具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例中的特征可以相互结合。

目前广泛采用的中频炉熔炼废钢来生产高合金钢时，具备低成本，高合金元素收得率的优势。但是废钢中的有害元素磷却不能够有效去除，通常将低磷铁屑或纯铁兑入钢水中来降低钢水中磷的含量。中频炉不能有效脱磷的原因是熔池形状与电弧炉相比较，呈细柱状，渣金反应界面相对过小所致，此外还受制于熔渣的强还原性。向熔池吹氧能够改善氧化脱磷的条件，但是过小的渣金反应界面使得磷不能有效地迁移至熔渣，同时会大幅度降低合金元素的收得率。尽管后经钢包精炼和真空除气处理，仍然无法有效去除磷这一有害元素。由于原中频炉—钢包精炼—真空除气的强还原性冶金过程，脱氧去硫能够达到很高水准，一般而言，钢中含硫能够达到小于15ppm，全氧小于18ppm，这对于大多数高合金钢材而言属于高水平。而磷含量在多数情况下，根据原料的原始磷含量不同处于0.02～0.05％，如果要求特钢的磷含量小于0.018wt％，比如针对高合金钢种，如切削刀具采用的高速钢，冷热或交变应力作用下的模具钢，这些钢材的磷含量通常要求达到0.015wt％以下，而废钢与铁合金带入钢水中的磷大多在0.025wt％以上。通过精选废钢或参兑纯铁或低磷铁屑，冶金成本上升。

为了改善现有的中频炉炼钢得到的钢水脱磷效果不佳的问题，本申请实施例提供一种脱磷炉010以及应用该脱磷炉010的钢水脱磷方法和冶金工艺。

图1为本申请一种实施例中脱磷炉010的示意图；图2为图1中脱磷炉010在A-A方向上的剖视图。请参考图1和图2，本实施例提供的一种脱磷炉010，包括炉底100和炉壁200。炉壁200沿炉底100的边缘设置以与炉底100共同围成炉腔，脱磷炉010远离炉底100的一端具有连通炉腔的开口，炉底100具有至少两个下凹的子腔。在可选的实施方式中，炉底100和炉壁200的内表面铺设有碱性炉衬，能够保证整个脱磷过程炉渣处于高碱度。可选的，炉衬可以采用高纯度氧化镁砖，以确保钢水020与炉渣相互倾注过程，即使炉衬被熔渣侵蚀也不会影响炉渣的碱度，确保脱磷效果。

在本实施例中，炉底100具有两个子腔，两个子腔分别为第一子腔101和第二子腔102。炉底100在两个子腔之间形成肩部103，肩部103低于脱磷炉010的开口。具体的，炉底100包括第一底壁110、第二底壁120、第三底壁130和第四底壁140，第一底壁110和第二底壁120呈夹角设置以形成第一子腔101，第三底壁130和第四底壁140呈夹角设置以形成第二子腔102。如图2所示，第一底壁110、第二底壁120、第三底壁130和第四底壁140朝向炉腔的表面均为平面，因此形成的第一子腔101、第二子腔102的截面均为V形。第二底壁120远离第一底壁110的一端与第三底壁130远离第四底壁140的一端相连，并在连接处形成向炉腔内凸出的肩部103。

在本实施例中，第一底壁110和第二底壁120之间的夹角与第三底壁130与第四底壁140之间的夹角可以设置为相同，均为100°～140°，优选为120°。第一子腔101和第二子腔102可以设置为对称。

在本实施例中，炉壁200包括依次连接的第一侧壁210、第二侧壁220、第三侧壁230和第四侧壁240，脱磷炉010的开口为矩形。具体的，第一侧壁210与第三侧壁230相对设置，第二侧壁220与第四侧壁240相对设置。本实施例中，第一侧壁210与第一底壁110相连，第三侧壁230与第四底壁140相连。

在本实施例中，炉壁200外侧设置有两个主提拉部221，两个主提拉部221分别位于脱磷炉010相对的两侧，两个主提拉部221的间隔方向与两个子腔的间隔方向垂直。具体的，两个主提拉部221分别位于第二侧壁220的外侧和第四侧壁240的外侧。通过两个吊钩分别勾住这两个主提拉部221，能够将脱磷炉010提起并运输。

在本实施例中，炉壁200外侧还设置有至少一对副提拉部222，属于同一对的两个副提拉部222的间隔方向与两个子腔的间隔方向一致，以使得能够通过提拉一对副提拉部222中的一个调整两个子腔的相对高度。具体的，本实施例的炉壁200外侧设置有两对副提拉部222，这两对副提拉部222分别位于第二侧壁220和第四侧壁240的外侧，同一对的两个副提拉部222分别位于主提拉部221的两侧。

在本实施例中，主提拉部221与副提拉部222均为凸出于炉壁200外侧的柱体，这样方便钩子勾住。

图3至图5为本申请一种实施例中钢水020在不同姿态下的脱磷炉010内的示意图。如图3至图5所示，当脱磷炉010倾斜时，钢水020可以容纳在脱磷炉010中的一个子腔内。应理解，当脱磷炉010倾斜时，钢水020并非仅被炉底100形成的子腔壁面所承接，还利用了炉壁200的内侧，因此，容纳所有钢水020的空间不仅包含了一个子腔的空间，还包含靠近侧壁(比如第一侧壁210或第三侧壁230)并与该子腔相邻的空间。图3所示为钢水020在第一子腔101中的示意图，此时脱磷炉010左端高于右端，使得第一底壁110与第三底壁130呈水平，钢水020被第一底壁110、第二底壁120、第一侧壁210、第二侧壁220、第四侧壁240包围。图4所示为脱磷炉010整体水平时的示意图，第一子腔101、第二子腔102中均有钢水020。图5所示为钢水020在第二子腔102中的示意图，此时脱磷炉010右端高于左端，使得第二底壁120与第四底壁140呈水平，钢水020被第三底壁130、第四底壁140、第三侧壁230、第二侧壁220、第四侧壁240包围。可见，通过向上提拉副提拉部222，能够使脱磷炉010倾斜，使得钢水020在第一子腔101和第二子腔102之间来回倾倒。在倾倒过程中，钢水020混合着炉渣和空气，从炉底100的肩部103翻过，整个过程为脱磷反应创造了较好的动力学条件。

在本申请可选的其他实施例中，子腔的数量可以更多，比如三个以上，多个子腔绕着炉腔的中轴线呈圆周向排列设置，通过将脱磷炉倾斜，并绕底部支点转动，也可以使钢水在各个子腔中相互倾倒，为脱磷创造良好的动力学条件。在可选的其他实施例中，脱磷炉的开口也可以是圆形，侧壁呈圆筒状。

本申请实施例还提供一种钢水脱磷方法，采用了本申请实施例提供的脱磷炉010来进行钢水脱磷。请参照图3至图5，具体的，该方法包括：

(1)将钢水和脱磷渣置于脱磷炉中。

具体的，可先将脱磷炉010烘烤至800～1000℃，然后将脱磷渣030装入各个子腔中。以本申请实施例提供的具有两个子腔的脱磷炉010为例，将脱磷渣030分别装入到第一子腔101和第二子腔102，如图3所示。使脱磷炉010倾斜，将钢水020装入其中一个子腔中(在本实施例中为第一子腔101)。脱磷炉010倾斜角度以能够使第一底壁110呈水平为宜，比如在本实施例中，则是向右倾斜30°。在可选的实施方式中，脱磷渣030为预熔脱磷渣，是经预熔冷却后粉碎获得的。采用预熔脱磷渣是为了加快炉渣融化速度，更快地吸收钢水020中的磷元素。

倾注到脱磷炉010之前，钢水020的温度可以控制在1650±20℃。当高温钢水020注入到炉腔时，一方面将脱磷渣030熔化，另一方面由于炉衬吸热和辐射散热，钢水020温度迅速降低，在1450-1500℃之间则有利于脱磷反应的进行。冶金理论与实践证明，钢水020的脱磷是放热反应，低温或降温过程都有利于脱磷反应的进行。

(2)通过调整脱磷炉的倾角，将钢水从一个子腔倾倒进另一个子腔。

具体的，该步骤可由吊车提拉副提拉部222来实现。一次倾倒的过程如图3至图5的过程。在可选的实施方式中，将钢水020从一个子腔倾倒进另一个子腔的步骤重复3～5次，在本实施例中，则是令钢水020和炉渣(其中主要是脱磷渣030)在第一子腔101和第二子腔102之间来回倾倒。注意倾注过程保持某一最小倾注速度，以保证脱磷渣030与钢水020获得最高程度的混合并卷入空气，上限是钢水020不能大量地飞溅到渣线以上或炉外，从而获得满意的金属收得率。比如，可以采用0.5-2.5t/s的速度进行倾注。

最终使钢水020处于具有浇钢口的一侧，然后镇定5min以上，再进行取钢样，分析后确定钢水020磷含量。如果钢水020磷含量高于控制范围，根据分析磷含量加入钢水020重量的2～4％新渣(必要时，造新渣前先扒渣)，在将钢水020和熔渣在两个子腔间相互倾倒2～4次，再取钢样，分析磷含量。当钢水020磷含量处于控制范围内，则吊钢包，出钢。倾注到钢包的熔渣首先扒渣，可防止回磷。

在本实施例中使用的脱磷渣030包含CaO、Fe₂O₃和CaF₂，脱磷渣030与钢水020的质量比为3～8％。脱磷渣030的组分具体可以包含45wt％CaO、30wt％Fe₂O₃、20wt％CaF₂，脱磷渣030碱度为2.5～3.5。碱性氧化性脱磷渣030是脱磷反应的一个有利条件，不仅在脱磷渣030内添加足量的氧化铁，而且在钢水020在两个子腔间相互倾注过程中钢水020与空气的接触不断生成新的氧化铁，这样可以确炉渣的氧化性；而且本实施例中脱磷炉010采用了碱性炉衬，能够确保整个脱磷过程炉渣处于高碱度。在本申请实施例中，脱磷过程炉内气氛为空气。

从冶金过程反应动力学角度分析，本申请实施例的钢水脱磷方法采用了专门设计的脱磷炉010，通过简单的机械操作(可以通过专门的液压或机械系统实现)，就可以迫使钢水020和炉渣在两个子腔间相互倾注。钢水020、脱磷渣030和空气实现反复激烈接触，大大改善了脱磷的动力学条件，氧化脱磷得以迅速进行。以20吨钢水为例，钢水020在两个炉腔内相互倾注3次，总处理时间大约10～15分钟，加上取样分析时间，总处理时间在20分钟就可以完成。

由此可见，使用本申请实施例的钢水脱磷方法，创造出有利于脱磷反应的热力学和动力学条件，预期脱磷效率可以达到50％以上，甚至达到80％以上。这样就可以大幅度降低钢水020中磷的含量。即使采用低成本，高金属收得率的中频炉冶炼，也可以生产超低磷的高合金钢种。该钢水脱磷方法可用于制作多种型号的低磷高速钢，例如M2，M35和M42；也可以生产冷作模具钢，例如Cr12MoV，DC53，以及热作模具钢，例如H13(4Cr5MoSiV1)、及新型Diever类(4Cr5Mo2V)等。应用前景十分广阔。

本申请实施例还提供一种冶金工艺，采用了本申请上述实施例提供的钢水脱磷方法，该冶金工艺包括：

A、使用中频炉熔炼废钢得到钢水。

在本申请实施例中，配料选择可以适当放宽对入炉磷含量的限制，废钢采用中频炉加热熔化，考虑氧化脱磷可能使其碳含量下降，因此可以把钢水碳含量调整到略高于钢种要求上限0.05wt％。中频炉冶炼后期当各冶金要素(温度，控制元素含量范围)达到出钢要求时，在出钢至脱磷炉之前尽可能将熔渣全部扒干净，避免在后续脱磷过程中，中频炉熔渣中的磷以及其它有害元素吸收到钢水中，并能够确保脱磷炉造渣的高碱度。

B、使用脱磷炉对钢水进行脱磷。

可按照前文介绍的钢水脱磷方法对钢水进行脱磷，此处不再赘述。

C、对脱磷后的钢水进行钢包精炼。

钢包精炼后还可以进行真空除气。

本申请实施例提供的钢水脱磷方法和冶金工艺具有以下优势：

采用本申请实施例的冶金工艺，可以利用返回料(较高各合金元素含量)作为原料生产出高纯度(很低磷含量)的优质特钢。采用中频炉—脱磷炉脱磷—钢包精炼—真空除气的流程，能够有效去除50％以上的磷，在这种条件下，采购废钢的条件可以适当放宽，入炉原材料成本降低。本申请实施例提供的脱磷炉010的脱磷过程几乎不需要额外太多的成本，只是略微增加了一点迫使钢水和炉渣在子腔之间相互倾注的动力，还有冶炼钢水重量3～8％的预熔渣，而且操作过程简单，容易实现。

在一个具体的冶炼高速钢W6Mo5Cr4V2的实施例中，冶金工艺包括以下步骤：

第一步：使用20吨中频炉熔炼废钢，冶炼末期磷分析为0.040％，加热温度达1650℃，扒渣后准备出钢。

第二步：将碱性炉衬的脱磷炉烘烤至950±50℃，将成分CaO(45％)+Fe₂O₃(30％)+CaF₂(20％)的脱磷渣公斤，等分后分别装入脱磷炉010的两个子腔中。

第三步：将钢水注入双腔脱磷炉的一个炉底，如图3；控制浇铸速度为2吨/秒。

第三步：全部钢水注入脱磷炉后，利用吊车将钢水倾注到另一个子腔，倾注速度2.5t/s。

第四步：重复第三步，将钢水在两个子腔之间相互倾注三次以后，使得钢水处于具有浇钢口的一侧，钢水镇定后取钢样，送分析室确定钢水磷含量。

第五步：钢样磷含量分析结果为0.012％，满足钢水磷含量控制范围要求。

第六步：将脱磷炉中的钢水倒出至钢包，出钢前将含磷的炉渣扒除。

综上所述，本申请实施例提供的脱磷炉的炉底具有至少两个子腔，使得钢水可以在不同的子腔之间进行倾倒。在使用本申请实施例提供的钢水脱磷方法，使用该脱磷炉对钢水进行脱磷时，钢水在不同的子腔之间倾倒的过程中，钢水与脱磷渣能够混合，渣-金反应界面增加，为脱磷提供良好的热力学和动力学条件，钢水中的磷能够有效地从钢水中脱除。采用本申请实施例的脱磷炉以及钢水脱磷方法，能够将钢中的磷含量有效地控制在0.015％以下，由于钢材纯净度的提升，其各项使用性能必然获得显著改善，满足工业发展对特钢的质量要求。

本申请实施例提供的冶金工艺包括使用上述的脱磷炉、钢水脱磷方法对中频炉熔炼废钢得到的钢水进行脱磷，因此能够有效降低钢水以及最终的钢材中的磷含量。

以上，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。