[实用新型]一种渣金间外加电场熔渣脱氧装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种钢铁冶炼装置，尤其涉及一种用于钢铁冶炼过程中的脱氧装置。

背景技术

在钢铁冶炼过程中，钢中的氧元素是有害元素，会对钢的质量造成不良影响。随着人们对钢洁净度的要求越来越高，传统的脱氧方法已无法满足生产和质量要求。这是因为传统的脱氧方法以脱氧剂直接脱氧为主，由于脱氧反应的反应物和生成物全部处在钢液中，因此无法彻底地避免对钢液的污染。

针对传统脱氧方法的缺点，目前在固体电解质无污染脱氧的基础上，提出了一种新的无污染脱氧方法——渣金间外加直流电场脱氧法，即用炉渣代替固体电解质，在渣金间施加电场来强化脱氧，通过控制氧离子在熔渣体系中的传递方向和速度，实现金属液的无污染脱氧。

渣金间外加直流电场脱氧法具有设备简单、成本低、可连续作业、无需还原剂等优点。然而该方法对于电极的要求比较苛刻，电极工作的环境往往是高温和高腐蚀性介质，现有的装置具有种种缺点，制约了该技术的进一步推广应用。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种渣金间外加电场熔渣脱氧装置，其在渣金间外加直流电场脱氧法的基础上，阳极采用自耗式阳极，从而改善阳极反应，以进一步提高脱氧效率。

本实用新型的发明构思是：将需要进一步精炼的金属制成金属自耗阳极，在渣金间外加直流电场作用下，自耗阳极熔化形成的液滴通过熔渣，对液滴进行精炼，液滴在熔渣底部形成金属熔池，同时在外加电场作用下再次对金属熔池进行脱氧精炼，精炼后熔池内的金属凝固成具有较高质量的固态金属。

为了实现上述发明目的，本实用新型提供了一种渣金间外加电场熔渣脱氧装置，其包括一直流电源，所述直流电源的正极与一阳极连接，所述直流电源的负极与一阴极连接，一结晶器设于所述阳极和阴极之间，所述结晶器内的上部设有一熔渣层，所述结晶器的下方设有一底座，所述阳极的下端插于所述熔渣层内，所述阳极为待脱氧金属制成的自耗阳极；所述渣金间外加电场熔渣脱氧装置还包括：

一加热装置，紧邻所述结晶器设于其外，对应熔渣层的位置；

一冷却装置，紧邻所述结晶器设于其外，并设于结晶器的下部。

本实用新型所述的脱氧装置中，以熔渣作为电解质，以待脱氧金属作为自耗阳极，以结晶器内的经过脱氧后的金属为阴极，形成回路。结晶器上部对应熔渣的位置设有的加热设备，用于熔化熔渣和自耗电极，并保证熔渣下部的金属熔池具有一定的深度；结晶器下部的冷却设备能够使熔池内金属液凝固。在脱氧过程中，外加电源在结晶器内生成直流电场，自耗阳极受通电下熔渣层放出的热量及加热装置的加热而熔化，形成金属小液滴，金属小液滴通过熔渣层后形成金属熔池，金属熔池中的氧原子在外加电场的作用下，以离子态进入熔渣层，然后传递至阳极，进行阳极反应，达到对熔池内金属脱氧精炼的目的，经过脱氧精炼的液态金属在冷却装置的冷却作用下凝固形成固体。

脱氧过程中氧的迁移过程分为如下步骤：

(1)金属熔池中的氧向金属熔池/熔渣界面扩散

[O]_(melt)→[O]_(melt/slag)

(2)氧原子在金属熔池/熔渣界面发生阴极反应

[O]_(melt/slag)+2e→(O^2-)_(melt/slag)

(3)氧离子在熔渣层的渣体系中从金属熔池/熔渣层界面向熔渣中迁移

(O^2-)_(melt/slag)→(O^2-)_(slag)

(4)氧离子在熔渣层的渣体系中从熔渣向熔渣层/阳极界面迁移

(O^2-)_(slag)→(O^2-)_(slag/anode)

(5-1)在熔渣层/阳极接触界面发生阳极反应，氧气向气相中扩散

O_{2(slag/anode)}→O_2(gas)

(5-2)氧离子在熔渣层/阳极接触界面发生反应，使得自耗电极不断侵蚀而进入熔渣。

(O^2-)_(slag/anode)+Fe→(FeO)+2e

采用本实用新型所述的脱氧装置，通过控制电源的电压电流和熔渣层的成分，可以控制氧离子在熔渣层中的传质方向和速度，以及溶解氧在金属熔池中的传质，实现对金属熔池的再次脱氧精炼。