CN111549203A - 一种减少钢液温降和真空室冷钢的rh精炼方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种减少钢液温降和真空室冷钢的RH精炼方法，属于炼钢技术领域。所述方法包括：获得脱碳钢液；根据所得脱碳钢液的到站温度和到站氧含量，确定采用完全燃烧工艺或过氧燃烧工艺对所述脱碳钢液进行脱氧：若采用过氧燃烧工艺，所述过氧燃烧工艺中所需的额外吹氧量与补偿温度的关系如本发明中的式(1)。采用上述方法，RH进站至出站钢液温降可控制为10～0℃，真空室冷钢量减少30～60％。

Description

一种减少钢液温降和真空室冷钢的RH精炼方法

技术领域

本发明涉及钢铁冶金技术领域，特别涉及一种减少钢液温降和真空室冷钢的RH精炼方法。

背景技术

随着炼钢精炼技术的发展，RH真空精炼工艺已成为冶炼超低碳汽车用钢的最主要手段。RH真空精炼工艺设备也取得了巨大的进步，为了实现RH精炼的高效化，降低RH真空精炼周期，采用了强制脱碳、增大抽气能力、增大循环流量、增大浸渍管直径等措施，但随着脱碳速率的加快，钢液在真空室内的喷溅也越来越严重，钢液液滴喷溅到真空室内壁，由于真空室内壁温度较低，钢液液滴极易凝结在真空室内壁上，冷钢极易氧化，并脱落掉入钢液中，造成钢液增碳、增氧。同时，由于真空室体积大散热快，导致钢液温降大。如何减少RH处理过程温降和减少真空室冷钢已成为RH精炼进一步提升的瓶颈。

发明内容

本发明目的是提供一种减少钢液温降和真空室冷钢的RH精炼方法，实现了RH进站至出站钢液温降可控制为10～0℃，真空室冷钢量减少30～60％。

为了实现上述目的，本发明提供了一种减少钢液温降和真空室冷钢的RH精炼方法，所述方法包括：

获得脱碳钢液；

根据所得脱碳钢液的到站温度和到站氧含量，确定采用完全燃烧工艺或过氧燃烧工艺对所述脱碳钢液进行脱氧：

若采用过氧燃烧工艺，所述过氧燃烧工艺中所需的额外吹氧量与补偿温度的关系如下：

其中，Q′_O2为额外吹氧量，m³；Δt需要额外升温的温度值，℃；A为温度补偿系数，m³/℃，A的范围为6.3～8.3m³/℃。

进一步地，所述的确定采用完全燃烧工艺或过氧燃烧工艺的方法为：

当到站温度-25+0.03×到站氧含量＞目标温度，采用完全燃烧工艺；

当到站温度-25+0.03×到站氧含量≤目标温度，采用过氧燃烧工艺。

进一步地，所述完全燃烧工艺中的燃气流量控制在500～1500m³/h，氧气流量控制在300～1000m³/h。

进一步地，所述过氧燃烧工艺中的燃气流量控制在500～1500m³/h，氧气流量控制在1300～2500m³/h。

进一步地，所述获得脱碳钢液，包括：

通过强制脱碳吹氧获得脱碳钢液，其中所述强制脱碳吹氧前，转炉采用1620～1650℃出钢。

进一步地，所述获得脱碳钢液，包括：

通过强制脱碳吹氧获得脱碳钢液；其中，所述强制脱碳吹氧时控制顶枪枪位由高到低进行吹氧，后采用完全燃烧工艺或过氧燃烧工艺时所述顶枪保持最低枪位不变。

更进一步地，所述强制脱碳吹氧时，顶枪枪位从(7.7～7.3)-(6.7～6.3)-(5.7～5.3)-(4.7～4.3)m由高到低四级枪位动态控制，每级枪位吹氧量均占全部吹氧量的25％。

进一步地，所述获得脱碳钢液的过程中循环氩气流量为2000～2500NL/min；对所得脱碳钢液进行第一次加热时提高循环氩气流量至3000～3500NL/min。

进一步地，所述获得脱碳钢液的过程中顶枪吹氧量与到站碳之间的关系如下：

其中，Q_O2为加吹氧量，m³；Co为到站碳含量，％；C_T为RH结束碳含量，％。

进一步地，所述采用完全燃烧工艺或过氧燃烧工艺对所述脱碳钢液进行脱氧后，采用完全燃烧工艺加热，再进行破空处理。

进一步地，所述喷吹的燃气介质为焦炉煤气或天然气，焦炉煤气热值在16000～19000KJ/m³，天然气热值在38000～42000KJ/m³。

进一步地，所述方法适用于成品碳含量在0.0060～0.0010％的钢种；适用于200～350吨的RH精炼炉。

本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本发明提供的一种减少钢液温降和真空室冷钢的RH精炼方法，转炉采用低温出钢工艺，降低了炼钢成本和能源消耗；钢包进站后进行强制脱碳吹氧脱碳，提高了脱碳速率；强制脱碳期间顶枪枪位由高到低进行动态控制，循环氩气流量控制较小，枪位动态控制和小流量循环氩气可减少脱碳前中期的钢液喷溅；强制脱碳吹氧结束后最低枪位保持不变，开始喷吹氧气和燃气进行燃烧，加热钢液和真空室耐材，同时提高循环氩气流量，减少钢液温降，提高耐材温度；根据钢液温度和溶解氧含量确定脱氧前氧气和燃气的流量，若需要吹氧升温可通过氧气流量调整，可实现边燃烧边向钢液增氧；脱氧后顶枪继续喷吹氧气和燃气进行燃烧加热，氧气和燃气统一按完全燃烧控制，破空前停止喷吹氧气和燃气。上述方法中RH顶枪在精炼全程都在应用，实现了RH进站至出站钢液温降可控制为10～0℃，真空室冷钢量减少30～60％。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明实施例提供的一种减少钢液温降和真空室冷钢的RH精炼方法的流程图。

具体实施方式

下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明，本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明，而非限制本发明。

在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。

除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。

本发明实施例提供的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：

为实现上述目的，本实施例提供一种减少钢液温降和真空室冷钢的RH精炼方法，包括：

步骤1、转炉采用1620～1650℃出钢。若温度过低则会导致浇铸前的温度不够，不利于RH精炼。若温度过高，会使得温度高的钢液液滴喷溅到真空室内壁，由于真空室内壁温度较低，这样导致温差大，钢液液滴极易凝结在真空室内壁上，冷钢极易氧化，并脱落掉入钢液中，造成钢液增碳、增氧，同时温度过高会增加投入成本。

步骤2、钢包进站后控制顶枪枪位由高到低进行强制脱碳吹氧脱碳；同时开始喷吹氩气；

该步骤中，钢包进站后进行强制脱碳吹氧脱碳，提高了脱碳速率；强制脱碳期间顶枪枪位由高到低进行动态控制，循环氩气流量控制较小，本措施与传统强制脱碳有显著区别，可以明显的减少钢液的喷溅和结冷钢。强制脱碳时，2CO+O的二次燃烧反应具有加热钢水的作用。

具体地，步骤2中所述强制脱碳期间顶枪枪位从(7.7～7.3)-(6.7～6.3)-(5.7～5.3)-(4.7～4.3)m由高到低四级枪位动态控制，每个枪位吹氧量均占全部吹氧量的25％。采用顶吹氧枪模式能提高脱碳初期的升温速度和钢水温度。降低顶枪高度有利于顶吹氧吸收过程的进行中钢液的喷浆。阶段分得太少难以起到作用，阶段分得太多不好控制。

具体地，步骤2中所述开始喷吹氩气时控制循环氩气流量为2000～2500NL/min。喷吹氩气可以防止钢液中的夹杂物在塞棒棒头、中间包上水口和结晶器浸入式水口内壁粘附、聚集，形成堵塞；同时细小的氩气泡在钢液上浮过程中会捕捉夹杂物，起到净化钢液的作用。若循环氩气流量低于2000NL/min则起不到起到净化钢液的作用，若循环氩气流量高于2500NL/min时，会加速钢液在真空室内的喷溅。

具体地，步骤2中所述强制脱碳过程中顶枪吹氧量与到站碳之间的关系如下：

其中，Q_O2为加吹氧量，m³；Co为到站碳含量，％；C_T为RH结束碳含量，％。

所述关系式(2)是本发明人通过大量的创新性实验后，基于考虑到钢液中溶解氧的增加而最终确定，能够保证碳燃烧所需的吹氧量，从而充分脱碳。

步骤3、所述强制脱碳吹氧结束后保持最低枪位不变，开始喷吹燃气加热钢液和真空室耐材，同时提高循环氩气流量；根据钢液温度和到站氧确定是否需要额外吹氧，需要额外吹氧的炉次在喷吹燃气的同时喷吹过量的氧气，氧气流量为燃气完全燃烧所需和升温所需氧气流量之和；不需要额外吹氧炉次，喷吹燃气和氧气流量按完全燃烧控制。

即，不需要额外吹氧的炉次，吹氧量＝完全燃烧所需的氧量；额外吹氧升温的炉次，吹氧量＝完全燃烧所需的氧量+铝氧OB升温所需的氧量。

与传统工艺相比，本措施通过顶枪燃烧加热钢液，同时若需要吹氧升温，通过氧燃比的控制向钢液增氧，燃烧加热和吹氧升温同时进行，促进了对钢液温降的补充，提高真空室温度，减少结冷钢。

所述步骤3具体分为：

S1、根据钢液温度和到站氧确定是否需要额外吹氧的方法为：

当到站温度-25+0.03×到站氧含量＞目标温度，采用完全燃烧工艺；

当到站温度-25+0.03×到站氧含量≤目标温度，采用过氧燃烧工艺。

上述目标温度、到站温度、到站氧之间的关系式为现有技术中常用的关系式。其中目标温度为RH精炼结束后想要达到的钢液温度。

S2、判断所述脱碳钢液到站温度和到站氧含量是否满足目标温度，然后采用完全燃烧工艺或过氧燃烧工艺对所得脱碳钢液进行第一次加热直至脱氧完成：

其中所述过氧燃烧工艺所需的额外吹氧量与补偿温度的关系如下：

所述额外吹氧量与补偿温度的关系如下：

其中，Q′_O2为额外吹氧量，m³；A为温度补偿系数，m³/℃；Δt需要额外升温的温度值，℃。所述温度补偿系数A的范围为6.3～8.3m³/℃。该温度补偿系数的范围为本发明人经过长期试验过程中所得的经验值，若温度补偿系数A小于6.3m³/℃不能使得完全燃烧，不能满足铝氧OB升温所需的氧量，若温度补偿系数A大于8.3m³/℃会使得温度过高，提高成本。

具体地，强制脱碳吹氧结束后保持最低枪位不变，不需要额外吹氧的炉次和需要额外吹氧的炉次均将燃气流量控制在500～1500m³/h，利用吹入燃气燃烧提高钢水及真空室耐材温度；若燃气流量小于500m³/h不能起到提高温度的作用，若燃气流量大于1500m³/h会增大成本。

关于吹氧量，不需要额外吹氧的炉次和需要额外吹氧的炉次有所区别：

不需要额外吹氧的炉次，吹氧量＝完全燃烧所需的氧量；具体地，将氧气流量控制在300～1000m³/h，若氧气流量小于300m³/h不利于完全燃烧，若氧气流量大于1000m³/h会使得热量太高；

需要额外吹氧的炉次，额外吹氧量＝完全燃烧所需的氧量+(额外吹氧量)铝氧OB升温所需的氧量；具体地，将氧气流量提高至1300～2500m³/h，若氧气流量小于1300m³/h会不能使得完全燃烧，不能满足铝氧OB升温所需的氧量，若氧气流量大于2500m³/h会使得温度过高，提高成本。

同时提高循环氩气流量至3000～3500NL/min，其目的在于进一步减少钢液温降，提高耐材温度，若循环氩气流量低于3000NL/min，难以起到提高温度的作用；若环氩气流量高于3500NL/min会使得温度过高，提高成本。

步骤4、脱氧后顶枪继续喷吹燃气和氧气进行燃烧加热，氧燃比按完全燃烧控制，通过控制氧燃比使真空室内没有剩余氧，破空前均停止喷吹。与传统工艺相比，本措施在合金化和纯循环期间，通过控制氧燃比使真空室内没有剩余氧，保证了燃烧加热期间不会向钢液传氧，同时利用燃烧热减少钢液温降，提高真空室温度，减少结冷钢。

通过上述内容可以看出，本发明提供的一种减少钢液温降和真空室冷钢的RH精炼方法是基于本发明中步骤1-4的相互配合：(1)转炉采用低温出钢工艺，降低了炼钢成本和能源消耗；(2)钢包进站后控制顶枪枪位由高到低进行强制脱碳吹氧脱碳；同时开始喷吹氩气，可以明显的减少钢液的喷溅和结冷钢；(3)强制脱碳吹氧结束后最低枪位保持不变，开始喷吹氧气和燃气进行燃烧，加热钢液和真空室耐材，同时提高循环氩气流量，减少钢液温降，提高耐材温度；根据钢液温度和溶解氧含量确定脱氧前氧气和燃气的流量，若需要吹氧升温可通过氧气流量调整，可实现边燃烧边向钢液增氧；(4)脱氧后顶枪继续喷吹氧气和燃气进行燃烧加热，氧气和燃气统一按完全燃烧控制，破空前停止喷吹氧气和燃气。上述方法中RH顶枪在精炼全程都在应用，实现了RH进站至出站钢液温降可控制为10～0℃，真空室冷钢量减少30～60％。

下面将结合实施例、对比例及实验数据对本申请的一种减少钢液温降和真空室冷钢的RH精炼方法进行详细说明。

对比例1

转炉采用1670-1700℃出钢工艺；钢包进站后顶枪枪位不变进行强制脱碳吹氧脱碳；同时开始喷吹氩气，循环氩气流量控制较大2800NL/min；强制脱碳吹氧结束后开始喷吹氧气和燃气进行燃烧，加热钢液和真空室耐材；脱氧后顶枪继续喷吹氧气和燃气进行燃烧加热，不通过控制氧燃比使真空室内没有剩余氧，破空前停止喷吹氧气和燃气。RH过程中温降为18℃。

实施例1

本实施例中冶炼的钢种产品碳含量≤0.003％，转炉采用低温出钢工艺，出钢温度为1649℃，出钢量为218t；

钢包进站后，到站温度为1602℃，到站碳为0.03％，到站氧为376ppm，RH结束碳含量为0.0015％，采用强制脱碳吹氧脱碳，根据公式吹氧量为68m³，强制脱碳期间顶枪枪位从7.5-6.5-5.5-4.5m由高到低四级枪位动态控制，每个枪位吹氧量为17m³，循环氩气流量控制较小2200NL/min；

强制脱碳吹氧结束后最低枪位4.5m保持不变，开始喷吹氧气和燃气进行燃烧，燃气介质为焦炉煤气，热值为18000KJ/m³，循环氩气流量提高至3300NL/min。

本炉次不需要额外吹氧，燃烧氧气流量控制在640m³/h，燃气流量控制在800m³/h，氧燃比按完全燃烧控制为0.8。在脱氧、合金化、纯循环过程中全程采用上述参数燃烧加热，RH破空前停止燃烧加热。

RH结束温度为1598℃，RH过程温降为4℃。真空处理结束后通过化冷钢称量冷钢斗，化下来的冷钢比对比例1中的常规工艺少45％。

实施例2

本实施例中冶炼的钢种产品碳含量≤0.003％，转炉采用低温出钢工艺，出钢温度为1641℃，出钢量为221t；

钢包进站后，到站温度为1594℃，到站碳为0.033％，到站氧为289ppm，RH结束碳含量为0.0015％，采用强制脱碳吹氧脱碳，根据公式吹氧量为76m³，强制脱碳期间顶枪枪位从7.5-6.5-5.5-4.5m由高到低四级枪位动态控制，每个枪位吹氧量为19m³，循环氩气流量控制较小2200NL/min；

强制脱碳吹氧结束后最低枪位4.5m保持不变，开始喷吹氧气和燃气进行燃烧，燃气介质为焦炉煤气，热值为18000KJ/m³，循环氩气流量提高至3300NL/min。

本炉次到站温度较低，需要额外吹氧，吹氧升温12℃，补偿系数为7.3m³/℃，升温额外吹氧量为87.6m³。燃烧燃气流量控制在800m³/h，氧气流量控制在1840m³/h，氧燃比按完全燃烧控制为2.3，过剩氧流量为1300m³/h，以上氧气和燃气流量保持4min，升温额外吹氧量吹完。

之后燃烧燃气流量控制在800m³/h，氧气流量控制在640m³/h，氧燃比按完全燃烧控制为0.8，在脱氧、合金化、纯循环过程中全程采用上述参数燃烧加热，RH破空前停止燃烧加热。

RH结束温度为15，2℃，RH过程温降为2℃。真空处理结束后通过化冷钢称量冷钢斗，化下来的冷钢比对比例1中的常规工艺少50％。

最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种减少钢液温降和真空室冷钢的RH精炼方法，其特征在于，所述方法包括：

获得脱碳钢液；

根据所得脱碳钢液的到站温度和到站氧含量，确定采用完全燃烧工艺或过氧燃烧工艺对所述脱碳钢液进行脱氧：

若采用过氧燃烧工艺，所述过氧燃烧工艺中所需的额外吹氧量与补偿温度的关系如下：

其中，Q′_O2为额外吹氧量，m³；Δt需要额外升温的温度值，℃，A为温度补偿系数，m³/℃，A的范围为6.3～8.3m³/℃。

2.如权利要求1所述的一种减少钢液温降和真空室冷钢的RH精炼方法，其特征在于，所述的根据所得脱碳钢液的到站温度和到站氧含量，确定采用完全燃烧工艺或过氧燃烧工艺的方法为：

当到站温度-25+0.03×到站氧含量＞目标温度，采用完全燃烧工艺；

当到站温度-25+0.03×到站氧含量≤目标温度，采用过氧燃烧工艺。

3.如权利要求1所述的一种减少钢液温降和真空室冷钢的RH精炼方法，其特征在于，所述完全燃烧工艺中的燃气流量控制在500～1500m³/h，氧气流量控制在300～1000m³/h。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述过氧燃烧工艺中的燃气流量控制在500～1500m³/h，氧气流量控制在1300～2500m³/h。

5.如权利要求1所述的一种减少钢液温降和真空室冷钢的RH精炼方法，其特征在于，所述获得脱碳钢液，包括：

通过强制脱碳吹氧获得脱碳钢液，其中所述强制脱碳吹氧前，转炉采用1620～1650℃出钢。

6.如权利要求1所述的一种减少钢液温降和真空室冷钢的RH精炼方法，其特征在于，所述获得脱碳钢液，包括：

通过强制脱碳吹氧获得脱碳钢液；其中，所述强制脱碳吹氧时控制顶枪枪位由高到低进行吹氧，后采用完全燃烧工艺或过氧燃烧工艺时所述顶枪保持最低枪位不变。

7.如权利要求6所述的一种减少钢液温降和真空室冷钢的RH精炼方法，其特征在于，所述强制脱碳吹氧时，顶枪枪位从(7.7～7.3)-(6.7～6.3)-(5.7～5.3)-(4.7～4.3)m由高到低四级枪位动态控制，每级枪位吹氧量均占全部吹氧量的25％。

8.如权利要求1所述的一种减少钢液温降和真空室冷钢的RH精炼方法，其特征在于，所述获得脱碳钢液的过程中循环氩气流量为2000～2500NL/min；对所得脱碳钢液进行第一次加热时提高循环氩气流量至3000～3500NL/min。

9.如权利要求1所述的一种减少钢液温降和真空室冷钢的RH精炼方法，其特征在于，所述获得脱碳钢液，包括：

通过强制脱碳吹氧获得脱碳钢液；其中，所述顶枪吹氧量与到站碳之间的关系如下：

其中，Q_O2为加吹氧量，m³；Co为到站碳含量，％；C_T为RH结束碳含量，％。

10.如权利要求1所述的一种减少钢液温降和真空室冷钢的RH精炼方法，其特征在于，所述采用完全燃烧工艺或过氧燃烧工艺对所述脱碳钢液进行脱氧后，采用完全燃烧工艺加热，再进行破空处理。

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