一種細化氣泡去除夾雜物裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于電磁冶金和煉鋼領域，特別涉及一種通過細化氣泡去除鋼液中夾雜物的裝置及方法。
【背景技術】
[0002]為了提供比以如更具有尚性能、尚可?目度的鋼材廣品，目如許多鋼鐵廣品，如汽車用薄板、鋼簾線、電工用鋼等需要不斷提高其最終產品的潔凈度水平。夾雜物是危害鋼液、鋼材質量的主要雜質，盡可能多的去除夾雜物是煉鋼的主要目標之一。在眾多去除夾雜物的方法中，氣泡上浮法被認為是最有發展前景的，這是由于一些有害夾雜物如Al2O3具有較大的接觸角，容易被氣泡捕捉。
[0003]在噴氣凈化過程中，彌散分布的細小氣泡是提高精煉效率的重要條件。有學者進行了水模試驗，結果表明在偏心攪拌模式下能促進氣泡在熔池內的細化和分散，但攪拌方式為機械攪拌。機械攪拌鋼液時攪拌器在高溫鋼水中易腐蝕損壞，因而在實際生產中應用較少。
[0004]氣泡攜帶夾雜物上浮的整個過程分析前人已經進行了研究報道。整個過程至少需要三個步驟:靠近過程；碰撞并粘附過程；夾雜物和氣泡一起上浮去除過程。氣泡上浮速度過快，在相同的條件下所能吸附和帶走去除的夾雜物數量相對會減少。如果能夠降低氣泡上浮速度，則可以讓夾雜物有更充分的時間靠近氣泡，同時，與氣泡粘附在一起的夾雜物也不容易脫落，這樣有利于提高去除夾雜物的效率。當去除效率提高后，吹較少的氣體即可達到相同的效果，可以節約氣體(如N2、Ar等)，減少鋼包熱量損失。同時，氣泡上浮速度慢，有助于對較小尺寸夾雜物(<5μπι)的去除。
[0005]鋼包底吹氬用透氣磚平均孔徑為2?4_在常用的吹氬流量范圍內產生的氣泡直徑為10?20mm。并且氣泡在上浮過程中會迅速膨脹。因此底吹氬產生的氣泡捕獲小顆粒夾雜物的概率很小。而有效去除夾雜物的最佳氣泡直徑為2?15mm。為了去除鋼中細小夾雜物，可以將氬氣引入到足夠湍流強度的鋼液中，依靠湍流產生的剪切力將氣泡打碎，將大氣泡擊碎為小氣泡。同時氣泡上浮速度過快也不利于夾雜物的去除，因而若能抑制鋼包中、上部鋼水由于氣泡上浮引起的流動速度，則可以讓氣泡在鋼水中停留的時間延長，夾雜物有更多的時間向氣泡靠近或被吸附去除。

【發明內容】

[0006]本發明的目的是提供一種既能在鋼水中產生小氣泡，同時又能降低鋼水中氣泡上浮速度，提高去除< 5μπι夾雜物效率的裝置及方法，以減少鋼水溫降和吹氣總量，節約能源和資源。
[0007]為此，本發明所采取的解決方案是:
[0008]—種細化氣泡去除夾雜物裝置，其特征在于，包括盛鋼容器、電磁制動磁場發生器和電磁攪拌器；盛鋼容器側面設有電磁制動磁場發生器，盛鋼容器底部透氣磚外圍設置電磁攪拌器；電磁制動磁場發生器包括箱體、制動線圈、制動鐵芯及吊環；電磁攪拌器由殼體、攪拌鐵芯及攪拌線圈組成，所述攪拌鐵芯磁軛垂直于磁背上表面，攪拌鐵芯外纏繞有攪拌線圈。
[0009]—種細化氣泡去除夾雜物的方法，其特征在于:
[0010]1、將冶煉溫度1550?1650°C的鋼水倒入具有底吹或頂底復合吹氣裝置的盛鋼容器中。
[0011]2、將盛鋼容器放置在兩套電磁制動磁場發生器之間，電磁制動磁場發生器的兩個磁軛距離鋼包中部側壁50?200mm，并將電磁攪拌器鐵芯端部靠近盛鋼容器底部安裝在盛鋼容器底部透氣磚外圍。
[0012]3、在開啟吹氣閥后，啟動電磁攪拌器和電磁制動磁場，控制電磁攪拌頻率為I?50Hz，鋼水位置處的磁感應強度達到0.005?0.2T，透氣磚附近的鋼液流速在0.2?3m/min ;透氣磚附近鋼水流動速度加快，有助于小氣泡的產生，提高凈化的效率。
[0013]電磁制動磁場發生器控制鋼液中心部位的磁感應強度在0.005?0.5T，將鋼水的流動速度降低為無電磁制動時的50%以下。通過電磁制動磁場發生器抑制容器中、上部鋼水由于氣泡上浮產生的流動速度，這可以延長氣泡在鋼水中的停留時間，氣泡上浮速度慢，讓夾雜物有足夠的時間向氣泡靠近和被吸附，從而提高去除夾雜物的效率。
[0014]4、吹氣一定時間鋼水滿足澆鑄條件后，停止吹氣，關閉電磁制動磁場發生器和電磁攪拌器，出鋼澆鑄。
[0015]所述盛鋼容器為坩禍或鋼包。
[0016]吹氣凈化鋼液時，吹氣時間的長短、單位時間吹氣量等會直接影響凈化效果。吹氣時間的延長和單位時間吹氣量的增加固然可以提高凈化效果，但這會增加鋼液的溫降和吹氮總量，造成能源和資源的浪費，同時還可能影響生產的正常進行。若加速透氣磚附近的鋼水的流速，則在鋼水剪切的作用下，氣泡的直徑將會顯著降低，而數量會明顯增加，這樣的氣泡群能夠有效提高凈化效率。
[0017]隨著吹氣量的增加，鋼水的流動會加快，這樣會促進氣泡上浮，減少了氣泡在鋼水中的停留時間，氣泡在沒有捕捉到較小尺寸的夾雜物的時候就會上浮到鋼水液面，這會降低凈化效率。氣泡上浮的速度與鋼水的流動狀態息息相關。不同的鋼水流動條件下，氣泡上浮速度也不同，一般分為4種情況:Re < 2時，可以采用斯托克斯公式計算上浮速度；2< Re < 400時，氣泡群內產生環流，減少了運動阻力，氣泡上浮速度比斯托克斯公式計算值要大500%;400 < Re < 5000時，氣泡形狀呈橢圓形，上浮時氣泡擺動，呈螺旋形運動，比較分散；Re>5000時，氣泡呈球帽形，上浮時對液體有強烈的攪拌作用，此時氣泡上浮，速度與液體性質無關，與當量直徑dg的平方根成正比。電磁制動可以無接觸、無污染降低金屬液流動速度，已經成熟應用于結晶器電磁制動方面。本發明則是利用電磁制動降低由于氣泡上浮等引起的鋼水流速變化，進而延長氣泡在鋼水中的停留時間，提高氣泡捕捉較小尺寸夾雜物(<5μπι)的效率。
[0018]本發明的有益效果為:
[0019]通過電磁攪拌無污染細化鋼水中氣泡，同時通過電磁制動減緩鋼水氣泡上浮速度，延長氣泡在鋼水中停留時間，可以提高氣泡捕捉較小尺寸(<5μπι)夾雜物的效率，同時可以減少鋼水溫降和吹氣總量，節約能源和資源。
【附圖說明】
[0020]圖1是去除夾雜物裝置結構示意圖；
[0021]圖2是電磁攪拌器鐵芯立體圖；
[0022]圖3是電磁制動磁場發生器結構示意圖。
[0023]圖中:鋼包1、電磁制動磁場發生器2、透氣磚3、電磁攪拌器4、磁軛背5、磁軛6、吊環7、制動鐵芯8、制動線圈9、箱體10。
【具體實施方式】
[0024]由圖1可見，本發明細化氣泡去除夾雜物裝置主要是由鋼包1、電磁制動磁場發生器2及電磁攪拌器4所組成。鋼包I側面設有電磁制動磁場發生器2，鋼包I底部透氣磚3的外圍設置電磁攪拌器4。
[0025]電磁攪拌器4包括殼體、攪拌鐵芯及攪拌線圈，攪拌鐵芯外纏繞有攪拌線圈，攪拌鐵芯由磁軛背5、磁軛6組成，磁軛6垂直于磁軛背5的上表面(見圖2)。
[0026]電磁制動磁場發生器2包括吊環7、制動鐵芯8、制動線圈9、箱體10。(見圖3)
[0027]實施例1:
[0028]對于小尺寸的盛放金屬液的坩禍，如盛放500公斤鋼水的坩禍，可以將電磁攪拌器4放置在坩禍底部靠近透氣磚3附近，促進鋼水流動，電磁攪拌磁感應強度在0.005?
0.04T左右，鋼水的流動速度約為0.2?1.5m/min。電磁制動磁場發生器2放置在坩禍中部。電磁制動磁場發生器2的箱體長950mm，寬550mm，高700mm。箱體8材質選用白鋼，厚度在2mm。因為制動鐵芯8和制動線圈9較重，約200kg，因而在箱體10內部需用槽鋼做骨架，起支撐作用，并安裝吊環7，以便于運輸和安裝。依靠該設備，可以產生最強約0.04T的磁場。利用電磁制動磁場發生器2可以將氣泡在鋼水中停留的時間延長10?30%左右。吹氣凈化過程中，在透氣磚3附近施加攪拌磁場，同時在坩禍中上部施加制動磁場，能有效將去除〈5 μ m夾雜物的效率提高40%以上，同時能夠減少凈化時間，減少金屬液溫降，節約能源和資源。
[0029]實施例2:
[0030]利用100噸鋼包1，采用底吹氬氣凈化鋼液，電磁攪拌器4在鋼包I底部透氣磚3附近，攪動鋼水，當透氣磚3附近磁感應強度達到0.005T時鋼水的流動速度可以達到0.5m/min以上。電磁制動磁場發生器2的尺寸在2mX 1.5mX2m左右，可以將兩套電磁制動磁場發生器2成對放置在鋼包I兩側，這樣可以增加電磁場的穿透深度，有利于鋼包I中間鋼水的電磁制動。在鋼水中產生的磁場強度達到0.005?0.02T左右。利用該裝置在相同的吹氣時間內，可以將鋼水中小尺寸夾雜物(〈5μπι)的去除效率提高30%以上，同時能夠縮短精煉時間，降低鋼液溫降，節約能源和資源。一般來說軟吹氬流量在60?200L/min，當吹氬5分鐘以上時，鋼水溫降可能達到20°C。利用電磁攪拌器4細化氬氣泡，同時利用電磁制動磁場發生器2延長氣泡在鋼液中的停留時間，可以縮短吹氬時間I?2分鐘，這能夠減少鋼水溫降4?8°C，對生產順行和降本增效具有重要作用。
【主權項】
1.一種細化氣泡去除夾雜物裝置，其特征在于，包括盛鋼容器、電磁制動磁場發生器和電磁攪拌器；盛鋼容器側面設有電磁制動磁場發生器，盛鋼容器底部透氣磚外圍設置電磁攪拌器；電磁制動磁場發生器包括箱體、制動線圈、制動鐵芯及吊環；電磁攪拌器由殼體、攪拌鐵芯及攪拌線圈組成，所述攪拌鐵芯磁軛垂直于磁背上表面，攪拌鐵芯外纏繞有攪拌線圈。2.—種應用權利要求1所述細化氣泡去除夾雜物裝置的方法，其特征在于: (1)將冶煉溫度1550?1650°C的鋼水倒入具有底吹或頂底復合吹氣裝置的盛鋼容器中； (2)將盛鋼容器放置在兩套電磁制動磁場發生器之間，電磁制動磁場發生器的兩個磁軛距離鋼包中部側壁50?200mm，并將電磁攪拌器鐵芯端部靠近盛鋼容器底部安裝在盛鋼容器底部透氣磚外圍； (3)在開啟吹氣閥后，啟動電磁攪拌器和電磁制動磁場，控制電磁攪拌頻率為I?50Hz，鋼水位置處的磁感應強度達到0.005?0.2T，透氣磚附近的鋼液流速在0.2?3m/min ;電磁制動磁場發生器控制鋼液中心部位的磁感應強度在0.005?0.5T，將鋼水的流動速度降低為無電磁制動時的50%以下； (4)吹氣一定時間鋼水滿足澆鑄條件后，停止吹氣，關閉電磁制動磁場發生器和電磁攪拌器，出鋼澆鑄。3.根據權利要求1所述的細化氣泡去除夾雜物裝置，其特征在于，所述盛鋼容器為坩禍或鋼包。
【專利摘要】一種細化氣泡去除夾雜物裝置及方法，包括盛鋼桶、電磁制動磁場發生器和電磁攪拌器；盛鋼桶側面設有電磁制動磁場發生器，盛鋼桶底部透氣磚外圍設置電磁攪拌器。將盛有鋼水盛鋼桶放置在兩套電磁制動磁場發生器之間，并將電磁攪拌器安裝在盛鋼桶底部透氣磚外圍。在開啟吹氣閥后，啟動電磁攪拌器和電磁制動磁場，通過電磁攪拌，使透氣磚附近鋼水流動速度加快，有助于小氣泡的產生；通過電磁制動磁場發生器抑制容器中、上部鋼水的流動速度，延長氣泡停留時間。當鋼水中小尺寸夾雜物含量達到要求后停止吹氣，關閉電磁制動磁場發生器和電磁攪拌器。本發明可提高氣泡捕捉＜5μm夾雜物的效率，減少鋼水溫降和吹氣總量，節約能源和資源。
【IPC分類】B22D27/02
【公開號】CN105710348
【申請號】CN201410721063
【發明人】郭慶濤, 廖相巍, 曹東, 賈吉祥, 唐雪峰, 黃玉平, 張宇
【申請人】鞍鋼股份有限公司