CN109576447A - 一种促进钢水深脱碳的rh精炼装置和方法 - Google Patents

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Abstract

一种促进钢水深脱碳的RH精炼装置和方法，钢水炉外精炼技术领域。装置包括：真空室、上升浸渍管、下降浸渍管、钢包、堰墙、吹氩管、顶吹氧枪。真空室顶部装配顶吹氧枪，底部分别与上升浸渍管和下降浸渍管相连，在真空室底部上升浸渍管出口处安装堰墙。上升浸渍管上装有吹氩管，与气体相通。上升浸渍管和下降浸渍管插入钢包内钢液中，钢液通过上升浸渍管和下降浸渍管在真空室和钢包之间循环。优点在于，利于实施，堰墙方便维护，可在工厂推广使用，具有很好的实用意义。

Description

一种促进钢水深脱碳的RH精炼装置和方法
技术领域
本发明涉及钢水炉外精炼技术领域，特别涉及一种促进钢水深脱碳的RH精炼装置和方法。
背景技术
RH精炼技术由德国Rheinstahl和Hutlenwerke公司联合开发成功，因为将真空精炼技术与钢水循环流动技术作了有效的结合，RH同时具备精炼处理周期短、脱碳效果好、钢水纯净度高等一系列优点，因此在冶炼节奏快、生产能力大的转炉炼钢厂中得到广泛应用，成为重要的炉外精炼设施。随着技术的发展，RH已可用于脱气、脱碳、脱硫、去除夹杂、均匀温度和成分等多种精炼目的。目前众多国内钢厂均已装备RH精炼设备。
国际化市场对低碳钢需求在大幅增长，具有优良韧性、加工性、深冲性能等功能的超低碳贝氏体钢、无取向冷轧硅钢、超纯铁素体不锈钢等超低碳钢系列先后被开发出，同时钢种对碳含量的要求也越来越高。 RH是钢水脱碳的重要精炼设备，为提高生产效率，国内多家钢厂在传统 RH精炼工艺的基础上先后开发出增大循环流量、快速抽真空等一系列先进工艺技术，并尝试对RH的结构进行改进和优化。近年来，RH发展已进入开发接近反应极限技术的真空精炼技术阶段。当碳含量小于0.002％后真空度对反应的影响减小，钢液静压力的影响增加。当碳含量很低，碳氧平衡分压已无法克服静压力时，气泡将难以形成，碳氧反应的进行受到抑制，结果钢水脱碳速度大幅降低，生产超低碳钢的效率变低。由于反应仅在钢液表面反应层发生，脱碳速度迅速降低,脱碳反应接近停滞，研究者通过引入脱碳反应层的概念来进行进一步的研究和技术开发。反应层厚度与不同的反应阶段和碳氧水平有关，在生产超低碳钢的常规工艺路线中脱碳的反应层厚度逐渐减小，从脱碳前期厚度远大于200mm，随后减至100～200mm，最后在[C]≤0.002％后钢水反应层波动在0～50mm。
很多厂家为了达到超低碳的合格成分，采取延长处理时间增加反应进行程度，或增加氧含量来增加反应层深度的方法，但这样会带来效率低下和钢液氧含量过高的问题。有研究者采用在RH炉浸渍管中吹入氢气提高脱碳速度，或在钢水表面吹铁矿石粉增加脱碳反应界面等方法，均取得一定的脱碳效果，但是采用这些方法要求对设备进行较大的改造，不易实现和维护[1][2]。只有不断努力发展创新技术改造和技术升级才可更有效的提高精炼技术水平。本发明的目的是要找到易于实现且有效的深脱碳方法。本发明是从反应层角度出发，通过提高反应层内钢液的流动速度和钢液的更新效率来提高精炼超低碳钢的效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种促进钢水深脱碳的RH精炼装置和方法，从提高反应效率的角度出发，通过改进精炼设备改变钢液流动状态，找到一种生产效率更高，钢液质量更纯净的钢水深脱碳装置和工艺方法。
本发明提出新的RH设备改进方法—改进RH设备底部构造，强制改变进入真空室的钢液高度，使处在反应层下部的钢液进入反应层表层，提高钢液在反应层内的反应效率和碳氧平衡水平。本发明技术采用改变钢液流动特性的技术措施，适用于RH精炼深脱碳处理，缩短RH深脱碳时间，进而缩短精炼周期，实现快速精炼的工艺目标。同时有利于降低用氧消耗，提高钢液的纯净度，这是本发明技术的意义。
本发明的钢水真空精炼深脱碳装置包括：真空室1、上升浸渍管21、下降浸渍管22、钢包3、堰墙4、吹氩管5、顶吹氧枪6。真空室1顶部装配顶吹氧枪6，底部分别与上升浸渍管21和下降浸渍管22相连，在真空室1底部上升浸渍管21出口处安装堰墙4。上升浸渍管21上装有吹氩管5，与气体相通。上升浸渍管21和下降浸渍管22插入钢包3内钢液中，钢液通过上升浸渍管21和下降浸渍管22在真空室和钢包之间循环。
本发明提出对RH炉真空室进行改进，在真空室底部增加一道圆(弧) 形堰墙。堰墙的位置位于真空室底部上升浸渍管的出口位置，俯视堰墙 (见图3和图4)为部分圆(弧)形。堰墙4的内壁与上升浸渍管的内壁平齐，即垂直式堰墙；或者可做成斜坡式堰墙，堰墙底部内壁半径与上升浸渍管的内壁半径相等，堰墙顶部内壁半径大于底部，使钢液在上升并进入真空室的过程中是由上升流动逐步变向为水平流动。堰墙4厚度200～400mm，高度100～200mm。堰墙4采用镁铬质或其它材质耐火砖砌筑。
为进一步实现本发明的目的，本发明针对超低碳钢的生产提供一种钢水真空精炼深脱碳的方法，包括如下步骤：
(1)钢包进站后通过顶升钢包或下降真空室调整插深，要求保证插深大于常规值，可控制在600～800mm；
(2)处理前要预抽真空，开始精炼后启动真空泵抽真空程序，提升真空室内钢水液位h到500mm～600mm；同时由上升浸渍管吹入提升氩气，在提升气体作用下钢液正常循环流动。
(3)抽真空到8～15KPa时开始吹氧强制脱碳，同时升温到目标温度，直到达到强制脱碳的目标碳含量后停止吹氧；
(4)停氧后，逐步提高真空室内的真空度，最终将真空室内的压力降到67Pa，同时吹氩强度逐步增大到设计最大值(不同工艺条件下的范围在0.012～0.015Nm3/(t.min))，提供良好的碳氧反应传质条件；
(5)钢水中碳含量下降到20×10-6～30×10-6时，调整插深，使真空室钢液高度h下降至300～400mm，吹氩强度保持最大，开始对钢水进行深脱碳。
(6)碳含量达到目标(<10×10-6)后，加铝脱氧，弱循环3～10min 后出站。
本发明的优点在于：
本发明对真空室进行改进，改善钢液进入真空室后的流动特性，见附图5和附图6。在普通RH中，碳含量很低时真空室内下层钢液难以参加反应，进行无效的循环，改进后全部钢液均直接从上层(距离钢液表面小于200mm或300mm，据堰的高度而定)流过，然后水平流股作为主流股与其它流股汇合后流入下降浸渍管，而部分钢液会折返沿着堰墙再次进入钢液上层与主水平流股汇合。这样保证循环流量不受损失的同时，大幅增大碳氧反应机率。
采用本发明技术后，碳氧反应效率提高，钢液用氧量和铝耗均降低，生成的夹杂物减少，因此生产成本可降低，钢液更纯净。
本发明技术是在现有RH常规结构的基础上对真空槽底部进行改进，技术利于实施，堰墙方便维护，因此技术可在工厂推广使用，具有很好的实用意义。
附图说明
图1是本发明的立面结构示意图－垂直式堰墙。
图2为本发明的立面结构示意图－斜坡式堰墙。
图3为垂直式堰墙俯视示意图。
图4为斜坡式堰墙俯视示意图。
图5为普通RH真空室钢液流动示意图。
图6为加堰墙真空室钢液流动示意图。
图中，真空室1、上升浸渍管21、下降浸渍管22、钢包3、堰墙4、吹氩管5、顶吹氧枪6。
具体实施方式
参照附图对本发明的装置作进一步说明。
如图1和图2所示，本发明的钢水真空精炼深脱碳装置包括：真空室1、上升浸渍管21、下降浸渍管22、钢包3、堰墙4、吹氩管5、顶吹氧枪6。
原普通RH浸渍管内径550m，真空室内径1860mm。在真空室底部上升浸渍管的正上方增加圆形堰墙，堰墙的内壁与上升浸渍管的内壁平齐，使钢液在上升过程中直接流入真空室的上部。堰墙采用电熔再结合镁铬砖砌筑，堰墙厚度300mm，高度200mm。
所述装置为生产超低碳钢采用的真空精炼深脱碳的方法按如下步骤：
(1)钢包进站后通过顶升钢包或下降真空室调整插深，由通常的 500mm增加至700mm；
(2)处理前预抽真空，开始精炼后启动抽真空程序，提升真空室内钢水液位h到600mm；同时由上升浸渍管吹入提升氩气，在提升气体作用下钢液正常循环流动。
(3)抽真空到15KPa时开始吹氧强制脱碳，同时升温到目标温度，达到强制脱碳的目标碳含量0.02％后停止吹氧；
(4)逐步提高真空室内的真空度，将真空室内的压力降到67Pa，同时吹氩强度逐步增大到设计最大值0.012Nm3/(t.min)，提供良好的碳氧反应传质条件；
(5)当钢水中碳含量下降到30×10-6时，调整插深，使真空室钢液高度h下降至400mm，吹氩强度保持最大，开始对钢水进行深脱碳。
(6)碳含量达到目标10×10-6后，加铝脱氧，弱循环5min后出站。
通过采用本发明方案，本实例在前中期同样的工艺参数条件下仍保证了相同水平的循环流量和处理能力，而中后期的深脱碳阶段脱碳效率提高到原来的2倍以上。当碳含量小于0.01％后，脱碳反应速率常数Kc 可增大25～50％。同时可降低强制供氧阶段氧气过吹量，钢液用氧量减小，大大提高了钢液的碳氧控制水平和钢液洁净度。
以上实例是本发明优选实施方式的一种，仅用于说明本发明的技术方案而非限制。本领域技术人员应理解，在本发明技术方案范围内进行的通常细节变化、形式变化和替换都应含在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种促进钢水深脱碳的RH精炼装置，其特征在于，包括：真空室(1)、上升浸渍管(21)、下降浸渍管(22)、钢包(3)、堰墙(4)、吹氩管(5)、顶吹氧枪(6)；真空室(1)顶部装配顶吹氧枪(6)，底部分别与上升浸渍管(21)和下降浸渍管(22)相连，在真空室(1)底部上升浸渍管(21)出口处安装堰墙(4)；上升浸渍管(21)上装有吹氩管(5)，与气体相通；上升浸渍管(21)和下降浸渍管(22)插入钢包(3)内钢液中，钢液通过上升浸渍管(21)和下降浸渍管(22)在真空室和钢包之间循环。
2.根据权利要求1所述的促进钢水深脱碳的RH精炼装置，其特征在于，在真空室底部增加一道圆或弧形堰墙；堰墙的位置位于真空室底部上升浸渍管的出口位置，俯视堰墙为部分圆或弧形；堰墙(4)的内壁与上升浸渍管的内壁平齐，即垂直式堰墙，或者成斜坡式堰墙，堰墙底部内壁半径与上升浸渍管的内壁半径相等，堰墙顶部内壁半径大于底部，使钢液在上升并进入真空室的过程中是由上升流动逐步变向为水平流动。
3.根据权利要求1或2所述的促进钢水深脱碳的RH精炼装置，其特征在于，堰墙(4)厚度200～400mm，高度100～200mm；堰墙(4)采用镁铬质耐火砖砌筑。
4.一种促进钢水深脱碳的RH精炼碳的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)钢包进站后通过顶升钢包或下降真空室调整插深，要求保证插深控制在600～800mm；
(2)处理前要预抽真空，开始精炼后启动真空泵抽真空程序，提升真空室内钢水液位到500mm～600mm；同时由上升浸渍管吹入提升氩气，在提升气体作用下钢液正常循环流动；
(3)抽真空到8～15KPa时开始吹氧强制脱碳，同时升温到目标温度，直到达到强制脱碳的目标碳含量后停止吹氧；
(4)停氧后，逐步提高真空室内的真空度，最终将真空室内的压力降到67Pa，同时吹氩强度逐步增大到设计最大值，范围在0.012～0.015Nm3/(t.min)；
(5)钢水中碳含量下降到20×10-6～30×10-6时，调整插深，使真空室钢液高度下降至300～400mm，吹氩强度保持最大，开始对钢水进行深脱碳；
(6)碳含量达到目标(<10×10-6)后，加铝脱氧，弱循环3～10min后出站。
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