專利名稱：變頻超聲波縮短鋼包精煉爐化渣時間的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及煉鋼過程中鋼包精煉的方法，特別是采用變頻超聲波縮短鋼包精煉爐化渣時間的方法。
背景技術：
隨著世界各國國防、交通、石油和汽車等行業(yè)的發(fā)展和技術的進步，對鋼材性能的要求日益苛刻，提高鋼的純凈度可明顯改善其加工和使用性能。鋼包精煉是保證鋼水潔凈程度必不可少的關鍵性環(huán)節(jié)，鋼包精煉主要依靠精煉爐在還原氣氛下底吹氬氣攪拌，結合造還原精煉渣來實現(xiàn)的?？焖傩纬膳菽己?、具有強脫硫脫氧功能的精煉渣是鋼包精煉效果的保證，也是提高鋼包運行壽命、降低成本的重要因素。由于加入的精煉渣為固體，其熔化需要一定時間，固體精煉渣熔化后才能充分發(fā)揮其脫氧脫硫去除雜質的作用，鋼包精煉爐化渣速度成為限制鋼包精煉爐冶煉周期的關鍵，特別是對于需要深脫氧和深脫硫鋼種，加入的固體造渣劑量大，其化渣時間長，使鋼包爐精煉周期過長，明顯高于轉爐和連鑄生產(chǎn)周期，如何加快合成渣的熔化速度，是生產(chǎn)潔凈鋼的關鍵技術之一?；诔暡ǖ娜N效應聲空化效應，聲流效應和力學機制效應，使其在高能化學反應中有越來越重要的地位。超聲波在熔體中傳播時產(chǎn)生有限振幅衰減使液體內(nèi)從聲源處開始形成一定的聲壓梯度。在高能超聲情況下，當聲壓幅超過一定值時，液體中可以產(chǎn)生一個流體的噴射。此噴流直接離開超聲變幅桿的端面并在整個流體中形成環(huán)流，由于聲流的環(huán)流特性，使得金屬熔液能夠上下翻動，因而使金屬熔液在宏觀上受到一定的攪拌作用。聲壓越大，聲流越大，聲流效應越明顯。同時空化泡在崩潰時，泡壁運動速度非常高，能形成速度極大的微射流，加強了聲流的攪拌效應，提高合金液溫度場和成分的均勻性。劉金剛等人在超聲攪拌和氣體攪拌去除夾雜物實驗中，通過水模實驗對同一容器內(nèi)相同比攪拌功率條件下，超聲攪拌和氣體攪拌對去除夾雜物的影響進行對比研究。結果表明超聲攪拌的空化作用可產(chǎn)生的大量小氣泡增大了吸附面積，延長了氣泡的上浮時間，有利于夾雜物的去除。公開文獻劉金剛，劉瀏，顏慧成等.超聲攪拌和氣體攪拌去除夾雜物[J].《鋼鐵研究學報》2006，18 (10) :11-15。Shin-ichiHatanaka等人對超聲波處理溶液中夾雜物的行為進行了研究，得出結論是駐波可以成功使粉末分層、聚集，所以超聲波具有良好的去夾雜功會邑。公開文獻Hatanaka Si，Taki T，Kuwabara M，et al. Effectof process parameters on ultrasonic separation of dispersed particles inliquid[J]. Jpn J Appl Phys, 1999,138 :3096-3100 ；Kobayashi MiKamata C，Ito K. Cold mold experiments of removal from molten metalby an irradiation of ultrasonic waves [J]. ISIJ International， 1997,37(1) :9-15。超聲產(chǎn)生的聲空化效應也可以將鋼液中夾雜物細化，均勻彌散分布于熔體，T. Mason曾指出超聲處理過的低合金鋼鑄錠，由于其中碳化物相和非金屬夾雜物被細化且均勻分布在合金基質中，因此降低了碳化物和鉻的偏析，而且由于夾雜物的去除還能提高鋼液的流動性，從而可以降低澆注溫度。公開文獻Tim Mason.高功率超聲波在鋼鐵工業(yè)中的應用及能效.《世界鋼鐵》1995. 4:77。
由于超聲波波動頻率很高，那么超聲波對整個系統(tǒng)反應動力學條件的改善勢必產(chǎn)生顯著作用。超聲波在液體介質中的巨大能量可使質點獲得很大的加速度，促進渣與鋼液的快速混合，加速化渣速度。由于鋼包精煉時，鋼液及合成渣不可能完全一樣，也就是，超聲換能器的負載是變化的，氣泡空化所需要的超聲波的聲壓及頻率是不完全相同的，采用變頻技術，鋼包精煉時頻率在一定范圍內(nèi)以正弦規(guī)律變化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種變頻超聲波縮短鋼包精煉爐化渣時間的方法，解決由于化渣速度慢導致冶煉周期長，生產(chǎn)效率低的問題，同時可提高夾雜物去除率，脫除鋼水雜質，生產(chǎn)潔凈鋼。超聲應用理論的核心是聲空化現(xiàn)象。當強超聲在液體中傳播時，液體中的微小氣泡在超聲波的作用下被激活，表現(xiàn)為泡核的振蕩、生長、收縮以及崩潰等一系列動力學過程，產(chǎn)生超聲空化現(xiàn)象，在空化氣泡振動崩潰過程中產(chǎn)生的強烈射流及局部微沖流，伴隨的高溫高壓作用于合成渣周圍的金屬液，從而能顯著減弱液體的表面張力及摩擦力，并破壞固-液界面的附面層，因而達到普通底吹氣體攪動達不到的效果，從而加快固體渣與熔渣和鋼液的混合速度，加速渣鋼反應。本發(fā)明提供的變頻超聲波縮短鋼包精煉爐化渣時間的方法，包括以下內(nèi)容轉爐或電爐出鋼，鋼液倒入鋼包內(nèi)，將鋼包置于精煉工位，在開始吹氬攪拌、加入造渣材料及脫氧材料的同時開啟超聲波發(fā)生器，超聲波發(fā)生器安裝在鋼包側壁，超聲波攪拌的位置在合成渣與鋼液接觸界面上，超聲波頻率及功率視加入固體造渣劑及下渣量確定，頻率范圍 20kHz 80kHz，功率范圍為O-IOOkW/噸渣量，超聲波開啟時間等于鋼包精煉時間。所述加入的造渣材料為合成渣。所述的超聲波發(fā)生器為變頻水冷磁致伸縮換能器。本發(fā)明提供的變頻超聲波縮短鋼包精煉爐化渣時間的方法，所產(chǎn)生的有益效果在于 采用變頻超聲波可避免在鋼包內(nèi)形成駐波場，使聲場在鋼包內(nèi)分布更加均勻，超聲電源采用調頻的工作方式，使超聲頻率在合理的范圍內(nèi)往復掃動，讓聲壓最小點不是固定在一個地方而是不斷地移動，同時帶動流體形成細回流，增加空化場的均勻度。根據(jù)實際鋼包的尺寸和超聲波換能器的情況，確定不同的頻率調節(jié)范圍。由于超聲波和底吹氣體攪拌的共同作用，超聲波可加快所加入固體造渣劑的熔化速度，因而縮短了鋼包爐精煉周期， 可縮短精煉時間10分鐘以上，同時還可促進合成渣和鋼液間反應，提高去除夾雜和氣體效率。超聲的高頻振動和輻射壓力可在氣、液中形成有效地攪動與流動。提高生產(chǎn)設備運行效率。


圖1是變頻超聲波縮短鋼包精煉爐化渣時間的方法采用的鋼包結構示意圖。
具體實施例方式變頻超聲波縮短鋼包精煉爐化渣時間的方法，包括以下具體內(nèi)容
如圖所示，轉爐或電爐出鋼后，將鋼液1倒入鋼包2內(nèi)，將鋼包2置于精煉工位，在底吹透氣磚3的開口處開始吹氬攪拌、加入合成渣7及脫氧材料，同時開啟超聲波發(fā)生器， 超聲波發(fā)生器采用變頻水冷磁致伸縮換能器5，在鋼包側壁合成渣7渣線位置安裝三個變頻水冷磁致伸縮換能器，變頻水冷磁致伸縮換能器內(nèi)設置機械振動位移放大的變幅桿6，并通冷卻水4，在鋼包內(nèi)安裝與變頻水冷磁致伸縮換能器配套的工具頭8，超聲波攪拌的位置在合成渣7與鋼液1接觸界面上，超聲波頻率及功率視加入固體造渣劑及下渣量確定，頻率范圍20kHz 80kHz，每個超聲波波源強度為2X渣量kW，超聲波開啟時間等于鋼包精煉時間。
權利要求
1.一種變頻超聲波縮短鋼包精煉爐化渣時間的方法，該方法包括以下內(nèi)容轉爐或電爐出鋼，鋼液倒入鋼包內(nèi)，將鋼包置于精煉工位，開始吹氬攪拌、加入造渣材料及脫氧材料，同時開啟超聲波發(fā)生器，超聲波發(fā)生器安裝在鋼包側壁，超聲波發(fā)生器內(nèi)設置機械振動位移放大的變幅桿，并通冷卻水，在鋼包內(nèi)安裝與超聲波發(fā)生器配套的工具頭， 超聲波攪拌的位置在造渣材料與鋼液接觸界面上，超聲波頻率及功率視加入固體造渣劑及下渣量確定，超聲波頻率范圍為20kHz 80kHz，功率范圍為O-IOOkW/噸渣量，超聲波開啟時間等于鋼包精煉時間。
2.根據(jù)權利要求1所述的變頻超聲波縮短鋼包精煉爐化渣時間的方法，其特征在于其中加入的造渣材料為合成渣。
3.根據(jù)權利要求1所述的變頻超聲波縮短鋼包精煉爐化渣時間的方法，其特征在于所說的超聲波發(fā)生器為變頻水冷磁致伸縮換能器，在鋼包側壁合成渣渣線位置，安裝三個變頻水冷磁致伸縮換能器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種變頻超聲波縮短鋼包精煉爐化渣時間的方法，解決由于化渣速度慢導致冶煉周期長，生產(chǎn)效率低的問題。該方法包括以下內(nèi)容轉爐或電爐出鋼，鋼液倒入鋼包內(nèi)，將鋼包置于精煉工位，在開始吹氬攪拌、加入造渣材料及脫氧材料的同時開啟超聲波發(fā)生器，超聲波發(fā)生器安裝在鋼包側壁，超聲波攪拌的位置在合成渣與鋼液接觸界面上。本發(fā)明可縮短精煉時間10分鐘以上，同時還可促進合成渣和鋼液間反應，提高去除夾雜和氣體效率。超聲的高頻振動和輻射壓力可在氣、液中形成有效地攪動與流動。提高生產(chǎn)設備運行效率。
文檔編號C21C7/00GK102296143SQ20101020645
公開日2011年12月28日 申請日期2010年6月23日 優(yōu)先權日2010年6月23日
發(fā)明者亢淑梅, 李成威, 沈明鋼, 王琳, 金輝, 陳華 申請人:遼寧科技大學