專利名稱：可調(diào)節(jié)陽極氧分壓的熔渣無污染脫氧方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種可調(diào)節(jié)陽極氧分壓的熔渣無污染脫氧方法及其裝置，屬于冶金精煉工藝 技術(shù)領域。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代科學技術(shù)的發(fā)展，對各種金屬和鋼質(zhì)量的要求越來越高。鋼中的氧是有害元素，會 對鋼的質(zhì)量造成不良影響。為了去除鋼中的氧，傳統(tǒng)的脫氧方法主要以脫氧劑直接脫氧為主， 真空脫氧起輔助作用，由于脫氧反應的反應物和生成物全部處在鋼液中，因此無法徹底的避 免對鋼液造成污染。隨著人們對鋼的潔凈度的要求越來越高，傳統(tǒng)的脫氧方法己無法滿足人 們的要求。降低甚至避免脫氧產(chǎn)物對鋼液的污染是降低鋼中全氧含量，提高產(chǎn)品表面和內(nèi)在 質(zhì)量的一個重要途徑為了解決這些問題，就必須將鋼中的氧有方向的引出熔體，于是許多冶 金學家提出了一些新的脫氧方法。
冶金工作者嘗試了電化學脫氧方法來進行金屬液的脫氧。其中主要的方法集中于利用氧 化鋯固體電解質(zhì)，通過電解法、原電池法和脫氧體法等將氧離子加以定向引導，使與固體電 解質(zhì)內(nèi)的脫氧劑如氫氣、 一氧化碳或活潑金屬反應，相關反應產(chǎn)物如水、二氧化碳或氧化 物與金屬熔體不發(fā)生接觸，從而達到脫氧而不污染金屬液的目的。這些研究思路體現(xiàn)在公開
號CN1215759A、 CN1187542A、 CN1335413A的中國發(fā)明專利申請案中，以及公開號CN2432220Y 的中國實用新型專利申請案中。盡管利用固體電解質(zhì)為傳導介質(zhì)的脫氧方法有無污染、脫氧 速度快等優(yōu)點，但是也存在設備復雜、成本較高、不易在現(xiàn)場推廣等問題。
在這樣的背景下，針對己有工藝存在的問題，在固體電解質(zhì)無污染脫氧的基礎上，提出 了一種新的無污染脫氧方法渣金間外加直流電場脫氧法，即用爐渣代替固體電解質(zhì)，在渣 金間施加電場來強化脫氧，通過控制氧離子在熔渣體系中的傳導方向和速度，從而實現(xiàn)金屬 液的無污染脫氧。其研究思路體現(xiàn)在一些專利文獻中，如公開號為CN1453371A、CN101235430A 等的中國發(fā)明專利。這些該方法具有設備簡單、成本低、可連續(xù)作業(yè)、無需還原劑等優(yōu)點。 這種方法對于電極的選擇比較苛刻，電極工作的環(huán)境往往是高溫和高腐蝕性介質(zhì)。常用的電 極材料包括金屬材料，炭素材料和陶瓷材料。金屬材料存在容易被熔渣侵蝕，耐高溫金屬價 格昂貴。炭陽極本身具有固有缺點不斷消耗，經(jīng)常更換，污染環(huán)境等等。特別是冶煉超低 碳鋼時，炭素陽極材料中的灰分雜質(zhì)可進入到電解質(zhì)中，污染鋼液質(zhì)量，給鋼液增碳。只能 采用惰性陽極，而氧在惰性陽極的析出氧氣，電極表面被大量陽極氣體覆蓋，在陽極和熔渣 之間積聚一層氣網(wǎng)膜，妨礙熔渣對電極的潤濕，堵塞電流通道，形成陽極效應，制約了脫氧效率的進一步提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是在渣-金間外加直流電場脫氧法的基礎上，提出一種可調(diào)節(jié)陽極氧分壓的 熔渣無污染脫氧方法，以進一步提高脫氧效率。
本發(fā)明一種可調(diào)節(jié)陽極氧分壓的熔渣無污染脫氧方法，其特征在于具有以下的工藝過程 和步驟
a、 在放置有鋼液或金屬液的電熔爐中，加入特定的熔渣；以熔渣作為電解質(zhì)，并在熔渣 中插入作為陽極的脫氣電極；該脫氣電極帶有電極空腔，并通過導管與爐外的氣氛控制室相 連接；所述的陽極脫氣電極，設有導線與直流電源連接；另外在爐內(nèi)底層的鋼液或金屬液中， 設置有底電極，作為陰極的鋼液或金屬液通過該底電極與直流電源相連；
b、 通過外加直流電源，在爐內(nèi)施加和生成一直流脈沖電場；直流電源輸入的電壓為 0.廣10V;通過控制直流電源的電壓和電流，以及熔渣的成分，來控制氧離子在熔渣體系的傳 質(zhì)方向和速度，以及控制溶解氧在鋼液或金屬液中的傳質(zhì)；另外通過控制陽極脫氣電極的空 腔氣氛，來降低其氧分壓，以使氧氣從熔渣透過多孔陶瓷向電極空腔擴散，氧氣則通過爐外 的抽氣系統(tǒng)從熔渣中逸出進入氣氛控制室再排出；使鋼液或金屬液脫氧凈化。
一種可調(diào)節(jié)陽極氧分壓的熔渣無污染脫氧方法中，所述的熔渣可以是酸性熔渣，也可以 是堿性熔渣。較適合的優(yōu)選為具有氧離子電導率的堿性熔渣。
本發(fā)明一種可調(diào)節(jié)陽極氧分壓的熔渣無污染脫氧方法所用的專用裝置，該裝置包括有 直流電源，電熔爐絕緣爐體，鋼液或金屬液，底電極，熔渣，保溫爐蓋，陽極脫氣空腔電極， 陽極導線，氣氛控制室，導氣管，導電陶瓷，多孔透氣陶瓷，密封件和空腔；其特征在于 在電熔爐絕緣爐體內(nèi)放置有鋼液或金屬液以及熔渣；鋼液或金屬液放于爐體下層，而熔渣放 于上層；在爐體上部設置有多個陽極脫氣空腔電極，該電極部分插入熔渣內(nèi)，并有陽極導線 與直流電源相連；陽極脫氣空腔電極由底部的多孔透氣陶瓷，側(cè)壁的導電陶瓷和頂部的密封 件各部件所組成；各部件包圍組合形成一空腔；陽極脫氣空腔電極頂部密封件上面開有圓孔 連接有導氣管；所述導氣管穿過保溫爐蓋與爐外的氣氛控制室相連接；在爐底設有一與鋼液 或金屬液接觸的底電極，作為陰極的鋼液或金屬液通過底電極和導線與直流電源的負極相連； 陽極脫氣空腔電極的下部部分插入于熔渣內(nèi)，在其上部側(cè)壁部分導電陶瓷上連接引出陽極導 線，通過導線與直流電源的正極相連。
所述的氣氛控制室或調(diào)節(jié)電極空腔的氣氛可以是真空，也可以是還原性氣氛C0，還可以 是惰性氣氛氮氣或氬氣。
5形可以為圓柱體形，也可以為四方立柱體形。 本發(fā)明的原理或機理
本發(fā)明的原理是根據(jù)電化學原理，在脫氧過程中，鋼液或金屬液中的溶解氧(氧原子) 在鋼液或金屬液/熔渣界面發(fā)生陰極反應，解離為氧離子，同時使鋼液或金屬液/熔渣界面積 累正電荷；氧離子在化學勢梯度的作用下，通過熔渣，遷移到氧離子熔渣/陽極接觸界面，在 界面發(fā)生陽極反應，生成02氣體，同時使熔渣/陽極的接觸界面積累負電荷，從而產(chǎn)生阻礙電 場，阻止氧離子在熔渣中的遷移。通過外加電場，從而克服阻礙電場，使氧離子不斷地向渣 中遷移，氧離子并在惰性陽極上生成02氣體。帶空腔的多空陶瓷電極通過氣氛控制系統(tǒng)調(diào)節(jié) 電極空腔形成的氧分壓，降低了電極空腔氧分壓，氧氣就會從熔渣透過多孔陶瓷向電極空腔 擴散，使得生成的氣體通過抽氣系統(tǒng)排出熔渣，從而不會導致該氣體影響脫氧效率。脫氧過 程持續(xù)下去，直到平衡為止。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下明顯優(yōu)點本方法不需要加入常規(guī)的金屬或復合合金 脫氧劑，脫氧過程不會生成任何脫氧夾雜，同時改善環(huán)境污染；與已有渣金間外加直流電場 脫氧法相比，通過特制的電極，促進了氧在陽極的電化學反應以及氧氣在熔渣中的排除，提 高了脫氧效率。本發(fā)明可以根據(jù)應用場合，設定所需數(shù)量的脫氣電極，以達到有效脫氧，脫 氧速度達到工業(yè)實用化的要求。總之，本發(fā)明能夠快速，經(jīng)濟，無污染的對鋼液進行脫氧。 適合單獨精煉爐以及金屬液連續(xù)反應器的無污染脫氧工藝。


圖1為本發(fā)明方法中使用的專用裝置的簡單示意圖。 圖2為本發(fā)明方法專用裝置中的陽極脫氣空腔電極的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
現(xiàn)將本發(fā)明的具體實施例詳細敘述于后。本發(fā)明方法主要是通過其專用裝置來實現(xiàn)鋼液 或金屬液脫氧凈化目的的。參見圖1和圖2，本發(fā)明方法所用的專用裝置包括有直流電源1，
電熔爐絕緣爐體2，鋼液3，底電極4，熔渣5，保溫爐蓋6，陽極脫氣空腔電極7，陽極導線 8，氣氛控制室9，導氣管IO，導電陶瓷ll,多孔透氣陶瓷12，密封件13和空腔14;在電 熔爐絕緣爐體2內(nèi)放置有鋼液3以及熔渣5;鋼液放于爐體下層，而熔渣放于上層；在爐體 上部設置有多個陽極脫氣空腔電極7，該電極部分插入熔渣5內(nèi)，并有陽極導線8與直流電 源1相連；陽極脫氣空腔電極7由底部的多孔透氣陶瓷12，側(cè)壁的導電陶瓷11和頂部的密 封件13各部件所組成；各部件包圍組合形成一空腔14;陽極脫氣空腔電極7頂部密封件13 上面開有圓孔連接有導氣管10;所述導氣管10穿過保溫爐蓋6與爐外的氣氛控制室9相連
6接；在爐底設有一與鋼液3接觸的底電極4，作為陰極的鋼液3通過底電極4和導線與直流 電源l的負極相連；底電極的材料為耐高溫金屬或合金；陽極脫氣空腔電極7的下部部分插 入于熔渣5內(nèi)，在其上部側(cè)壁部分導電陶瓷11上連接引出陽極導線8，通過導線8與直流電 源1的正極相連。
所述的氣氛控制室9采用真空負壓狀態(tài)。
所述的熔渣采用氧離子電導率較好的堿性熔渣。
所述的脫氣空腔電極的外形為四方立柱體形。
本發(fā)明方法的工藝過程如下所述在放置有鋼液的電熔爐中，加入特定的熔渣，以熔渣 作為電解質(zhì)，并在熔渣中插入作為陽極的脫氣電極，該脫氣電極帶有電極空腔，并通過導管 與爐外的氣氛控制室相連接；另外在爐內(nèi)底層的鋼液中，設置有底電極，作為陰極的鋼液通 過該底電極與直流電源相連；通過外加直流電源，在爐內(nèi)施加和生成一直流脈沖電場；直流 電源輸入的電壓為廣3V;通過控制直流電源的電壓和電流，以及熔渣的成分，來控制氧離子 在熔渣體系的傳質(zhì)方向和速度，以及控制溶解氧在鋼液或金屬液中的傳質(zhì)；另外通過控制陽 極脫氣電極的空腔氣氛，來降低其氧分壓，以使氧氣從熔渣透過多孔陶瓷向電極空腔擴散， 氧氣則通過爐外的抽氣系統(tǒng)從熔渣中逸出進入氣氛控制室再排出；使鋼液脫氧凈化。 附圖標記列表
1 直流電源
2電熔爐絕緣爐體
3 鋼液
4 底電極
5 熔渣
6 保溫爐蓋
7 陽極脫氣空腔電極
8 陽極導線
9氣氛控制室
10導氣管
11導電陶瓷
12多孔透氣陶瓷
13密封件
14空腔。
權(quán)利要求
1. 一種可調(diào)節(jié)陽極氧分壓的熔渣無污染脫氧方法，其特征在于具有以下的工藝過程和步驟a)在放置有鋼液或金屬液的電熔爐中，加入特定的熔渣；以熔渣作為電解質(zhì)，并在熔渣中插入作為陽極的脫氣電極；該脫氣電極帶有電極空腔，并通過導管與爐外的氣氛控制室相連接；所述的陽極脫氣電極，設有導線與直流電源連接；另外在爐內(nèi)底層的鋼液或金屬液中，設置有底電極，作為陰極的鋼液或金屬液通過該底電極與直流電源相連；b)通過外加直流電源，在爐內(nèi)施加和生成一直流脈沖電場；直流電源輸入的電壓為0.1～10V；通過控制直流電源的電壓和電流，以及熔渣的成分，來控制氧離子在熔渣體系的傳質(zhì)方向和速度，以及控制溶解氧在鋼液或金屬液中的傳質(zhì)；另外通過控制陽極脫氣電極的空腔氣氛，來降低其氧分壓，以使氧氣從熔渣透過多孔陶瓷向電極空腔擴散，氧氣則通過爐外的抽氣系統(tǒng)從熔渣中逸出進入氣氛控制室再排出；使鋼液或金屬液脫氧凈化；
2. 如權(quán)利要求1所述的一種可調(diào)節(jié)陽極氧分壓的熔渣無污染脫氧方法，其特征在于所述的 熔渣可以是酸性熔渣，也可以是堿性熔渣。
3. 如權(quán)利要求2所述的一種可調(diào)節(jié)陽極氧分壓的熔渣無污染脫氧方法，其特征在于所述的 熔渣，較適合的優(yōu)選為具有氧離子電導率的堿性熔渣。
4. 一種可調(diào)節(jié)陽極氧分壓的熔渣無污染脫氧方法所用的專用裝置，該裝置包括有直流電 源(1)，電熔爐絕緣爐體(2),鋼液或金屬液(3)，底電極(4)，熔渣(5)，保溫爐蓋(6)，陽極脫氣空腔電極(7)，陽極導線(8)，氣氛控制室(9),導氣管(10)，導電陶 瓷(11)，多孔透氣陶瓷(12)，密封件(13)和空腔(14);其特征在于在電熔爐絕緣 爐體(2)內(nèi)放置有鋼液或金屬液(3)以及熔渣(5);鋼液或金屬液放于爐體下層，而 熔渣放于上層；在爐體上部設置有多個陽極脫氣空腔電極(7)，該電極部分插入熔渣(5) 內(nèi)，并有陽極導線(8)與直流電源(1)相連；陽極脫氣空腔電極(7)由底部的多孔透 氣陶瓷(12)，側(cè)壁的導電陶瓷(11)和頂部的密封件(13)各部件所組成；各部件包圍 組合形成一空腔(14);陽極脫氣空腔電極(7)頂部密封件(13)上面開有圓孔連接有導氣管(10);所述導氣管(10)穿過保溫爐蓋(6)與爐外的氣氛控制室(9)相連接；在爐底設有一與鋼液或金屬液(3)接觸的底電極(4)，作為陰極的鋼液或金屬液(3)通過底電極(4)和導線與直流電源(1)的負極相連；陽極脫氣空腔電極(7)的下部部分插入于熔渣(5)內(nèi)，在其上部側(cè)壁部分導電陶瓷(11)上連接引出陽極導線(8)，通 過導線(8)與直流電源(1)的正極相連。
5. 如權(quán)利要求4所述的一種可調(diào)節(jié)陽極氧分壓的熔渣無污染脫氧方法所用的專用裝置，其 特征在于所述的氣氛控制室(9)或調(diào)節(jié)電極空腔(14)的氣氛可以是真空，也可以是還 原性氣氛CO，還可以是惰性氣氛氮氣或氬氣。
6. 如權(quán)利要求4所述的一種可調(diào)節(jié)陽極氧分壓的熔渣無污染脫氧方法所用的專用裝置，其 特征在于所述的脫氣空腔電極(7)的外形可以為圓柱體形，也可以為四方立柱體形。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種可調(diào)節(jié)陽極氧分壓的熔渣無污染脫氧方法及裝置，屬于冶金精煉工藝技術(shù)領域。本發(fā)明方法通過利用其專用裝置來進行鋼液或金屬液的脫氧凈化。本發(fā)明方法以熔渣作為電解質(zhì)，以插入熔渣的脫氣空腔電極為陽極，以鋼液或金屬液為陰極；所述的脫氣電極帶有電極空腔并通過導管與真空真空室連通；由外加直流電源施加直流脈沖電壓，在鋼液或金屬液和熔渣氧極之間形成電場，通過控制直流電源的電流值和電壓值，以及熔渣的成分來控制氧離子在熔渣體系中的傳導及溶解氧在鋼液中的傳質(zhì)。通過控制電極空腔的氧分壓，使氧氣從熔渣向電極空腔擴散，并通過抽氣系統(tǒng)排出。
文檔編號C21C7/06GK101457276SQ200910044809
公開日2009年6月17日 申請日期2009年1月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月4日
發(fā)明者劉恭源, 周國治, 張捷宇, 暢 揭, 帆 楊, 波 王, 程偉玲, 許繼芳 申請人:上海大學