CN101166592A - 影响浇包内液态金属化学成分的方法和实施该方法的系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及黑色冶金，更正确地说，涉及钢的生产。在影响浇包中液态金属化学成分的方法中，提出使从金属熔化器转注出来的钢水流通过浇道内部，在这个通过过程中，往金属流中送入脱氧剂，脱硫剂和其它改变浇包内金属化学成分的改性元素。通过自由落体，螺旋推进器和气体喷射进行输送。这时，使用中性或惰性气体。在实施该方法的设备系统内，除了金属熔化器、浇包、规范的元素送入系统外，还包括含浇道的装置，其工作部分是由耐火材料，其中包括石墨制造的。在钢的转注过程中，含浇道的装置位于金属熔化器排放口和浇包之间。在布置上述装置时，浇道和排放口的纵轴同心。

Description

影响浇包内液态金属化学成分的方法和实施该方法的系统

技术领域

本发明涉及黑色冶金，更正确地说，是钢的生产。同时，本发明可用于有色冶金。

背景技术

现有一个影响液态钢化学成分的方法，它包括：在一个金属熔化器内准备好钢，经排出口把它从主容器转注到中间容器，往钢中送入改变它位于金属熔化器时和在转化过程中化学成分的元素(见，例子，VS 4632368A，B22D11/118，11/14，1986年12月30日)。

本质上本方法的重要缺点有：

-第一，加入改变液态钢化学成分的元素是利用了水口砖实现的，这难于使用该方法来影响浇包内钢的化学成分；

-第二，脱氧剂和合金元素有严重损失；

现还有一个影响浇包内液态钢化学成分的方法，它包括：经排出口从金属熔化器往浇包转注液态钢，往钢中送入合金六素和/或脱氧剂，而且，是用下列方法从顶部把元素送入到钢浇包容器内：(1)吹入粉状材料，(2)往金属深部沉入装了粉状材料的特殊胶囊；(3)机械送入压入低合金钢常做的管中的元素及其它方法(见，例子，В.И.Явойский“钢冶金”，高等学校教科书，莫斯科，冶金出版社，1983年，322页)。

根据几个重要的标志，这个众所周知的影响浇包内钢化学组分的方法，最接近本发明中提出的方法，因此，把它作为原型。

本质上，这已知的方法有几个重大的缺点：

-第一，仅仅送入液态钢的部分元素(尤其是铝，钙，稀土金属，碱土金属等)参加到钢的处理过程，因为它们的大部分被蒸发(烧了)。

-第二，为了保证整个钢处理的均匀性，实施该方法需要送风(送气)来强化浇包内液态钢的处理。

-第三，排除了当浇包内钢质量达到300吨的大型冶金中安排小批量钢坯生产的可能性。

-第四，由于灰尘的生成和送入元素的燃烧，使处理浇包内钢的所在区域生态环境变坏。

发明内容

本文所提出的影响浇包内液态钢化学成分的方法，就没有了上述缺点。解决了与惰性气体一起均匀和经济地把合金元素和/或脱氧剂送入液态钢的问题。达到了在大型冶金中生产小批量钢的技术结果，因而扩大了获得各种不同化学组分钢坯的工艺可能性，改善了往钢中送入元素时的生态条件。

获得以上技术结果得以有保证，是由于：在所提出的影响浇包内液态钢化学成分的方法中，包括经排出口从金属熔化器把液态金属转注入浇包和往金属送入影响浇包内金属化学组分的系统，根据推荐意见，在以上所说的转注过程中形成的金属流(流束)通过浇道内部，其长度小于这个流的长度，而横截面稍稍超过流的横截面，同时，金属流的移动轨迹和浇道纵轴相同，至少在浇道开始，往金属流一侧送入改变浇包内金属化学组分的元素。这时，元素的送入是与中性或惰性气体一起进行的。此外，元素送入是靠自由落体，元素送入经倾斜线路，而且，元素的送入是强制进行的，元素送入用气体喷射方法，元素送入用螺旋推进器。此外，在几个浇道区段送入元素，在沿浇道周边几个区段上的浇道入口起点送入元素，在浇道高度和周边的几个区段上送入元素。此外，实施元素送入区道的更换，同时，在更换期间停止金属转流过程，更换浇包。在浇道入口和浇道内，金属移动轨迹是垂直直线，在浇道入口和在浇道内，金属移动的轨迹是倾斜线，而且，元素是以粉碎和/或颗粒状态送入。

为了有效地实施提出的方法，充分保证送入钢中的元素均匀分布在浇包的液态金属内是有重要意义的，这可利用所提出的金属熔化器-浇包的一整套系统来实现。

现已知有整套炼钢器-浇包系统，内设有带排放口的金属熔化器(例如马丁炉)和浇包(见，例子，上面所提到的В.И.Явойского等人的教科书，536页，图VII.9)。

根据几个重要的标志，这个基本的钢熔化生产系统最接近所提出的，所以作为原型。

本质上，已知的系统有几个重大的在说明已知方法时所分析的缺点。所指出的缺点导致必须进行补充作业：用惰性或中性气体鼓动浇包中的液态钢。(见例子，“钢连续浇注过程/专题论文”СмирновA.H.等，-顿聂茨书，顿聂茨HTY2002年书中102页图2.1)。

本文提出的金属烧化器-浇包系统没有已知系统中的缺点，解决了把影响浇包中金属化学成分的元素送入液态金属的问题，把它们脱氧剂，脱硫剂和改性元素)均匀分布在浇包的金属整个体积内，经济地利用这些元素(脱氧剂，合金和其它元素)。

在提出的系统中获得以上技术结果得以有保证是由于在系统中有带排放口的金属熔化器，浇包和必须及足够的把不同类别的元素送入金属的装置，根据推荐意见，设有浇道的设备是装置在元素送入金属途径上的结尾部分，浇道的工作部分是由耐火材料制造的，装置做成可在金属的转注过程中位于熔化器排出口和浇包之间，而且，装置在上述位置时，排出口和浇道的纵轴相同并同心。同时，装置安装有一个调整它的驱动机构，以使浇道轴与排出口纵轴同心配置好。此外，装置可自动相对熔化器排放口调整，以保证排放口和浇道纵轴同心。此外，装置安装得相对金属熔化器是固定的。而且，把装置固定在金属熔化器的座体上，另外，装置和移动它的驱动机构安装在金属熔化器二作区外。装置是由承重结构和可更换的含浇道的部分组成的。可更换含浇道部分是由石墨制成的，浇道由圆锥和圆柱部分构成，同时，圆锥部分是浇道的入口，圆锥表面与垂线的倾斜角度至多等于30度。

附图说明

影响浇包内液态金属化学成分的方法和实施的系统，由图示于图1～14。

在图1上以简图方式示出了实施方法用的金属熔化器-浇包系统；在图2上示出图1的A-A剖面；在图3上示出了在马丁炉上实施方法的金属熔化器-浇包系统，在图4上是图3的A-A剖面，在图5上示出了用螺旋推进器把元素送入金属的图；在图6上是沿浇道周边的几个区段上在浇道入口起点把元素送入金属情况下图1的A-A剖面；图7是在浇道高度上和沿周边的几个区段上把元素送入金属情况下图5的A-A剖面；在图8上示出了为倒空金属熔化器相对回转的金属熔化器排放口并保证排放口和浇道纵轴同心的装置自动调整；在图9上是图8的A-A剖面；图10和图11示出了装置和在金属熔化器(转炉)工作区外移动装置的驱动机构的位置；在图12上示出了装置承重和含浇道(可更换的)部分的接合，图13是装置的可更换含浇道部分的构造型式；图14是冷试模型上在实验室条件下方法的试车图。

具体实施方式

金属熔化器(马丁炉，电孤炼钢炉，转炉，感应炉等等)装入了液态金属2(图1，3，8)，熔化器1有一个排放口3，通过它，液态金属以流(流束)4的形式进入浇包5，它是固定在小车6上，小车可以移向或离开熔化器1。在液态金属2又从熔化器1转注入浇包5过程中，形成流(流束)4，其直径(对流束)为L_n和长度d_n(变量)。用于从马丁炉1(图3)转注液态金属2时，在金属转注过程中，形成图4上的尺寸为B_n和H_n的流4。在熔化器1和浇包5之间安装了浇道7，其长度为l_k，内径为d_k(图1，2，5～7，13，14和15)，在马丁炉时，使用尺寸B_k＝B_n，高度H_k＞H_n、长度为l_k的浇道(图3和4)。

在转注过程中，液态金属以流4的形成沿轨迹∏移动，浇道7的纵轴在图上表示为k。流轨迹∏和浇道K的纵轴是相同的，在大多数情况下同心的。例外的情况是马丁炉-浇道系统，这时流轨迹∏与浇道纵轴K相同，但不同心(图4)。

浇道7的横截面(在大多数图上为

，在图4上为Bk.Hk)相应稍稍大于流束截面

或流截面(B_n.H_n)。以上的超值为1.3～1.4，在超值较小时，金属流(流束)与浇道表面的局部接触几率增加，这是不希望有的。因为它破坏了金属从浇道7出来之后金属在流中的均匀下落(移动)，因而增加了金属在从浇道出来之后的喷溅。在超值较大时，就明显地减少送入的惰性或中性气体吸入到金属流-浇道的间隙，而在元素自由下落送入时，元素的混合和加入到金属流中的情况变坏。

浇道长度l_k小于流长度l_n的最小尺寸，从而排除了浇道7表面与液态金属2的流4局部接触的几率，最好，长度l_k约为(1/4～1/2)l_n。

脱氧剂、脱硫剂和变性元素是沿管子(通道)8送入浇道7。送入元素的类别可以各种各样的从小粉末到颗粒。以上元素可以单独或一起送入。元素的送入可以是自由落体：靠自身重量作用垂直落下；经有相应斜度的倾斜线路落下(图3)。元素的送入可以是强制的：经管子用气体的喷射(图1)；使用螺旋推进器的方法(图5)，或用任何其它强制送入散粒体材料的方法。在大多数送入元素的形式中，使用惰性或中性气体。这时，气体可与元素分别送入，但经常把气体与元素合在一起，即使用一个引入到液态金属流中的通道。

为了送入元素，基本上使用图1上的系统，系统中包括管道8，装有粉末和/或颗粒送入元素的容器10。在送入元素用的移动装置内，使用柔性管子(软管)8。经管11向容器10送入惰性或中性气体，其流量由仪表12来检测，压力由仪表13来检测，送入元素的流量由计量器14检测(在使用几个容器时，每一个容器有专用的计量器)。

管子8可连接到金属流4进入浇道7的入口(图1)。管子8可连接到浇道7的本体15，但接近浇道7入口(图5)。这时，元素可从连接到浇道7的一根管子8来送入，但是，还可在浇道7的几个区段来送入元素，例如，在浇道7入口起点上沿周边的3个区段(图6)或在高度和周边的3个区段上(图7)，但接近浇道7的入口。

浇道7的本体15是由耐火材料制的，最好使用石墨用作这种材料，它不使液态金属粘结在浇道7的表面上。浇道7的本体15由圆锥和圆柱体部分构成(图13)，在这种情况下，圆锥表面的倾斜角(偏离垂直线)基本上不超过30度，因为在有较大角度时，出现送入的部分金属在流4中跳出到本体15界限外的个别情况的几率。用于从马丁炉排出金属时，浇道7是通过把排出槽16盖上由耐火材料和承重结构做的物体15造成的(图3和4)。

因此，为了把元素送入金属流4中，使用包含浇道7的装置，浇道的工作部分是由耐火材料制的，最好用石墨。装置由承重部分16(图12)和含浇道的部分15构成。含浇道的部分15做成可更换的。装置做成可布置(在金属转注过程中)在金属熔化器1排放口3和浇包5之间，而且，装置在上述布置时，排放口3的纵轴18与浇道7的纵轴K相一致，即同心配置。为了满足这个条件，装置可以自动调整和/或装备移动用驱动机构，装置可固定在金属熔化器上(图3)。

在装置任何构型的情况下，排除了对金属熔化器1工作的负面影响，包括排放口3的维护。

为了带有含浇道部分的装置的自动调整，装置的承重部分16用铰链17固定在熔化器1的座体上(例如电孤炼钢炉)，这样，在熔化器1排出金属转动时，装置的承重部分也回转，因而使浇道7的纵轴K与排放口3的纵轴18同心(图8和9)。

为了在金属排出时调整有含有浇道部分15的装置，在金属熔化器(转炉)的排放口3和浇包5之间(图10和11)，该装置上装备了驱动机构。驱动方式可能各种各样，但在它们任何构型的情况下，在使熔化器处在排出液态金属状态前，驱动机构和装置不位于熔化器1的工作区内，还有，在任何情况下，驱动机构应在排出金属前保证浇道7的纵轴(轴K)与金属流4的移动轨迹即轴∏相重合。

装置的驱动机构(图10)可做成，例如，齿条16形式(它也是装置的承重结构16)，齿条移动的驱动机构做成齿轮19形式，齿轮有一个依靠电动机20的驱动机构。同时，滑轮21是齿条16的支承，在图10上以连续性表示装置不在工作状态的装置，虚线表示装置在工作位置。

装置的驱动机构(图11)可构成，例如，切贝舍夫(Чебышева22)式的四环节双形式(图11)及相应与它的驱动机构(在图11上约定未表示出来)。

在装置使用和设置部分中，在满足所述对装置的要求时，装置可能有其它类型的驱动机构。

电孤炼钢炉(图8和9)和转炉(图10和11)形式的金属熔化器1中，有轴23和在实施金属从熔化器1转注到浇包5时相对这个轴的熔化器的回转机构。

影响浇包内液态金属化学成分的方法以如下方式实施。

熔化器1(图1，在图2上是马丁炉，在图3和图4上是电弧炼钢炉，在图10和11上是转炉)中得到液态金属2，准备金属又经排放口3从熔化器1排到浇包2，用于电弧炼钢炉和转炉时，熔化器1相对轴23回转。

把有浇道7的装置引入到熔化器1-浇包5中间(用于图2上的马丁炉时，靠安装在排放槽16上方的或固定安装在槽上方的上部分15形成浇道7)。浇道7的轴K和排放口3的轴18同心设置，这时，使用装置承重结构16的自调整(图8和9)或承重结构16的移动驱动机构，这驱动机构类似于在图10和11和在描述这些图时所给出的。

打开排放口3，成流(流束)4形式的液态金属2沿轨迹∏急速往下到浇包5，轨迹∏和轴K相同，在大多数情况下同心，在马丁炉上实施方法时，很难保证轨迹∏和轴K的同心(见图4)，但在实施方法的这种情况下，严格的同心不是必须的，只要相同就可以了。

在浇包5内有了约10 15吨金属之后(这数目取决于熔化器1的参数和浇包的相应尺寸)，利用计量器14，经管8从容器10往金属流4方面送入脱氧剂和/或脱硫剂和/或改性元素。

送入采用自由落体方式，包括经倾斜线路(图3)利用气体喷射(图1)，利用螺旋推进器(图5)或其它方法。在每一种生产过程情况中，挑选最方便的把元素送入金属流4侧的方法。把元素送入金属流4时，同时送入惰性气体或中性气体。在许多情况下，特别是在送入颗粒状态的元素时，使用经管11送入并由仪表12和13(图1)检测的惰性和中性气体的喷射，使送入的元素具有高的速度，保证把元素(颗粒)送到金属中。

严格地讲，在实施方法时，最好在送入元素的同时，送入惰性或中性气体，但也可以不送入气体或送入空气来实施本方法。

最好使用惰性或中性气体是由于用这些气体增强金属防止氧化而决定的，产生这情况是由于：1.是出现这些气体吸入到流4和浇道7表面之间的间隙和流被这些气体包围住的现象；2.是由于部分气体落入金属流中，并与金属流一起到浇包5内，以上指出的二种效应发生在实施方法时，并提高浇包中的金属质量。以上所指出的浇道7的尺寸超过流4的尺寸保证了在实施方法时上面所描述的现象。

从简化技术上实施方法出发，往金属中送入元素是在浇道7的金属流4的入口进行的(图1)，在同时另行使用在浇道7入口处有的圆锥部分和上述气体流吸入到流4和浇道7表面之间间隙的现象。

但是，还可在浇道7(它的承重部分15)高度上的不同地方，把元素送到金属液中，见图5和7。这种把元素送到金属流4中的方法使用适宜性可以纯粹由结构上的想法(熔化炉1-浇包5系统的布置)决定的。但是优先使用这样的把元素送入金属流4的方法，是在元素为细小分散状态时，因为那时元素在浇道7入口处的送入会导致系统工作的这个区段有明显的粉尘，导致送入元素额外的损失。

方法实施不排除同时使用上述的把元素送入金属流4的方案：部分在浇道7的入口，另一部分在金属流移动进程中离开浇道入口。

实施本方法规定可以在沿浇道7的它的入口起点(图6)或在浇道7高度和周边(图7)送入元素，因而可把送入流4的元素分离开。

此外，通过在浇道7的几个区段上实施所述的把金属送入，可在大型冶金时实现化学成分不同的小批量钢的生产。在这种情况下，送入系统装备了几个容器10和保证其工作的一些部件8，10～14(图1)，在每一个容器内表示出自己的计量好的数量和元素含量，容器10轮换工作，有工作间歇，在工作间歇期间，停止金属的转注过程，通过相对轴23回转熔化器1，因小车6更换浇包5，然后，回转熔化器1到金属转注到浇包5的状态，从另一个容器10把元素送入金属流4中。因而，在每一个浇包中形成大型冶金中不同化学成分的小批量钢，当然，为了实现上述工艺，要求炼钢车间中除了有大容量的浇包外，还要有小容量的浇包。

这样，提出了在浇铸早期阶段实施的影响浇包中液态金属化学成分的方法和整个系统：在金属进入浇包前，往液态金属流中送入元素(脱氧剂，脱硫剂和其它改性元素)，它们改变浇包中钢的化学成分。这个金属流进入到浇包中加强了这些元素与液态金属的混合，从而加快了浇包内钢的化学成分的均匀性。所提出的方法的重要技术方面是减少了送入金属的元素的损失，在提高经济指标的同时，改善了钢中送入这些元素的工作区段上工作的生态条件。通过在大型冶金中获得小批量不同化学成分的钢的条件，扩大了生产金属的工艺可能性。

实例1。在冷试模型(图14)中，把容器1模拟为金属熔化器，容器与模拟为浇包5，容器1有一个用塞盖(在图14上约定未给出)盖住的排放口，把承重结构16紧固到容器1，把带有浇道7的含浇道本体15固定在承重结构16。排放口3的纵轴18与浇道7的轴K同心，浇道7由圆锥(入口处)和圆柱部分构成，把倾斜管8′引入到浇道7的入口，倾斜管8′上部安装有容器10′，往容器10′倒入颗粒材料24′(着色的盐和锯屑)。容器10′装有带手柄的塞子25′，它可打开(关闭)把颗粒材料往容器5的送入(见箭头)。

往容器1加入水2，打开塞子，水流以流束4的形式往下进入容器5，水流通过浇道7的内部。这时，浇道7的轴K与流速∏下落的轨迹相重合，在容器5装满约1/4后，打开塞子25′，把颗粒材料24′沿管8′送入浇道7起点的水流4中。

在容器5内得到均匀着色的水。在相似的从容器1水注入容器5(但水流不经过浇道7)和往容器5送入这样的颗粒材料的情况下，在容器5注入水过程中，到注入过程末，容器5中出现较明显的不均匀的水着色。

实例2。在类似于实例1(图14)的条件下，为了从容器10″把颗粒材料24″送到管子8″，从它往水流4中使用气体26，在打开塞子25″之后气体送入容器10″，得到类似于实例1中的在容器5内水中着色剂分布的图象。

实例3。在一次冶炼过程中能生产约100吨钢的电弧炼钢炉上，装备有位于凸窗上的排放口。回转炉子后固定有浇道7的本体15，通过浇道钢水流从电弧炼钢炉进入浇包。往浇道7的起点在80秒内输送数量为160kg的铝碎屑。入口处的空气喷射压力为6巴，在接近浇道7约为2.0巴。往金属流中输送铝碎屑的速度为2.0～2.5μ/s。铝碎屑的粒级为φ1.0～5.0mm，多数为φ1.0～2.0mm。获得的结果与工艺上一贯采用的以质量为10-11kg锭形式输送铝的情况进行了对比，在两种情况下，主要合金元素的消耗量是在同一个水平上。

得到，在浇包内当钢有同样的脱氧程度时，按照现有的工艺，铝的消耗量为1.48kg/T，而使用本发明提出的方法时，是在1.17kg/T水平上，即铝的消耗量减少了0.31kg/T。

Claims (23)

1.影响浇包内液态金属化学成分的方法，包括把液态金属经排放口从金属熔化器往浇包的转注和把影响浇包内金属化学成分的元素送入金属的系统，方法特征是：在上述转注过程中，生成的金属流(流束)在浇道内通过。浇道长度小于这个流的长度，而横截面稍稍大于流的横截面，在这时，金属流的移动轨迹与浇道纵轴相同，并至少在浇道起点，往金属流一侧送入改变浇包中化学成分的元素。

2.根据权项1的方法，其特征在于，元素与中性或惰性气体一起送入。

3.根据权项1的方法，其特征在于，元素的送入是通过它们的自由落体实现的。

4.根据权项3的方法，其特征在于，元素的送入是经倾斜线路实现的。

5.根据权项1的方法，其特征在于，元素是强制送入的。

6.根据权项5的方法，其特征在于，经气体喷射的方法送入元素。

7.根据权项5的方法，其特征在于，用螺旋推进器送入元素。

8.根据权项1的方法，其特征在于，在浇道的几个区段送入元素。

9.根据权项8的方法，其特征在于，在浇道周边的几个区段上，在浇道入口起点送元素。

10.根据权项8的方法，其特征在于，在浇道高度和周边的几个区段上送入元素。

11.根据权项8的方法，其特征在于，可更换元素送入区段，这时，在上述更换期间，停止金属转注过程，实施浇包的更换。

12.根据权项1的方法，其特征在于，在浇道入口和浇道内金属移动轨迹是垂直直线。

13.根据权项1的方法，其特征在于，在浇道入口和浇道内金属移动的轨迹是倾斜线。

14.根据权项1的方法，其特征在于，元素在磨碎和/或颗粒状态送入。

15.为实施权项1的方法的金属熔化器-浇包系统，含有带排放口的金属熔化器，浇包和必需并足够的为把不同类别的元素送入金属的装置，系统的特征是：在把元素送入金属途径上的系统设备的结尾部分是含有浇道的装置，其工作部分是由耐火材料构成的，在金属转注过程中，可把装置布置在金属熔化器排放口和浇包之间，而且，装置在上述位置时，排放口和浇道的纵轴相同并同心。

16.根据权项15的系统，其特征在于，装置设有可调整它的驱动机构，使浇道的轴与排放口纵轴同心。

17.根据权项15的系统，其特征在于，装置可相对熔化器排放口自调整，保证排放口和浇道的纵轴同心。

18.根据权项15的系统，其特征在于，装置相对熔化器是固定安装好的。

19.根据权项16和17的系统，其特征在于，装置固定在熔化器的座体上。

20.根据权项16的系统，其特征在于，装置和它的移动的驱动机构安装在熔化器的工作区内。

21.根据权项15的系统，其特征在于，装置是由承重结构和可更换的含浇道部分组成。

22.根据权项15的系统，其特征在于，可更换的含浇道部分是由石墨制的。

23.根据权项15的系统，其特征在于，浇道由圆锥和圆柱部分组成，这种情况下，圆锥部分是浇道的入口，圆锥表面与垂直线的倾斜角度在最大程度上等于30度。

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