[发明专利]可调节阳极氧分压的熔渣无污染脱氧方法及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种可调节阳极氧分压的熔渣无污染脱氧方法及其装置，属于冶金精炼工艺技术领域。

背景技术

现代科学技术的发展，对各种金属和钢质量的要求越来越高。钢中的氧是有害元素，会对钢的质量造成不良影响。为了去除钢中的氧，传统的脱氧方法主要以脱氧剂直接脱氧为主，真空脱氧起辅助作用，由于脱氧反应的反应物和生成物全部处在钢液中，因此无法彻底的避免对钢液造成污染。随着人们对钢的洁净度的要求越来越高，传统的脱氧方法已无法满足人们的要求。降低甚至避免脱氧产物对钢液的污染是降低钢中全氧含量，提高产品表面和内在质量的一个重要途径为了解决这些问题，就必须将钢中的氧有方向的引出熔体，于是许多冶金学家提出了一些新的脱氧方法。

冶金工作者尝试了电化学脱氧方法来进行金属液的脱氧。其中主要的方法集中于利用氧化锆固体电解质，通过电解法、原电池法和脱氧体法等将氧离子加以定向引导，使与固体电解质内的脱氧剂如氢气、一氧化碳或活泼金属反应，相关反应产物如：水、二氧化碳或氧化物与金属熔体不发生接触，从而达到脱氧而不污染金属液的目的。这些研究思路体现在公开号CN1215759A、CN1187542A、CN1335413A的中国发明专利申请案中，以及公开号CN2432220Y的中国实用新型专利申请案中。尽管利用固体电解质为传导介质的脱氧方法有无污染、脱氧速度快等优点，但是也存在设备复杂、成本较高、不易在现场推广等问题。

在这样的背景下，针对已有工艺存在的问题，在固体电解质无污染脱氧的基础上，提出了一种新的无污染脱氧方法：渣金间外加直流电场脱氧法，即用炉渣代替固体电解质，在渣金间施加电场来强化脱氧，通过控制氧离子在熔渣体系中的传导方向和速度，从而实现金属液的无污染脱氧。其研究思路体现在一些专利文献中，如公开号为CN1453371A、CN101235430A等的中国发明专利。这些该方法具有设备简单、成本低、可连续作业、无需还原剂等优点。这种方法对于电极的选择比较苛刻，电极工作的环境往往是高温和高腐蚀性介质。常用的电极材料包括金属材料，炭素材料和陶瓷材料。金属材料存在容易被熔渣侵蚀，耐高温金属价格昂贵。炭阳极本身具有固有缺点：不断消耗，经常更换，污染环境等等。特别是冶炼超低碳钢时，炭素阳极材料中的灰分杂质可进入到电解质中，污染钢液质量，给钢液增碳。只能采用惰性阳极，而氧在惰性阳极的析出氧气，电极表面被大量阳极气体覆盖，在阳极和熔渣之间积聚一层气网膜，妨碍熔渣对电极的润湿，堵塞电流通道，形成阳极效应，制约了脱氧效率的进一步提高。

发明内容

本发明的目的是在渣-金间外加直流电场脱氧法的基础上，提出一种可调节阳极氧分压的熔渣无污染脱氧方法，以进一步提高脱氧效率。

本发明一种可调节阳极氧分压的熔渣无污染脱氧方法，其特征在于具有以下的工艺过程和步骤：

a、在放置有钢液的电熔炉中，加入特定的熔渣；以熔渣作为电解质，并在熔渣中插入作为阳极的脱气电极；该脱气电极带有电极空腔，并通过导管与炉外的气氛控制室相连接；所述的阳极脱气电极，设有导线与直流电源连接；另外在炉内底层的钢液中，设置有底电极，作为阴极的钢液通过该底电极与直流电源相连；

b、通过外加直流电源，在炉内施加和生成一直流脉冲电场；直流电源输入的电压为0.1～10V；通过控制直流电源的电压和电流，以及熔渣的成分，来控制氧离子在熔渣体系的传质方向和速度，以及控制溶解氧在钢液中的传质；另外通过控制阳极脱气电极的空腔气氛，来降低其氧分压，以使氧气从熔渣透过多孔陶瓷向电极空腔扩散，氧气则通过炉外的抽气系统从熔渣中逸出进入气氛控制室再排出；使钢液脱氧净化。

一种可调节阳极氧分压的熔渣无污染脱氧方法中，所述的熔渣可以是酸性熔渣，也可以是碱性熔渣。较适合的优选为具有氧离子电导率的碱性熔渣。