外加直流電場鋼液無污染脫氧新方法

李建朝，　齊素慈，　郝　騫，　王春玉，　池云霞

(河北工業(yè)職業(yè)技術學院 a.教務處; b.材料工程系， 河北 石家莊　050091)

?

外加直流電場鋼液無污染脫氧新方法

李建朝a，齊素慈b，郝騫a，王春玉a，池云霞a

(河北工業(yè)職業(yè)技術學院 a.教務處; b.材料工程系， 河北 石家莊050091)

摘要：采用渣金間外加電場脫氧法，實現(xiàn)了鋼液的有效脫氧.試驗在中頻感應爐中完成，試驗溫度范圍為1520～1620 ℃，外加穩(wěn)定電流1 A和2 A時，脫氧速率明顯增大，脫氧效果明顯，但脫氧能力相差不大.

關鍵詞：外加電場；鋼液；脫氧

大量事實證明，鋼液中的過剩氧會嚴重影響鋼材的質量.由于傳統(tǒng)脫氧方法的局限性，一些研究人員[1-7]開始嘗試用電化學的方法來進行金屬液的無污染脫氧，但在實際操作過程中，由于成本較高或效率低下等諸多原因，難以達到理想的效果[8-10].本文采用一種新的脫氧方法——渣金間外加電場脫氧方法，對鋼液進行無污染脫氧試驗，取得了良好的脫氧效果.

1原理及脫氧過程

外加直流電場鋼液無污染脫氧法，即用Al2O3-CaO-MgO熔渣作為鋼中的氧向金屬熔體外傳輸?shù)耐ǖ?，在鋼液與熔渣之間施加穩(wěn)定的直流電場，通過調節(jié)外加電場，實現(xiàn)鋼液中的氧向熔渣體系的定向傳導，從而達到鋼液脫氧的目的.脫氧過程通過以下步驟完成：

第一步，鋼液中的氧向鋼渣界面擴散，[O]melt→[O]melt/slag.

第二步，氧原子在鋼/渣界面發(fā)生反應,[O]melt/slag+2e→(O2-)melt/slag.

第三步，在電場的作用下，氧離子在渣中向熔渣/石墨電極界面遷移,(O2-)melt/slag+2e→(O2-)melt/slag.

2方法

本試驗在中頻感應爐中完成.試驗裝置如圖1所示.控制試驗溫度為1520～1620 ℃，鋼樣均為20#，成分如表1所示.熔渣CaO-MgO-Al2O3渣系組成為質量百分比，MgO:CaO:Al2O3=8:44:48，熔渣體系的物理化學參數(shù)如表2所示.

圖1　感應爐試驗裝置示意圖

成分含量/%C0.170～0.240Si0.170～0.370Mn0.350～0.650P≤0.035S≤0.040NiCrCu≤0.250

表2　熔渣的物理化學參數(shù)

在感應爐中放入鋼樣5.5 kg左右，通電加熱至鋼樣熔化后測溫、取樣；加入700 g左右的熔渣，待熔渣熔化30 min鋼液中的氧含量穩(wěn)定后，外加電場，開始脫氧試驗.每隔一段時間用石英管吸取鋼液取樣，持續(xù)一定時間后結束.

3結果和討論

試驗參數(shù)見表3，外加2 A電場時鋼液全氧含量與時間的關系見圖2，外加1 A電場時鋼液全氧含量與時間的關系見圖3.

表3　試驗參數(shù)及結果

圖2　外加2 A電場時，鋼液全氧含量與時間的關系

圖3　外加1 A電場時，鋼液全氧含量與時間的關系

可以看出，試驗1中無外加電場加渣30 min后，鋼液氧含量從493×10-6μg/g降到303×10-6μg/g，脫氧速率為每分鐘6.3×10-6μg/g；外加2 A直流電場后，鋼液氧含量10 min內從303×10-6μg/g最低降到了109×10-6μg/g，脫氧速率為每分鐘19.4×10-6μg/g.試驗2中無外加電場加渣30 min后，鋼液氧含量從348×10-6μg/g降到272×10-6μg/g，脫氧速率為每分鐘2.53×10-6μg/g，外加1 A直流電場后，鋼液全氧含量15 min內從272×10-6μg/g最低降到了112×10-6μg/g，脫氧速率為每分鐘10.7×10-6μg/g，脫氧速率每分鐘增大了8.17×10-6μg/g.通過試驗可知，隨外加電流從1 A增加到2 A，鋼液的脫氧速率明顯增大，但他們的脫氧能力相差不大，均使鋼樣全氧含量最低降到110×10-6μg/g左右.

受感應爐環(huán)境的影響，試驗溫度有較大的波動，熔渣的物理化學參數(shù)，如粘度、電導率、流動性等都會產生很大的變化，進而影響氧離子的傳遞行為，由圖2和圖3可以看出，試驗1和試驗2都出現(xiàn)了明顯的回氧現(xiàn)象.

4結論

采用外加直流電場對鋼液進行脫氧是“可控氧流冶金技術”中的一項重要內容.本文外加穩(wěn)定電流2 A與無外電場相比，脫氧速率每分鐘增大了13.1×10-6μg/g；外加穩(wěn)定電流1 A，脫氧速率每分鐘增大了8.17×10-6μg/g.隨外加電流從1 A增加到2 A，脫氧速率明顯增大，但脫氧能力變化不大.通過控制外加電場把氧引出鋼液外進行脫除，可實現(xiàn)無污染脫氧.

參考文獻：

[1]OBERG K E,FRIEDMAN L M,RAPP R A.Electrolyte Deoxidation of Induction Stirred Copper Melts[J].Metall Trans，1973(4B):75-82.

[2]IWASE M，TANIDA M,MCLEAN A,et al.Electronically Driven Transport of Oxygen from Liquid Iron to CO+CO2Gas Mixtures through Stabilized Zirconia [J].Metall Trans,1981(12B):517-524.

[3]HASHAM Z,PAL U B,CHOU K C,et al.Deoxidation of Molten Steel Using a Short Circuited Solid Electrochemical Cell[J].J Electrochem Soc,1995,142(2):469-475.

[4]YUAN S,PAL U B,CHOU K C.Modeling and Scaleup of Galvanic of Molten Metals Using Solid Electrolyte Cells[J].J.Am.Ceram.Soc,1996,79(3):641-650.

[5]FISCHER W A,JANKE D.Electrolytic Deoxidation of Liquid metals[J].Scr Metal,1972(6):923-930.

[6]YUAN S,PAL U B,CHOU K C.Deoxidation of Molten Metal by Short Circuiting Yttria-Stabilized Zirconia Electrolyte Cell[J].J Electrochem Soc,1994,141(2):467-476.

[7]周國治,李福燊.一種無污染脫氧體：中國，CN1187542[P].1998-07-15.

[8]胡曉軍,肖莉,李福燊,等.一種無污染脫氧方法[J].金屬學報,1999,35(3):316-319.

[9]李福燊,魯雄剛,金從進，等.鋼液的固體電解質無污染脫氧[J].金屬學報,2003，39(3):287-292.

[10]王龍妹,金振堅.用固體氧化物電解質裝置對金屬液進行電解脫氧[J].鋼鐵研究學報,2000,12(6):16-19.

責任編輯：金欣

An unpolluted deoxidization of the molten steel with direct current electrical fields

LI Jian-chaoa,QI Su-cib,HAO Qiana,WANG Chun-yua,CHI Yun-xiaa

(a. Teaching Affairs Office; b. Department of Material Engineering, Hebei Industrial and Vocational College, Shijiazhuang, Hebei 050091, China)

Abstract：A new deoxidization method with direct current electrical fields is externally applied for the molten steel. The experiment is conducted in the medium frequency induction furnace, with the controlled experimental temperature between 1520℃～1620℃, and stabilized external electric current 1A and 2A. The oxygen content declines rapidly, but ability of deoxidization does not reveal much difference.

Key words：external electrical field; metal-slag reaction; deoxidization

收稿日期：2015-03-13

基金項目：2015年度河北省教育廳青年基金項目(QN2015252)

作者簡介：李建朝(1979-)，男，河北邢臺人，河北工業(yè)職業(yè)技術學院講師，碩士，主要從事冶金新工藝的開發(fā)和研究工作.

文章編號：1009-4873(2016)02-0042-03

中圖分類號：TF704.1

文獻標志碼：A