CN111504674A - 一种评估rh精炼炉真空脱氢能力的方法 - Google Patents

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吴伟勤
曹余良
陈从俊
聂真来
贾攀
常运合
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    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
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Abstract

本发明公开一种评估RH精炼炉真空脱氢能力的方法，通过研究提升气体流量、浸渍管插入深度等影响RH精炼炉真空脱氢效果的工艺因素，定量评估钢水氢含量与RH工艺时间的关系，实现RH工艺过程高效化、钢水洁净化的生产，对于现代钢铁企业生产质量改善具有很好的推广价值。

Description

一种评估RH精炼炉真空脱氢能力的方法
技术领域
本发明属于钢铁技术领域，涉及RH精炼炉性能评估方法。
背景技术
RH真空炉从50年代开始运用于钢水脱氢处理，已成为世界范围内应用最广泛的炉外精炼设备；它在降低钢水氢含量，提高钢水质量上取得显著效果,适合大量生产超纯净钢。当钢中w[H]高时，会形成白点，这对一些应用条件苛刻的钢材来说是致命的，如管线钢、高强度的结构钢等。钢中w[H]超过白点临界值时，会导致钢材性能恶化乃至报废，因此现代钢材生产中，必须把氢去除到规定的数值之下。
目前，钢厂为控制钢水最终氢含量，设定的RH炉真空脱气工艺时间多为定性评估，工艺设计时间与钢水氢含量缺乏系统定量评估；主要以延长RH炉真空脱气工艺设计时间，保证钢水氢含量要求，使RH工艺设计时间与生产匹配矛盾突出。
目前，钢厂为控制钢水最终氢含量，设定的RH精炼炉真空脱气工艺时间多为定性评估，工艺设计时间与钢水氢含量缺乏系统定量评估；主要以延长RH炉真空脱气工艺设计时间，保证钢水氢含量要求，使RH工艺设计时间与生产匹配矛盾突出。
发明内容
本发明解决的技术问题：通过研究提升气体流量、浸渍管插入深度等影响RH脱氢效果的工艺因素，定量评估钢水氢含量与RH工艺时间的关系，实现RH工艺过程高效化、钢水洁净化的生产，对于现代钢铁企业生产质量改善具有很好的推广价值。
本发明具体采用如下技术方案：
一种评估RH精炼炉真空脱氢能力的方法，其特征在于包括如下步骤：
(一)通过试验研究提升气体流量对真空处理阶段RH脱氢影响情况及程度；试验过程中，只改变提升气体流量，保持其他参数不变；
(二)通过试验研究浸渍管插入深度对真空处理阶段RH脱氢影响情况及程度；试验过程中，只改变浸渍管插入深度，保持其他参数不变；
(三)试验定氢及取样方案：定氢时选取相同位置进行定氢，定氢取样保证一用一备，保证成功率定氢与取气体样分析同时进行，记录实际取样定氢时间，其中定氢时间记录为定氢仪显示示数后的时间；
(四)根据步骤(一)、(二)、(三)进行RH精炼炉真空脱氢能力评估。
优选地，步骤(一)中，提升气体流量以20Nm3/h为梯度进行试验，试验过程中保持其他参数不变，只改变提升气体流量。
优选地，步骤(二)中，浸渍管插入深度以100mm为梯度，在不改变其他参数及工艺条件下研究浸渍管插入深度对RH脱氢影响情况及程度；所述浸渍管插入深度为稳定工作时浸渍管底部距结渣表面距离。
优选地，步骤(三)真空处理过程中，定氢取样间隔时间为4min。
本发明通过研究提升气体流量、浸渍管插入深度等影响RH精炼炉脱氢效果的工艺因素，实现定量评估钢水氢含量与RH工艺时间的关系，达到RH工艺过程高效化、钢水洁净化的生产。
附图说明
图1：气体流量为100Nm3/h的液面波动示意图；
图2：气体流量为120Nm3/h的液面波动示意图；
图3：气体流量为140Nm3/h的液面波动示意图；
图4：气体流量为140Nm3/h的液面波动喷溅示意图(喷溅)；
图5：浸渍管插入深度500mm；
图6：浸渍管插入深度400mm。
图7：不同方案条件下氢含量随真空处理时间变化图；
图8：不同方案条件下脱氢速率随时间变化图。
具体实施方式
下面对本发明技术方案做进一步详细说明。
实施例1
一种评估RH精炼炉真空脱氢能力的方法，包括如下步骤：
1、研究提升气流量对真空处理阶段RH脱氢影响情况及程度
研究RH提升气体流量对钢液H含量变化的影响，提升气体流量以20Nm3/h为梯度进行试验，具体方案如表1所示。
表1提升气体流量试验方案表
试验方案 流量Nm<sup>3</sup>/h 插入深度mm 其他工艺参数
1 100 500 保持不变
2 120 500 保持不变
3 140 500 保持不变
提升气体流量试验情况：按提升气体流量100、120、140Nm3/h进行试验，试验过程中除提升气体流量外，不对其他条件进行改变。试验发现提升气流量对终点H含量影响明显，真空室钢液波动变化也较为明显，如图1-4所示，当流量为120Nm3/h较100Nm3/h时液面波动更为明显，且无明显喷溅现象，真空室形状保持较好的形状，而流量为140Nm3/h时产生了明显的喷溅现象，真空室底部形状变化明显，已造成结瘤如图4所示。
当进行改变提升气体流量试验时，保持抽真空及循环处理阶段流量为试验流量不变，考察记录不同流量达到要求真空度所需时间。
2、研究浸渍管插入深度对真空处理阶段RH脱氢影响情况及程度
插入深度以100mm为梯度，在不改变其他参数及工艺条件下研究插入深度对RH脱氢影响情况及程度，具体方案如表2所示。
表2浸渍管插入深度试验方案表
试验方案 流量Nm<sup>3</sup>/h 插入深度mm 其他工艺参数
1 100 500 保持不变
4 100 400 保持不变
此处浸渍管插入深度为稳定工作时浸渍管底部距渣表面距离。
如图5所示，结渣处为插入深度500mm，现场目测结合顶升高度分析液面约降低100mm。图6为减少插入深度后渣液面图，即插入深度400mm。结合浸渍管安全插入深度要求及现场条件的限制，浸渍管插入深度最浅约400mm。
3、试验定氢及取样方案
定氢时选取相同位置进行定氢，定氢取样保证一用一备，保证成功率定氢与取气体样分析同时进行，记录实际取样定氢时间，其中定氢时间记录为定氢仪显示示数后的时间。
表3取样定氢时间表
深真空时间/min 0min 4min 8min 12min 16min 20min
定氢及取样 ① ② ③ ④ ⑤ ⑥
4、氢含量分析
4.1脱氢机理建模
研究表明钢液中脱氢过程由钢液边界层中的传质控制，对物质i，传质速率
Figure BDA0002446057230000041
式中：A——气-钢液反应的界面面积、C[i]——物质i在钢液内部浓度、
Figure BDA00024460572300000410
——物质i在气液界面处浓度。ni——物质i的物质的量
由物质平衡可得
Figure BDA0002446057230000042
(传质速率等于脱气速率)，V表示钢液体积
联立两式可得
Figure BDA0002446057230000043
kd——传质系数
假设
Figure BDA0002446057230000044
为常数，在0～t内对上式积分得
Figure BDA0002446057230000045
Figure BDA0002446057230000046
式中
Figure BDA0002446057230000047
C[i]——物质i在钢液中的原始浓度及真空处理t时该元素的浓度。在表面浓度
Figure BDA0002446057230000048
及初始浓度
Figure BDA0002446057230000049
为常数时，上式可表达为[H]＝a·e-bt+c
式中a、b、c均为正常数。
4.2数据拟合处理
由以上推导，拟合试验所得到的定H数据，得到不同提升气流量、插入深度条件下氢含量随时间变化情况，如表4所示。
表4各方案拟合计算结果
方案 拟合结果 斜率表达式
1 y＝4.1*exp(-x/5.537)+1.8 y′＝-0.74*exp(-x/5.537)
2 y＝4.438*exp(-x/3.57)+1.59 y′＝-1.243*exp(-x/3.57)
3 y＝4.286*exp(-x/4.215)+1.61 y′＝-1.017*exp(-x/4.215)
4 y＝3.445*exp(-x/6.325)+1.57 y′＝-0.545*exp(-x/6.325)
拟合曲线中y轴限度受原始数据中时间最大值及氢含量最小值影响、第一项系数受原始数据中钢液初始氢含量影响，故拟合结果与实际存在一定误差，但整体趋势基本一致，如图7所示。
从图7中各拟合曲线可以看出，要想H含量达到2.0以下，方案1需16.71min，方案2、3和4分别需要8.5min、10.07min和13.14min，方案2为最优方案。
设y＝f(x)，则-f′(x)为各个方案拟合结果在时刻为x时的脱氢速率，在0～t内对-y′＝-f′(x)积分得
Figure BDA0002446057230000051
为钢液氢含量变化量，即[H]脱除量，各个方案拟合结果-y′＝-f′(x)随时间变化情况如图8所示。
从图8中可知，当提升气流量为120Nm3/h时，前6min脱氢速率最高，在脱氢相同时间内脱氢率也最高(即积分面积最大)，方案2依然为最优方案；4种方案在25min后脱氢速率基本相同，从1到4分别为0.008、0.001、0.003和0.005ppm/min，可见在试验条件下基本达到脱氢极限，延长处理时间对脱氢来说已影响不大，时间因素已不是脱氢限制性条件。

Claims (6)

1.一种评估RH精炼炉真空脱氢能力的方法，其特征在于包括如下步骤：
(一)通过试验研究提升气体流量对真空处理阶段RH脱氢影响情况及程度；试验过程中，只改变提升气体流量，保持其他参数不变；
(二)通过试验研究浸渍管插入深度对真空处理阶段RH脱氢影响情况及程度；试验过程中，只改变浸渍管插入深度，保持其他参数不变；
(三)试验定氢及取样方案：定氢时选取相同位置进行定氢，定氢取样保证一用一备，保证成功率定氢与取气体样分析同时进行，记录实际取样定氢时间，其中定氢时间记录为定氢仪显示示数后的时间；
(四)根据步骤(一)、(二)、(三)进行RH精炼炉真空脱氢能力评估。
2.如权利要求1所述评估RH精炼炉真空脱氢能力的方法，其特征在于：
(1)不同气体流量相同插入深度500mm时，[H]达到2.0ppm时，流量为100Nm3/h、120Nm3/h和140Nm3/h分别需要16.71min、8.5min和10.07min；
(2)不同插入深度相同流量100Nm3/h时，[H]达到2.0ppm时，插入深度为500mm和400mm分别需要16.71min和13.14min；
(3)25min以后不同试验方案脱氢速率基本相同，继续延长时间对脱氢意义不大。
3.如权利要求1所述评估RH精炼炉真空脱氢能力的方法，其特征在于步骤(一)中，提升气体流量以20Nm3/h为梯度进行试验，试验过程中保持其他参数不变，只改变提升气体流量。
4.如权利要求3所述评估RH精炼炉真空脱氢能力的方法，其特征在于，当进行改变提升气体流量试验时，保持抽真空及循环处理阶段流量为试验流量不变，考察记录不同流量达到要求真空度所需时间。
5.如权利要求1所述评估RH精炼炉真空脱氢能力的方法，其特征在于步骤(二)中，浸渍管插入深度以100mm为梯度，在不改变其他参数及工艺条件下研究浸渍管插入深度对RH脱氢影响情况及程度；所述浸渍管插入深度为稳定工作时浸渍管底部距结渣表面距离。
6.如权利要求1所述评估RH精炼炉真空脱氢能力的方法，其特征在于步骤(三)真空处理过程中，定氢取样间隔时间为4min。
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