CN102127618A - 钢水真空精炼增氢深脱碳装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及金属精炼领域，特别涉及一种钢水真空精炼增氢深脱碳装置和方法。该装置包括钢水包(1)和真空室(6)，真空室(6)上部设有顶吹氧枪(5)和抽真空管道(4)，真空室(6)底部设有上升浸管(2)和下降浸管(9)；上升浸管(2)连有上升浸管吹氩管(3)，下降浸管(9)下部布置一环状气体喷吹元件(11)，该环状气体喷吹元件(11)通过气体分配环管(10)与下降浸管吹氩管(7)和吹氢管(8)连通。本发明延长装置使用寿命，方法简单实用，实现了生产碳含量小于10×10^-6的超低碳钢低成本高效生产。

Description

钢水真空精炼增氢深脱碳装置和方法

技术领域

本发明属于金属精炼领域，特别涉及一种钢水真空精炼增氢深脱碳装置和方法。

背景技术

为了适应汽车板钢对冷轧板延伸率和深冲性能的更高要求，人们在生产超低碳钢技术方面进行了大量开发和研究，目的就是以较低的成本生产这种超深冲冷轧钢板。目前采用RH精炼装置已能生产碳[C]含量在20×10^-6以上的钢水，但是在RH钢水中[C]≤20×10^-6时，脱碳反应速度大幅度下降，造成在工业上大量生产[C]≤20×10^-6的超低碳钢很困难。在RH中超低碳区的脱碳反应[C]+[O]＝[CO]主要取决于溶解在钢液中的碳元素的传质速度和气相中CO分压。在惰性气体或氢气的气泡中对于CO气体来说是真空状态，从热力学上有利于脱碳反应。但是在低碳下，钢水中的碳以及氧传质速度慢，造成脱碳反应速度慢。要提高低碳下钢水中碳氧向反应界面的传质速度主要措施就是加强搅拌和增大反应截面积。对于气泡反应界面来说，当气泡越小其反应截面积越大。在钢水中溶入氢，在高真空下，溶入钢水的氢在钢液中析出形成微小氢气泡，钢液中产生的微小氢气泡内的CO分压低反应截面积大有利低碳钢水的碳脱除，从而实现超低碳([C]≤20×10^-6)钢的生产。相关的现有技术报道有：

日本川崎钢铁公司的千叶钢厂开发出了在RH上升浸管内的原吹氩喷管中喷吹氢气的方法，处理前期提高钢水氢含量，后期增大真空度，在脱氢产生大量微细气泡的同时加强超低碳钢水的脱碳反应。(参见Koji Yamaguchi等，用吹氢法提高RH脱气装置中超低碳钢的脱碳速度，武钢技术，1995，Vol33，No4，PP34-38)。该方法实现了对低碳钢水深脱碳目的，能生产[C]≤10×10^-6的超低碳钢水。但是该方法存在最大不足就是在RH上升浸管内随氩气喷入氢气，气体在上升钢液流中上浮速度很快，氢气在钢水中停留时间短，从而被钢水完全吸收的效率不是很高。

NKK(日本钢管公司)的Keihin(扇岛)厂采用通过底吹透气砖或插入式喷枪向钢水包内钢水喷吹氢气的方法使钢水增氢，然后在RH精炼炉抽高真空，使氢从低碳钢液中析出产生大量微小气泡，从而加快低碳钢水中碳氧反应，实现超低碳钢生产。(参见N.Sumida，T.Fujii，Y.Oguchi，H.Morishita and F.Sudo，“Production of Ultra-low Carbon Steel by Combined Process of Bottom-Blown Converter and RH Degasser”.Kawasaki Steel Technical Report，No.8，September，1983，pp.69-76。)然而该方法存在其缺点，主要体现在从插入式喷枪吹入氢气，喷枪寿命比较低从而其成本比较高，在RH精炼处理中从钢水包底部吹入氢气增氢，对RH精炼处理影响大，底吹产生的气液两相流对RH插入的上升与下降浸管冲刷严重，影响上升下降浸管的寿命。

发明内容

本发明的目的在于得到一种简便、低成本的钢水真空精炼与深脱碳装置和方法，向钢水中吹入氢(氩)气，实现高效低成本的生产超低碳钢。

为实现上述目的，本发明的第一方面是提供一种钢水真空精炼增氢深脱碳装置，它包括：钢水包(1)和真空室(6)，真空室(6)上部设有顶吹氧枪(5)和抽真空管道(4)，真空室(6)底部设有上升浸管(2)和下降浸管(9)；上升浸管(2)连有上升浸管吹氩管(3)，其特征在于：下降浸管(9)下部布置一环状气体喷吹元件(11)，该环状气体喷吹元件(11)通过气体分配环管(10)与下降浸管吹氩管(7)和吹氢管(8)连通。

环状气体喷吹元件(11)设有10-100根径向分布的不锈钢毛细管(14)；所述毛细管(14)管径为1-3mm，间距大于10mm，并与气体分配环管(10)固定连接且气体连通。

毛细管(14)外部包有高致密高强抗热震耐火材料(13)，并外设保护套砖(12)。

环状气体喷吹元件(11)安装于距下降浸管(9)底部150mm以上的位置处，并与其固定连接。

为了进一步实现本发明的目的，本发明还提供了一种钢水真空精炼增氢深脱碳的方法，包括如下步骤：

a.在钢水包(1)进站后顶升钢水包(1)或下降真空室(6)；

b.将上升浸管(2)和下降浸管(9)插入钢水中，抽真空到8-15KPa，以提升真空室(6)内钢水液位；

c.通过上升浸管吹氩管(3)向上升浸管(2)内喷吹氩气，在气泡产生的气液两相流作用下，钢水包(1)内的钢水与真空室(6)内的钢水产生循环流动，促进钢水搅拌混匀；

d.顶吹氧枪(5)吹氧，同时升温，达到脱碳要求后停止吹氧；

e.逐步提高真空室(6)内的真空度，在1-3KPa下保持5-6min，再将真空度提升到67Pa，直到钢水中碳含量下降到20×10^-6～30×10^-6；

f.再将真空度回到1-3KPa，同时从下降浸管(9)的环状气体喷吹元件(11)吹入混合气体，持续4-5min；

g.当钢水中氢含量升到4-5×10^-6以后，停止喷吹混合气体，将真空度再次提升到67Pa左右，保持处理10-15min；直到钢水中氢含量降低到2×10^-6以下。

通过环状气体喷吹元件(11)吹入的混合气体为氩气、氢气或氩氢混合气体；其流量为上升浸管(2)提升钢水喷吹气体流量的1/20～1/3。

下降浸管(9)的喷吹气体通过下降浸管(9)下部的环状气体喷吹元件(11)喷出给钢水增氢，使得在高真空下，钢水中氢析出产生大量微细小气泡，对钢水进行深脱碳。

本发明相对于现有技术的改进之处在于：

1.在RH精炼前期(深脱碳以前)从RH精炼装置的下降浸管中吹入氩气、氢气或氩氢混合气体，由于下降浸管中钢液流向与喷入的微小气泡运动方向相反，气泡在钢水中停留时间大大增加，实现高效增氢；

2.在钢水碳含量达到20×10^-6后，在抽高真空下将钢水中氢析出，产生大量微小气泡，由于氢气泡内CO分压很低，大量微小气泡与钢水之间界面积很大，为钢水中的[C]+[O]-＞[CO]反应创造了很好的热力学和动力学条件；

3.延长了装置使用寿命，并进一步降低了钢水中的碳含量，实现生产碳含量小于10×10^-6的超低碳钢。

附图说明

图1是本发明中RH精炼炉喷吹氢气深脱碳装置的系统图；

图2是图1中A-A处的剖面图；

图3是图2中B-B处的剖面图。

附图标记

1钢水包

2上升浸管

3上升浸管吹氩管

4抽真空管道

5顶吹氧枪

6真空室

7下降浸管吹氩管

8吹氢管

9下降浸管

10气体分配环管

11环状气体喷吹元件

12保护套砖

13高致密高强抗热震耐火材料

14毛细管

具体实施方式

下面根据附图对本发明作进一步说明。

如图1、图2、图3所示，本发明的钢水真空精炼增氢深脱碳装置包括：钢水包1和真空室6，真空室6上部设有顶吹氧枪5和抽真空管道4，真空室6底部设有上升浸管2和下降浸管9；上升浸管2连有上升浸管吹氩管3，下降浸管9下部布置一环状气体喷吹元件11，该环状气体喷吹元件11通过气体分配环管10与下降浸管吹氩管7和吹氢管8连通。

所述环状气体喷吹元件11设有10根以上管径为1-3mm的毛细管14，本实施例为不锈钢毛细管；所述毛细管14间距大于10mm，并与气体分配环管10固定连接且气体连通，本实施例为焊接。

所述环状气体喷吹元件11安装于距下降浸管9底部150mm以上的位置处，并与其固定连接，本实施例为打结烧制在一起。

下降浸管与真空室6之间焊接连接。

所述的装置完成钢水真空精炼增氢深脱碳的方法，包括如下步骤：

a.在钢水包1进站后顶升钢水包1或下降真空室6；

b.将两个浸管(上升浸管2和下降浸管9)插入钢水中，抽真空到8-15KPa；提升真空室6内钢水液位；

c.上升浸管吹氩管3向上升浸管2内喷吹氩气，在气泡产生的气液两相流作用下，钢水包1内的钢水与真空室6内的钢水产生循环流动，促进钢水搅拌混匀；

d.顶吹氧枪5吹氧，同时升温，达到脱碳要求后停止吹氧；

e.逐步提高真空室6内的真空度，在1-3KPa下保持5-6min，再将真空度提升到67Pa，直到钢水中碳含量下降到20×10^-6～30×10^-6；

f.再将真空度回到1-3KPa，同时从环状气体喷吹元件11吹入混合气体，持续4-5min；由于喷入产生的含氢气泡在钢液中停留的时间很长，其增氢效率很高；

g.当钢水中氢含量升到4-5×10^-6以后，停止喷吹混合气体，将真空度再次提升到67Pa左右，保持处理10-15min；在钢水中将产生大量的氢气微细小气泡，在脱氢的同时强化钢水深脱碳；直到钢水中氢含量降低到2×10^-6以下，实现钢水中碳含量下降到10×10^-6以下的超低碳钢精炼。

其中，通过环状气体喷吹元件11吹入的混合气体为氩气、氢气或氩氢混合气体；其流量为上升浸管2提升钢水喷吹气体流量的1/20～1/3。

Claims (7)

1.一种钢水真空精炼增氢深脱碳装置，包括钢水包(1)和真空室(6)，真空室(6)上部设有顶吹氧枪(5)和抽真空管道(4)，真空室(6)底部设有上升浸管(2)和下降浸管(9)；上升浸管(2)连有上升浸管吹氩管(3)，其特征在于：下降浸管(9)下部布置一环状气体喷吹元件(11)，该环状气体喷吹元件(11)通过气体分配环管(10)与下降浸管吹氩管(7)和吹氢管(8)连通。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述环状气体喷吹元件(11)设有10-100根径向分布的不锈钢毛细管(14)；所述毛细管(14)管径为1-3mm，间距大于10mm，并与气体分配环管(10)固定连接且气体连通。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于：所述毛细管(14)外部包有高致密高强抗热震耐火材料(13)，并外设保护套砖(12)。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述环状气体喷吹元件(11)安装于距下降浸管(9)底部150mm以上的位置处，并与其固定连接。

5.一种如权利要求1所述的装置完成钢水真空精炼增氢深脱碳的方法，其特征在于，它包括如下步骤：

a.在钢水包(1)进站后顶升钢水包(1)或下降真空室(6)；

b.将上升浸管(2)和下降浸管(9)插入钢水中，抽真空到8-15KPa，以提升真空室(6)内钢水液位；

c.通过上升浸管吹氩管(3)向上升浸管(2)内喷吹氩气，在气泡产生的气液两相流作用下，钢水包(1)内的钢水与真空室(6)内的钢水产生循环流动，促进钢水搅拌混匀；

d.顶吹氧枪(5)吹氧，同时升温，达到脱碳要求后停止吹氧；

e.逐步提高真空室(6)内的真空度，在1-3KPa下保持5-6min，再将真空度提升到67Pa，直到钢水中碳含量下降到20×10^-6～30×10^-6；

f.再将真空度回到1-3KPa，同时从下降浸管(9)的环状气体喷吹元件(11)吹入混合气体，持续4-5min；

g.当钢水中氢含量升到4-5×10^-6以后，停止喷吹混合气体，将真空度再次提升到67Pa左右，保持处理10-15min；直到钢水中氢含量降低到2×10^-6以下。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于：通过环状气体喷吹元件(11)吹入的混合气体为氩气、氢气或氩氢混合气体；其流量为上升浸管(2)提升钢水喷吹气体流量的1/20～1/3。

7.如权利要求5所述的方法，其特征在于：所述下降浸管(9)的喷吹气体通过下降浸管(9)下部的环状气体喷吹元件(11)喷出给钢水增氢，使得在高真空下，钢水中氢析出产生大量微细小气泡，对钢水进行深脱碳。

Images