钢水中添加少量低密度挥发性金属的方法技术

本发明专利技术提供一种钢水中添加少量低密度挥发性金属的方法，先将所需量的低密度挥发性金属或其合金装入下部带堵塞排液孔的钢制容器内预制成加料器，加料器浸入钢水后排液孔堵塞受热熔化或被低密度挥发性金属液和钢水熔解、侵蚀去除而贯通；加料时将加料器部分或全部浸入钢水深处或底部，由惰性气压力控制器控制加料器内所装熔化金属液面的压力，在钢制容器及加压气管熔化失去作用前，将低密度挥发性金属熔化液通过下部排液孔以合适速率压出并混合、熔入钢水中，最终钢制容器浸入钢水的部分也熔入钢水。本法通过压力调整，保证金属液从钢制容器下部排液孔以受控状态逐渐排出，从钢水深处逐渐熔解、掺混，避免较多烟尘和损失。

【技术实现步骤摘要】
钢水中添加少量低密度挥发性金属的方法
本专利技术属金属冶炼领域，具体涉及一种钢水中添加少量低密度挥发性金属的方法。
技术介绍
在钢水连铸或铸造前引入少量其它金属元素进行调质，是一种常见做法。比如很多品种钢材在钢水出包前经常引入铝至0.02～0.06％。金属铝的熔点660℃，密度约2.7g/cm3，虽然其沸点高于2400℃，但在1200℃以上其挥发就已非常明显。若直接把金属铝块、条加入钢水（温度1400-1550℃或以上，密度约7.5-8g/cm3），熔化的金属铝液会先漂浮在钢水表面一段时间才能逐渐和钢水混熔，漂浮期间不仅和钢水的混熔速度慢，还容易挥发或者被钢水表面的熔渣、固渣侵蚀，被空气氧化，从而降低金属铝的利用率，使产品中金属铝的含量不易精确控制，挥发的金属铝在空气中氧化也会形成烟尘，恶化操作环境。因而开发了多种引入金属铝的工艺方法如喂线法：把铝做成φ3～10mm的铝线由喂线机以120～280m／min速度，在出钢时或在吹氩站喂入钢水深部。再如CAS法：钢包底部吹氩撇开顶部的渣子使钢液裸露，把一个耐火材料的浸渍罩插入钢水下约200mm处，罩内的钢水面上无渣子，里面充满氩气，把铝粒加入浸渍罩中，继续吹氩搅拌，铝粒逐渐熔化、融入钢水中。这些方法在设施完善的较大规模钢水处理中使用是行之有效的。但在小型的钢水熔炼过程中，如单炉1000kg以下，由于坩埚尺寸较小，在加铝设施不够合理完善的条件下，上述加铝方法不易实现，即便应用也存在金属铝挥发和烟尘量大，引入量不大精确的问题，尤其当加铝量比较大，如加铝到占钢水总质量的0.5-3.0%时，总是不易做得可靠、精确。小型的钢水熔炼炉一般用于特殊产品，对原料或熔炼成本的要求宽松一些。如精密铸造或熔抽法制备钢纤维，为达到较好的产品质量，也可采用如含铝20%左右的铁铝合金，或者含铝80%左右的铝铁合金，作为添加金属铝的原料。前者优点是熔点、密度接近于钢水，易用，混熔速度快，挥发或被熔渣侵蚀少，但铁含量太高，用量大时会改变钢水的基本组成；后者优点是添加量小，对钢水的基本组成影响不大，但熔点、密度都较低，不易用，混熔速度慢，挥发或被熔渣侵蚀量大。而且，这两种合金因用途、用量较少，一是难购买，二是价格较贵，三是质量不够稳定，因而若损失量大则成本高、挥发污染重。再如金属钙，熔点842℃，沸点1484℃，密度1.5g/cm³，难用常规方法加入。也有内包轻金属、外包铁皮的包芯线，也存在难购买、价格贵、不易使用的问题，以及损失量大、成本高、挥发污染重的问题。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提供一种钢水中添加少量低密度挥发性金属的方法，主要是先将所需量的低密度挥发性金属或其合金装入下部带堵塞排液孔的钢制容器，预制成加料器，加料器浸入钢水后排液孔堵塞物受热熔化或被低密度挥发性金属液和钢水熔解、侵蚀去除而贯通；加料时将加料器部分或全部浸入钢水深处或底部，由惰性气压力控制器控制加料器内所装熔化金属液面的压力，在钢制容器及加压气管侵蚀、熔化穿孔失去作用前，将低密度挥发性金属熔化液通过下部排液孔以合适速率压出并混合、熔入钢水中，最终钢制容器浸入钢水的部分也熔入钢水，主要包括如下步骤：（1）根据所需低密度挥发性金属的添加目标量，结合钢水组成、钢水在熔炼坩埚中的体积、深度情况，以及钢水调质的要求，选定钢制容器的材质、尺寸及所需低密度挥发性金属或其合金的组成及添加量；（2）所述钢制容器具有上面、下面及侧壁，上面、下面间高度为钢水深度的30-100%；下面和/或侧壁下部具有一个或多个排出低密度挥发性金属液的排液孔；钢制容器上面或上部连接惰性气加压气管，惰性气加压气管连接惰性气压力控制器；钢制容器上面或侧壁下部连接按压定位杆或设置连接按压定位杆的按压连接部件；所述排液孔，在加料器浸入钢水前为堵塞状态，在加料器浸入钢水后堵塞物受热熔化或被低密度挥发性金属液和钢水熔解、侵蚀去除而贯通；（3）将所需组成和添加量的低密度挥发性金属或其合金，装入、嵌入钢制容器内，制成加料器；加料器上面或侧壁下部连接按压定位杆，或通过所述按压连接部件连接按压定位杆；调整钢水坩埚口垂直向上；用手工或机动夹具，通过按压定位杆将一件或多件加料器浸入钢水深处或底部，加料器下面与坩埚底面距离为钢水深度的0-40%；（4）调整钢水的搅拌及温度条件，通过惰性气压力控制器控制加料器内气体压力，使熔化后的低密度挥发性金属液经钢制容器下面和/或侧壁下部的贯通后排液孔逐渐排出并混入、熔入钢水，至钢水液面有惰性气鼓泡，再通过惰性气压力控制器卸除加料器内气体压力；维持或调整加料器深度，至钢制容器浸入钢水的部分熔入钢水；在所述低密度挥发性金属熔化并经下部孔全部排出熔入钢水前，所述定位杆在钢水中熔化、熔解速度较慢或不熔化、不熔解，所述钢制容器的上面、侧壁保持其容纳能力而不熔化、熔解到穿孔；（5）加料器浸入钢水的部分熔尽后，将加料器末浸入钢水的部分、可熔性定位杆的末熔部分或不熔的定位杆移离钢水。所述低密度挥发性金属，包括金属铝或其合金、钙或其合金、镁合金，但其在钢水温度下的蒸气压应低于加料器排液孔深度的钢水压力，以免气化后压力过大导致排液失控，超出钢水的溶解能力而大量气化逸出钢水，造成大量烟尘和损失；金属的形状为颗粒、线、条、片、带、棒等。所述钢制容器用所需材质和厚度、尺寸的钢板、钢筒，通过焊接、铆接制成，或用所需壁厚、尺寸的钢管，通过内壁螺纹连接带外螺纹的封头，或通过外壁螺纹连接带内螺纹的封盖形成两个端面，并连接惰性气加压气管和开出所需的排液孔。所述钢制容器的材质，可以与钢水组成相同或相近，也可以与钢水组成不同以方便取材或用于微调钢水组成。加料器的上面，可以浸入钢水，也可露出钢水，不浸入钢水的好处是可将按压定位杆设置于加料器上面，避免钢水对钢制按压定位杆的熔化、侵蚀。加料器下部的排液孔，可通过在加工时不钻透、各留一薄层形成；或在通孔外粘接、焊接金属薄片形成；最好是在通孔中用低熔点的金属塞、栓、钉等堵塞物封堵形成。所述封堵在通孔中的金属塞、栓、钉等堵塞物，其熔点不应低于加料器内所装填低密度挥发性金属或其合金的熔点，避免过早贯通影响使用效果，但其熔点也不应过高以便于受热熔化贯通；或者易于被低密度挥发性金属液和钢水熔解、侵蚀去除而贯通；实施例中，在向钢水中添加金属铝时，用纯铜钉子堵孔的效果就很好，制作时易于封堵和密封，加料时易于熔化通孔。本专利技术排液孔设置堵塞物的目的，是利用其受热熔化贯通或侵蚀熔解贯通需要一段时间，在排液孔贯通之前，将加料器下面即排液孔下口浸入到所需钢水深度，之后再加压开始排液过程，降低了在加料器浸入钢水、到达所需深度前的这段过程中对压力控制的要求，可避免该段过程中低密度挥发性金属液的大量烟尘和挥发，或钢水进入加料器将低密度挥发性金属液推入上部连接的加压气管，可能造成加压气管堵塞及加料失败。在加料器浸入钢水、到达所需深度前的这段过程中，对加料器内压力的控制有一定要求。当排液孔没有堵塞物而呈贯通状态时，若加料器内压力过高或增加过快则逐渐熔化形成的低密度挥发性金属液可能会被从下部排液孔快速压出，若与钢水混合不好即漂到钢水表层，可能导致大量烟尘和挥发，尤其是加料器尚处于钢水较浅处时；若加料器内气压增加过慢，则钢水可能进入加料器将低密度挥发性金属液本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钢水中添加少量低密度挥发性金属的方法，主要包括如下步骤：（1）根据所需低密度挥发性金属的添加目标量，结合钢水组成、钢水在熔炼坩埚中的体积、深度情况，以及钢水调质的要求，选定钢制容器的材质、尺寸及所需低密度挥发性金属或其合金的组成及添加量；（2）所述钢制容器具有上面、下面及侧壁，上面、下面间高度为钢水深度的30‑100%；下面和/或侧壁下部具有一个或多个排出低密度挥发性金属液的排液孔；钢制容器上面或上部连接惰性气加压气管，惰性气加压气管连接惰性气压力控制器；钢制容器上面或侧壁下部连接按压定位杆或设置连接按压定位杆的按压连接部件；所述排液孔，在加料器浸入钢水前为堵塞状态，在加料器浸入钢水后堵塞物受热熔化或被低密度挥发性金属液和钢水熔解、侵蚀去除而贯通；（3）将所需组成和添加量的低密度挥发性金属或其合金，装入、嵌入钢制容器内，制成加料器；加料器上面或侧壁下部连接按压定位杆，或通过所述按压连接部件连接按压定位杆；调整钢水坩埚口垂直向上；用手工或机动夹具，通过按压定位杆将一件或多件加料器浸入钢水深处或底部，加料器下面与坩埚底面距离为钢水深度的0‑40%；（4）调整钢水的搅拌及温度条件，通过惰性气压力控制器控制加料器内气体压力，使熔化后的低密度挥发性金属液经钢制容器下面和/或侧壁下部的贯通后排液孔逐渐排出并混入、熔入钢水，至钢水液面有惰性气鼓泡，再通过惰性气压力控制器卸除加料器内气体压力；维持或调整加料器深度，至钢制容器浸入钢水的部分熔入钢水；在所述低密度挥发性金属熔化并经下部孔全部排出熔入钢水前，所述定位杆在钢水中熔化、熔解速度较慢或不熔化、不熔解，所述钢制容器的上面、侧壁保持其容纳能力而不熔化、熔解到穿孔；（5）加料器浸入钢水的部分熔尽后，将加料器末浸入钢水的部分、可熔性定位杆的末熔部分或不熔的定位杆移离钢水。...

【技术特征摘要】
1.一种钢水中添加少量低密度挥发性金属的方法，主要包括如下步骤：（1）根据所需低密度挥发性金属的添加目标量，结合钢水组成、钢水在熔炼坩埚中的体积、深度情况，以及钢水调质的要求，选定钢制容器的材质、尺寸及所需低密度挥发性金属或其合金的组成及添加量；（2）所述钢制容器具有上面、下面及侧壁，上面、下面间高度为钢水深度的30-100%；下面和/或侧壁下部具有一个或多个排出低密度挥发性金属液的排液孔；钢制容器上面或上部连接惰性气加压气管，惰性气加压气管连接惰性气压力控制器；钢制容器上面或侧壁下部连接按压定位杆或设置连接按压定位杆的按压连接部件；所述排液孔，在加料器浸入钢水前为堵塞状态，在加料器浸入钢水后堵塞物受热熔化或被低密度挥发性金属液和钢水熔解、侵蚀去除而贯通；（3）将所需组成和添加量的低密度挥发性金属或其合金，装入、嵌入钢制容器内，制成加料器；加料器上面或侧壁下部连接按压定位杆，或通过所述按压连接部件连接按压定位杆；调整钢水坩埚口垂直向上；用手工或机动夹具，通过按压定位杆将一件或多件加料器浸入钢水深处或底部，加料器下面与坩埚底面距离为钢水深度的0-40%；（4）调整钢水的搅拌及温度条件，通过惰性气压力控制器控制加料器内气体压力，使熔化后的低密度挥发性金属液经钢制容器下面和/或侧壁下部的贯通后排液孔逐渐排出并混入、熔入钢水，至钢水液面有惰性气鼓泡，再通过惰性气压力控制器卸除加料器内气体压力；维持或调整加料器深度，至钢制容器浸入钢水的部分熔入钢水；在所述低密度挥发性金属熔化并经下部孔全部排出熔入钢水前...

【专利技术属性】
技术研发人员：游夏，王秀娟，
申请(专利权)人：淄博信晟机电技术有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37