[发明专利]应用超声波改善动力学条件的钢包精炼方法

说明书

技术领域

本发明涉及炼钢过程中钢包精炼的方法，特别是一种应用超声波改善动力学条件的钢包精炼方法。

背景技术

钢材质量与钢的纯净度有关，近年来，随用户对钢材质量要求的提高，对钢水的纯净度要求也相应提高，洁净钢冶炼工艺一直是国际上炼钢技术研究的主要课题，钢水脱硫、脱磷、脱氧剂的热力学条件已能将钢水中硫、磷、氧含量脱至极低水平，满足洁净钢冶炼条件，但钢包精炼工艺过程中动力学条件主要靠底吹气体搅拌，其作用是利用其循环流场的特点来清洁钢液，均匀温度、均匀成分，促进冶金化学反应。钢包底吹氩工艺是通过安装在钢包底部的透气砖向钢液中吹入氩气等惰性气体，使钢液在钢包内产生环流，对钢水进行搅拌，使添加在钢水中的合金、脱氧剂、脱硫剂等快速熔化、分散，促使钢液成分和温度均匀，吸附钢液中的夹杂物，去除钢中的非金属夹杂，从而达到净化钢液的目的。但底吹氩气流量小时，钢包中存在循环死区，不能充分均匀化钢液成分、温度，若氩气流量增大，易引起钢液面裸露和翻滚，增加二次氧化机会。相关文献：唐海燕、李京社、王建斌等，“钢包精炼不同吹氩工艺对夹杂物去除效果的研究”，《钢铁》2007，42(4)21-24。同时氩气流量受底吹透气砖的严格制约，要提高氩气流量很困难，增加氩气流量还会使操作成本上升，而且透气砖有时易堵塞，与钢包寿命不同步。受钢包底部透气元件的影响底吹氩吹出的气泡较大气泡上浮过程经过钢液的流程较长，在上升过程中气泡的直径增大，容易使钢水上表面炉渣被吹裸露，造成钢液吸氧，降低脱硫、脱磷效率。相关文献：Yoon B.H.，Heo K.H.，Kin JS.Improvement of Steel Cleanliness by Controlling Slag Composition[J]，Ironmaking and Steelmaking，2002，29(3)：215~218。

由于气体搅拌产生涡流、有搅拌死区等问题，所以采用底吹氩搅拌还远不能达到钢水脱硫、脱磷、脱氧剂热力学脱硫、脱磷、脱氧的理想水平，即动力学条件，不能满足洁净钢冶炼要求。

超声波是一种压缩纵波，可在气体、液体、固体及固熔体中有效传播，具有很强的穿透性，这些固有特性使它在液体中传播时可传递很强的能量，能够在界面上产生强烈的冲击和空化作用，且同声波一样会产生反射、干涉、叠加和共振现象。首先尝试利用超声波应用在冶金过程中的工作是圣彼得堡大学的Sokolov教授，他提出应用超声波探伤和进行超声波照射影响金属结晶化的系列研究相关文献：颜慧成、刘浏，“功率超声在钢铁冶金中的应用研究与展望”，《中国冶金》第4期(总第59期)2002年8月。Kuznetsov等采用超声振动来控制方坯和板坯的表面质量以及细化晶粒防止偏析。相关文献：Kuznetsov B.G.“带超声波振动内壁的结晶器的应用[A]”，中国金属学会连铸学会，《第一届欧洲连铸会议论文集[C]》，佛罗伦萨：意大利金属学会.1991：697-700)。Kobayashi M，Hatanaka SI等学者研究了用超声波处理溶液中的夹杂物。相关文献：Kobayashi M，Kamata C.Cold Mold Experiments of Removal from Molten Metal by an Irradiationof Ultrasonic Waves.ISIJ International，1997，37(1)：9～15。日本名古屋大学桑原守教授将超声波应用在泡沫金属材料制备、控制泡沫渣高度、采用高速摄像机拍摄超声波空化气泡和微射的研究。相关文献：Iakashi KUBO，Mamoru KUWABARA and Jian YANG.Visualization ofacoustically induced cavitation bubbles and microjets with the aid of ahigh-speed camera.Japanese Journal of Applied Physics，2005，44(6B)：4647-4652；Sergey V.KOMAROV，Mamoru KUWABARA，OlegV.ABRAMOV.High power ultrasonics in pyrometallurgy：current statusand recent development.ISIJ international，2005，(45)12：1765-1782。赵忠兴等人研究了在铝合金铸造时超声波的顶部导入和底部导入方式对铸造合金的组织影响。相关文献：赵忠兴，“超声波对合金结晶过程的均匀化作用”，《热加工工艺》1999，(5)：10～11。