一种低沸点稀贵金属的中间包合金化设备及方法，属于钢铁技术领域。该微合金化设备包括合金粉输送气管道及控制装置支路a、中间包冲击区液面气体保护装置支路b及集成控制软件。所述的微合金粉输送气管道及控制装置支路a与炼钢厂氩气总管相连，支路a中安装一个电子稳压阀调节氩气压力，在电子稳压阀后安装有一个电子流量计监测氩气流量，电子流量计后安装粉体储存输送装置。粉体储存输送装置由球阀、粉体储存装置和高精度调节阀组成。球阀用来支路a停用时切断氩气。支路a末端由金属软管与预埋入冲击区的侧吹枪相连，侧吹枪在钢液面下实现喷粉合金化。优点在于，设备占地面积小，方便安装与维护，投资小。
1.一种低沸点稀贵金属的中间包合金化设备，包括合金粉输送气管道及控制装置支路a、中间包冲击区液面气体保护装置支路b及集成控制软件；其特征在于，所述的合金粉输送气管道及控制装置支路a与炼钢厂氩气总管相连，支路a中安装一个电子稳压阀(1)调节氩气压力，在电子稳压阀(1)后安装有一个电子流量计(2)监测氩气流量，电子流量计(2)后安装粉体储存输送装置，粉体储存输送装置由球阀A(3)、粉体储存装置(4)和高精度调节阀(5)组成；球阀B(6)用来支路a停用时切断氩气；支路a末端由金属软管(7)与预埋入冲击区的侧吹枪(8)相连，侧吹枪(8)在钢液面下实现喷粉合金化；
粉体储存输送装置，包括粉体储存装置(4)，由一个不锈钢材质的圆柱形仓和圆锥形仓焊接而成，仓体内部联接处平滑焊接；圆柱形仓顶部安装有一个圆形仓盖，圆形仓盖与圆柱形仓体间有橡胶垫圈，起密闭防止仓内粉体氧化的作用；在圆形仓盖上部通过带有球阀A(3)的管道将氩气充入仓内，保护合金粉体防氧化并平衡压力；粉体储存装置(4)中的粉体通过高精度调节阀(5)落入支路a中。
2.根据权利要求1所述的合金化设备，其特征在于，所述的侧吹枪(8)，外层为厚1～2mm的金属外壳(9)，金属外壳(9)内的耐材(10)为镁碳材质或高铝材质耐材砖，耐材(10)中心为6个直径0.5～2mm的金属管(11)，金属管(11)的壁厚度1～2mm。
3.根据权利要求1所述的合金化设备，其特征在于，所述的中间包冲击区液面气体保护装置支路b是从炼钢厂氩气总管接入，支路b安装有球阀C(12)调节氩气流量；管道前端的冲击区液面保护装置(13)为一个钢管做成的开口圆环，在钢管垂直向下方向开6～10个出气孔，圆环的开口宽度要大于钢包长水口的外径，开口度为1.5D长水口。
4.根据权利要求1所述的合金化设备，其特征在于，所述的集成控制软件由VB语言编写的程序，程序可将中间包合金化设备的机械信号转化为电信号并采集存储，根据连铸过程参数的波动调节电信号并驱动中间包合金化设备的机械装置完成动作实现中间包精确合金化，包括以下功能模块：连铸参数采集模块、合金计算模块、管道监控模块、数据存储模块、预报警模块。
5.一种采用权利要求1所述设备进行低沸点稀贵金属的中间包合金化的方法，其特征在于，工艺步骤如下：
连浇第一包开浇前，支路a、支路b只输送氩气；当大包开浇信号启动后，由集成控制软件根据钢包滑板水口开口度、钢液面与出钢口相对高度、钢液密度与钢种成分要求参数，计算得出合金粉体输送量为7～8g/min，集成控制软件发出信号后即开启合金粉体的高精度调节阀(5)，支路a管道氩气流量为100Nl/min，将粉体储存装置(4)的合金粉体通过冲击区的侧吹枪(8)喷吹到冲击区内与钢液快速均匀熔合，通过冲击区液面保护装置(13)防止冲击区内钢液翻腾引起的二次氧化，金属收得率在92％以上；
当连浇第一包结束时，该集成控制软件控制高精度调节阀(5)关闭，停止喷粉，只保留支路a的氩气输送起到搅拌和净化钢液、保护侧吹枪的作用；当第二包钢水开浇时，该集成控制软件重新给出喷粉信号，使高精度调节阀(5)开启，再次进行喷粉；后续连浇包次即重复以上操作。
一种低沸点稀贵金属的中间包合金化设备及方法
技术领域
[0001] 本发明属于炼钢技术领域，特别涉及一种低沸点稀贵金属的中间包合金化设备及方法，可用于低沸点(标态时沸点在钢液精炼温度以下)稀贵金属在中间包内(微)合金化。
背景技术
[0002] 含合金成分的钢种在冶炼过程中一般在精炼过程进行合金化及成分微调，其多适用于合金沸点高于精炼温度的情况。当合金元素(如稀土钢中的稀土元素铕、镱，易切削钢种合金元素铋、锑等)的沸点低于精炼温度(约1600～1700℃)时，若仍在精炼过程进行(微)合金化，不仅难以稳定控制(微)合金成分含量，而且金属的收得率波动较大且收得率较低，造成稀贵合金的浪费。
[0003] 对于低沸点的金属，文献(《炼钢》第28卷第6期)提到，含铋易切削钢(Bi含量0.05～0.20％)在精炼过程中进行铋金属的合金化。在工艺开发前期，由于对铋的性质认识不足和加入方式不当，铋回收率只有30～50％；改进工艺后在精炼后期向钢水中喂入铋的复合包芯线，喂线温度为1560～1580℃(Bi沸点1560℃)，喂线速度120～140m/min，铋的回收率为70％～80％。由于Bi为稀贵金属，较低的收得率造成很大的不可再生资源浪费。
[0004] 中国专利《一种连铸中间包塞棒喷粉稀土加入装置及方法》(申请号201410269571.5)公开了一种在塞棒喷粉稀土加入装置，通过氩气输送管道将料仓内粉料通过中间包的吹氩塞棒下部出口喷入中间包内，该方法与装置的弊端为：开浇前，钢液体积较大的中间包内钢液流动速度较低，且只有2～4个塞棒点处合金化，均匀效果不佳。开浇后，粉料由氩气通过塞棒带入中间包后有上浮速度，钢水在塞棒出下水口流出为较大速度的向下流动，粉料与钢液未经长时间均匀混合即进入结晶器，而结晶器内钢水流动速度要远小于中包内，存在合金化不均匀的情况。
[0005] 为解决以上问题，提出在中间包连铸低温过程中在冲击区内进行稀贵金属的(微)合金化。根据液相线温度的常用公式TL＝1537-[88C％+8Si％+5Mn％+30P％+25S％+5Ca％+4Ni％+2Mo％+2V％+1.5Cr％]计算得到，一般钢种的连铸温度为1490～1530℃，温度较低，在此温度期间内合金化可以获得稳定的合金化效果，期望合金收得率可以达到90％以上。
发明内容
[0006] 本发明的目的在于提供一种低沸点稀贵金属的中间包合金化设备及方法，解决技术背景中提到的沸点低于精炼钢液温度而导致在精炼期间合金化收得率低、消耗高或无法合金化的难题。本发明也可用于普通合金在中间包内的成分细微调节。
[0007] 本发明低沸点稀贵金属的中间包合金化设备包括合金粉输送气管道及控制装置支路a、中间包冲击区液面气体保护装置支路b及集成控制软件。
[0008] 所述的合金粉输送气管道及控制装置支路a与炼钢厂氩气总管相连，支路a中安装一个电子稳压阀1调节氩气压力，在电子稳压阀1后安装有一个电子流量计2监测氩气流量，电子流量计2后安装粉体储存输送装置，粉体储存输送装置由球阀3、粉体储存装置4和高精度调节阀5组成。球阀6用来支路a停用时切断氩气。支路a末端由金属软管7与预埋入冲击区的侧吹枪8相连，侧吹枪8在钢液面下实现喷粉合金化。
[0009] 所述的粉体储存输送装置，包括粉体储存装置4，由一个不锈钢材质的圆柱形仓和圆锥形仓焊接而成，仓体内部联接处平滑焊接。圆柱形仓顶部安装有一个圆形仓盖，圆形仓盖与圆柱形仓体间有橡胶垫圈，起密闭防止仓内粉体氧化的作用。在圆形仓盖上部通过带有球阀3的管道将氩气充入仓内，保护合金粉体防氧化并平衡压力。粉体储存装置4中的粉体通过高精度调节阀5落入支路a中。
[0010] 所述的侧吹枪8，外层为厚1～2mm的金属外壳9，金属外壳9内的耐材10为镁碳材质或高铝材质耐材砖，耐材10中心为6个直径0.5～2mm的金属管11，金属管11的壁厚度1～2mm。
[0011] 所述的中间包冲击区液面气体保护装置支路b是从炼钢厂氩气总管接入，支路b安装有球阀12调节氩气流量。管道前端的冲击区液面保护装置13为一个钢管做成的开口圆环，在钢管垂直向下方向开6～10个出气孔。圆环的开口宽度要大于钢包长水口的外径，开口度为1.5D长水口。
[0012] 所述的集成控制软件由VB语言编写的程序，程序可将中间包合金化设备的机械信号转化为电信号并采集存储，根据连铸过程参数的波动调节电信号并驱动中间包合金化设备的机械装置完成动作实现中间包精确合金化，主要包括以下功能：连铸参数采集模块、合金计算模块、管道监控模块、数据存储模块、预报警模块。
[0013] 采用本发明设备进行低沸点稀贵金属的中间包合金化的方法包括以下步骤：连浇第一包开浇前，两个管道(支路a，支路b)只输送氩气；当大包开浇信号启动后，由集成控制软件根据钢包滑板水口开口度、钢液面与出钢口相对高度、钢液密度与钢种成分要求等参数，计算得出金属粉体输送量为7～8g/min，集成控制软件发出信号后即开启金属粉体的高精度控制阀5，支路a管道氩气流量为100Nl/min，将储存仓的金属粉体通过冲击区的侧吹枪8喷吹到冲击区内与钢液快速均匀熔合，通过冲击区液面保护装置13防止冲击区内钢液翻腾引起的二次氧化，金属收得率在92％以上。
[0014] 当连浇第一包结束时，该集成软件控制高精度调节阀5关闭，停止喷粉，只保留支路a的氩气输送起到搅拌和净化钢液、保护侧吹枪的作用。当第二包钢水开浇时，该集成软件重新给出喷粉信号，使高精度调节阀5开启，再次进行喷粉。后续连浇包次即重复以上操作。
[0015] 本发明的优点在于，合金粉储存装置有惰性气体保护可以实现易氧化金属粉末的长期存放，其合金化过程使用惰性气体保护，防止了钢液面与空气接触而氧化，稀贵金属的收得率高且稳定。本发明设备占地面积小，方便安装与维护，投资小。
附图说明
[0016] 图1为一种低沸点稀贵金属的中间包微合金化设备的示意图。
[0017] 图2为一种低沸点稀贵金属的中间包微合金化设备的中间包冲击区侧吹枪示意图。
[0018] 图中，合金粉输送气管道及控制装置支路a中的电子稳压阀1、电子流量计2、球阀3、粉体储存装置4、高精度调节阀5、球阀6、金属软管7、侧吹枪8、金属外壳9、耐材10、金属管
11，中间包冲击区液面气体保护装置支路b中的球阀12和冲击区液面保护装置13。
具体实施方式
[0019] 以下通过实施例对本发明作进一步说明。
[0020] 本实施例的一种低沸点稀贵金属的中间包微合金化技术，试验钢种为含微量铋的低碳高硫易切削钢，其铋合金成分含量为0.0002％～0.0025％，微合金化金属粉为纯铋(沸点1560℃)，粉末粒度不超过200目。由BOF-LF-CC流程生产，生产中LF精炼出站温度控制在1580～1620℃，上连铸平台温度约1570～1580℃，第一包开浇温度1540～1560℃。连铸采用弧形连铸机，三流小方坯拉速约1.4～1.6m/min，方坯截面为150mm×150mm。
[0021] 本实施例中的低沸点稀贵金属的中间包微合金化设备的支路a的管径8mm并与炼钢厂总氩气管道相连，支路a安装的电子稳压阀1，稳压范围0～0.5MPa，在电子稳压阀1后安装电子流量计2，量程为0～150Nl/min，电子流量计2的流量由集成控制软件调控。
[0022] 本实施例中，粉体储存输送装置由球阀3、粉体储存装置4、高精度调节阀5组成，安装在喷粉支路a的电子流量计2之后。粉体储存装置4与喷粉支路a相连，中间安装一个球阀3控制氩气充入仓内的流量，保护合金粉体并平衡压力。粉体储存装置4和支路a间安装的高精度调节阀5，可控制粉体下落速率为0～0.1kg/min。
[0023] 本实施例中，支路a管道末端由金属软管7与预埋入冲击区的侧吹枪8相连，中间包砌包时，在中间包冲击区外层钢板预开孔，将侧吹枪8在水平方向预埋入中间包冲击区耐材壁内，侧吹枪8枪体轴线水平位置为距冲击区底部(1/4～1/3)h钢液面，侧吹枪8由螺栓固定于中间包外壁上。侧吹枪8外层为予制为锥台形的1mm厚金属外壳9，内层为高铝材质耐材砖，砖中心为6个直径1.0mm的金属管11。设备使用前进行冷测，保证管道通畅。
[0024] 本实施例还有中间包冲击区液面气体保护装置，即支路b从炼钢厂氩气总管道接入，支路b管道上安装有球阀12控制开关并调节氩气流量。支路b前端的冲击区液面保护装置13由钢管做成，在钢管垂直向下方向开6个出气孔。开口圆环的开口宽度要大于钢包长水口的外径，开口度为1.5D长水口。
[0025] 本实施例中的集成控制软件，是由VB语言编写的程序，将连铸过程的机械信号转化为电子信号并采集存储。主要实现以下功能：连铸参数采集、大包钢水流量采集、拉坯质量流量计算、微合金化流量计算、气体输送粉体参数核算、管道压力监测、管道压力调节、管道流量监测、管道流量调节、粉体流量监测、调节粉体流量，可以监控拉坯质量流量，计算微合金化量，监控与调节粉体流量大小，监测并调节输送气体管道(支路a)的压力与流量，工艺参数收集储存，喷吹系统异常报警。
[0026] 具体操作流程为：连浇第一包开浇前，两个管道(支路a，支路b)只输送氩气；当大包开浇信号启动后，由集成控制软件根据钢包滑板水口开口度、钢液面与出钢口相对高度、钢液密度与钢种成分要求等参数，计算得出金属粉体输送量为7～8g/min，集成控制软件发出信号后即开启金属粉体的高精度控制阀5，支路a管道氩气流量为100Nl/min，将储存仓的金属粉体通过冲击区的侧吹枪8喷吹到冲击区内与钢液快速均匀熔合，通过冲击区液面保护装置13防止冲击区内钢液翻腾引起的二次氧化，金属收得率在92％以上。
[0027] 当连浇第一包结束时，该集成软件控制高精度调节阀5关闭，停止喷粉，只保留支路a的氩气输送起到搅拌和净化钢液、保护侧吹枪的作用。当第二包钢水开浇时，该集成软件重新给出喷粉信号，使高精度调节阀5开启，再次进行喷粉。后续连浇包次即重复以上操作。
