一种钢水中稀土金属合金化的装置与方法

技术领域

本发明涉及钢铁冶炼以及金属材料制备领域，特别涉及一种钢水中稀土金属合金化的装置与方法。

背景技术

稀土金属在钢水中具有细化夹杂物，细化晶粒，提高钢材机械性能以及耐腐蚀性能等作用，但同时具有极强的还原性，易与氧反应形成稀土氧化物或者与钢水中非金属夹杂物反应生成复合氧化物。

稀土金属具有极强的还原性，在钢水中极易被氧化成为稀土氧化物或者与钢水中非金属夹杂物反应生成复合氧化物，因此，冶炼工艺流程中钢水中稀土含量的稳定控制是实现稀土元素在钢中作用效果的关键环节。但国内报道的专利中涉及钢水添加稀土主要聚焦与添加稀土对钢材性能造成积极影响，稀土金属合金化方法的相关专利未见报道。

发明内容

本发明目的在于解决钢水中添加稀土合金过程中稀土合金氧化速度快合金收得率低的问题，本发明提供本发明采用的技术方案是：一种钢水中稀土金属合金化的装置，包括用于放置钢水的钢水罐；

用于放置稀土合金的料仓；

所述钢水罐的底部设置有可将钢水表面熔渣吹开的透气砖模块；

用于将所述透气砖模块吹开的钢水表面熔渣进行隔离的ANS浸渍罩模块；

用于控制所述料仓穿过ANS浸渍罩模块通过吹开表面熔渣进入钢水内部的控制臂模块；

所述透气砖模块对容置稀土合金的料仓的钢水进行均匀搅拌，得到稀土含量达标且稀土成分均匀的钢水。

进一步地：所述控制臂模块包括连接杆和控制所述连接杆升降的减速机。

进一步地：所述料仓为镂空腔室或密闭舱室，所述镂空腔室或密闭舱室的材质采用金属铁。

进一步地：所述稀土合金采用铈铁合金。

进一步地：所述稀土含量达标为钢水中稀土含量达到100～300ppm。

一种钢水中稀土金属合金化的装置的处理方法，包括以下步骤：

对钢水进行脱氧和脱硫处理，使经过脱氧和脱硫处理后的钢水中氧含量降低至15ppm以下，硫含量降低至20ppm以下；

将所用稀土合金置于料仓内；

所述透气砖模块采用底吹工艺将所述钢水罐表面熔渣排开至所述钢水罐壁附近；

ANS浸渍罩模块下降至钢水表面保证钢水表面熔渣90％以上排出在浸渍罩外部；

将料仓浸入钢水内部，同时通过所述透气砖模块进行充分搅拌，保证料仓中稀土合金充分融化，控制臂上升，完成稀土合金化过程。

进一步地：所述搅拌采用吹氩搅拌3min。

本发明提供的一种钢水中稀土金属合金化的装置，该装置是一种稀土收得率较为稳定的稀土合金添加装置，具有以下优点：采用ANS工序加入以及压入式的方式解决稀土金属与熔渣接触问题，避免了稀土金属与熔渣的反应，解决了钢水中添加稀土合金过程中稀土合金氧化速度快合金收得率低的问题，该方法可使实现稀土元素在钢水中的稳定加入，稀土收得率稳定。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本装置的示意图；

图2是Ce-Al-O夹杂物的电子图像图；

图3是Ce-Al-O夹杂物的EDS分层图；

图4是Ce-Al-O夹杂物的Ca Kα1图；

图5是Ce-Al-O夹杂物的Al Kα1图；

图6是Ce-Al-O夹杂物的Ce Lα1图；

图7是Ce-Al-O夹杂物的O Kα1图；

图8是Ce-O-S夹杂物的电子图像图；

图9是Ce-O-S夹杂物的Ce Lα1图；

图10是Ce-O-S夹杂物的O Kα1图；

图11是Ce-O-S夹杂物的S Kα1图；

图12是Ce-O-S夹杂物的Fe Kα1图；

图13是Ce-O-S夹杂物的Ca Kα1图；

图14是Ce-O-S夹杂物的Al Kα1图；

图15是Ce-O-S夹杂物的Si Kα1图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合，下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

图1是本装置的示意图；

一种钢水中稀土金属合金化的装置，包括钢水罐、料仓、透气砖模块、控制臂模块；

所述钢水罐用于放置钢水；钢水的液面到所述钢水罐的底部至少有500mm；

所述料仓用于放置稀土合金；所述料仓容积为1～4m

所述透气砖模块设置在所述钢水罐的底部；所述透气砖模块可将钢水表面熔渣吹开；所述透气砖为狭缝式透气砖，是冶炼通用设备

ANS浸渍罩模块用于将所述透气砖模块吹开的钢水表面熔渣进行隔离；

所述ANS浸渍罩模块包括位于下部的浸渍罩和位于上部的连接部；

所述浸渍罩内壁砌有耐材的钢罩；

所述连接部也是开口设置；所述连接部为圆柱外壳；

所述浸渍罩和上连接部固体连接，所述浸渍罩的开口面积小于所述钢水罐的开口面积，便于所述浸渍罩浸入到钢水中；

所述下罩体浸入到钢水中到液面的垂直距离至少有500mm；

所述控制臂模块用于控制所述料仓穿过ANS浸渍罩模块通过吹开表面熔渣进入钢水内部；所述控制臂模块控制距离为3～5m；

所述透气砖模块对容置稀土合金的料仓的钢水进行均匀搅拌，得到稀土含量达标且稀土均匀的钢水。

所述控制臂模块包括连接杆和控制所述连接杆升降的减速机；所述减速机的型号为YZR200L-6；额定电压380V，额定电流42～50A，功率20～30kW；

所述连接杆一端和所述控制连接杆升降的减速机连接；

所述连接杆另一端和所述料仓相连接；

所述料仓为镂空腔室或密封舱室，所述镂空腔室或密封舱室的材质采用金属铁。

所述镂空腔室可以是网格状或是栅格状；

当所述料仓为密封腔室时，所述腔室壁的厚度为50mm；

块状的稀土合金至于铁制的腔室内，被控制臂压入到钢水中；

进一步地，所述稀土合金采用铈铁合金，所述铈含量为20％，铁的含量为 80％；

进一步地：所述稀土含量达标为钢水中稀土含量达到100～300ppm，，稀土合金(铈铁合金)能够有效改善夹杂物形貌，并使得铸坯中较大的氧化铝夹杂，转变成为更细小的Ce-Al-O、Ce-O-S夹杂物，从而达到提高材料的耐腐蚀性和冲击韧性的目的。

图2是Ce-Al-O夹杂物的电子图像图；

图3是Ce-Al-O夹杂物的EDS分层图；

图4是Ce-Al-O夹杂物的Ca Kα1图；

图5是Ce-Al-O夹杂物的Al Kα1图；

图6是Ce-Al-O夹杂物的Ce Lα1图；

图7是Ce-Al-O夹杂物的O Kα1图；

图8是Ce-O-S夹杂物的电子图像图；

图9是Ce-O-S夹杂物的Ce Lα1图；

图10是Ce-O-S夹杂物的O Kα1图；

图11是Ce-O-S夹杂物的S Kα1图；

图12是Ce-O-S夹杂物的Fe Kα1图；

图13是Ce-O-S夹杂物的Ca Kα1图；

图14是Ce-O-S夹杂物的Al Kα1图；

图15是Ce-O-S夹杂物的Si Kα1图。

一种钢水中稀土金属合金化的装置的处理方法，包括以下步骤：

S1:对钢水进行脱氧和脱硫处理，使经过脱氧和脱硫处理后的钢水中氧含量降低至15ppm以下，硫含量降低至20ppm以下；

S2：将所用稀土合金置于料仓内；

S3:所述透气砖模块采用底吹工艺将所述钢水罐表面熔渣排开至所述钢水罐壁附近；

S4:ANS浸渍罩模块下降至钢水表面保证钢水表面熔渣90％以上排出在浸渍罩外部；所述ANS浸渍罩模块下降至钢水表面，通过透气砖吹气保证钢水表面熔渣90％以上排出在浸渍罩外部，为现有技术；

S5:将料仓浸入钢水内部，同时通过所述透气砖模块进行充分搅拌，保证料仓中稀土合金充分融化，控制臂模块上升，完成稀土合金化过程。

步骤S1、S2、S3、S4、S5顺序执行；

所述搅拌采用吹氩均匀搅拌3min。

实施实例一：

生产低硅铝镇静钢、废钢28t，铁水180t，1356℃，铁水成分如下：

步骤一：在ANS加入稀土合金之前，对钢水进行脱氧和脱硫处理，保证合金添加前钢水中氧含量降低至13ppm，硫含量降低至15ppm；

步骤二：在带有控制臂模块的ANS浸渍罩中加入稀土合金；

步骤三：将所用稀土合金置于控制臂模块下部料仓内；

步骤四：采用底吹工艺通过透气砖模块将钢水罐表面熔渣排开至罐壁附近， ANS浸渍罩模块下降至钢水表面保证钢水表面熔渣90％以上排出在浸渍罩外部；

步骤五：控制臂模块下降，将料仓浸入钢水内部，同时吹氩搅拌3min，保证料仓中稀土合金充分融化；

步骤六：控制臂模块上升，完成稀土合金化过程，合金收得率45.6％。

实施实例二：

生产钢种为Q235B，废钢26t，铁水181t，1354℃，铁水成分如下：

步骤一：在ANS加入稀土合金之前，对钢水进行脱氧和脱硫处理，保证合金添加前钢水中氧含量降低至12ppm，硫含量降低至14ppm；

步骤二：在带有控制臂模块的ANS浸渍罩模块中加入稀土合金；

步骤三：将所用稀土合金置于控制臂模块下部料仓内；

步骤四：采用底吹工艺将钢水罐表面熔渣排开至罐壁附近，ANS浸渍罩模块下降至钢水表面保证钢水表面熔渣90％以上排出在浸渍罩外部；

步骤五：控制臂下降，将料仓浸入钢水内部，同时吹氩搅拌3min，保证料仓中稀土合金充分融化；

步骤六：控制臂上升，完成稀土合金化过程，合金收得率47.8％。

实施实例三：

生产低硅铝镇静钢，废钢29t，铁水182t，1366℃，铁水成分如下：

步骤一：在ANS加入稀土合金之前，对钢水进行脱氧和脱硫处理，保证合金添加前钢水中氧含量降低至12ppm，硫含量降低至16ppm；

步骤二：在带有控制臂模块的ANS浸渍罩中加入稀土合金

步骤三：将所用稀土合金置于控制臂模块下部料仓内；

步骤四：采用底吹工艺通过透气砖模块将钢水罐表面熔渣排开至罐壁附近， ANS浸渍罩下降至钢水表面保证钢水表面熔渣90％以上排出在浸渍罩外部；

步骤五：控制臂模块下降，将料仓浸入钢水内部，同时吹氩搅拌3min，保证料仓中稀土合金充分融化；

步骤六：控制臂模块上升，完成稀土合金化过程，合金收得率52.3％。

实施实例四：

生产钢种为Q235B。废钢30.5t，铁水179t，1361℃，铁水成分如下：

步骤一：在ANS加入稀土合金之前，对钢水进行脱氧和脱硫处理，保证合金添加前钢水中氧含量降低至12.5ppm，硫含量降低至14.4ppm；

步骤二：在带有控制臂的ANS浸渍罩中加入稀土合金；

步骤三：将所用稀土合金置于控制臂模块下部料仓内；

步骤四：采用底吹工艺通过透气砖模块将钢水罐表面熔渣排开至罐壁附近，ANS浸渍罩下降至钢水表面保证钢水表面熔渣90％以上排出在浸渍罩外部；

步骤五：控制臂模块下降，将料仓浸入钢水内部，同时吹氩搅拌3min，保证料仓中稀土合金充分融化；

步骤六：控制臂模块上升，完成稀土合金化过程，合金收得率48.2％。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。