专利名称：熔融金属的脱碳和脱磷方法
技术领域：
本发明涉及熔融金属的处理，尤其是为生产超低碳(Ultra Low Carbon，简称ULC)和超过超低碳(Super Ultra Low Carbon，简称SULC)熔融钢进行的处理，该处理方法包括脱碳、脱磷和化学加热步骤。
本发明还涉及一种用于在脱气装置中进行所述处理的吹管。
EP-A-0347884描述了一种通过供氧在脱气器中脱碳并化学加热的两用方法，该方法尤其用于生产ULC钢以及SULC钢。
US-A-4198229中描述了一种向熔融金属浴中加入助熔剂组分和碱土金属的卤化物如氟化钙进行脱磷的技术。
如后一篇文献所述的脱磷作用必须在钢已经通过转炉装置之后、于脱气装置中进行脱碳之前在辅助冶炼装置中进行。但是，该方法存在如下缺点-由于该工艺路线中有这个附加步骤从而耗费了时间，-因此，温度损失较高，-在辅助冶金装置处的钢中需要一定量的可得到的溶解氧。
WO96/16190描述了一种向熔融金属浴(即脱气装置中的熔融金属)的表面上吹氧或含氧气体的脉冲气流的方法，以此作为脱碳的手段。可以向氧流以及固体氧化物颗粒供应中加入燃料气。该文献还描述了用于供应所述物质的吹管。即所谓的Mesid型第1代吹管，这种吹管具有氧用环形槽，在槽的内部有一个用于加入固体氧化物的可移动的环形槽，一个含有燃料加料用喷嘴的Laval部分以使氧加速，以及位于外面的环形冷却套管。
在这种类型的吹管中，将氧气用作向熔融钢上吹固体氧化物用的传输气体，这使得彼此独立的氧和固体流很难控制。
这种类型吹管的另一个缺点是不能用所述吹管从室温开始加热脱气装置的耐火材料。在使用这种类型的吹管之前必须使用一种额外的加热系统以加热耐火材料。所述吹管口的封闭结构也使这种类型吹管发出很高的噪音。
最后，由于需要安装吹粉末用的可移动槽，使得这种类型吹管的设计复杂化。
EP-A-0879896描述了一种熔融金属脱碳用装置和方法，所述装置为在脱气装置那一侧含有若干固定吹管喷嘴的脱气装置，每一个都有用于以超音速吹气体氧的内管和用于吹冷却气体的外管。但是，该装置无法加入固体氧化物形式的氧。
发明目的本发明的主要目的是改进ULC和SULC钢的现有生产方法。
更具体地说，本发明的目的是提供一种生产ULC和SULC钢的方法，采用该方法可以节省时间。
本发明的再一个目的是提供一种用于在脱气装置中向熔融金属上吹氧和/或固体的改进吹管。
在根据本发明方法的一个优选实施方案中，所述方法包含如下步骤-在所述脱气装置中将适量的氧吹到熔融金属上，所述用量取决于进行所述脱碳所需要的氧量，-在所述脱碳的同时，将由含石灰的助熔剂组成的第一种粉末吹到所述熔融金属上，以降低所述金属的磷含量，-在所述脱磷和所述脱碳的同时，将另外适量的氧吹到所述熔融金属上，所述另外的用量取决于进行所述脱磷所需要的氧量。
根据本发明方法的一种优选实施方案，所述金属为钢，所述方法在RH-容器中进行以生产超低碳钢和超过超低碳钢。
所述脱碳和/或脱磷用氧可以以气体形式或以含固体氧化物的第二种粉末(例如主要含Fe2O3的粉末)的形式供应。
所述含石灰的助熔剂为含氧化钙(CaO)的粉末。它可由，例如，70％的CaO和30％的氟化钙(CaF2)组成。
所述含石灰的助熔剂的用量为每吨金属1-4kg。将所述含石灰的助熔剂吹到所述熔融金属上的速率至少为50kg/分钟，优选100kg/分钟。
本发明还涉及用于处理熔融金属尤其是脱气装置中钢的多功能吹管，所述吹管包含被由流体冷却的槽同轴环绕的中心槽，所述吹管的特征在于-用至少两个肋将所述中心槽固定到所述冷却槽的内壁上，-将一个槽放置在相对于所述中心槽的偏心位置。
根据本发明吹管的一种实施方案，一个轴孔位于其中一个所述肋内，所述离心槽被插入到所述轴孔中。
根据另一种实施方案，所述离心槽被插入到两个所述肋的空隙之间。
所述离心槽可以是粉末-供应槽，所述粉末供应槽被连接到用于由含石灰的助熔剂组成的粉末的第一供应系统和用于含固体氧化物粉末的第二供应系统以及传输气体供应系统中。所述离心槽既可以是固定的，也可以是能够轴向移动的。
根据优选的实施方案，所述冷却槽的嘴部装有环，所述环的内径为0.8XD-1.6XD，其中D为中心槽的外径。优选地，所述环的内径为0.9XD-1.2XD。
根据优选的实施方案，所述环带有孔，来自离心槽的粉末流可以通过该孔流入熔融金属。
根据优选的实施方案，中心槽的嘴部被放置在距所述吹管嘴部的距离(a)处，(a)最多为D’的三倍，其中D’为所述中心槽的所述嘴部的内径。
根据优选的实施方案，采用传动装置使所述吹管垂直移动。
根据本发明的吹管还可包含燃烧装置。
根据优选的实施方案，安装一种调节装置来调节各种物质相对于本发明吹管的流速。
图2描述了典型路线和按本发明路线的工业测试结果。
图3描述了使用根据本发明的顶部吹管的方法。
图4a和4b描述了根据本发明第一种实施方案的吹管。图4a代表正视图，图4b代表沿A-A’的剖面图。
图5代表根据本发明的吹管的第二种优选实施方案的剖面图。
发明详述
图1将本发明放到生产ULC和SULC钢所采用的冶炼工艺的各阶段中，并将结果与现有技术的方法进行了对比。
在转炉中处理生铁后，钢可以按典型路线(100，200)或本发明路线300进行。
典型路线分为在转炉和连续浇铸装置之间具有2个或3个处理步骤的两种路线。在第一种典型路线100(无脱磷作用)中，钢直接进入脱气装置。在脱碳和化学加热后，使SULC或ULC钢在脱气器或辅助冶炼装置中进行脱氧和合金化处理。在第二种典型路线200中，首先将钢在辅助冶炼装置中脱磷，然后按照与前面情况相同的方式处理。
根据本发明路线300，钢进入脱碳用脱气装置，同时借助含有含石灰的助熔剂的粉末进行脱磷，所述含有含石灰的助熔剂的粉末与氧一起或独立地吹到进入脱气装置的钢的表面上。脱碳/脱磷后，马上使SULC或ULC钢在脱气器中或辅助冶炼装置中进行氧化和合金处理。
根据本发明的方法将脱碳/脱磷组合在一起，避免了时间损耗和温度损失。而且，在辅助冶炼装置中，脱气前无需供氧或无需较高的溶解氧含量。
根据本发明路线，转炉阶段后，熔融钢马上进入脱气装置。
在所述脱气装置中进行组合脱碳/脱磷。对于两种反应，都必须有足够量的溶解氧存在于熔融钢浴中。氧可以经由本发明吹管以气体氧形式或以固体氧化物形式加入。必须吹入脱气器中的氧和/或固体氧化物以初始氧含量和脱碳后的目标氧含量为基准计算。后者取决于所需的化学再加热量。
如果初始氧含量太低，由于初始碳含量太高不能达到必须的超低碳水平，可以在脱碳反应的早期借助本发明吹管吹入气体氧或固体氧化物来实施强制脱碳。
根据本发明，为了脱磷，在所述吹氧之后马上或吹氧的同时吹入含有含石灰的助熔剂的粉末。
通过下述反应除去磷方程式(1)当熔融钢中氧含量和助熔剂的石灰含量越高，方程式(1)的反应越倾向于向右进行。
必须满足的预定条件是，开始脱磷时熔融钢浴中必须有足量的溶解氧。根据方程式1，钢中氧活性越高，脱磷效率越高。为了充分脱磷，脱碳过程中需要充足的氧含量。
如果初始氧活性足以满足所述需要，只加入含有含石灰的助熔剂的粉末。
如果不能获得足够量的氧，可以利用本发明吹管在加入含石灰的助熔剂之前或之中加入作为气体氧或含固体氧化物(如氧化铁)的粉末形式的氧。是选择气体氧还是选择固体氧化物仅取决于所述处理末期的目标温度。
如果温度过高，为了在不进行再加热的情况下促进脱磷反应，用同一个所述吹管将固体氧化物(如氧化铁)与含石灰的助熔剂一起注入，从而提供所必须的氧。
在温度太低不适于连续浇铸操作的情况下，通过在脱碳/脱磷过程中吹入过量的氧以及经合金化槽15加入铝实现化学再加热。但是，优选在脱碳之后、钢的脱氧过程中加入所述量的氧和铝。
为进行脱磷加入的含石灰的助熔剂的用量为1-4kg/吨钢，优选2-3kg/吨钢，具体用量取决于液体钢中初始磷含量和脱气后的目标磷含量。含石灰的助熔剂的用量必须以足够高的速率吹入以避免由于吹粉造成的时间损耗，所述速率最小为50kg/min，优选100kg/min。
脱磷用炉渣主要是由注入的粉末形成的，因此脱磷增加了质量函数和吹粉流动性的函数。
处理后，炉渣必须具有足够的磷容量，并且必须是足以防止钢中P吸收的流体。优选地，向工艺炉渣中加入过量20％的石灰，或者撇去该工艺炉渣，而代之以通过加入石灰或含石灰的助熔剂形成的新炉渣。
如果需要，可以通过延长处理时间，并通过吹入较高量的含石灰的助熔剂获得较高的磷脱除量。
当含石灰的助熔剂和金属之间接触良好时，反应将会加速。这是通过向脱气装置中金属表面上吹入微粉化粉末而实现的，所述粉末通过由于真空作用造成的钢的湍流作用与液体钢混合。吹粉吹管的高度优选低于脱气装置中钢水平线之上5米。
图2给出了典型路线(即无脱磷的脱气路线)的工业结果(黑点云表示的正态分布)，和按照本发明路线(即脱碳的同时进行脱磷的路线)的工业结果(围绕着它们的回归线的10个白圆圈)。该图将来自转炉(X-轴)的出钢之后的P-含量与连续浇注装置(Y-轴)之前的P-含量进行了对比。采用根据本发明的方法，超过20％的磷被除去。
图3描述了用根据本发明的吹管的方法。脱气装置1被放置到含液体钢3的桶2之上。上腿连通管4和下腿连通管5使液体钢穿过初始炉渣6。靠真空作用将液体钢泵入脱气室7中。
氧8和粉末9，例如含石灰的助熔剂，通过顶部-吹管10吹到脱气室内钢-渣表面11的顶部。在吹压作用下，被吹动的氧和含石灰的助熔剂穿过液体钢表面。然后它们依靠内部钢的流动通过下腿连通管进入罐中并与液体钢混合。
通过溶液中碳的还原生成的CO+CO2以及其他气体通过废气导管12排出。合金化槽15用于在再加热过程之中，或组合的脱碳/脱磷工艺之后，加入物质以在脱气装置中合金化(见图1)。
图4a和4b给出了根据本发明优选实施方案的吹管。该吹管提供了将粉末与或不与额外的氧供应一起注入的机会，以及调节独立于氧气流的粉末流的机会。该粉末可以由脱碳用固体氧化物组成，或由脱磷用含石灰的助熔剂组成，或由两者的混合物组成。这意味着可以同时供应所有的氧化进料和含石灰的助熔剂进料，这使得有可能在整个脱碳时间内供应粉末，而不依赖吹氧及其处理时间。
如图4a和4b所示的吹管包含其端部带有Laval型部分33的中心槽13。中心槽上连接有氧气供应系统51、燃料(如天然气)供应系统52和保护性气体(如氩气)供应系统53。当氧流停止时，为了避免所述中心槽可能受到的损害，通过中心槽运送所述保护性气体。中心槽13被环状冷却槽12环绕，所述冷却槽12被连接到冷却液(例如水)供应系统54上。在中心槽13的外壁和冷却槽21的内壁24之间为另一个环状槽19，槽19同样连接到所述供氧系统51上。
中心槽13通过至少两个肋14被固定到冷却槽21的内壁24上。槽31被放置在相对于中心槽13的偏心位置。在图4b所示的实施方案中，该偏心槽31被插入到所述肋14之间的空间中。槽31被连接到由含石灰的助熔剂组成的粉末的供应系统55和含固体氧化物的粉末的供应系统56上。所述槽31也被连接到惰性传输气体(其可以是与所述保护性气体相同的气体，如氩气)用供应系统57上，在图5所示的本发明另一种实施方案中，其中一个肋具有轴孔17，槽31插入轴孔17中。
槽31优选是固定的。但是，根据本发明的另一种实施方案，可以使槽31沿其轴向移动，这样它能够一直延伸，直至其嘴部与吹管25的嘴部25相接。
中心槽13的嘴部18和吹管25的嘴部之间有一段距离(a)。距离(a)优选小于中心槽13的嘴的内径D’的三倍。在吹管的嘴部25处放置环26，环26的内径d为0.8XD到1.6XD，优选0.9XD到1.2XD，其中D为中心槽13的外径。所述环26具有孔27，通过孔27，来自槽31的粉末流可以流至熔融金属中。在所述槽31是可移动的情况下，所述孔27足够大以适应处于延伸位置的所述槽31。
在装有传动装置61的情况下，通过该装置，吹管可以沿其轴向垂直移动，这样其嘴部25可以被放置在离脱气装置中熔融金属更近或更远的位置。
在图4a和4b所示的优选实施方案中，存在以槽的形式连接到燃料供应系统52、供氧系统51和保护性气体供应系统53上的燃烧装置32。当吹管用作燃烧器时，即当氧和燃料通过中心槽13送入时，该燃烧装置用于燃烧火焰，以加热(例如，在脱碳/脱磷之前加热)脱气装置的耐火材料。
设置调节装置以调节送到吹管中的各种物质的流量，即调节气体氧71、冷却液76、燃料73、由含石灰的助熔剂74组成的粉末和含固体氧化物的粉末77，传输气体75和保护性气体78的流量。
与现有技术相比，根据本发明的吹管可以独立调节氧气和粉末的加入。该吹管可以包含燃烧装置32，燃烧装置32可以从室温开始加热脱气装置的耐火材料。粉末槽31可以固定，与现有类型的吹管相比，嘴部处的孔结构可以降低躁声。
权利要求
1.脱气装置中熔融金属的处理方法，该方法包含脱碳和脱磷步骤，其特征在于所述脱碳和所述脱磷是在所述脱气装置中同时进行的。
2.根据权利要求1的方法，其中所述脱碳包含向所述熔融金属中加入氧，氧的加入量取决于进行所述脱碳所需要的氧量；其中所述脱磷包含向所述熔融金属中加入含石灰的助熔剂以及向所述熔融金属中进一步加入氧，氧加入量取决于进行所述脱磷所需的氧量。
3.根据权利要求1或2的方法，其中所述脱碳和/或脱磷用的所述氧以气体形式供应。
4.根据权利要求1或2的方法，其中所述脱碳和/或脱磷用的所述氧以含固体氧化物的粉末形式供应。
5.根据权利要求4的方法，其中所述粉末主要含有Fe2O3。
6.根据权利要求1或2的方法，其中所述含石灰的助熔剂为含氧化钙(CaO)的粉末。
7.根据权利要求6的方法，其中所述粉末由70％CaO和30％氟化钙(CaF2)组成。
8.根据权利要求1或2的方法，其中所述含石灰的助熔剂的用量为1-4kg/吨熔融金属。
9.根据权利要求1或2的方法，其中所述含石灰的助熔剂吹到所述熔融金属上的速率至少为50kg/分钟，优选100kg/分钟。
10.用于处理熔融金属尤其是脱气装置中钢的多功能吹管，所述吹管包含被由流体冷却的槽(21)同轴环绕的中心槽(13)，所述吹管的特征在于-用至少两个肋(14)将所述中心槽(13)固定到所述冷却槽(21)的内壁(23)上，-将槽(31)放置在相对于所述中心槽(13)的偏心位置。
11.根据权利要求10的吹管，其中轴孔(17)位于所述肋(14)的其中一个内，所述槽(31)被插入到所述轴孔(17)中。
12.根据权利要求10的吹管，其中所述槽(31)被插入到两个所述肋(14)的空隙之间。
13.根据权利要求10-12中任一项的吹管，其中所述槽(31)为粉末-供应槽，所述粉末供应槽被连接到用于由含石灰的助熔剂组成的粉末的第一供应系统(55)和用于含固体氧化物粉末的第二供应系统(56)以及传输气体供应系统(57)中。
14.根据权利要求10-13中任一项的吹管，其中所述槽(31)为固定槽。
15.根据权利要求10-13中任一项的吹管，其中所述槽(31)可沿轴向移动。
16.根据权利要求10-15中任一项的吹管，其中所述冷却槽(21)装有环(26)，所述环的内径为0.8XD-1.6XD，其中D为中心槽(13)的外径。
17.根据权利要求16的吹管，其中所述环的内径为0.9XD-1.2XD。
18.根据权利要求16或17的吹管，其特征在于环(26)有一个孔(27)。
19.根据权利要求10-18中任一项的吹管，其中中心槽的嘴部被放置在距所述吹管嘴部的距离(a)处，(a)最大为D’的三倍，其中D’为所述中心槽(13)的所述嘴部的内径。
20.根据权利要求10-19中任一项的吹管，其中采用传动装置(61)使所述吹管垂直移动。
21.根据权利要求10-20中任一项的吹管，还包含燃烧装置(32)。
22.根据权利要求21的吹管，包含-装置(76)，调节向冷却槽(21)的冷却液流量，-三个装置(71)，调节向中心槽(13)、环绕槽(19)和燃烧装置(32)的气体氧流量，-两个装置(73)，调节向中心槽(13)和燃烧装置(32)的燃料流量，-装置(74)，调节由含石灰的助熔剂组成的粉末向槽(31)的流量，-装置(77)，调节含固体氧化物的粉末向槽(31)的流量，-装置(75)，调节惰性气体如氩气向槽(31)的流量，-两个装置(78)，调节保护性气体如氩气向供氧槽(13)和向燃烧装置(32)的流量。
23.根据权利要求1-9中任一项的方法或根据权利要求10-22中任一项的吹管在RH-容器中生产超低碳或超过超低碳钢中的应用。
全文摘要
本发明涉及一种熔融金属的脱碳/脱磷两用方法,尤其涉及一种ULC和/或SULC熔融金属的生产方法,其中在脱气装置中进行的脱碳反应过程中通过将含石灰的助熔剂吹到钢浴上实现所述脱磷。本发明还涉及一种多功能吹管,其能够用于提供脱碳用氧以及脱磷用含有含石灰的助熔剂的粉末。可以供应额外的氧气或固体氧化物以维持该脱磷工艺。
文档编号C21C7/076GK1350594SQ00807279
公开日2002年5月22日 申请日期2000年5月5日 优先权日1999年5月7日
发明者尼克·范普库, 莱奥·佩特斯, 弗兰克·哈斯, 丹尼·多伯拉尔 申请人:西德玛公司