[发明专利]一种钢中夹杂物的去除方法

说明书

技术领域

本发明涉及夹杂物去除技术，尤其涉及一种钢中夹杂物的去除方法。

背景技术

三氧化二铝是钢中的主要夹杂物，对钢材的质量和性能具有重要影响。因此，在一般情况下，应通过各种技术手段和工艺措施将钢中夹杂物控制在较低含量。目前，去除钢中夹杂物的主要技术手段有钢包吹氩搅拌、中间包流场优化及控制、中间包过滤器以及中间包气幕挡墙等。这些技术的应用，虽然可以不同程度地去除钢液中的夹杂物，但是对于夹杂物含量要求较为严格的钢种，上述技术仍然不能满足要求，特别是对于夹杂物颗粒小于20μm的钢种。因此，为了满足我国洁净钢和超洁净钢生产技术的发展需要，需要进一步研究和开发钢中夹杂物去除新技术和新工艺。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述钢中夹杂物去除技术存在的诸多问题，提出一种钢中夹杂物的去除方法，该方法成本低、操作简便、易于实施，能够有效地去除钢中的三氧化二铝夹杂物。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种钢中夹杂物的去除方法包括以下步骤：

A：夹杂物吸附材料的选择：夹杂物吸附材料在钢液中与钢液接触形成双电层时表面须带有负电荷；

B：夹杂物吸附材料的布置方式包括以下步骤：将夹杂物吸附材料通过浇注或机压制备成型，一端埋设固定于连铸中间包内底部或者侧面的内衬中，其余大部分裸露并与注入连铸中间包内的钢液接触；

C：通过表面带有负电荷的夹杂物吸附材料与在钢液生成的表面带有正电荷的三氧化二铝夹杂物颗粒间的静电引力作用，使钢液中的三氧化二铝夹杂物向夹杂物吸附材料迁移并吸附于其表面。

进一步地，所述夹杂物吸附材料为包括Al和Si元素的粘土质材料。

进一步地，所述夹杂物吸附材料包括Al₂O₃和SiO₂，Al₂O₃与SiO₂的重量配比为5-7:3-5。

进一步地，所述将夹杂物吸附材料通过浇注或机压制备成型为圆柱状、立方体或八面体。

本发明钢中夹杂物的去除方法成本低、操作简便、易于实施，能够有效地去除钢中的三氧化二铝夹杂物。

目前的钢中夹杂物去除技术和工艺，均是基于物理的方法和技术手段，即，通过钢包底部吹氩搅拌钢水和中间包流场优化促进夹杂物上浮，使其与钢液分离以达到去除钢中夹杂物的目的。

但是，钢中夹杂物的一个重要特性，即，钢中夹杂物的带电特性尚未引起人们的关注，而且钢中夹杂物的这个特性会对钢中夹杂物的去除产生重要影响。

根据双电层理论，任何两个不同的物相接触时都会在两相间产生电势；两相电荷相等，正负号相反，相互吸引，形成双电层。由于钢中夹杂物是固相，因此，其与钢液接触时即会在夹杂物的颗粒表面形成双电层，如图1所示；另外，由于在钢液中形成的三氧化二铝夹杂存在晶格缺陷，因此在钢液中其颗粒表面带有正电荷。

由于钢液是电的良导体，且连铸中间包中的钢液通过结晶器和连铸坯与大地相连接，因此，钢液中三氧化二铝颗粒表面双电层中的负电荷即会通过上述路径流入大地而使三氧化二铝夹杂物颗粒带有绝对电量，也就是说，由于固-液界面的存在，夹杂物颗粒表面的正电荷不能进入钢液，而使整个钢液不再呈电中性。由于每个夹杂物颗粒均带有正电荷，因此，根据带电粒子静电作用力公式可知，带有相同电荷(电量分别为Q1和Q2)颗粒间的排斥力与其相互间距离(r)的平方成反比，即，当两个带电颗粒靠近的时候，其排斥力就越大，两个颗粒就越不能发生接触，如图2所示。

正是由于这种排斥力的存在，而使夹杂物颗粒间不能碰撞长大，进而不能通过上浮去除而存在于钢中。这也是钢中小颗粒夹杂物不能有效去除的重要原因。

由于钢液中的夹杂物基本上都是铝脱氧生成的三氧化二铝，且彼此均带有正电荷。如果这时在钢液中存在带有负电荷的材料，那么，在静电力的作用下，三氧化二铝夹杂就会向带有负电荷的材料方向迁移，并最终吸附在材料表面，进而达到去除钢中夹杂物的目的，如图3所示。

研究表明，由于粘土矿物晶格中的某些离子和外界离子置换后要产生负电荷，如硅氧四面体中4价的硅被3价的铝所置换，或者铝氧八面体中3价的铝被2价的镁、铁等所置换，均会产生过剩的负电荷。而且，这种负电荷是永久性的，不会因其所处环境的改变而变化。

附图说明

图1为钢液中三氧化二铝颗粒表面形成的双电层的示意图；

图2为钢液中三氧化二铝颗粒间的相互作用的示意图；