[发明专利]变频超声波缩短钢包精炼炉化渣时间的方法

说明书

技术领域

本发明涉及炼钢过程中钢包精炼的方法，特别是采用变频超声波缩短钢包精炼炉化渣时间的方法。

背景技术

随着世界各国国防、交通、石油和汽车等行业的发展和技术的进步，对钢材性能的要求日益苛刻，提高钢的纯净度可明显改善其加工和使用性能。钢包精炼是保证钢水洁净程度必不可少的关键性环节，钢包精炼主要依靠精炼炉在还原气氛下底吹氩气搅拌，结合造还原精炼渣来实现的。快速形成泡沫化良好、具有强脱硫脱氧功能的精炼渣是钢包精炼效果的保证，也是提高钢包运行寿命、降低成本的重要因素。由于加入的精炼渣为固体，其熔化需要一定时间，固体精炼渣熔化后才能充分发挥其脱氧脱硫去除杂质的作用，钢包精炼炉化渣速度成为限制钢包精炼炉冶炼周期的关键，特别是对于需要深脱氧和深脱硫钢种，加入的固体造渣剂量大，其化渣时间长，使钢包炉精炼周期过长，明显高于转炉和连铸生产周期，如何加快合成渣的熔化速度，是生产洁净钢的关键技术之一。

基于超声波的三种效应：声空化效应，声流效应和力学机制效应，使其在高能化学反应中有越来越重要的地位。超声波在熔体中传播时产生有限振幅衰减使液体内从声源处开始形成一定的声压梯度。在高能超声情况下，当声压幅超过一定值时，液体中可以产生一个流体的喷射。此喷流直接离开超声变幅杆的端面并在整个流体中形成环流，由于声流的环流特性，使得金属熔液能够上下翻动，因而使金属熔液在宏观上受到一定的搅拌作用。声压越大，声流越大，声流效应越明显。同时空化泡在崩溃时，泡壁运动速度非常高，能形成速度极大的微射流，加强了声流的搅拌效应，提高合金液温度场和成分的均匀性。刘金刚等人在超声搅拌和气体搅拌去除夹杂物实验中，通过水模实验对同一容器内相同比搅拌功率条件下，超声搅拌和气体搅拌对去除夹杂物的影响进行对比研究。结果表明：超声搅拌的空化作用可产生的大量小气泡增大了吸附面积，延长了气泡的上浮时间，有利于夹杂物的去除。公开文献：刘金刚，刘浏，颜慧成等.超声搅拌和气体搅拌去除夹杂物[J].《钢铁研究学报》2006，18(10)：11-15。Shin-ichiHatanaka等人对超声波处理溶液中夹杂物的行为进行了研究，得出结论是驻波可以成功使粉末分层、聚集，所以超声波具有良好的去夹杂功能。公开文献：Hatanaka SI，Taki T，Kuwabara M，et al.Effectof process parameters on ultrasonic separation of dispersed particles inliquid[J].Jpn J Appl Phys，1999，138：3096-3100；Kobayashi M，Kamata C，Ito K.Cold mold experiments of removal from molten metalby an irradiation of ultrasonic waves[J].ISIJ International，1997，37(1)：9-15。超声产生的声空化效应也可以将钢液中夹杂物细化，均匀弥散分布于熔体，T.Mason曾指出超声处理过的低合金钢铸锭，由于其中碳化物相和非金属夹杂物被细化且均匀分布在合金基质中，因此降低了碳化物和铬的偏析，而且由于夹杂物的去除还能提高钢液的流动性，从而可以降低浇注温度。公开文献：Tim Mason.高功率超声波在钢铁工业中的应用及能效.《世界钢铁》1995.4：77。

由于超声波波动频率很高，那么超声波对整个系统反应动力学条件的改善势必产生显著作用。超声波在液体介质中的巨大能量可使质点获得很大的加速度，促进渣与钢液的快速混合，加速化渣速度。由于钢包精炼时，钢液及合成渣不可能完全一样，也就是，超声换能器的负载是变化的，气泡空化所需要的超声波的声压及频率是不完全相同的，采用变频技术，钢包精炼时频率在一定范围内以正弦规律变化。

发明内容

本发明提供了一种变频超声波缩短钢包精炼炉化渣时间的方法，解决由于化渣速度慢导致冶炼周期长，生产效率低的问题，同时可提高夹杂物去除率，脱除钢水杂质，生产洁净钢。

超声应用理论的核心是声空化现象。当强超声在液体中传播时，液体中的微小气泡在超声波的作用下被激活，表现为泡核的振荡、生长、收缩以及崩溃等一系列动力学过程，产生超声空化现象，在空化气泡振动崩溃过程中产生的强烈射流及局部微冲流，伴随的高温高压作用于合成渣周围的金属液，从而能显著减弱液体的表面张力及摩擦力，并破坏固-液界面的附面层，因而达到普通底吹气体搅动达不到的效果，从而加快固体渣与熔渣和钢液的混合速度，加速渣钢反应。