[发明专利]钢液添加高蒸气压镁的方法及其装置

说明书

本发明提供一种向钢液添加高蒸气压金属镁的方法及其装置，该镁添加装置主要是由储料桶、控制阀及本体所组成，该本体输送管、内嵌管及三通管所组成，该方法是将镁添加装置放入管式炉内，将粒径为0.5‑2mm的纯镁粒装入储料桶，待输送管组中下部温度升温到1120℃‑1200℃后，将控制阀打开，以0.5‑1.5g/min的速度将纯镁粒加入输送管组，同时，打开氩气调节阀，以0.5‑1.5L/min的流量通入氩气，将在输送管中的镁蒸气载入钢液。因此，本发明具有使镁稳定、安全地加入钢液，且镁的收得率高、不引入合金元素、生产成本低、钢液中镁分布均匀等优点。

技术领域

本发明涉及一种钢液添加高蒸气压镁的方法及其装置，将该装置放入管式炉内，当温度达到设定温度时，令镁金属形成镁蒸气后，再载入钢液中。

背景技术

炼钢是一个氧化精炼过程，即向铁液中吹入氧气，将生铁中过量的元素(C、Si、Mn)及杂质(S、P)去除，达到满足钢种性能的限度。由于吹氧炼钢的作用，在炼钢末期，钢液中含氧量最大可达到0.1％，然而氧在固态钢中的溶解度极低(例如在δ-Fe中溶解度最大为0.0082％)，这些过量的氧将在凝固的过程中以FeO或其它氧化物的形态析出，因而降低钢的使用性能。所以，在脱碳结束之后必须将钢液中的氧脱除。钢中的氧包括溶解的自由氧[O]_D和夹杂物中的氧[O]_L，去氧即通过向钢液中添加脱氧剂(如锰，硅，钛，铝，镁等)，将钢中的自由氧转移到氧化物介在物(inclusion)中，上浮去除，达到降低钢中的氧含量的目的。而钢中氧含量的水准可间接反映钢中介在物数量水准，常用钢中的总氧T[O]表示钢液的洁净度。

钢中的总氧量T[O]与产品的品质有着密切的关系，典型钢种对氧含量的要求如图1所示，因此，如何降低钢中的氧含量，提高钢的洁净度，如何有效利用脱氧产物也越来越为冶金工作者所关注。

按照脱氧能力的不同，将脱氧合金分为弱脱氧剂(如Mn，Si，Ti等脱氧剂)和强脱氧剂(如Al，Mg等)。在早期钢铁生产中常使用硅、锰作为脱氧剂，由于与Si、Mn平衡的氧含量较高，为将钢中的氧含量脱除到极低水准，大部分钢铁企业均采用Al作为终脱氧剂。有研究显示，当钢中溶解铝含量为0.03％-0.05％时，钢中平均氧含量可降低到3ppm以下。然而，铝脱氧后残余在钢中的簇状(cluster)Al₂O₃夹杂会大大降低钢的塑性、韧性、疲劳强度、抗腐蚀能力，特别是破坏了钢基体的连续性，在静荷载和动荷载的作用下造成材料失效，降低钢材成品率和产品品质。另一方面，钢液浇注过程中Al₂O₃夹杂极易造成水口堵塞而造成浇注中断等生产事故。

而镁元素具有很强的化学活性，在钢液中Mg对非金属元素有很强的亲和力。早在1970’s，Mori等就曾指出镁蒸气对钢液去氧的可能性，其利用镁作为脱氧剂，获得在1873K时的[％Mg][％O]<1.0×10^-6。Saxena等研究了用镁作炼钢精炼剂的可能性，研究发现，钢中形成极小的、弥散分布(uniform distribution)的尖晶石(spinel)型氧化物，这种尖晶石对钢的疲劳性能和其它性能无损害。

(Tateyama等采用镁包芯线(cored wire)(Mg、MgO、CaF₂)在低碳钢氩气保护的感应炉内进行镁去氧、脱硫实验。)镁的加入量小于15％，5分钟后可以将钢液中的T[O]降低至9ppm，[S]降低至3ppm；静止放置10分钟后钢液中的T[O]、[S]没有发现回升，分别保持在11ppm和3ppm的水准。因此，可以看出Mg与钢液中的S和O有强烈的亲和力，且不改变钢液成分，是理想的去氧和脱硫剂。此外，近年来氧化物冶金技术的发展，利用Mg处理钢液而获得高熔点、细小、弥散的含镁介在物细化晶粒，使得在钢液中添加Mg的相关问题成为热点问题。