钢流脱气技术的开发

LIU1018

钢流脱气技术的开发

    钢流脱气是钢水真空脱气使用最早的方法之一，是1952年德国人Bochumer Verin首次提出的，一直是最经济的真空脱气系统之一。它是通过在真空室对熔融液滴的外部抽真空而实现高效脱气的，钢水从一钢包倒入另一钢包或结晶器的过程中，形成的钢流被冲散成细小液滴。钢流脱气已经发展成脱氢效率最高的方法，然而其不足是在脱气过程中会降低钢液温度且不能脱除其它气体。
    1.钢流脱气方法
    当前世界流行的钢流脱气方法很多，可以分为以下几种：钢包-结晶器脱气；钢包-钢包脱气；Tap脱气；Therm-I-Vac脱气。
    钢流脱气工艺的设备选择取决于钢水倾倒容器与接收容器之间的高度、金属液滴的大小（决定脱气效率）、使热损失最小的系统几何、与结晶器或钢包匹配的真空室大小、倾倒速率、要求的真空度、设备成本及处理钢液选择的方法。
    2.钢包结晶器脱气
    在此工艺中，出钢钢液被倒入钢包，调整出钢温度以保证包中钢液过热30℃。钢包底部有一出钢口并配有塞棒。出钢后，钢包被放置于真空室盖上方，便于钢包出钢口尺寸适合盖上进口面积以使钢液顺利下流。在钢液下流前用铝箔密封进口以便对真空室抽真空并除去结晶器内和热顶部的水分。
    将预热后的结晶器和热顶部一起放入真空室内并用真空盖盖紧。为确保真空盖和真空室间严密不漏气，用沿圆周开口沟槽放置的“O”形密封环密封。将盖子固定在离结晶器一段距离的地方，以保安全防止热辐射和与内部耐火材料粘结。在开启盖子期间用水溢满“O”形密封环的开口沟槽以保护“O”形密封环免受热辐射侵蚀。
    钢包塞棒借助钢液浮力升起使熔化的铝箔和钢液流进真空室，并借助塞棒控制钢液流入速度。钢流进入结晶器前被分散成细小液滴从而为高效脱气创造了良好条件。为防止液滴发散，用在真空室盖下钢液进口周围安装的导流器（耐火材质的导管），引导钢液流入结晶器。结晶器注满钢液后，开启真空室与抽气泵之间的切断阀，将真空室抽成真空。脱气操作完成后，开启真空室之前，打开进气阀让空气进入真空室使室内压强升至大气压，以便开启真空室盖。图1为钢包-结晶器脱气工艺示意图。
    这种工艺可将大型锻造钢锭中的氢含量脱至1 ppm。同样，这种方法允许在钢包和真空室之间加设中间包进行多炉操作。钢液注满中间包容量的2/3后，塞棒升起，钢液流入真空室内的结晶器进行真空浇注，方法与通常的结晶器浇注相同。
    稍微改进钢包—结晶器脱气方法就变成Gero工艺。它可将一炉钢液浇注成多支大钢锭，如图2所示。
    在此工艺中，每台结晶器都配有一种气体密封盖装置，以实现真空浇注。钢液通过塞棒上升流进中间包。特别的，有一台移动式机械抽气泵凭借滑动小车在几台结晶器之间来回移动，并与结晶器顶部的排气孔相联。结晶器抽成真空后开始浇注，铝箔可确保浇注口的密封。完成浇注后关闭抽气泵，切断结晶器与抽气泵的连接之前，让空气进入真空室，使室内压强升至大气压。这种方法适用于大型锻件浇注，钢锭真空脱气可保证含氢量最低。
    3.钢包—钢包脱气
    脱气操作时，将出钢用的钢包放置于真空室盖顶上。出钢钢包与真空室盖之间用铝箔密封，如图3所示。维持钢包钢液温度以保证浇注钢包内钢液温度过热30～50℃。
    在真空室调整空的预热浇注钢包后，用真空密封真空室盖。出钢钢包的塞棒升起，熔化铝膜，钢液下流并被冲散成细小液滴一旦进入真空室就会注满浇注钢包。用导流器限制液滴发散。提前准备加入的预热合金。待钢水注满浇注钢包后将真空室抽成真空密封并立即进行脱气操作。真空脱气后，在大气压下进行浇注。因为每次浇注要用两座钢包，所以钢水温度损失要比其它工艺多。
    4.Tap脱气
    它是显著的钢流脱气技术之一。脱气工艺开始时，将炼钢炉内钢液倒入小型钢包或中间包内——位于包含另一钢包的真空罐上的真空密封装置上方，示意图见图4。
    当钢液注满小型钢包容量的2/3时，钢液在真空状态下流入浇注钢包，随之完成脱气操作。抽真空之前要用铝箔密封入口。这种工艺脱气操作比钢包-钢包脱气工艺快，温降也比其它工艺少，采用常压浇注。
    5.Therm—i—Vac工艺
    脱气时，将出钢钢包的钢液倒入位于真空室内的感应炉。在真空室感应炉下方同时安置了许多结晶器，用于脱除感应炉冶炼钢水内的气体，脱气后浇注钢锭，如图5所示。感应炉的作用是保持钢水温度及在浇注前加入少量合金调整钢液化学成分。钢流脱气是通过将钢液倒进感应炉而实现的，随后在真空下浇注。这种工艺的独特优势是温降最少，脱气效果最好。
    6.结论
    钢流脱气技术的发展为生产氢含量低的高质量钢进而拓宽钢材的使用范围而铺平了道路。