一種應用電場降低爐渣氧化性的方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于煉鋼工藝技術領域，尤其涉及一種利用一種應用電場降低鋼包內爐渣 氧化性的方法。
【背景技術】
[0002] 在煉鋼精煉過程中，鋼包中頂渣的氧化性（FeO+MnO含量，主要以FeO為主)對鋼液 成分以及鋼質潔凈度有著直接的影響。如對硫含量要求苛刻的高級別管線鋼而言，在LF精 煉深脫硫之前必須對鋼包頂渣氧化性進行控制，一般頂渣氧化性需控制在2%以內，更嚴格 的要控制在1. 5%以內，這就要求在脫硫之前必須對頂渣進行改質處理。一般的改質劑都含 有鋁，改質后鋼液中會產出大量的夾雜物，對鋼質潔凈度產生負面影響。而對生產超低碳鋼 而言，一般的生產路線為轉爐生產出沸騰鋼，經真空精煉降低鋼水的碳含量。此路線中對鋼 包內頂渣改質較困難，現行改質方法是向鋼包頂渣中加入改質劑，通過對鋼水進行底吹氬 氣的方法來提供動力學條件。但這樣做有很多弊端，如在真空精煉后改質，將造成精煉后的 鋼水氧化；若在真空精煉前改質，由于鋼水含氧量高，頂渣改質劑與鋼水中的氧反應，改質 效果較差。如果不改質，在澆鑄過程中，高氧化性的頂渣將對鋼水造成二次污染。

【發(fā)明內容】

[0003] 本發(fā)明提供一種應用外加電場降低爐渣氧化性的方法，旨在通過對頂渣與鋼液之 間施加的直流電場來消耗爐渣中的FeO，從而在降低爐渣氧化性的同時，避免對鋼液造成二 次污染。
[0004] 為此，本發(fā)明所采取的解決方案是：
[0005] -種應用電場降低爐渣氧化性的方法，其特征在于，具體方法為：
[0006] 1、轉爐終點控制
[0007] 轉爐出沸騰鋼，不調整合金成分，出鋼P彡0. 015%，出鋼溫度> 1730°C，掛罐溫度 控制在 1660-1700°C。
[0008] 2、頂渣成分控制
[0009] 轉爐擋渣出鋼，嚴格控制下渣量，出鋼過程中向鋼包加入白灰和鋁礬土，加入量控 制在白灰2~8kg/噸鋼、鋁礬土 2~8kg/噸鋼。
[0010] 3、電解反應控制
[0011] 將鋼包運至電解處理工位，利用設于鋼包上方的電解反應控制裝置對熔渣鋼液系 統(tǒng)施加電場，進行電解反應；其控制過程為：
[0012] 首先對鋼液進行測溫定氧處理，然后將連接在直流電源正極上的陽極插入鋼包頂 渣中，控制陽極在頂渣中的位置，避免陽極與鋼液接觸；再將連接在直流電源負極上的陰極 穿過頂渣后插入鋼液中，并確保陰極導電部位不與頂渣接觸；然后由直流電源通過陽極與 陰極對熔渣鋼液系統(tǒng)施加穩(wěn)定的直流電場，直流電源電壓控制在1~100V，輸出電流控制 在10~2000A，電解反應時間控制在30min以內，使渣中鐵氧化物發(fā)生電解還原反應，隨著 電解反應的持續(xù)進行，不斷消耗渣中的FeO,直至將渣中FeO降至目標含量。
[0013] 所述電解反應控制裝置包括直流電源控制裝置、陽極升降裝置、陽極、陰極升降裝 置和陰極；陽極升降裝置的下部安裝有陽極，陰極升降裝置的下部安裝有陰極，陽極通過導 線與直流電源的正極連接，陰極通過導線與直流電源的負極連接。
[0014] 所述陽極為耐高溫金屬陶瓷、石墨或耐高溫金屬，形狀為圓柱體或平板。
[0015] 所述陰極采用內外兩層的復合結構，外層為具有絕緣性質的耐高溫陶瓷、耐高溫 水泥，內層為具有耐高溫導電性質的石墨、金屬陶瓷或耐高溫金屬。
[0016] 本發(fā)明降低爐渣氧化性的基本機理為：
[0017] 熔渣離子理論表明，熔渣也是一種具有離子導電性的電解質，它含有陰離子或陰 離子團（如氧離子以及締結有氧離子的陰離子團)，各類金屬陽離子等。熔渣中各組分的理 論分解電壓值，可以通過相應原電池的電勢測得，也可以通過熱力學數據計算求得。其原理 是：化合物分解所需的電能在數值上等于它在恒壓下的生成自由能，但符號相反，即：
[0018] Δ Gtθ =-nFETθ
[0019] 式中，Ετθ為標準狀態(tài)下的理論分解電壓，V ;F為法拉第常數，96487C/mol電子；η 為反應式中得失電子數；Λ G/為恒壓下的反應標準自由能改變值，J/mol。經計算熔渣各 組成分解電壓如表1所示。
[0020] 表1爐渣各成分分解電壓（V)
[0021]
[0022] 由電化學原理可知，熔渣中的化合物在一定電化學反應的條件下(外加直流電場、 電極）可以發(fā)生電解還原反應，而一般烙漁各成分中FeO的分解電壓最小，在外加電場力的 作用下會優(yōu)先發(fā)生電解反應。據此，可以選擇適于渣中鐵氧化物分解的電場力，令其發(fā)生電 解還原反應，見反應式1。
[0023] Fe2++2e=Fe α)
[0024] 如果陽極選擇為惰性材料，則陽極不參與電解反應，得到O2，而在熔渣與陰極界面 產生Fe ;如果陽極選擇碳質材料時測電解過程的反應式及電極反應過程為：
[0025] 2Fe0 (L)+C (s)=2Fe (L)+C02 (g)
[0026] 具體可以分解為以下反應：
[0027] Fe0==Fe2++02_ (電離）
[0028] Fe2++2e=Fe α) (陰極反應）
[0029] 202-+C=C02(g)+4e (陽極反應）
[0030] 本發(fā)明就是利用上述原理，通過置于頂渣中的陽極和置于鋼液中的陰極間施加一 穩(wěn)定的直流電場來使渣中鐵氧化物發(fā)生電解還原反應，隨著電解反應持續(xù)進行，渣中FeO 不斷被消耗，直至降至目標含量，從而達到降低爐渣氧化性目的。
[0031] 本發(fā)明的有益效果為：
[0032] 本發(fā)明通過在鋼包頂渣與鋼液中置入的陽極與陰極對熔渣鋼液系統(tǒng)施加一穩(wěn)定 的直流電場，能夠將鋼包頂渣FeO含量由20%左右降至1%以下，在降低爐渣氧化性的同時， 有效避免了對鋼液造成的二次污染，是一種經濟、潔凈、環(huán)保的頂渣改質方法。
【附圖說明】
[0033] 圖1是電解反應控制裝置使用狀態(tài)示意圖。
[0034] 圖中：陽極升降裝置1、陽極2、頂渣3、鋼液4、鋼包5、陰極升降裝置6、陰極7、直 流電源控制裝置8。
【具體實施方式】
[0035] 由圖1可見，本發(fā)明電解反應控制裝置主要是由陽極升降裝置1、陽極2、陰極升降 裝置6、陰極7及直流電源控制裝置8所組成。陽極升降裝置1的下部安裝有一石墨棒陽極 2,陽極2通過陽極升降裝置1對插入熔渣3的深度進行調節(jié)。陰極升降裝置6的下部安裝 有一的陰極7,陰極7為內外兩層復合結構的圓棒，外層包裹有耐高溫水泥，內部為石墨棒； 陰極7通過陰極升降裝置6對其升降行程和位置進行調節(jié)。陽極2通過導線與直流電源控 制裝置8的直流電源正極連接，陰極通過導線與直流電源控制裝置8的直流電源負極連接。
[0036] 使用時，將陽極升降裝置1及陽極2安裝于鋼包5左上方位置，將陰極升降裝置6 及陰極7安設在鋼包爐5右上方位置，通過陽極升降裝置1將陽極2插入鋼包5內的頂渣 3中，控制陽極2在頂渣3中的位置，避免陽極2與鋼液4接觸。再通過陰極升降裝置6將 陰極7穿過頂渣3后插入鋼液4中，并確保陰極7的導電部位不與頂渣3接觸。然后由直 流電源控制裝置8控制和調節(jié)直流電源，通過陽極2與陰極7對熔渣鋼液系統(tǒng)施加穩(wěn)定的 直流電場，電解反應時間控制在30min以內。
[0037] 實施例采用IOOt鋼包，總體控制工藝為轉爐出沸騰鋼，出鋼溫度大于1730°C，嚴 格控制下渣量，出鋼過程中向鋼包加入白灰和鋁礬土，然后將鋼包運至電解處理工位，進行 外加電場降低爐渣氧化性操作。實施例1-4主要控制參數及實施效果見表2。
[0038] 表2實施例主要控制參數及實施效果表
[0039]
【主權項】
1. 一種應用電場降低爐渣氧化性的方法，其特征在于，具體方法為： (1) 、轉爐終點控制 轉爐出沸騰鋼，不調整合金成分，出鋼P < 0. 015%，出鋼溫度> 1730°C，掛罐溫度控制 在 1660-170(TC ; (2) 、頂渣成分控制 轉爐擋渣出鋼，嚴格控制下渣量，出鋼過程中向鋼包加入白灰和鋁礬土，加入量控制在 白灰2~8kg/噸鋼、鋁礬土 2~8kg/噸鋼； (3) 、電解反應控制 將鋼包運至電解處理工位，利用設于鋼包上方的電解反應控制裝置對熔渣鋼液系統(tǒng)施 加電場，進行電解反應；其控制過程為： 首先對鋼液進行測溫定氧處理，然后將連接在直流電源正極上的陽極插入鋼包頂渣 中，控制陽極在頂渣中的位置，避免陽極與鋼液接觸；再將連接在直流電源負極上的陰極穿 過頂渣后插入鋼液中，并確保陰極導電部位不與頂渣接觸；然后由直流電源通過陽極與陰 極對熔渣鋼液系統(tǒng)施加穩(wěn)定的直流電場，直流電源電壓控制在1~100V，輸出電流控制在 10~2000A，電解反應時間控制在30min以內，使渣中鐵氧化物發(fā)生電解還原反應，隨著電 解反應的持續(xù)進行，不斷消耗渣中的FeO,直至將渣中FeO降至目標含量。2. 根據權利要求1所述的應用電場降低爐渣氧化性的方法，其特征在于，所述電解反 應控制裝置包括直流電源控制裝置、陽極升降裝置、陽極、陰極升降裝置和陰極；陽極升降 裝置的下部安裝有陽極，陰極升降裝置的下部安裝有陰極，陽極通過導線與直流電源的正 極連接，陰極通過導線與直流電源的負極連接。3. 根據權利要求2所述的應用電場降低爐渣氧化性的方法，其特征在于，所述陽極為 耐高溫金屬陶瓷、石墨或耐高溫金屬，形狀為圓柱體或平板。4. 根據權利要求2所述的應用電場降低爐渣氧化性的方法，其特征在于，所述陰極采 用內外兩層的復合結構，外層為具有絕緣性質的耐高溫陶瓷、耐高溫水泥，內層為具有耐高 溫導電性質的石墨、金屬陶瓷或耐高溫金屬。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種應用電場降低爐渣氧化性的方法，轉爐出沸騰鋼，出鋼P≤0.015%，出鋼溫度＞1730℃，掛罐溫度控制在1660-1700℃；轉爐擋渣出鋼過程中向大罐加入白灰和鋁礬土，加入量控制在白灰2～8kg/噸鋼、鋁礬土2～8kg/噸鋼。電解反應控制前對鋼液進行測溫定氧處理，然后將電解反應控制裝置的陽極插入鋼包頂渣中，將陰極插入鋼液中，由直流電源通過陽極與陰極對熔渣鋼液系統(tǒng)施加穩(wěn)定的直流電場，使渣中鐵氧化物發(fā)生電解還原反應，直至將渣中FeO降至目標含量。本發(fā)明能夠將鋼包頂渣FeO含量由20%左右降至1%以下，在降低爐渣氧化性的同時，有效避免對鋼液造成的二次污染，是一種經濟、潔凈、環(huán)保的頂渣改質方法。
【IPC分類】C25C3/34, C21C5/36
【公開號】CN104975132
【申請?zhí)枴緾N201410143183
【發(fā)明人】賈吉祥, 廖相巍, 郭慶濤, 黃玉平, 朱曉雷
【申請人】鞍鋼股份有限公司
【公開日】2015年10月14日
【申請日】2014年4月10日