一種在鋼液中生成微小氣泡的方法
【專利摘要】一種在鋼液中生成微小氣泡的方法，屬于煉鋼領(lǐng)域。本發(fā)明通過向鋼液中通入焦?fàn)t煤氣或天然氣；在鋼液內(nèi)，焦?fàn)t煤氣或天然氣與鋼液相互作用，其中的氫組元溶解于鋼液中，使鋼液中氫含量達(dá)到8ppm以上；鋼液精煉脫氧后，對該鋼液進行真空處理，使鋼中氫從鋼液中析出，通過控制真空處理工藝，促進鋼液中氫在鋼液內(nèi)部形成細(xì)小氣泡析出，抑制氫從鋼液上表面向真空蒸發(fā)析出；借助鋼中非金屬夾雜物，提供氫從鋼液內(nèi)部析出形成氣泡的核心，降低氫氣泡從鋼液內(nèi)部析出的形核自由能，促進氫氣泡在鋼液內(nèi)部的形成。該方法生成的氫氣泡尺寸細(xì)小，絕大部分氣泡尺寸小于1mm，有助于提高鋼中氮和夾雜物去除效果。
【專利說明】
一種在鋼液中生成微小氣泡的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于冶金技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種鋼液中脫氮和夾雜物去除技術(shù)，具體是一種在鋼液中生成微小氣泡的方法，可顯著促進鋼液中氮和顯微夾雜物的去除，提高鋼水純凈度。
【背景技術(shù)】
[0002]鋼中氮和夾雜物常常對鋼材性能產(chǎn)生危害，盡管近年來冶金技術(shù)進步迅速，鋼材純凈度已有快速進步，但鋼中氮和夾雜物的控制還常常不能完全滿足高品質(zhì)鋼材的要求。
[0003]大量研究表明，通過向鋼液吹入氬氣，在鋼液中形成氬氣泡，有助于鋼中氮和夾雜物的去除。但由于通過鋼包底吹元件吹入的氬氣在鋼液中形成的氣泡尺寸較大，一般大于5mm，其去除鋼中氮和夾雜物的效果并不明顯。一些文獻(xiàn)研究也表明鋼液中彌散微小氣泡可顯著促進氮和夾雜物的去除。
[0004]本發(fā)明提供一種在鋼液中生成微小氣泡的方法，通過向鋼液中通入焦?fàn)t煤氣或天然氣;在鋼液內(nèi)，焦?fàn)t煤氣或天然氣與鋼液相互作用，其中的氫組元溶解于鋼液中，使鋼液中氫含量達(dá)到Sppm以上；鋼液精煉脫氧后，對該鋼液進行真空處理，借助鋼中非金屬夾雜物，提供氫氣泡在鋼液內(nèi)部形成的核心，降低氫氣泡從鋼液內(nèi)部析出的形核自由能，在鋼液內(nèi)部形成大量細(xì)小氣泡。該方法生成的氫氣泡尺寸細(xì)小，有助于提高鋼中氮和夾雜物去除效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種在鋼液中生成大量微小氣泡的方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)難以在鋼液中形成大量細(xì)小氣泡的問題，生成的大量細(xì)小氣泡可促進鋼中氮和夾雜物的去除。
[0006]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明公開一種在鋼液中生成細(xì)小氣泡的方法，包括:向鋼液中通入焦?fàn)t煤氣或天然氣;在鋼液內(nèi)，焦?fàn)t煤氣或天然氣與鋼液相互作用，其中的氫組元溶解于鋼液中，使鋼液中氫含量達(dá)到Sppm以上；鋼液精煉脫氧后，對該鋼液進行真空處理，借助鋼中非金屬夾雜物，提供氫氣泡在鋼液內(nèi)部形成的核心，降低氫氣泡從鋼液內(nèi)部析出的形核自由能，在鋼液內(nèi)部形成大量細(xì)小氣泡。
[0007]具體工藝步驟為:
[0008]步驟1.在轉(zhuǎn)爐、或電爐、或吹氬站、或CAS處理站、或LF處理工位、AOD處理、或RH處理、VD或VOD處理工位向鋼液通入焦?fàn)t煤氣或天然氣；焦?fàn)t煤氣或天然氣與鋼液相互作用，其中的氫組元溶解于鋼液中，使鋼液中氫含量達(dá)到8X 10—6以上。
[0009]步驟2.在真空處理工位，包括RH處理、VD或VOD處理工位，對脫氧后鋼液進行真空處理，使真空室真空度最終小于200Pa，使鋼液中氫氣析出；真空處理時，迅速提高真空度，使真空系統(tǒng)在6min內(nèi)達(dá)到極限真空；真空處理時間大于1min，真空處理溫度1550 °C-1730Γ。
[0010]更詳細(xì)技術(shù)方案為:
[0011]所述向鋼液中通入焦?fàn)t煤氣或天然氣，每噸鋼焦?fàn)t煤氣總通入量大于50標(biāo)升，或每噸鋼天然氣的總通入量大于25標(biāo)升。
[0012]進一步地，所述向鋼中通入焦?fàn)t煤氣或天然氣，需在鋼液真空脫氮和真空處理去除夾雜物前進行；
[0013]進一步地，所述向鋼液中通入焦?fàn)t煤氣或天然氣，可通過鋼包底部的透氣系統(tǒng)向鋼液吹入，通過現(xiàn)有的吹氬系統(tǒng)吹入；
[0014]進一步地，所述向鋼液中通入焦?fàn)t煤氣或天然氣，也可在煉鋼工序，通過轉(zhuǎn)爐或電爐的底吹系統(tǒng)向鋼液通入，也可通過電爐中浸入鋼液的噴槍吹入，也可通過AOD的側(cè)吹和頂吹系統(tǒng)吹入；
[0015]進一步地，所述向鋼液中通入焦?fàn)t煤氣或天然氣，通入的焦?fàn)t煤氣或天然氣與鋼液相互作用，其中的氫組元溶解于鋼液中，使鋼液中氫含量增加；
[0016]進一步地，所述向鋼液中通入焦?fàn)t煤氣或天然氣，通入后鋼液中氫含量需達(dá)到8X10—6以上；
[0017]進一步地，所述對該鋼液進行真空處理，此處為對鋼液進行脫氮、脫氫和去除夾雜物的真空處理，不包括鋼液真空脫碳處理；
[0018]進一步地，所述該鋼液進行真空處理，為RH處理，或VD處理，或VOD處理，真空處理時，真空室的真空度最終小于200Pa，真空室達(dá)到極限真空的時間小于6min;真空處理時間大于lOmin，真空處理溫度1550°C_1730°C。
[0019]進一步地，真空處理過程中，氫氣泡在夾雜物表面形核并長大，鋼中形成大量細(xì)小氣泡；
[0020]進一步地，氫氣泡長大過程中，鋼中氮向氫氣泡內(nèi)擴散，并和氫氣泡一起上浮去除；
[0021]進一步地，上述鋼中形成大量細(xì)小氣泡，氣泡攜帶夾雜物上浮，并在上浮過程中繼續(xù)捕捉夾雜；
[0022]進一步地，鋼中氮和夾雜物明顯降低；同時鋼中氫也被去除。
[0023]本發(fā)明的有益效果是:利用鋼液中顯微夾雜物作為鋼中氫氣泡析出時的異質(zhì)形核核心，促進氫氣泡在夾雜物表面形核;在鋼中大量細(xì)小氣泡，絕大部分尺寸小于Imm;這些大量細(xì)小氣泡可發(fā)揮良好的脫氮和去除夾雜物功能。
【具體實施方式】
[0024]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細(xì)描述。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用于解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0025]—種在鋼液中生成細(xì)小氣泡的方法，首先向鋼液中通入焦?fàn)t煤氣或天然氣。通入焦?fàn)t煤氣或天然氣的時機盡可安排在鋼液脫氧前后，但必須安排在真空脫氮和真空脫夾雜物之前。因此，可吹氬站、或CAS處理站、或LF處理工位、或RH處理、VD或VOD處理工位，通過鋼包底吹系統(tǒng)向鋼包內(nèi)鋼液吹入焦?fàn)t煤氣或天然氣。
[0026]也可在轉(zhuǎn)爐或電爐煉鋼時通過轉(zhuǎn)爐或電爐底部透氣元件向鋼液中通入焦?fàn)t煤氣或天然氣，也可通過電爐的浸入鋼液的噴槍吹入。
[0027]也可在AOD精煉過程，通過AOD的頂吹和側(cè)吹系統(tǒng)向鋼液通入焦?fàn)t煤氣或天然氣。
[0028]為了保障后期在鋼液中能形成大量細(xì)小氣泡，通入鋼液的焦?fàn)t煤氣總量需大于50標(biāo)升每噸鋼，或通入天然氣的總量大于25標(biāo)升每噸鋼。
[0029]焦?fàn)t煤氣或天然氣通入鋼液后，將與鋼液相互作用，其中的氫組元溶解于鋼液中，具體反應(yīng)主要有:
[0030]H2 = 2[H]
[0031]CH4=[C]+4[H]
[0032]為了使真空脫氮和真空去夾雜物處理時鋼液中能形成大量細(xì)小氣泡，真空處理前鋼中氫含量需達(dá)到8 X 10—6以上。
[0033]在鋼液真空脫氮和真空去夾雜物處理前，還需對鋼液脫氧。脫氧根據(jù)鋼種現(xiàn)實生產(chǎn)工藝的要求，可采用鋁脫氧，也可以采用硅錳復(fù)合脫氧等工藝，本方法對脫氧方式?jīng)]有特殊要求。
[0034]鋼液脫氧后，鋼中很快形成大量細(xì)微夾雜物，這些夾雜物可為真空處理時氫氣泡在鋼液內(nèi)部析出提供異質(zhì)形核核心，促進氣泡的形成。
[0035]鋼液吹入焦?fàn)t煤氣或天然氣并脫氧后，對鋼液進行真空處理。真空處理可采用RH處理、VD或VOD設(shè)備處理。真空處理時，真空室的真空度最終要求小于200Pa。為了促進氣泡的析出，并最終脫氮和脫氫，最終真空室壓力越低越好，一般可控制真空室壓力低于60Pa。
[0036]真空處理時，為了促進細(xì)小氣泡在鋼液內(nèi)部的形成，需快速抽真空，要求真空室達(dá)到極限真空的時間小于6min。如果真空室壓力下降太慢，氫將大量從鋼液上表面向真空蒸發(fā)，使鋼液中細(xì)小氣泡難以形成，或形成的氣泡少。
[0037]為了使鋼中夾雜物、氮和氫均得到良好去除，真空處理時間需大于lOmin。實例I
[0038]采用轉(zhuǎn)爐-LF處理-RH處理-連鑄工藝流程生產(chǎn)軸承鋼GCrl5。轉(zhuǎn)爐容量為100噸。[0039 ]轉(zhuǎn)爐出鋼時出鋼量為10噸。LF精煉時進行脫氧、脫硫、調(diào)整溫度和成分工藝操作，LF處理出站前將鋼包底吹氬改成底吹焦?fàn)t煤氣，吹入量為5000標(biāo)升，吹入流量為500標(biāo)升每分鐘。通入焦?fàn)t煤氣后，鋼中氫含量為8ppm。
[0040]RH處理時，極限真空度控制為60Pa，RH真空處理開始后3分鐘達(dá)到極限真空度，在極限真空度下處理lOmin，停止真空處理。真空處理過程中，鋼中產(chǎn)生大量細(xì)小氣泡，大部分氣泡尺寸處于5ym-lmm，真空室鋼液沸騰劇烈。真空處理后鋼中氧含量為5ppm，氮為50ppm，氫為1.0ppm，鋼中氮、氫和夾雜物都得到良好控制。
[0041]實例2
[0042]采用轉(zhuǎn)爐-LF處理-VD處理-連鑄工藝流程生產(chǎn)軸承鋼GCrl5。轉(zhuǎn)爐容量為100噸。
[0043]轉(zhuǎn)爐出鋼時出鋼量為100噸。LF精煉時進行脫氧、脫硫、調(diào)整溫度和成分等工藝操作，LF處理出站前將鋼包底吹氬改成底吹天然氣，吹入量為2500標(biāo)升，吹入流量為500標(biāo)升每分鐘。通入天然氣后，鋼中氫含量為8ppm。
[0044]VD處理時，極限真空度控制為50Pa，VD真空處理開始后4分鐘達(dá)到極限真空度，在極限真空度下處理12min，停止真空處理。真空處理過程中，鋼中產(chǎn)生大量細(xì)小氣泡，大部分氣泡尺寸處于5μπι-1πιπι，真空罐內(nèi)鋼液沸騰劇烈。真空處理后鋼中氧含量為5ppm，氮為40ppm，氫為1.5ppm，鋼中氮、氫和夾雜物都得到良好控制。
[0045]實例3
[0046]采用電爐-LF處理-VD處理-連鑄工藝流程生產(chǎn)軸承鋼GCrl5。電爐容量為100噸。
[0047]電爐出鋼時出鋼量為100噸。LF精煉時進行脫氧、脫硫、調(diào)整溫度和成分等工藝操作，LF處理出站前將鋼包底吹氬改成底吹天然氣，吹入量為5000標(biāo)升，吹入流量為500標(biāo)升每分鐘。通入天然氣后，鋼中氫含量為12ppm。
[0048]VD處理時，極限真空度控制為40Pa，VD真空處理開始后4分鐘達(dá)到極限真空度，在極限真空度下處理15min，停止真空處理。真空處理過程中，鋼中產(chǎn)生大量細(xì)小氣泡，大部分氣泡尺寸處于5μπι-1πιπι，真空罐內(nèi)鋼液沸騰劇烈。真空處理后鋼中氧含量為4.5ppm，氮為55ppm，氫為1.8ppm，鋼中氮、氫和夾雜物都得到良好控制。
[0049]實例4
[0050]采用轉(zhuǎn)爐-LF處理-RH處理-連鑄工藝流程生產(chǎn)簾線鋼。轉(zhuǎn)爐容量為150噸。
[0051 ] 轉(zhuǎn)爐出鋼時出鋼量為150噸。LF精煉時進行脫氧、脫硫、調(diào)整溫度和成分等工藝操作，LF處理出站前將鋼包底吹氬改成底吹焦?fàn)t煤氣，吹入量為15000標(biāo)升，吹入流量為750標(biāo)升每分鐘。通入焦?fàn)t煤氣后，鋼中氫含量為12ppm。
[0052]RH處理時，極限真空度控制為30Pa，RH真空處理開始后4分鐘達(dá)到極限真空度，在極限真空度下處理lOmin，停止真空處理。真空處理過程中，鋼中產(chǎn)生大量細(xì)小氣泡，大部分氣泡尺寸處于5ym-lmm，真空室鋼液沸騰劇烈。真空處理后鋼中氧含量為15ppm，氮為40ppm，氫為1.2ppm，鋼中氮、氫和夾雜物都得到良好控制。
[0053]實例5
[0054]采用電爐-LF處理-VD處理-連鑄工藝流程生產(chǎn)齒輪鋼20CrMnTi。電爐容量為100噸。
[0055]電爐出鋼時出鋼量為100噸。LF精煉時進行脫氧、脫硫、調(diào)整溫度和成分等工藝操作，LF處理出站前將鋼包底吹氬改成底吹天然氣，吹入量為6000標(biāo)升，吹入流量為500標(biāo)升每分鐘。通入天然氣后，鋼中氫含量為13ppm。
[0056]VD處理時，極限真空度控制為40Pa，VD真空處理開始后4分鐘達(dá)到極限真空度，在極限真空度下處理15min，停止真空處理。真空處理過程中，鋼中產(chǎn)生大量細(xì)小氣泡，大部分氣泡尺寸處于5μπι-1πιπι，真空罐內(nèi)鋼液沸騰劇烈。真空處理后鋼中氧含量為lOppm，氮為40ppm，氫為1.8ppm，鋼中氮、氫和夾雜物都得到良好控制。
[0057]實例6
[0058]采用轉(zhuǎn)爐爐-LF處理-VD處理-連鑄工藝流程生產(chǎn)齒輪鋼20CrMnTi。轉(zhuǎn)爐容量為100噸。
[0059]轉(zhuǎn)爐冶煉出鋼前，通過底吹系統(tǒng)向鋼液吹入焦?fàn)t煤氣，吹入量為20000標(biāo)升，吹入流量為3000標(biāo)升每分鐘。通入天然氣后，鋼中氫含量為20ppm。出鋼時出鋼量為100噸。
[0060]LF精煉時進行脫氧、脫硫、調(diào)整溫度和成分等工藝操作。
[0061 ] VD處理時，極限真空度控制為30Pa，VD真空處理開始后5分鐘達(dá)到極限真空度，在極限真空度下處理15min，停止真空處理。真空處理過程中，鋼中產(chǎn)生大量細(xì)小氣泡，大部分氣泡尺寸處于5μπι-1πιπι，真空罐內(nèi)鋼液沸騰劇烈。真空處理后鋼中氧含量為8ppm，氮為35ppm，氫為2.0ppm，鋼中氮、氫和夾雜物都得到良好控制。
[0062]實例7
[0063]采用轉(zhuǎn)爐-AOD處理-VOD處理-連鑄工藝流程生產(chǎn)不銹鋼SUS 316L。轉(zhuǎn)爐容量為50噸。
[0064]轉(zhuǎn)爐出鋼時出鋼量為50噸C3AOD精煉時進行脫碳、脫氧、脫硫、調(diào)整溫度和成分等工藝操作，精煉結(jié)束前通過側(cè)吹系統(tǒng)天然氣，吹入量為3000標(biāo)升，吹入流量為1500標(biāo)升每分鐘。通入天然氣后，鋼中氫含量為16ppm。
[0065]VOD處理時，對鋼液進一步脫氧和去除夾雜物。極限真空度控制為123Pa，V0D真空處理開始后4分鐘達(dá)到極限真空度，在極限真空度下處理15min，停止真空處理。真空處理過程中，鋼中產(chǎn)生大量細(xì)小氣泡，大部分氣泡尺寸處于5ym-lmm，真空罐內(nèi)鋼液沸騰劇烈。真空處理后鋼中氧含量為20ppm，氮為150ppm，氫為2ppm，鋼中氮、氫和夾雜物都得到良好控制。
【主權(quán)項】
1.一種在鋼液中生成微小氣泡的方法，其特征在于，包括:向鋼液中通入焦?fàn)t煤氣或天然氣;焦?fàn)t煤氣或天然氣與鋼液相互作用，其中的氫組元溶解于鋼液中，使鋼液中氫含量達(dá)到Sppm以上;鋼液精煉脫氧后，對該鋼液進行真空處理，使鋼中氫從鋼液中析出，通過控制真空處理工藝，促進鋼液中氫在鋼液內(nèi)部形成細(xì)小氣泡析出，抑制氫從鋼液上表面向真空蒸發(fā)析出；借助鋼中非金屬夾雜物，提供氫從鋼液內(nèi)部析出形成氣泡的核心，降低氫氣泡從鋼液內(nèi)部析出的形核自由能，促進氫氣泡在鋼液內(nèi)部的形成。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在鋼液中生成細(xì)小氣泡的方法，其特征在于，所述方法具體為: 步驟1.在轉(zhuǎn)爐或電爐中、經(jīng)吹氬站、或CAS處理站、或LF處理工位、或AOD處理、或RH處理、VD或VOD處理工位、向鋼液通入焦?fàn)t煤氣或天然氣;焦?fàn)t煤氣或天然氣與鋼液相互作用，其中的氫組元溶解于鋼液中，使鋼液中氫含量達(dá)到8 X 10—6以上； 步驟2.脫氧后，在真空處理工位，包括RH處理、VD或VOD處理工位，對脫氧后鋼液進行真空處理，使真空室真空度最終小于200Pa，使鋼液中氫氣析出；真空處理時，迅速提高真空度，使真空系統(tǒng)在6min內(nèi)達(dá)到極限真空；真空處理時間大于1min，真空處理溫度1550 °C-1730。。。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的在鋼液中生成微小氣泡的方法，其特征在于，通過轉(zhuǎn)爐或電爐底部透氣元件向鋼液中通入焦?fàn)t煤氣或天然氣，或通過電爐的浸入鋼液的噴槍吹入，或通過AOD側(cè)吹或頂吹系統(tǒng)向鋼液吹入，每噸鋼通入大于50NL焦?fàn)t煤氣，或每噸鋼通入大于25NL天然氣。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的在鋼液中生成微小氣泡的方法，其特征在于，如在轉(zhuǎn)爐、或電爐、或AOD冶煉工序沒有向鋼液中通入焦?fàn)t煤氣或天然氣，則在吹氬站、或CAS處理站、或LF處理工位、或RH處理、VD或VOD處理工位，通過鋼包底吹系統(tǒng)，向鋼液通入焦?fàn)t煤氣或天然氣；或者在VOD處理時，通過頂槍向鋼液吹入焦?fàn)t煤氣或天然氣;每噸鋼通入大于50NL焦?fàn)t煤氣，或每噸鋼通入大于25NL天然氣。5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的在鋼液中生成微小氣泡的方法，其特征在于，鋼液精煉脫氧后，對鋼液進行真空處理，通過利用鋼中細(xì)微夾雜物提供氫氣泡析出時的形核核心，降低氫氣泡從鋼液內(nèi)部析出的形核自由能，促進鋼中氫在鋼液內(nèi)部形成細(xì)小氣泡析出，抑制鋼中氫從鋼液上表面向真空析出；鋼中夾雜物與鋼液的潤濕性越差，夾雜物尺寸越大，越有利于氫氣泡形核。6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的在鋼液中生成微小氣泡的方法，其特征在于，鋼中形成的氣泡尺寸小于1_，可顯著促進鋼液中氮和夾雜物的去除。
【文檔編號】C21C7/10GK106086315SQ201610675825
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年8月16日 公開號201610675825.2, CN 106086315 A, CN 106086315A, CN 201610675825, CN-A-106086315, CN106086315 A, CN106086315A, CN201610675825, CN201610675825.2
【發(fā)明人】劉建華, 張 杰, 何楊, 丁浩, 鄧振強
【申請人】北京科技大學(xué)