径增大，容易使钢水上表面炉渣被吹裸露，造成钢液吸氧，降低脱硫、脱磷效率。相关文献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。由于气体搅拌产生涡流、有搅拌死区等问题，所以采用底吹氩搅拌还远不能达到钢水脱硫、脱磷、脱氧剂热力学脱硫、脱磷、脱氧的理想水平，即动力学条件，不能满足洁净钢冶炼要求。超声波是一种压缩纵波，可在气体、液体、固体及固熔体中有效传播，具有很强的穿透性，这些固有特性使它在液体中传播时可传递很强的能量，能够在界面上产生强烈的冲击和空化作用，且同声波一样会产生反射、干涉、叠加和共振现象。首先尝试利用超声波应用在冶金过程中的工作是圣彼得堡大学的Sokolov教授，他提出应用超声波探伤和进行超声波照射影响金属结晶化的系列研究相关文献颜慧成、刘浏，“功率超声在钢铁冶金中的应用研究与展望”，《中国冶金》第4期(总第59期)2002年8月。Kuznetsov等采用超声振动来控制方坯和板坯的表面质量以及细化晶粒防止偏析。相关文献=Kuznets0v B.G. “带超声波振动内壁的结晶器的应用[A]”，中国金属学会连铸学会，《第一届欧洲连铸会议论文集[C]》，佛罗伦萨意大利金属学会· 1991 =697-700)。Kobayashi M，Hatanaka SI等学者研究了用超声波处理溶液中的夹杂物。相关文献Kobayashi M, Kamata C. Cold Mold Experiments of Removal from Molten Metal by an Irradiationof Ultrasonic Waves.ISIJ International, 1997,37(1) :9 15。日本名古屋大学桑原守教授将超声波应用在泡沫金属材料制备、控制泡沫渣高度、采用高速摄像机拍摄超声波空化气泡和微射的研究。相关文献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。赵忠兴等人研究了在铝合金铸造时超声波的顶部导入和底部导入方式对铸造合金的组织影响。相关文献赵忠兴，“超声波对合金结晶过程的均勻化作用”，《热加工工艺》1999，(5) :10 11。以上文献主要介绍了超声波在冶金过程中对金属内部组织的影响，并未提出在钢包精炼方面的超声波应用。
发明内容
本发明提供了一种应用超声波改善动力学条件的钢包精炼方法，在钢水中输入超声波，解决底吹气体搅拌存在搅拌死区问题，提高搅拌效果，脱除钢水杂质，去除夹杂，生产洁净钢。本发明提供的应用超声波改善动力学条件的钢包精炼方法，包括以下内容在转炉或电炉出钢后，将钢水倒入钢包内，将钢包置于精炼工位，在钢包底部开始吹氩气搅拌，加入造渣及脱氧材料，同时开启超声波发生器，在钢包底部及侧壁输入超声波，对钢水进行搅拌。超声波的功率由钢包内钢水的重量决定，超声波功率范围为5-500kW/ 吨钢水，超声波的输入时间为钢包精炼结束所用的时间。所述的应用超声波改善动力学条件的钢包精炼方法，在钢包底部中心位置两侧吹氩气搅拌，在钢包底部中心和侧壁上均勻分布的四个位置上输入超声波。所述的应用超声波改善动力学条件的钢包精炼方法采用的超声波发生器为压电换能器，在压电换能器与钢包包衬接触部位通循环冷却水。本发明与现有钢包精炼方法相比，其显著的有益效果体现在以下方面1.超声在熔体中传播时产生有限振幅衰减使液体内从声源处开始形成一定的声压梯度，导致液体的流动，在高能超声情况下，当声压幅值超过一定值时，液体中可以产生一个流体的喷射，使得金属熔液能够上下翻动，因而使金属熔液在宏观上受到一定的搅拌作用，可明显提高钢液温度场和成分的均勻性。超声搅拌具有良好的去气作用，产生的大量空化泡明显增大了气-液相接触面积，延长气泡上浮时间，有利于吸附去除夹杂物。2.超声波具有空化效应，当空化泡破裂时，形成所谓的“热点”，产生强烈的冲击波，对化学反应起到明显的加速作用。3.超声波使液体出现湍流的力学特性，降低扩散阻力，同时使固体的表面膜破坏， 加速了传质过程，可显著改善钢包精炼的反应动力学条件，从而改善脱硫、合金化、升温和控制夹杂物形态等效果。4.将超声波波源设置在钢包底部和包壁，作用于气体搅拌搅拌死区位置，与底吹气体搅拌共同作用，增强搅拌效果，可改善钢包精炼的动力学条件，接近于渣钢间和去除气体的反应热力学平衡，可缩短精炼时间10分钟以上，降低钢水夹杂和气体含量，提高钢包精炼效果。
图1是应用超声波改善动力学条件的钢包精炼方法采用的钢包剖面结构示意图。
具体实施例方式如图1所示，应用超声波改善动力学条件的钢包精炼方法，按以下过程实施在钢包底部中心设置一个圆形压电换能器4，提供超声波波源，在钢包侧壁上均勻分布的四个位置设置四个圆形压电换能器4，提供超声波波源，在压电换能器与钢包包衬2 接触的部位通循环冷却水5。在圆形压电换能器4的两侧设置底吹氩气3入口。在转炉或电炉出钢后，将钢水1倒入钢包内，将钢包置于精炼工位，在钢包底部开始吹氩气3搅拌，加入造渣及脱氧材料，同时开启在钢包底部中心及侧壁的圆形压电换能器4，输入超声波，对钢水1进行搅拌。每个超声波波源功率为IOX钢包钢水总重量kW，超声波的输入时间为钢包精炼结束所用的时间。
权利要求
1.一种应用超声波改善动力学条件的钢包精炼方法，其特征在于该方法包括以下内容在转炉或电炉出钢后，将钢水倒入钢包内，将钢包置于精炼工位，在钢包底部开始吹氩气搅拌，加入造渣及脱氧材料，同时开启超声波发生器，在钢包底部及侧壁输入超声波，对钢水进行搅拌，超声波的功率由钢包内钢水的重量决定，超声波功率范围为5-500kW/吨钢水，超声波的输入时间为钢包精炼结束所用的时间。
2.根据权利要求1所述的应用超声波改善动力学条件的钢包精炼方法，其特征在于在所说的钢包底部中心两侧吹氩气搅拌，在钢包底部中心和侧壁上均勻分布的四个位置上输入超声波。
3.根据权利要求1所述的应用超声波改善动力学条件的钢包精炼方法，其特征在于在所说的超声波发生器为压电换能器，在压电换能器与钢包包衬接触部位通循环冷却水。
全文摘要
本发明公开了一种应用超声波改善动力学条件的钢包精炼方法，在钢水中输入超声波，解决底吹气体搅拌存在搅拌死区问题。本发明包括以下内容在转炉或电炉出钢后，将钢水倒入钢包内，将钢包置于精炼工位，在钢包底部开始吹氩气搅拌，加入造渣及脱氧材料，同时开启超声波发生器，在钢包底部及侧壁输入超声波，对钢水进行搅拌。超声波的功率由钢包内钢水的重量决定，超声波功率范围为5-500kW/吨钢水，超声波的输入时间为钢包精炼结束所用的时间。本发明可降低钢水夹杂和气体含量，显著提高钢包精炼效果。
文档编号C21C7/06GK102260769SQ20101018131
公开日2011年11月30日 申请日期2010年5月25日 优先权日2010年5月25日
发明者亢淑梅, 张振山, 李成威, 沈明钢, 金辉 申请人:辽宁科技大学