一种去除钢中小尺寸夹杂物的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电磁冶金领域，尤其涉及一种利用电磁制动去除钢中小尺寸夹杂物的 方法。
【背景技术】
[0002] 为了提供比以前更具有高性能、高可信度的钢材产品，目前许多钢铁产品，如汽车 用薄板、帘线钢、电工用钢等需要不断提高其最终产品的洁净度水平。夹杂物是危害钢液、 钢材质量的主要杂质，尽可能多的去除夹杂物是炼钢的主要目标之一。在众多去除夹杂物 的方法中，气泡上浮法被认为是最有发展前景的，这是由于一些有害夹杂物如Al2O3具有较 大的接触角，容易被气泡捕捉。
[0003] 气泡携带夹杂物上浮的整个过程分析前人已经进行了研究报道。整个过程至少需 要三个步骤：靠近过程；碰撞并粘附过程；夹杂物和气泡一起上浮去除过程。气泡上浮速度 过快，在相同的条件下所能吸附和带走去除的夹杂物数量相对会减少。如果能够降低气泡 上浮速度，则可以让夹杂物有更充分的时间靠近气泡，同时，与气泡粘附在一起的夹杂物也 不容易脱落，这样有利于提高去除夹杂物的效率。当去除效率提高后，吹较少的气体即可达 到相同的效果，可以节约N2、Ar等气体，减少钢包热量损失。同时，气泡上浮速度慢，有助于 对较小尺寸夹杂物（< 5μπι)的去除。
【发明内容】
[0004] 本发明提供一种可减缓钢水中气泡上浮速度，延长气泡在钢水中停留时间，从而 提高去除小尺寸夹杂物效率，洁净钢质，减少钢水温降和吹气总量，节约能源和资源的去除 钢中小尺寸夹杂物的方法。
[0005] 为此，本发明所采取的解决方案是：
[0006] -种去除钢中小尺寸夹杂物的方法，其特征在于，利用电磁制动控制由于气泡上 浮引起的钢水流速变化，延长气泡在钢水中的停留时间，提高气泡捕捉较小尺寸夹杂物的 效率；具体步骤为：
[0007] 1、将冶炼温度在1540°C~1670°C的钢水倒入盛放容器中，盛放容器需具有顶吹、 底吹或顶底复合吹气的装置。
[0008] 2、将盛有钢水的盛放容器放置到一套磁场发生器的一侧或放置到两套磁场发生 器之间；磁场发生器的大小、功率与盛放容器的尺寸、吹气引起的钢水流动速度有关。盛放 容器越大、钢水流动速度越快，则需要电磁制动磁场发生器的尺寸越大，功率也越高。以100 吨钢包为例，施加电磁制动的磁场发生器尺寸在2. 5mXl. 5mX2m左右。
[0009] 3、开启磁场发生器，将磁场发生器调节到所需的强度，即以盛放容器中间钢水处 的磁感应强度为准，当钢水流动雷诺数Re < 2时，可以施加磁感应强度为0. 003~0. 02T 的制动磁场，当2 < Re < 400时，可以施加磁感应强度为0. 02~0.1 T的制动磁场。吹气 搅拌钢液时，钢水雷诺数很难超过400,因而可以只考虑雷诺数小于400时的情况。过低的 磁感应强度制动效果不好，过强的磁感应强度会造成能源的浪费。
[0010] 4、向盛放容器中吹入净化气体氩气或氮气，并根据不同钢种和用途对夹杂物尺寸 的要求，检验钢水中夹杂物颗粒的尺寸。
[0011] 对于不同钢种和用途产品对氧化物颗粒尺寸的要求不同，如发动机阀门弹簧钢要 求夹杂物尺寸小于15 μ m ;而0. 1~0. 2mm的显像管用高防磁阴罩极薄带钢和直径为0. 1~ 0. 25mm的轮胎子午线用钢丝，要求夹杂物直径小于5 μ m。当钢水中夹杂物含量合格后停止 吹气，关闭磁场发生器，即可进行出钢浇铸。
[0012] 吹气净化钢液时，吹气时间的长短、单位时间吹气量等会直接影响净化效果。吹气 时间的延长和单位时间吹气量的增加固然可以提高净化效果，但这会增加钢液的温降和吹 氮总量，造成能源和资源的浪费，同时还可能影响生产的正常进行。随着吹气量的增加，钢 水的流动会加快，这样会促进气泡上浮，减少了气泡在钢水中的停留时间，气泡在没有捕捉 到较小尺寸的夹杂物的时候就会上浮到钢水液面，这会降低净化效率。
[0013] 气泡上浮的速度与钢水的流动状态息息相关。不同的钢水流动条件下，气泡上浮 速度也不同，一般分为4种情况：Re < 2时，可以采用斯托克斯公式计算上浮速度；2 < Re < 400时，气泡群内产生环流，减少了运动阻力，气泡上浮速度比斯托克斯公式计算值要大 500% ;400 < Re < 5000时，气泡形状呈椭圆形，上浮时气泡摆动，呈螺旋形运动，比较分散； Re > 5000时，气泡呈球帽形，上浮时对液体有强烈的搅拌作用，此时气泡上浮，速度与液体 性质无关，与当量直径dg的平方根成正比。
[0014] 本发明的有益效果为：
[0015] 本发明利用电磁制动无污染抑制钢水流动速度，延长气泡在钢水中的停留时间， 提高气泡捕捉较小尺寸夹杂物的效率，在洁净钢质的同时，可以减少钢水温降和吹气总量， 节约能源和资源，降低冶炼成本。
【附图说明】
[0016] 图1是盛放容器在两套磁场发生器摆放位置示意图；
[0017] 图2是磁场发生器结构剖面图。
[0018] 图中：盛放容器1、磁场发生器2、吊环3、铁芯4、线圈5、箱体6。
【具体实施方式】
[0019] 由图2可见，磁场发生器2主要是由吊环3、铁芯4、线圈5及箱体6所组成。在箱 体6内固定有一"U"形铁芯4,铁芯4的上、下面分别设有线圈5。
[0020] 下面结合实施例，对本发明作进一步说明。
[0021] 实施例1 :(钢水温度、钢水流动雷诺数Re)
[0022] 盛放容器1为100吨钢包。利用100吨钢包采用底吹氩气净化钢液，施加电磁制 动的磁场发生器2尺寸为2. 5X I. 5X2m。将温度在1570°C的钢水倒入两套磁场发生器2 内，两套磁场发生器2分别设置在钢包两侧，（见图1)这样可以增加电磁场的穿透深度，有 利于钢包中间钢水的电磁制动。开启磁场发生器，在钢水中产生的磁场强度达到0. 003~ 0.02T左右。钢水中夹杂物尺寸和含量合格后停止吹气，关闭磁场发生器，进行出钢浇注。 利用该装置在相同的吹气时间内，有电磁制动时钢水中小尺寸夹杂物的含量小于无制动时 吹气净化的结果。
[0023] 以帘线钢为例，施加与不施加电磁制动时，吹氩气30分钟后施加与不施加电磁制 动时铸坯中夹杂物颗粒的尺寸与数量取样检验结果如表1。吹气量为0.1m3/(吨·π?η)。夹 杂物数目用显微镜观察统计，一个试样取10个视场，表1中所列为10个视场中的夹杂物数 目总和。本发明检验铸坯中的夹杂物数目较少，且>15μπι的夹杂物没有检测到。而没有 加制动磁场的铸坯中夹杂物数目较多，还存在有> 15μπι的夹杂物。
[0024] 表1.施加与不施加电磁制动时铸述中夹杂物颗粒的尺寸与数量
[0025]
【主权项】
1. 一种去除钢中小尺寸夹杂物的方法，其特征在于，利用电磁制动控制由于气泡上浮 引起的钢水流速变化，延长气泡在钢水中的停留时间，提高气泡捕捉较小尺寸夹杂物的效 率；具体步骤为： (1) 、将温度在1540~1670°C的钢水倒入具有顶吹、底吹或顶底复合吹气装置的盛放 容器中； (2) 、将盛有钢水的盛放容器放置到一套磁场发生器的一侧或放置到两套磁场发生器 之间； (3) 、开启磁场发生器，调整磁场发生器功率，即以盛放容器中间钢水处的磁感应强度 为准，当钢水流动雷诺数Re < 2时，施加磁感应强度为0. 003~0. 02T的制动磁场；当 2 < Re < 400时，施加磁感应强度为0. 02~0.1 T的制动磁场； (4) 、向盛放容器中吹入氩气或氮气，根据不同钢种和用途对夹杂物尺寸的要求，检验 钢水中夹杂物颗粒的尺寸，直至钢水中夹杂物尺寸和含量合格后停止吹气，关闭磁场发生 器，进行出钢浇注。2. 根据权利要求1所述的去除钢中小尺寸夹杂物的方法，其特征在于，所述盛放容器 为钢包、中间包或坩埚。
【专利摘要】本发明提供一种去除钢中小尺寸夹杂物的方法，将盛有1540～1670℃钢水的盛放容器放置到一套磁场发生器的一侧或放置到两套磁场发生器之间；开启磁场发生器，调整磁场发生器功率，即以盛放容器中间钢水处的磁感应强度为准，当钢水流动雷诺数Re＜2时，施加磁感应强度为0.003～0.02T的制动磁场；当2≤Re＜400时，施加磁感应强度为0.02～0.1T的制动磁场；向盛放容器中吹入氩气或氮气，并实时检验钢水中夹杂物颗粒的尺寸，直至夹杂物尺寸和含量合格后停止吹气。本发明利用电磁制动抑制钢水流动速度，延长气泡在钢水中的停留时间，提高气泡捕捉较小尺寸夹杂物的效率，在洁净钢质的同时，减少钢水温降和吹气总量，节约能源和资源。
【IPC分类】C21C7/00, C21C5/56
【公开号】CN104975135
【申请号】CN201410143181
【发明人】郭庆涛, 廖相巍, 曹东, 张晓光, 常桂华, 李广帮, 张宇
【申请人】鞍钢股份有限公司
【公开日】2015年10月14日
【申请日】2014年4月10日