[发明专利]一种使用电化学脱氧的电渣重熔设备及电渣重熔方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电渣重熔设备及方法，特别涉及一种使用电化学脱氧的电渣重熔设备及电渣重熔方法。

背景技术

电渣重熔技术作为冶炼工程的一种手段，以其优良的冶金反应条件及特殊的结晶方式有着其他冶炼方法不能替代的优越性；但电渣重熔过程一般是在大气下进行，就钢中氧含量而言，电渣重熔钢远比真空电弧重熔钢等经过真空处理的钢高；因此，如何能有效地控制电渣重熔钢中的氧含量就显得尤为重要。

一般的电渣重熔过程都是向金属液中添加脱氧剂，脱氧剂对铝、硅铁、锰铁和钙硅线等材料进行沉淀脱氧时，虽然沉淀脱氧有一定脱氧效果，但形成的部分尺寸较小的氧化物和溶解氧仍无法从金属液中去除，进一步降低氧含量较困难。

CN202007246公开了一种渣金间外加电场熔渣脱氧装置，其包括一直流电源、结晶器、熔渣层、底座、自耗电极、冷却装置和加热装置；上述装置没有利用还原剂，通过外加直流电场脱氧法，阳极采用自耗电极，从而改善阳极反应，以进一步提高脱氧效果；该装置可以提高脱氧效果，但是在电渣重熔过程中，自耗电极表面会形成氧化铁皮，其在重熔时会进入熔池内，增加了重熔渣层中氧化铁的浓度，从而增加了钢中的氧含量，进而影响钢的质量。

此外，张国华等公开可一种钢液中电化学脱氧新方法(张国华等，钢液中电化学脱氧新方法，北京科技大学冶金与生态工程学院，2010,45(5)：30-32)其公开了通过电化学方法进行脱氧，并公开通过控制传质系数、外加电压、外电阻等参数来加快脱氧速率等手段。但是该方法公开的理论是基于固定的渣系，其为CaO-Al₂O₃-MgO体系，应用范围窄，并且只是提出理论增大外加电压或降低电阻，并没有提出外加电压或者电流与脱氧本身存在的相互关系。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种利用电化学原理进行脱氧的电渣重熔设备，该设备利用电化学原理加速电渣过程中的扩散脱氧反应，金属液中氧含量降低的同时，无氧化物生成，可进一步降低氧含量；并且进一步提供了一种将钢锭中氧控制在非常小的范围内的电渣重熔方法。

本发明具体技术方案如下：

本发明提供一种使用电化学脱氧的电渣重熔设备，该电渣重熔设备包括结晶器、自耗电极、第一电源和第二电源；所述结晶器由结晶器单元和还原层组合而成；所述第一电源与结晶器和自耗电极相连通；所述第二电源的一端与还原层相连通，另一端与电极或结晶器相连通；所述结晶器上端设有用于容纳还原性气体的气体保护罩；所述自耗电极位于气体保护罩内；所述结晶器的内底部形成含有钢锭的金属熔池层，所述金属熔池的上部悬浮有液渣层；所述自耗电极部分插入液渣层内。

本发明提供的电渣重熔设备利用了电化学原理，可加速电渣过程中的扩散脱氧反应，使金属液中氧含量降低的同时，无氧化物生成，可进一步降低氧含量。并且本发明通过在结晶器内加入还原层，当电渣重熔开始，液渣层到达还原层后，就开始脱氧，发挥了很好的脱氧效果；并且本发明利用通电后形成的液渣层中的金属液和金属熔池层中的金属液之间的电位差，在电场作用下驱动液渣层中氧离子定向移动至还原层界面，通过还原反应降低液渣层中氧离子(O^2-)含量，促进液渣层中的金属液-金属熔池层界面处钢中溶解氧[O]向液渣层扩散并氧化为氧离子(O^2-)，且金属液与还原层中的还原性物质无接触，氧原子不断和还原性物质反应，从而降低金属液中溶解氧[O]含量；此外，本发明在结晶器上端设置了气体保护罩，其可向结晶器内通入还原性气体，当电渣重熔开始时就起到脱氧的作用，进一步提高了脱氧效果；并且气体保护罩将自耗电极罩上，使其与还原性气体处于同一环境内，显著降低了自耗电极表面氧化物的生成，进一步降低了金属熔池层内氧化物的含量；从而提高了钢锭的质量。

进一步的改进，所述结晶器单元和还原层相互绝缘；所述还原层主要由石墨组成。

优选地，所述还原层主要由如下重量份数的组分组成：

石墨50-75 硅藻土10-12聚甲基丙烯酸甲酯5-7.5

二氧化硅24-30 聚对苯二甲酸乙二醇酯5-7.5

环氧化甘油三酸酯3-5。