专利名称：同时进行通氦搅拌的熔融金属的真空处理的制作方法
技术领域：
本发明涉及在对液态熔融金属，例如钢，进行真空处理的方法。
当离开转炉时，沸腾钢一般必须进行各种附加的冶金操作，这些冶金操作在带有真空装置的钢包内进行。这些操作一般包括在通过连铸或浇注在铸模中使金属凝固之前，对液态金属进行脱氧以及，然后，设定熔融金属的等级和温度。对于某些要求溶解气体(氢和氮)和/或碳的含量低的应用场合而言，需进行称作脱气的处理，通过降低与液态金属接触的气氛的压力能够极大改善脱气处理的有效性。
例如，对于脱碳处理，当钢的组成与熔融钢液上方的压力适当组合时，通过氧与钢液中溶解的碳结合形成气态一氧化碳，来实现钢液的脱碳。对液态金属进行搅拌有助于所述脱碳处理，所述搅拌例如通过从盛钢包底部向钢液中注入惰性气体，通常是氩气来进行。
为了正确地进行脱碳，例如脱气，有效搅拌是必不可少的，因为钢液上方产生的部分真空仅仅对钢液上部的一小层钢起作用。因此，为了确保获得所要求的整体性能，必须向该反应区持续提供下方的钢液，这同样也适应于脱氢或脱氮处理。
然而，搅拌钢液通常会搅动覆盖炉渣的钢液表面。当盛钢包处于真空下时，这种搅动进一步恶化。所述搅动可能会引起钢液和炉渣向盛钢包壁、待处理的盛钢包所处的罩或者容器处喷溅。为了限制这种喷溅并且防止金属液和上层炉渣溅出，操作人员必须在静态钢液表面与盛钢包上沿之间维持一个安全距离，此距离被称作安全高度。因此，该安全高度意味着冶金盛钢包的填充水平必须低于其名义值。
否则，操作人员不得不限制搅拌速率，或者甚至略去这种搅拌，以便限制表面发生搅动，这可能会直接导致所获得的钢的质量下降。
因此，本发明的目的是提供一种对较大量金属液进行盛钢包内真空处理，同时又能保证这种处理正确进行的方法。
为此，本发明的目标是一种对液态熔融金属进行真空处理的方法，该方法包括如下步骤-将液态熔融金属加入冶金盛钢包内，填充所述盛钢包直至达到0.4-0.6m的安全高度；-通过在所述盛钢包上方形成部分真空并且同时通过从所述盛钢包底部通入氦气对熔融金属进行搅拌，来对所述金属进行处理，所述通氦搅拌在所述处理的一部分或者整个过程中进行。
而且，本发明可以具有下述特性-所述处理是对钢进行的脱碳处理；-处理后的金属是脱碳处理后其含碳量低于60ppm的钢；-所述处理是对钢进行的去氢处理；-所述处理是对钢进行的脱氮处理；-每吨熔融金属中通入的氦气流量大于或者等于1.875Sl/min；-氦气通过盛钢包壁注入，所述盛钢包壁安装有位于金属液面以下的气体喷嘴；以及-氦气通过盛钢包底部注入，所述盛钢包底部安装有气体喷嘴。
将会了解到，本发明在于同时将氦气用作搅拌气体和比通常实际情形使用更低的安全高度。
这是因为，本发明人已发现使用氦气而不是氩气或氮气作为搅拌气体，能够非常显著地减少液态金属表面的搅动现象，从而能够降低安全高度并且因此提高盛钢包填充金属液的程度，结果使生产率显著提高。
现在，就钢液在真空室内的脱碳而言，分别对现有技术方法的实例和本实施发明方法的实例进行介绍。
现有技术中，熔融金属，例如钢，的真空处理的实施过程为首先填充冶金盛钢包，直至达到通常为0.6-1m的安全高度，然后，在盛钢包内产生真空，将氩气或氮气同时通入盛钢包，以便对钢液进行搅拌。
本实例中使用的盛钢包基本为圆柱形，整个高度为4.4m，最大容量为300吨钢，将安全高度设置为0.8m，则每个盛钢包一般可以处理240吨钢，所使用的气体喷嘴包括三个嵌入盛钢包底部的多孔柱塞(plug)。每个所述多孔柱塞均被设计成能够提供600Sl/min的最大气体流量(1Sl＝在标准温度和压力条件下的1升)。
当盛有钢液的盛钢包置于逐渐产生部分真空的处理室内时，在盛钢包中金属液上层会释放出CO，此时，处理室内的压力水平与跟金属中溶解的碳和氧的活度平衡的CO压力相当。由于部分真空作用，自发沸腾引起的CO排放速率相当高，会导致盛钢包中金属液面上升并且形成金属喷溅。由于CO的这种排放，如果初始安全高度为0.8m，必须将每个多孔柱塞的搅拌速率典型地限制为50-80Sl/min，即通入惰性气体的总流量为0.625-1Sl/t/min。
当由于金属中碳含量的减少而使CO排放速率下降时，一般要增加搅拌气体的流量，这发生在所谓的低压阶段期间，该阶段中，装有盛钢包的处理室中的压力低于10mbar，典型地为1mbar量级，每个多孔部件进入的气体流量典型为200Sl/min，即进入盛钢包的氩气或氮气的总流量为每吨钢2.5Sl/min。
在这些条件下，由于CO沸腾以及搅拌气体的综合作用而产生的钢液表面的搅动程度和钢液喷溅速率在整个处理过程中仍是容许的。
如果将安全高度降低至0.4-0.6m，并且同时通入氩气或氮气，则必须使惰性气体的通入流量显著低于标准安全高度时规定的流量，这会导致在同样真空处理时间内脱碳性能的下降。对于钢脱碳而言，这会导致钢的不充分脱碳，并且因此不适合于预期用途。
在与刚刚介绍的现有技术实例类似的盛钢包中，采用根据本发明的方法对240吨的钢液进行真空处理，但是在与上述相同的条件下通入的是氦气。在产生真空步骤期间，每个多孔柱塞通入的氦流量为150Sl/min，即总计为1.875Sl/t/min。当盛钢包处于1mbar或更低的真空下时，每个柱塞的氦速增加至200Sl/min，即总流量为2.5Sl/t/min。
令人惊奇地，已发现钢液表面的搅动程度下降。钢液向盛钢包壁的喷溅程度因此也下降，从而允许将盛钢包填充直至安全高度为0.4-0.6m。因此，在与通氩或通氮具有同样的冶金性能和同样安全条件的一次操作中，能够多处理20吨的钢液，从而使生产率提高约10％。
另外，所述处理可以在有效工作时间期间实施并完成，从而能够获得与指定特性相符合的钢。
当然，可以采用任何类型的喷嘴，例如，特别是至少一个嵌入盛钢包底部的多孔柱塞，或者至少一个直接浸入金属液的喷枪，将所述气体送入金属液中。
根据本发明的方法尤其更合适于对钢进行真空脱碳处理，以使钢的最终碳含量低于60ppm。但是，所述方法可以在要求进行搅拌并且要求满足安全高度的任何真空冶金方法中使用。
权利要求
1.液态熔融金属的真空处理方法，其包括下述步骤-将液态熔融金属装入冶金盛钢包内，填充所述盛钢包直至安全高度达到0.4-0.6m；-通过在所述盛钢包上方形成部分真空并且同时通过从所述盛钢包底部通入氦气对熔融金属进行搅拌，来对所述金属进行处理，所述通氦搅拌在所述处理过程的一部分或者整个过程中进行。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于所述处理是对钢进行的脱碳处理。
3.根据权利要求2的方法，其特征在于所述钢在脱碳之后的含碳量低于60ppm。
4.根据权利要求1的方法，其特征在于所述处理是对钢进行的去氢处理。
5.根据权利要求1的方法，其特征在于所述处理是对钢进行的脱氦处理。
6.根据权利要求1-5中之任何一项的方法，其特征在于每吨熔融金属通入的氦气流量大于或等于1.875Sl/min。
7.根据权利要求1-6中之任何一项的方法，其特征在于所述氦气通过盛钢包壁进入，所述盛钢包壁安装有位于金属液面以下的气体喷嘴。
8.根据权利要求7的方法，其特征在于所述氦气通过盛钢包底部进入，所述盛钢包底部安装有气体喷嘴。
全文摘要
本发明涉及液态铸造金属的真空处理方法，其包括下述步骤将液态铸造金属加入冶金盛钢包内，填充所述盛钢包直至安全高度达到0.4－0.6m；当在所述盛钢包上方形成真空并且同时通过从所述盛钢包底部通入氦气对铸造金属进行搅拌时，对所述金属进行处理，所述通氮搅拌在所述处理过程的一部分或者整个过程中进行。
文档编号F27D25/00GK1420938SQ01807410
公开日2003年5月28日 申请日期2001年3月27日 优先权日2000年3月29日
发明者F·斯多温诺特, M·伯蒂, J－F·多姆金, P·加丁, D·维阿勒, R·莱茨, F·莱可勒克 申请人:于西纳公司