CN108588338A - 一种vd炉利用co2炼钢脱氮的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及炼钢工业技术领域，尤其涉及一种VD炉利用CO₂炼钢脱氮的方法，适用于30~350t钢包VD精炼过程。根据所述方法精炼进程，利用钢包底吹CO₂或CO₂‑Ar，在各阶段采用不同底吹模式，钢液成分混匀期采用小流量混气底吹，防止钢液氧化、加快抽真空速度；高真空脱碳期采用较大流量底吹纯CO₂，促进CO₂进行脱碳，进而深度脱氮、强化去氢；底吹复通期通过切换底吹气为Ar，高压喷吹保证底吹元件正常运行；钢液净化期，底吹软吹CO₂‑Ar混合气体，促进非金属夹杂物快速上浮，同时由于主吹CO₂气体，减小了底吹喷嘴受到的热冲击，延长底吹寿命，最终实现VD炉低成本冶炼低氮钢。

Description

一种VD炉利用CO2炼钢脱氮的方法

技术领域

本发明涉及炼钢工艺技术领域，尤其涉及一种VD炉利用CO₂炼钢脱氮的方法。

背景技术

目前VD精炼应用广泛，通过真空条件下底吹Ar气体，基本可达到多数钢种所需的脱氢、均匀钢液成分和温度、促使非金属夹杂物上浮等精炼要求，但是钢液氮含量高的问题始终限制着许多钢种质量的提升。多数钢铁企业在VD之前的工序进行钢液深脱氧处理，因此单纯底吹Ar不能在VD工序进行钢水脱碳处理，而由于CO气泡具有比Ar气泡更强的脱氮能力，因此底吹Ar同样限制了VD炉快速深脱氮的可能，同时采用大流量底吹Ar可能在钢液中形成气柱，不仅起不到均匀搅拌的作用，而且会造成钢液卷渣。

中国专利CN 200780005152.9公开了钢水脱氮方法，在电弧炉出钢至真空精炼容器过程中，向钢水浴面添加金属Al物质和CaO，向钢水提供含氧气体，利用AlN形成反应进行脱氮。该方法虽可以进行有效脱氮，但是Al在钢液中会同时进行深脱氧反应，很大程度上造成了冶炼成本的增加。

中国专利CN201010598281.7公开了一种采用VD+LF+VD工艺生产低碳、超低碳钢的方法，采用VD真空碳氧互脱，再经过LF+VD精炼，该过程虽然实现了第一次VD炉处理过程脱碳，但其处理工序较为繁复，最终的VD处理工序仍然未实现深脱氮，而且增加了冶炼成本，减缓了冶炼节奏。

因此在不增加冶炼工序、不改变冶炼流程的前提下，如何实现VD炉低成本冶炼低氮钢一直是炼钢行业内亟待解决的技术瓶颈。

发明内容

本发明的目的在于提供一种VD炉利用CO₂炼钢脱氮的方法，在VD底吹CO₂或CO₂-Ar的前提下，控制VD各冶炼阶段的底吹气体及流量，利用CO₂脱碳反应生成大量的弥散CO气泡，保证VD炉内CO₂脱碳、脱气及去夹杂物的热力学与动力学条件，最终实现VD炉内深脱氮。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种VD炉利用CO₂炼钢脱氮的方法，所述方法将VD精炼过程划分为钢液成分混匀期、高真空脱碳期、底吹复通期、钢液净化期4个阶段，VD精炼钢包通过在不同阶段底喷嘴底吹CO₂气体或CO₂-Ar混合气体，选择强脱氮模式和弱脱氮模式分别针对进站不同氮含量钢液进行冶炼，保证VD出站钢液氮、氢含量分别低于30ppm、1.5ppm，同时建立底吹压力-流量实时监测曲线判断底吹装置的侵蚀堵塞情况；

VD精炼过程中根据进VD工序时钢液氮含量不同选择强脱氮模式或弱脱氮模式；所述强脱氮模式针对氮含量60ppm～90ppm的进站钢液；所述弱脱氮模式针对氮含量30ppm～60ppm的进站钢液；

在所述钢液成分混匀期，即VD快速抽真空阶段，采用小流量底吹CO₂-Ar混合气体，其中，强脱氮模式：底吹流量0～0.8NL/min·t，所述CO₂-Ar混合气体中CO₂混入比例为30～60％；弱脱氮模式：底吹流量0～0.5NL/min·t，所述CO₂-Ar混合气体中CO₂混入比例为30～60％；

在所述高真空脱碳期，底吹纯CO₂气体进行脱碳，在此期间通过压力-流量监测曲线判断底吹堵塞情况，以决定底吹复通期操作，若压力-流量曲线显示底吹压力增大流量减小或流量为零，则底吹喷嘴出现堵塞情况；强脱氮模式：底吹流量6.0～10NL/min·t；弱脱氮模式：底吹流量3.5～6.0NL/min·t；

在所述底吹复通期，通过观察实时流量监测曲线判断底吹是否出现堵塞，若出现堵塞，则采用底吹纯Ar 2～4min，压力设置0.3～1.8MPa，保证底吹装置正常稳定运行；

在所述钢液净化期，利用底吹CO₂-Ar混合气体，促使脱氮、氢的反应继续进行，同时弱搅拌给钢液内非金属夹杂物充分上浮的时间；强脱氮模式：底吹流量0.6～1NL/min·t，所述CO₂-Ar混合气体中CO₂混入比例70～90％；弱脱氮模式：底吹流量0.3～0.6NL/min·t，所述CO₂-Ar混合气体中CO₂混入比例40～70％。

进一步地，所述的一种VD炉利用CO₂炼钢脱氮的方法，其步骤如下：

步骤1：钢包进入VD工位，钢液进行测温、取样、喂丝；

步骤2：根据步骤1取样检测钢液氮含量选择强脱氮模式或弱脱氮模式，VD进入抽真空阶段，开启钢包底吹，向钢包内喷吹CO₂-Ar混合气体，控制流量为0～0.8NL/min·t，保证抽真空过程底吹正常运行，快速提高真空度至67Pa以下，该过程需4～8min；

步骤3：达到真空度后，关闭底吹Ar供气管路，调节底吹流量至3.5～10NL/min·t，保持15～20min，进行充分脱碳，同时利用CO₂脱碳生成双倍体积的CO气泡去除钢中氮、氢；

步骤4：打开底吹Ar供气管路，根据步骤2～3过程中压力-流量情况判断底吹堵塞情况，进而调节Ar供气压力0.3～1.8MPa进行复通，然后关闭CO₂供气管路，保持底吹2～4min，确保底吹装置正常稳定运行；

步骤5：钢液净化期，即破真空前3～6min，开启CO₂供气管路，与Ar混气后调节流量0.3～1NL/min·t进行软吹，防止钢液卷渣；

步骤6：破真空后，关闭底吹气体，进行取样、测温，静置1～5min，非金属夹杂物充分上浮，最后吊包至下一工序；

步骤7：等待下一钢包进站，重复步骤1～6。

进一步地，所述方法适用于VD进站碳含量高于0.01％的钢液。

进一步地，所述方法适用于VD进站温度高于1620℃的钢液。

进一步地，所述方法适用于30～350t钢包VD处理工位。

本发明适用于30～350t钢包VD处理工位，在不增加冶炼工序、不改变原工艺流程的基础上，本发明的优化效果是：1)在高真空脱碳期，利用CO₂脱碳生成大量弥散CO气泡，进而将氮、氢含量分别稳定控制在30ppm、1.5ppm以下；2)在钢液净化期，通过软吹利用脱碳产物CO吸附钢中夹杂物，钢中非金属夹杂物数量明显减少；3)CO₂由底喷孔吹入熔池过程中，由于CO₂气体膨胀吸热及反应吸热特性，降低底吹元件工作温度，减小了底吹元件受到的热冲击，延长底吹装置寿命；4)VD底吹CO₂或CO₂-Ar，由于CO₂气体价格低于Ar，通过主吹CO₂，节约了底吹气成本。

本发明能够利用钢包底吹CO₂或CO₂-Ar，在各阶段采用不同底吹模式，钢液成分混匀期采用小流量混气底吹，防止钢液氧化、加快抽真空速度；高真空脱碳期采用较大流量底吹纯CO₂，促进CO₂进行脱碳，进而深度脱氮、强化去氢；底吹复通期通过切换底吹气为Ar，高压喷吹保证底吹元件正常运行；钢液净化期，底吹软吹CO₂-Ar混合气体，促进非金属夹杂物快速上浮，同时由于主吹CO₂气体，减小了底吹喷嘴受到的热冲击，延长底吹寿命，最终实现VD炉低成本冶炼低氮钢。

附图说明

图1为典型强脱氮模式流量曲线(未考虑底吹堵塞，未涉及底吹复通期)；

图2为典型弱脱氮模式流量曲线(未考虑底吹堵塞，未涉及底吹复通期)。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细描述。

实施例1：

本发明应用于70t钢包VD处理工位。

一种VD炉利用CO₂炼钢脱氮的方法，其步骤如下：

1)钢包进入VD工位，钢液进行测温、取样、喂丝，进站碳含量0.07％、氮含量64ppm，钢水温度1627℃；

2)VD进入抽真空阶段，冶炼采用强脱氮模式，开启钢包底吹，向钢包内喷吹CO₂-Ar混合气体，CO₂混入比例60％，控制底吹流量为0.6NL/min·t，保证抽真空过程底吹正常运行，4min后提高真空度至67Pa；

3)达到真空度后，关闭底吹Ar供气管路，调节底吹流量至7NL/min·t，保压18min，进行充分脱碳，同时利用CO₂脱碳生成双倍体积的CO气泡去除钢中氮、氢；

4)打开底吹Ar供气管路，根据步骤1～3中压力-流量情况，流量呈现减小的趋势，判断底吹轻微堵塞，调节Ar供气压力0.5MPa进行复通，然后关闭CO₂供气管路，保持底吹2min，确保底吹装置正常稳定运行；

5)钢液净化期，即破真空前4min，开启CO₂供气管路，与Ar混气后调节流量0.7NL/min·t进行软吹，防止钢液卷渣；

6)破真空后，关闭底吹气体，进行取样、测温，静置4min，非金属夹杂物充分上浮，最后吊包至下一工序；

7)等待下一钢包进站，重复步骤1～6。

采用本发明所述方法后，VD出站氮含量28ppm，平均氢含量低于1.2ppm。

实施例2：

本发明应用于150t钢包VD处理工位。

一种VD炉利用CO₂炼钢脱氮的方法，其步骤如下：

1)钢包进入VD工位，钢液进行测温、取样、喂丝等操作，进站碳含量0.04％、氮含量49ppm，钢水温度1630℃；

2)VD进入抽真空阶段，冶炼采用弱脱氮模式，开启钢包底吹，向钢包内喷吹CO₂-Ar混合气体，CO₂混入比例60％，控制底吹流量为0.6NL/min·t，保证抽真空过程底吹正常运行，6min后提高真空度至65Pa；

3)达到真空度后，关闭底吹Ar供气管路，调节底吹流量至5NL/min·t，保压20min，进行充分脱碳，同时利用CO₂脱碳生成双倍体积的CO气泡去除钢中氮、氢；

4)根据步骤1～3中压力-流量情况，压力及流量并无明显变化，判断底吹没有明显堵塞，操作进入钢液净化期；

5)钢液净化期，即破真空前5min，开启CO₂供气管路，与Ar混气后调节流量0.5NL/min·t进行软吹，防止钢液卷渣；

6)破真空后，关闭底吹气体，进行取样、测温，静置5min，非金属夹杂物充分上浮，最后吊包至下一工序；

7)等待下一钢包进站，重复步骤1～6。

采用本发明所述方法后，VD出站氮含量为25ppm，平均氢含量低于1.3ppm。本发明还可以有其它具体实施参数，凡采用同等替换或等效变形形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。

Claims (5)

1.一种VD炉利用CO₂炼钢脱氮的方法，其特征在于，所述方法将VD精炼过程划分为钢液成分混匀期、高真空脱碳期、底吹复通期、钢液净化期4个阶段， VD精炼钢包通过在不同阶段底喷嘴底吹CO₂气体或CO₂-Ar混合气体，选择强脱氮模式和弱脱氮模式分别针对进站不同氮含量钢液进行冶炼，保证VD出站钢液氮、氢含量分别低于30ppm、1.5ppm，同时建立底吹压力-流量实时监测曲线判断底吹装置的侵蚀堵塞情况；

VD精炼过程中根据进VD工序时钢水氮含量不同选择强脱氮模式或弱脱氮模式；所述强脱氮模式针对氮含量60ppm~90ppm的进站钢液；所述弱脱氮模式针对氮含量30ppm~60ppm的进站钢液；

在所述钢液成分混匀期，即VD快速抽真空阶段，采用小流量底吹CO₂-Ar混合气体，其中，强脱氮模式：底吹流量0~0.8NL/min·t，所述CO₂-Ar混合气体中CO₂混入比例为30~60%；弱脱氮模式：底吹流量0~0.5NL/min·t，所述CO₂-Ar混合气体中CO₂混入比例为30~60%；

在所述高真空脱碳期，底吹纯CO₂气体进行脱碳，在此期间通过压力-流量监测曲线判断底吹堵塞情况，以决定底吹复通期操作，若压力-流量曲线显示底吹压力增大流量减小或流量为零，则底吹喷嘴出现堵塞情况；强脱氮模式：底吹流量6.0~10NL/min·t；弱脱氮模式：底吹流量3.5~6.0NL/min·t；

在所述底吹复通期，通过观察实时流量监测曲线判断底吹是否出现堵塞，若出现堵塞，则采用底吹纯Ar 2~4min，压力设置0.3~1.8MPa，保证底吹装置正常稳定运行；

在所述钢液净化期，利用底吹CO₂-Ar混合气体，促使脱氮、氢的反应继续进行，同时弱搅拌给钢液内非金属夹杂物充分上浮的时间；强脱氮模式：底吹流量0.6~1NL/min·t，所述CO₂-Ar混合气体中CO₂混入比例70~90%；弱脱氮模式：底吹流量0.3~0.6NL/min·t，所述CO₂-Ar混合气体中CO₂混入比例40~70%。

2.根据权利要求1所述的一种VD炉利用CO₂炼钢脱氮的方法，其特征在于，操作步骤如下：

步骤1：钢包进入VD工位，钢液进行测温、取样、喂丝；

步骤2：根据步骤1取样检测钢液氮含量选择强脱氮模式或弱脱氮模式，VD进入所述钢液成分混匀期，抽真空，开启钢包底吹，向钢包内喷吹CO₂-Ar混合气体，控制流量为0~0.8NL/min·t，保证抽真空过程底吹正常运行，快速提高真空度至67Pa以下；

步骤3：所述高真空脱碳期，达到真空度后，关闭底吹Ar供气管路，调节底吹流量至3.5~10NL/min·t，保持15~20min，进行充分脱碳，同时利用CO₂脱碳生成双倍体积的CO气泡去除钢中氮、氢；

步骤4：所述底吹复通期，打开底吹Ar供气管路，根据步骤2~3中压力-流量情况判断底吹堵塞情况，进而调节Ar供气压力0.3~1.8MPa进行复通，然后关闭CO₂供气管路，保持底吹2~4min，确保底吹装置正常稳定运行；

步骤5：所述钢液净化期，即破真空前3~6min，开启CO₂供气管路，与Ar混气后调节流量0.3~1NL/min·t进行软吹，防止钢液卷渣；

步骤6：破真空后，关闭底吹气体，进行取样、测温，静置1~5min，非金属夹杂物充分上浮，最后吊包至下一工序；

步骤7：等待下一钢包进站，重复步骤1~6。

3.根据权利要求1或2所述的一种VD炉利用CO₂炼钢脱氮的方法，其特征在于：所述方法适用于VD进站碳含量高于0.01%的钢液。

4.根据权利要求1或2所述的一种VD炉利用CO₂炼钢脱氮的方法，其特征在于：所述方法适用于VD进站温度高于1620℃的钢液。

5.根据权利要求1或2所述的一种VD炉利用CO₂炼钢脱氮的方法，其特征在于：所述方法适用于30~350t钢包VD处理工位。