CN109680125A - 采用二氧化碳作为提升气体的真空精炼方法 - Google Patents

采用二氧化碳作为提升气体的真空精炼方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种采用二氧化碳作为提升气体的真空精炼方法，通过精准的过程控制，实现采用CO2代替Ar作为RH真空精炼炉的提升气体并维持精炼顺行。在超低碳洁净钢生产过程中，充分利用CO2气体的惰性气体和弱氧化性特征，通过喷入少量CO2搅拌钢液并强化脱碳，可提高转炉出钢碳0.01％‑0.02％，出钢氧含量下降100‑150ppm，是真空脱碳的补充。同时CO2夹杂物去除效果优于Ar。另外，喷吹CO2可以增加搅拌的强度。再者，按照吨钢喷吹氩气的比例喷吹CO2可以脱除70ppm的钢中碳。而且采用CO2作为RH提升气体不会造成钢水的过氧化，即不会增加[O]，这种优越性为进一步冶炼超低碳钢提供了基础。

Description

采用二氧化碳作为提升气体的真空精炼方法
技术领域
本发明涉及一种炼钢方法，具体涉及一种采用二氧化碳作为提升气体的真空精炼方法。
背景技术
RH精炼是一种钢铁炉外精炼方法，由于其具有处理时间短、成本低、可以大量处理钢水等优点而成为真空炼钢技术的主流，并广泛应用于钢铁冶炼流程中。现有的RH精炼工艺通常采用氩气作为提升气体，然而氩气价格较高，且精炼过程中钢液温降大，不利于降低冶炼成本。
目前全球钢产量巨大，仅中国年产钢就达到8亿吨，炼钢过程中年回收利用CO2约8000万吨，随着CO2在钢铁冶金各流程应用技术的不断完善和应用领域的进一步拓展，有力促进冶金工业的节能减排，为可持续发展做出贡献。因此，将CO2作为资源应用于RH精炼流程是冶金工作者研究的方向。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术的缺陷，本发明提供了一种采用二氧化碳作为提升气体的真空精炼方法，该方法充分利用CO2气体的惰性气体和弱氧化性特征，将其应用在RH精炼工艺替代氩气作为提升气体，从而降低冶炼成本，提高钢水纯净度。
技术方案：本发明所述的一种采用二氧化碳作为提升气体的真空精炼方法，包括如下步骤：
(1)采用杜瓦罐供应CO2，液体CO2通过低温液体泵进入汽化器汽化，之后进入缓冲罐并保持压力在3.0～3.5Mpa；
(2)CO2和Ar共用相同喷吹管，并进行不带钢水调试，保障提升气体顺利切换；
(3)在处理钢水进站前15min，降烘烤氧枪提到管外待机位，并堵上堵头；将移动弯头移到等待处理工位，确认移动弯头移动完毕，在处理钢水进站前10min，预处理开始；
(4)钢包进站，打开底吹进行预吹Ar；提升钢包，至行程110cm高度；测渣厚、测温、取样；
(5)手动提升液压顶升平台，当吸嘴下沿接触到渣面时，对提升高度进行手动清零，然后继续提升钢包，确保吸嘴浸入钢水液面500mm以下；
(6)当真空度小于50mBar时，处理开始喷吹CO2，真空度小于2.5mbar开始真空保持计时，此时根据真空槽内钢水翻腾情况将CO2的实际喷吹流量控制在90～99Nm3/h；
(7)破空前1-2min补铝；待真空处理及保持时间符合工艺要求后，处理停止，关闭提升气体，破除真空。
其中，所述步骤(1)中，采用6～8只杜瓦罐并联供气的方式供应CO2。保障使用流量的同时，防止杜瓦罐瓶口出现冻结现象。
所述步骤(2)中，对设备进行不带钢水调试的步骤如下：
(2.1)对设备及管路进行吹扫，保证其畅通无阻；
(2.2)开启CO2管路阀门，然后切断Ar管路阀门，调节气体流量至精炼所需流量，并在该流量下，持续喷吹至少15min；
(2.3)检查正常工作压力、流量下的管道气密性，压力、流量以及设备运行的稳定性；
(2.4)检验能否实现N2—Ar切换、CO2—Ar切换以及流量调节的控制，保证在CO2气路出现故障时能够切换成Ar正常供气。
另外，由于CO2在钢液中具有弱氧化性，当钢液内铝含量较高时，CO2会与钢液中的铝发生氧化反应，造成钢水一定的铝损失，因此当采用CO2作为RH提升气时，可通过降低RH进站铝含量，达到降低铝损的目的；冶炼中高碳钢种时，钢中铝含量大于0.028％，CO2优先和铝发生氧化，直到铝含量降低到该水平以下后，CO2才会与钢中碳发生氧化，达到脱碳的效果。因此，作为优选，所述步骤(4)中，控制进站钢水铝含量≤0.028％。
所述步骤(5)中，控制吸嘴浸入深度总行程小于700mm。
所述步骤(6)中，喷吹CO2作为提升气体时，当出现喷吹孔压力升高时，切换Ar，防止喷枪堵塞。
进一步的，采用Ar热式质量流量计测量CO2的喷吹流量，换算公式为：CO2实际流量＝0.508×热式质量流量计显示流量。
所述步骤(7)中，破除真空后，待真空度大于900mbar时，降下钢包，进行喂线、测温、取样、加保温剂及软吹操作；使钢水温度、软吹、成分符合要求。
有益效果：该精炼方法通过精准的过程控制，实现采用CO2代替Ar作为RH真空精炼炉的提升气体并维持精炼顺行。一方面，CO2不增加钢水氮含量，价格是氩气的20-50％，经济效益好，密度是空气的1.5倍，红外辐射能力强，有利于热传递，热效益高。另一方面，在超低碳洁净钢生产过程中，充分利用CO2气体的惰性气体和弱氧化性特征，通过喷入少量CO2作为提升气搅拌钢液并强化脱碳，从而可提高转炉出钢碳0.01％-0.02％，出钢氧含量下降100-150ppm，是真空脱碳的补充。同时CO2夹杂物去除效果优于Ar。另外，喷吹1Nm3的CO2可以产生2Nm3的CO，因此可以增加搅拌的强度。再者，CO2能够脱去一定碳，按照吨钢喷吹氩气的比例喷吹二氧化碳可以脱除70ppm的钢中碳。而且采用CO2作为RH提升气体不会造成钢水的过氧化，即不会增加[O]，这种优越性为进一步冶炼超低碳钢提供了可能。
附图说明
图1为实施例1中采用Ar与CO2作为RH提升气体的钢水夹杂物总数变化；
图2为实施例2中采用Ar与CO2作为RH提升气体的钢水夹杂物总数变化。
具体实施方式
下面，结合具体实施例对本发明做进一步详细说明。
本实施方式公开了一种采用二氧化碳作为提升气体的真空精炼方法，具体按照如下步骤控制：
(1)采用6～8只杜瓦罐并联供气的方式供应CO2，液体CO2通过低温液体泵进入汽化器汽化，之后进入缓冲罐并保持压力在3.0～3.5Mpa；
(2)CO2和Ar共用相同喷吹管，并进行不带钢水调试，保障提升气体顺利切换；其中利用生产间隙对设备进行不带钢水调试的步骤为：
(2.1)对设备及管路进行吹扫，保证其畅通无阻；
(2.2)开启CO2管路阀门，然后切断Ar管路阀门，调节气体流量至精炼所需流量，并在该流量下，持续喷吹至少15min；
(2.3)检查正常工作压力、流量下的管道气密性，压力、流量以及设备运行的稳定性；
(2.4)检验能否实现N2—Ar切换、CO2—Ar切换以及流量调节的控制，保证在CO2气路出现故障时能够切换成Ar正常供气。
(3)在处理钢水进站前15min，降烘烤氧枪提到管外待机位，并堵上堵头；将移动弯头移到等待处理工位，确认移动弯头移动完毕，在处理钢水进站前10min，预处理开始；
(4)控制进站钢水铝含量≤0.028％，钢包进站，打开底吹进行预吹Ar(钢包车运行至处理位)；提升钢包，至钢包行程110cm高度左右；测渣厚、测温、取样(定氧、定氢)；
(5)手动提升液压顶升平台，当吸嘴下沿接触到渣面时，对提升高度进行手动清零，然后继续提升钢包，钢包的提升高度为渣厚+500mm，确保吸嘴浸入钢水液面500mm以下，且控制吸嘴浸入深度总行程小于700mm；
(6)当真空度小于50mBar时，处理开始喷吹CO2，真空度小于2.5mbar开始真空保持计时，此时根据真空槽内钢水翻腾情况，调节提升气体大小3000-3300NL/min，并将CO2的实际喷吹流量控制在90～99Nm3/h，喷吹CO2作为提升气体时，当出现喷吹孔压力升高时，切换Ar，防止喷枪堵塞；
(7)真空处理保持时间15-20min，破空前1-2min补铝；待真空处理及保持时间符合工艺要求后，处理停止，关闭提升气体，破除真空，待真空度大于900mbar时，降下钢包，进行喂线、测温、取样、加保温剂及软吹操作；使钢水温度、软吹、成分符合要求。
在温度、软吹、成分符合要求后，钢包车开车至吊包位等待上连铸机。
实施例1：分别采用Ar和CO2作为提升气体完精炼钢种SM490A。当采用CO2作为提升气体时，过程控制严格按照本发明所述精炼方法，控制要点及技术效果如下：
(1)CO2气源采用6只液体CO2杜瓦罐并联供气的方式供应，液体CO2通过低温液体泵进入电加热水浴式汽化器(汽化速率800Nm3/h)，之后进入缓冲罐，并保持压力在3.2Mpa。
(2)采用CO2作为RH提升气体时，流量测量仍采用原氩气工艺的热式质量流量计，热式质量流量计测量不同气体时需要通过气体转换系数计算换算关系，因此，当用Ar质量流量计测量CO2气体时，实际值与输出值的换算公式经计算得：CO2气体实际流量＝0.508×质量流量计显示流量；
(3)采用已有喷吹Ar的喷吹管，由于CO2有冷却作用，对提高喷枪寿命有利，但需考虑喷吹孔堵塞的问题，因此考虑Ar和CO2的切换，当出现喷吹孔压力升高时，切换成氩气，防止喷枪堵塞。
(4)开始前，设定CO2流量3000L/min，实际CO2喷吹流量90Nm3/h，真空处理16min，真空度小于2.5mbar，破空前1.0min补铝50kg；观察冶炼时真空室钢液面气体搅拌情况，定氢及取样分析；
(5)通过控制RH进站铝含量到0.02％以下，达到降低铝损的目的。
(6)提升气体为CO2时，氢含量经真空处理降低2.44ppm，脱氢率61％，。
(7)当采用CO2作为提升气时钢液温度下降32℃左右，这是由于CO2氧化了钢液中的铝释放一定热量，弥补了冶炼过程中的温降，因此CO2作为提升气进行冶炼时钢液温降更小。
(8)真空前后夹杂物分析如图1所示，Ar与CO2作为RH提升气均可降低钢水夹杂物总数，Ar作为RH提升气时，RH处理后钢水夹杂物总数降低4％，而CO2作为RH提升气时，RH处理后钢水夹杂物总数降低18.4％；综合考虑试验时Ar与CO2流量以及CO2与[Al]反应生成Al2O3，数据可知CO2去除钢水夹杂物能力略强于Ar。
实施例2：钢种变为Q345GJD，控制要点及技术效果如下：
(1)CO2气源采取8只杜瓦罐并联供气的方式，并保持压力在3.5Mpa。
(2)同样，流量测量仍采用原氩气工艺的热式质量流量计；
(3)CO2和Ar共用相同喷吹管，保障提升气体顺利切换；
(4)开始前，设定CO2流量3300L/min，实际CO2喷吹流量99Nm3/h，真空处理20min，真空度2.0mbar，破空前1.5min补铝60kg；观察冶炼时真空室钢液面气体搅拌情况，定氢及取样分析；
(5)通过控制RH进站铝含量到0.025％以下，达到降低铝损的目的。
(6)提升气体为CO2时，氢含量经真空处理由4.5ppm降低2.2ppm，氮含量由由45ppm降低35ppm。
(7)当采用CO2作为提升气时钢液温度下降35℃，这是由于CO2氧化了钢液中的铝释放一定热量，弥补了冶炼过程中的温降，因此CO2作为提升气进行冶炼时钢液温降更小。
(8)真空前后夹杂物分析如图1所示，如图2所示，当Ar作为RH提升气时，RH处理后钢水夹杂物总数降低6％，而CO2作为RH提升气时，RH处理后钢水夹杂物总数降低23.7-40％；综合考虑试验时Ar与CO2流量以及CO2与[Al]反应生成Al2O3，可知CO2去除钢水夹杂物能力强于Ar。

Claims (9)

1.一种采用二氧化碳作为提升气体的真空精炼方法，其特征在于，包括下述步骤：
(1)采用杜瓦罐供应CO2，液体CO2通过低温液体泵进入汽化器汽化，之后进入缓冲罐并保持压力在3.0～3.5Mpa；
(2)CO2和Ar共用相同喷吹管，并进行不带钢水调试，保障提升气体顺利切换；
(3)在处理钢水进站前15min，降烘烤氧枪提到管外待机位，并堵上堵头；将移动弯头移到等待处理工位，确认移动弯头移动完毕，在处理钢水进站前10min，预处理开始；
(4)钢包进站，打开底吹进行预吹Ar；提升钢包，至行程110cm高度；测渣厚、测温、取样；
(5)手动提升液压顶升平台，当吸嘴下沿接触到渣面时，对提升高度进行手动清零，然后继续提升钢包，确保吸嘴浸入钢水液面500mm以下；
(6)当真空度小于50mBar时，处理开始喷吹CO2，真空度小于2.5mbar开始真空保持计时，此时根据真空槽内钢水翻腾情况将CO2的实际喷吹流量控制在90～99Nm3/h；
(7)破空前1-2min补铝；待真空处理及保持时间符合工艺要求后，处理停止，关闭提升气体，破除真空。
2.根据权利要求1所述的采用二氧化碳作为提升气体的真空精炼方法，其特征在于，所述步骤(1)中，采用6～8只杜瓦罐并联供气的方式供应CO2。
3.根据权利要求1所述的采用二氧化碳作为提升气体的真空精炼方法，其特征在于，所述步骤(2)中，对设备进行不带钢水调试的步骤如下：
(2.1)对设备及管路进行吹扫，保证其畅通无阻；
(2.2)开启CO2管路阀门，然后切断Ar管路阀门，调节气体流量至精炼所需流量，并在该流量下，持续喷吹至少15min；
(2.3)检查正常工作压力、流量下的管道气密性，压力、流量以及设备运行的稳定性；
(2.4)检验能否实现N2—Ar切换、CO2—Ar切换以及流量调节的控制，保证在CO2气路出现故障时能够切换成Ar正常供气。
4.根据权利要求1所述的采用二氧化碳作为提升气体的真空精炼方法，其特征在于，所述步骤(4)中，控制进站钢水铝含量≤0.028％。
5.根据权利要求1所述的采用二氧化碳作为提升气体的真空精炼方法，其特征在于，所述步骤(5)中，控制吸嘴浸入深度总行程小于700mm。
6.根据权利要求1所述的采用二氧化碳作为提升气体的真空精炼方法，其特征在于，所述步骤(6)中，喷吹CO2作为提升气体时，当出现喷吹孔压力升高时，切换Ar，防止喷枪堵塞。
7.根据权利要求6所述的采用二氧化碳作为提升气体的真空精炼方法，其特征在于，采用Ar热式质量流量计测量CO2的喷吹流量，换算公式为：CO2实际流量＝0.508×热式质量流量计显示流量。
8.根据权利要求1所述的采用二氧化碳作为提升气体的真空精炼方法，其特征在于，所述步骤(7)中，真空处理保持时间15-20min。
9.根据权利要求1所述的采用二氧化碳作为提升气体的真空精炼方法，其特征在于，所述步骤(7)中，破除真空后，待真空度大于900mbar时，降下钢包，进行喂线、测温、取样、加保温剂及软吹操作；使钢水温度、软吹、成分符合要求。
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