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钢包精炼装置及采用该装置的钢包精炼方法

基本信息

  • 申请号 CN00810253.8 
  • 公开号 CN1360639A 
  • 申请日 2000/05/12 
  • 公开日 2002/07/24 
  • 申请人 新日本制铁株式会社  
  • 优先权日期  
  • 发明人 木村秀明 石川厚史 石井博美 荒井雅之 青木淳  
  • 主分类号  
  • 申请人地址 日本东京都 
  • 分类号  
  • 专利代理机构 中国专利代理(香港)有限公司 
  • 当前专利状态 发明专利申请公布 
  • 代理人 张天安 
  • 有效性 期限届满 
  • 法律状态 专利权人变更
  •  

摘要

提供一种抑制槽内粘着基体金属、有效地进行钢液搅拌、钢渣改质和脱气的钢包精炼装置及采用该装置的钢包精炼方法。
在将真空、减压槽2直接连接在钢包1的上部,将由惰性气体构成的搅拌气体6吹入钢包内而进行钢液精炼的装置上,将真空、减压槽圆筒部内径设成小于钢包上端部的内径,并且为因吹入钢包内的搅拌气体6而产生的钢液面隆起部分7的投影断面直径D以上。
展开

权利要求书


1.一种真空、减压精炼装置,是将不具有使下方浸渍在钢包内 钢液中的浸渍管的真空、减压槽直接连接在钢包的上部上,对槽内进 行减压,通过将惰性气体吹入钢包内而对钢包内钢液进行搅拌、对钢 包内钢液进行精炼用的装置,其特征在于,使钢包上部和真空、减压 槽贴紧而作成密封结构,真空、减压槽具有圆筒部,该圆筒部的内径 小于钢包上端部的内径,为因吹入钢包内的搅拌气体而产生的钢包内 钢液面的隆起部的投影断面直径以上,真空、减压槽的直至顶部的高 度为离钢包内钢液面5m以上。

2.根据权利要求1所述的真空、减压精炼装置,其特征在于, 在真空、减压槽下部设有圆筒部,该圆筒部的内径为钢包内钢液的隆 起部投影断面的直径以上,且其外径为钢包上端的内径以下,该圆筒 部的下端位于钢包上端的下方,且不浸渍在钢包内钢液中。

3.根据权利要求1或2所述的真空、减压精炼装置,其特征在 于,在真空、减压槽内设置烧嘴,该烧嘴使燃料和氧气燃烧而从其下 端喷出火焰。

4.采用权利要求1-3的任一项所述的真空、减压精炼装置的钢 包精炼方法,其特征在于,将钢包钢液面上的钢渣量调整成满足下述 条件。
                  0.010≤H/h≤0.025 H:钢包内钢渣的厚度 h:钢包内钢液熔池深度
5.采用权利要求3所述的真空、减压精炼装置的钢包精炼方法, 其特征在于,通过从配置在真空、减压槽内的烧嘴下端喷出的火焰, 使该真空、减压槽内壁的温度在连续使用中的状态下始终保持在1000 ℃以上。

6.采用权利要求1-3的任一项所述的真空、减压精炼装置的钢 包精炼方法,其特征在于,将铝添加在钢液中,通过供给氧气使所添 加的铝燃烧而进行钢液升温时,将真空、减压槽内的压力设为760 Torr-500Torr。
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说明书

技术领域 本发明涉及钢水的二次精炼工艺、即钢包精炼装置和钢包精炼方 法。
背景技术 近年来随着钢材利用技术的提高和多样化,对钢材质量要求的严 格程度提高,对生产高纯度钢的要求日益提高。
针对生产高纯度钢的 要求,人们一直努力扩充炼钢工序的铁水预处理设备或二次精炼设 备。
特别是二次精炼设备,为了对钢水进行脱气、去除夹杂物,一般 采用RH、DH等真空精炼设备、以LF为代表的电弧加热钢渣精炼设备 等,生产轴承钢等高清洁度钢时,根据需要同时采用LF和RH进行处 理,这种工艺也普遍采用。
但是,如RH真空精炼设备那样将浸渍管插入钢包内钢液中,由 该浸渍管将钢液吸入真空槽内进行真空精炼的设备,由于钢包内钢液 的搅拌力小,存在于浸渍管外侧钢液表面上的钢渣搅拌不充分,故不 能充分地对钢渣进行改质,钢液被氧化度高的钢渣再氧化,又因附着 在真空槽内的基体金属中的氧化铁与真空槽内钢液反应,钢液被再氧 化等原因,去除夹杂物的精炼能力有限。
另外,为了避免因钢渣造成 再氧化使钢液清洁度降低,一般采用同时使用LF设备的减小钢渣的 氧化度的方法,但这种方法存在的问题是处理工艺时间延长和随之而 产生的热损失、耐火材料损耗等的成本增加。
从这种观点出发,就现有的技术而言,直接对钢包内的钢液表面 进行减压、在真空下有效地进行渣与钢液的反应的方法,开发了VOD 法、VAD法、SS-VOD法等。
直接对钢包内的钢液表面进行减压的手 段有下述方法:将钢包收放在可收放整个钢包的减压容器内,对整个 钢包进行减压的方法;将钢包本身作为下部减压槽利用,使上部减压 槽贴紧钢包的上部,对钢包内钢液表面进行减压的方法。
不管哪一种 方法都存在着以下问题,即设备复杂,并且因受其结构上的制约,为 避免钢液或钢渣飞溅,不大量注入搅拌气体,故从生产率、设备费、 维修方面考虑,没有广泛普及,这是现状。
从这种观点出发,对将钢包收放在可收放整个钢包的真空减压容 器内而对整个钢包进行减压的方法进行了改进,改进后的发明是这样 的,即在真空槽内设备具有足够的自由空间的内设管,可以适应真空 处理时的钢水飞溅和造渣,缩短处理时间,这种方法在特开平9- 111331号公报中已经揭示。
但是,该方法是真空容器分割成上下部 分,真空槽的内径比钢包上端部的外形大,将整个钢包装在真空槽内 部进行精炼的方式,由于是将内设管下端部贴紧在钢包上端部上或浸 渍在钢包内钢渣和钢液中的构造,故在真空下精炼时,会因钢液飞溅 基体金属而不能装卸内接管,或在浸渍在钢包内的情况下因基体金属 而污染钢水。
另外,处理时间延长时,从确保钢水温度这一点看也有 问题。
作为将钢包本身作为下部减压槽进行利用,将上部减压槽贴紧在 钢包的上部上而对钢包内钢液表面进行减压的方法,在《材料与工艺 Vol.3,No.1,1990P250》(社团法人日本钢铁协会发行)中,在钢包 上部设中盖,防止因从钢包底部吹入的气体而使钢液表面上产生的飞 溅物直接飞溅到钢包与上部减压槽的贴紧部(钢包密封部分)内,并 且在钢包上部设遮蔽板,防止飞溅物飞越上述中盖的上部而飞溅到钢 包密封部分内。
但是这种方法存在的问题是,由于钢液飞溅基体金属 而不能装卸中盖,并且由于在遮蔽板上也粘着钢液故遮蔽板本身的耐 火材料成本成为问题。
另外,由于每次真空处理要装卸中盖和遮蔽 板,故还存在操作性不好的问题。
发明的公开 本发明是提供一种可容易地解决上述现有方法的问题的钢包精 炼装置及采用该装置的钢包精炼方法。
即,本发明是通过抑制因用现 有钢包精炼方法而成为问题的钢液飞溅导致的基体金属粘结,从根本 上改善操作障碍、钢水污染,并且有效地进行钢液搅拌、钢渣的改质、 脱气,从而可高效率地生产高清洁度钢,进而可大幅度改善热裕度的 钢包精炼装置和钢包精炼方法。
本发明是将不具有使下方浸渍在钢包内钢液4中的浸渍管的真 空、减压槽2直接连接在钢包1的上部上,对槽内进行减压,通过将 惰性气体吹入钢包内而对钢包内钢液进行搅拌、对钢包内钢液进行精 炼用的装置,该真空、减压精炼装置的特点在于,使钢包上部和真空 减压槽贴紧作成密封结构,真空、减压槽具有圆筒部,该圆筒部的内 径比钢包上端部的内径小,并且为因吹入钢包内的搅拌气体而产生的 钢包内钢液面的隆起部7的投影断面直径以上,真空、减压槽2的直 至顶部的高度为离钢包内钢液面5m以上。
本发明是一种真空减压装置,其特点在于,在真空减压槽2下端 设有圆筒部9,该圆筒部的内径为钢包内钢液的隆起部投影断面的直 径以上,并且外径为钢包上端的内径以下,该圆筒部的下端位于钢包 1上端的下方,且不浸渍在钢包内钢液中。
本发明是在真空、减压槽2内设置烧嘴10,可对钢液4进行加热 和对真空、减压槽内部进行保温的真空、减压装置,该烧嘴使燃料和 氧气燃烧而从其下端喷出火焰。
并且,本发明是一种采用上述真空、 减压装置的精炼方法,其特点在于,利用从该加热烧嘴10的下端喷 出的火焰,使该真空、减压槽内壁的温度在连续使用中的状态下始终 保持在1000℃以下。
本发明是一种钢包精炼方法,其特点在于,采用该真空精炼装置 时,使钢包内钢液面上的钢渣量满足下述条件那样地进行精炼。
                  0.010≤H/h≤0.025 H:钢包内钢渣厚度,h:钢包内钢液熔池深度 本发明是一种钢包精炼方法,其特点在于,将Al添加在钢液中, 通过供给氧气使所添加的Al燃烧而进行钢液升温时,将真空、减压 槽内的压力设为760Torr-500Torr。
附图的简单说明 图1是本发明装置的实施例的剖面图。
图2是在本发明装置的真空盖内部设备了圆筒部的场合的剖面 图。
图3是在本发明装置上设置了加热用烧嘴的剖面图。
图4是表示采用本发明装置进行钢液精炼时钢包内钢渣厚度h和 钢液熔池深度H之比(H/h)与各种精炼效率的关系之图。
图5是用现有方法和本发明方法生产的轴承钢产品全氧的比较 图。
图6是表示本发明装置的真空、减压槽内壁耐火材料温度和基体 金属粘着厚度之图。
图7是表示采用本发明装置将氧气吹入含Al钢液中时槽内压力 和飞溅物达到高度之图。
[符号的说明] 1.钢包 2.真空、减压槽 3.搅拌气体吹入塞柱 4.钢液 5.钢渣 6.搅拌气体 7.因搅拌气体造成的钢液面隆起部 8.密封材料 9.圆筒部 10.加热烧嘴 实施发明的最佳形式 下面,根据附图对实施例进行详细说明。
图1是本发明钢包精炼 装置的具体例子。
该装置由钢包1和真空、减压槽2构成,在钢包的 底部设有搅拌气体吹入装置3。
本发明中,钢包内钢液4的搅拌方法 不局限于此。
真空、减压槽圆筒部的内径设成比钢包上端部内径小、 为钢包内钢液面隆起部7的投影断面直径D以上。
在此,从钢包底部 进行搅拌气体吹入的场合,钢液面隆起部的投影断面直径可用下式表 示。
D=d+2htan12° D:液面隆起部投影断面直径 d:气体吹入塞柱直径 h:钢包内钢液熔池深度 制成使钢包上部与真空、减压层贴紧而可保持目标真空度的密封 结构。
从钢包底部吹入搅拌气体6,在真空、减压槽内在常压或真空 状态下对钢液进行搅拌。
在高真空下钢液面隆起,钢液和钢渣5产生 飞溅,但在本发明的装置上,由于真空、减压槽圆筒部内径比钢包上 端部的内径小,故可以将作为现在的VOD课题的、钢水和钢渣向钢包 和真空、减压槽密封部飞溅的恶劣影响控制到最低限度。
因喷溅而造 成的钢水和钢渣的飞溅是从钢液面隆起部7首先向上方飞溅,然后方 向改变为向下方,到达钢包密封部。
在本发明中,由于在钢包的上部 具有内径比钢包上端部内径小的真空、减压槽圆筒部,故飞到上方的 飞溅物碰撞到该真空减压槽圆筒部内表面上,直接掉落到钢包内的钢 液表面上。
因此,飞溅物不到达钢包密封部。
另外,在采用遮蔽板的 场合,大部分飞溅物碰撞到遮蔽板上,其中一部分在遮蔽板表面上进 行凝固而粘着在其上,成为基体金属,但在本发明中,由于不采用遮 蔽板,故没有这种现象,并且,在内径小的真空、减压槽形状的情况 下,容易将内表面温度保持为高温,因此,碰撞到真空、减压槽圆筒 部的飞溅物进行凝固而作为基体金属成长的速度极慢,收得率的损失 小。
通过缩小真空、减压槽圆筒部的形状,使得排气容积小,故可以 缩短达到真空的初期排气时间。
并且。
没有设置遮蔽板等烦杂作业和 提高成本的问题。
在此,将真空、减压槽圆筒部的内径设成为钢液面 隆起部的投影断面真径以上的原因是由于钢液和钢渣的飞溅主要是 从钢液面隆起部产生的缘故。
另外,图2表示在技术方案1记载的本发明的真空、减压槽下部 设有圆筒部9的例子,该圆筒部9的下端位置位于钢包上端的下方, 并且不浸渍在钢包内钢液4和钢渣5中。
该圆筒部9的内径为钢包内 钢液隆起部7投影断面的直径以上,并且外径小于钢包上端的内径, 采用耐火材料制造的,或在型芯骨的表面上用耐火材料覆盖而制成 的。
在具有该圆筒部9的情况下,对图1所示的方式,可以进一步减 少钢液和钢渣向钢包与真空减压槽密封部飞溅的不良影响,因钢包自 由空间容积的减少可使生产率(t/CH)提高、和因钢液内的吹入气体 量增加可使精炼效率进一步提高。
在这里,不使圆筒部9浸渍在钢渣 5或钢液4中的原因是因为只要该圆筒部下端位于钢包上端部以下, 就可充分发挥效果,另外,由于使其浸渍,会使耐火材料成本增加。
并且,从生产清洁钢的观点出发,也希望对钢包内钢液表面的全部钢 渣进行搅拌,通过钢渣5与钢液4的充分反应而引起渣的改质,若采 用浸渍方式,由于浸渍管外部的搅拌力小,渣的改质不充分,故非浸 渍方式是有利的。
本发明对钢包1与真空、减压槽之间的密封方法虽未作特别限 定,但考虑到钢包自由空间的高度不充分的场合、和产生钢包内钢液 或钢渣流入密封部分的场合等的耐热性,最好采用石绵或金属铝等耐 热性优良的密封材料。
在使用橡胶系密封材料的场合,最好采取在钢 包侧使用石绵等设成双层密封等的耐热处理。
并且,密封位置不限定 为钢包上端,也可以将密封位置设在钢包外侧离钢包上端稍下一些的 位置上,避免密封部件直接受到钢液的辐射热影响,本发明也包含这 样的结构。
针对真空处理中的钢液和钢渣的飞散,最好真空、减压槽2具有 足够的高度,本发明将真空、减压槽高度规定为5m以上。
在真空、 减压槽高度低于5m的情况下,产生基体金属粘在真空、减压槽顶盖 上或堵塞真空、减压槽圆筒部、基体金属进入排气管道的现象,使生 产效率显著降低和设备维修费用增加。
对真空、减压槽高度的上限未 作特别规定,但过高时,因排气容积增加会使初期排气时间增加,故 必须加以注意。
图3表示在真空减压槽内配置加热烧嘴10的例子,该加热烧嘴 用于喷出可燃气体和氧气使其燃烧。
在处理中和非处理中用该加热烧嘴10对真空、减压槽内耐火材 料进行加热,使槽内耐火材料温度始终保持高温状态,这样,可进一 步抑制基体金属粘结在槽内耐火材料上,可以避免因粘结基体金属而 污染钢水和为了避免制约不同钢种的连续处理、去除基体金属而使生 产率降低。
在此,为了获得充分的防止基体金属粘结的效果,必须使 槽内壁耐火材料温度始终保持1000℃以上。
另外,通过在处理中和非 处理中时常用该加热烧嘴将真空、减压槽内部加热到高温,可以在处 理中减少钢液的温降。
使用本发明装置进行钢水精炼时,按下述条件范围调整钢包内钢 液面上的钢渣量,便可高效率地进行精炼。
                  0.010≤H/h≤0.025 H:钢包内渣的厚度 h:钢包内钢液熔池深度 在此,限定H/h的范围的原因如下所述。
在钢渣厚度较厚、H/h 为0.025以上的情况下,即使在真空精炼过程中钢液面也被钢渣复 盖,在真空下所暴露的钢液表面积小,故不能获得充分的脱氢效率。
另外,在钢渣厚度较薄、H/h为0.010以下的情况下,钢渣与钢液的 接触面积小,钢渣吸附夹杂物的能力低,不能获得充分的脱氧效率。
因此,在精炼清洁钢时,最好将钢渣厚度调整在上述范围内。
另外,在本发明装置上,可以由配置在槽上部的加热烧嘴10只 供给氧气,使钢液中的Al燃烧,利用其反应热对钢液进行加热。
但 是,传统的RH氧气顶吹方法中,为了将钢液导入反应槽内,必须将 槽内压力至少控制在200torr以下,因此,在减压下体积增大的氧 气使钢液飞溅,或因氧与钢液中碳的反应生成的CO气体使钢液飞溅, 导致产生大量飞溅物,这是所存在的问题。
在此,本发明的装置中, 将氧供给钢液而进行处理时,槽内压力只要低于大气压即可,故在500 torr以上、760torr以下的槽内压力下,通过氧气顶吹使Al升温, 便可将产生的飞溅物控制在最少限度。
将槽内压力设为760torr以 下,这是因为槽内成为大气压以上的加压状态,槽内高温气体会吹入 真空密封部分而使密封材料产生烧损的缘故。
另外,在本发明装置上,也可设有用金属丝进行添加的金属丝添 加装置,该金属丝是用铁皮将Ca等蒸气压高的元素包覆而成的,在 添加该金属丝的场合,最好真空、减压精炼后接着在大气压下进行。
实施例 转炉脱碳精炼后,出钢时按各合金的成分换算添加Mn合金6.8 kg/t、Si合金2.7kg/t、Al 0.45kg/t、并且对于为了控制渣的成 分而添加CaO3.0kg/t的钢液,用图3所示的本发明装置进行精炼, 与传统的RH处理进行比较。
表1表示本发明例子的制造条件及制造 结果,表2表示比较例的制造条件和制造结果。
[表1] 本发明实施例
钢种
S45C
钢液量
280t
钢液熔池深度
3,720mm
达到真空度
0.6Torr
真空排气处理时间
21分
Ar气流量
30Nm3/Hr(钢包底吹气体)
处理前
钢液成分
C
Si
Mn
P
S
H
O
0.30%


0.19%


0.73%


0.008


0.013


3.5
ppm
35
ppm
钢渣成分
全铁
CaO
SiO2
Al2O3
MnO
MgO
S
1.26%

44.59

14.02

26.51

0.73%

5.02%

0.08%

钢渣厚度
60mm
温度
1,575℃
处理后
钢液成分
C
Si
Mn
P
S
H
O
0.44%


0.20%


0.75%


0.008


0.020


1.1
ppm
8
ppm
钢渣成分
全铁
CaO
SiO2
Al2O3
MnO
MgO
S
0.24%

40.12

4.35%

38.65

0.21%

6.52%

1.54%

钢渣厚度
70mm
温度
1 553℃
[表2] 传统方法RH实施例
钢种
S45C
钢液量
278t
钢液熔池深度
3,700mm
达到真空度
0.6Torr
真空排气处理时间
23分
Ar气流量
110Nm3/Hr(RH回流气体)
处理前
钢液成分
 C
Si
Mn
  P
  S
  H
  O
 0.29%


0.18%


0.73%


  0.007
  %

  0.020
  %

  3.6
  ppm
  31
  ppm
钢渣成分
 全铁
CaO
SiO2
  Al2O3
  MnO
  MgO
  S
 1.54%

42.18

13.97

  28.49
  %
  0.80%

  4.87%

  0.08%

钢渣厚度
 60mm
温度
 1,585℃
  处理后
钢液成分
 C
Si
Mn
  P
  S
  H
  O
 0.45%


0.19%


0.76%


  0.007
  %

  0.016
  %

  1.2
  ppm
  18
  ppm
钢渣成分
 全铁
CaO
SiO2
  Al2O3
  MnO
  MgO
  S
 1.40%

38.38

14.08

  31.36
  %
  1.10%

  4.75%

  0.09%

钢渣厚度
 60mm
温度
 1 550℃
处理后氢的值,本发明的例子、比较例都为同样的良好水平。
处 理后氧的值,比较例为18ppm,而本发明的例子为非常良好的结果, 为8ppm。
处理后钢渣成分中的全铁,比较例中该值很高,为1.4%, 而本发明的例子,钢包中的钢渣与钢水进行充分反应,全铁可以实现 非常低的值,为0.24%,因此,钢渣的氧化度降低,可使钢水中的氧 浓度降低。
通过采用本发明的装置,可以达到与传统RH法同等的低 氢水平,并且可以得到清洁度比传统方法更高的钢。
图4是表示用本发明的装置进行真空精炼时的,钢包内钢渣厚度 H和钢水熔池深度h之比(H/h)与脱氢效率和脱氧效率的关系之图。
在H/h>0.025的区域,由于即使在真空处理过程中钢液表面也成为被 钢渣覆盖的状态,暴露在真空中的钢液表面积小,故不能获得足够的 脱氢效率。
在H/h<0.010%的区域,由于钢渣量少,不能获得钢渣与 钢液进行充分反应的表面积,故不能获得充分的脱氧效率。
图5是关于轴承钢过去为得到高清洁度钢所采用的LF-RH法与 采用本发明的装置进行精炼时的产品的全氧的比较。
采用本发明的装 置,在生产轴承钢之类的高级钢时也可获得与过去同等以上的高清洁 度,并且因省略LF工艺,故可降低生产成本。
图6是表示图3所示的装置的槽内加热烧嘴的效果之图。
通过用 槽内加热烧嘴将真空、减压槽内壁耐火材料温度保持在1000℃以上, 可显著降低基体金属粘结量。
图7是表示用图3所示的装置、由加热烧嘴只将氧供给钢液,使 钢液中的Al燃烧进行钢液升温处理时的、槽内压力与飞溅物达到的 高度的关系之图。
使槽内压力为500torr以上,与传统RH相比,可 降低飞溅物达到的高度,可减少槽内基体金属粘结量。
产业上利用的可能性 本发明装置及采用该装置的精炼方法,可以避免在用传统的钢包 精炼方法时成为问题的、钢液飞溅到钢包密封部分内的不良影响,并 且可减少槽内基体金属粘结量,在处理过程中可减少钢液温降。
在生 产要求高清洁度的钢时,使钢渣的氧化度降低,用同一精炼装置进行 钢渣改质的工艺和脱气工艺而可使生产工艺高效化。
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