CN112011670B - 提升超低碳钢rh精炼脱碳速率的方法和侧吹装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提升超低碳钢RH精炼脱碳速率的方法和侧吹装置，其方法工艺为：（1）所述RH进站钢液的温度为1610℃～1630℃，碳含量为0.03wt%～0.05wt%，氧含量为0.025wt%～0.45wt%；（2）钢包进RH精炼后，将钢包升起进行抽真空操作，真空度降至200mbar及以下后，进行降顶枪吹氧脱碳操作；吹氧流量根据钢中氧含量确定，吹氧量根据转炉出钢量、钢中氧含量及碳含量进行确定；（3）RH顶枪吹氧结束时，在真空槽的侧面侧吹惰性气体，直到脱碳结束。本方法在碳低时同样也进行吹氧脱碳操作，极大的提高了RH精炼炉的脱碳速率；采用本方法能够在12min内将钢中的碳含量脱至0.0012%以下；具有脱碳率好、脱碳效果好、钢液洁净度好等特点。

Description

提升超低碳钢RH精炼脱碳速率的方法和侧吹装置

技术领域

本发明属于超低碳钢冶炼技术领域，尤其是一种提升超低碳钢RH精炼脱碳速率的方法和侧吹装置。

背景技术

目前国内外超低碳钢普遍采用顶底复吹转炉—RH真空精炼—板坯连铸工艺进行生产，该工艺主要是通过RH精炼的真空室，使钢液进行碳氧反应，进而脱除钢水中的碳大量，达到冶炼超低碳或者极低碳钢的目的。但RH精炼在脱碳过程中普遍存在的问题是RH精炼脱碳时间长，进而导致精炼周期长、过程温降大、夹杂物不易上浮等一系列问题。为弥补RH精炼过程温降，部分企业通过提高转炉终点温度的方法来进行弥补，但转炉终点温度高又会导致钢液中的溶解氧升高、渣中TFe含量升高，进而导致钢液中的夹杂物含量超标。如果能够快速提高RH脱碳速率，则意味着RH精炼周期短、过程温降小，转炉终点温度低，钢中夹杂物少，因此，如何快速地提高RH精炼的脱碳速率，成为RH精炼面临的重要挑战。

为提高RH精炼脱碳速率，不少钢铁企业已经进行了积极的探索，如：申请号为201110177807.9的中国专利申请公开了一种“一种RH精炼过程快速深脱碳的方法”，该方法通过在脱碳开始7～10min后向RH真空室内添加由增氧剂80%～94%、扩散剂5%～15%、粘结剂1%～5%组成的脱碳熔剂进行脱碳；该方法可以将钢中碳含量稳定控制在10ppm左右，但该方法存在的一个缺点是加入钢中的脱碳熔剂会污染钢液，增加钢中夹杂数量。

申请号为201911328810.9的中国专利申请，公开了“一种促进RH脱碳的方法”，该方法在超低碳钢RH脱碳前或脱碳过程中，向钢液中加入铝或铝合金，利用铝氧反应在钢液中形成弥散Al₂O₃夹杂物，生成的Al₂O₃夹杂物与钢液的润湿性差、润湿角大，成为RH脱碳反应生成一氧化碳气泡的异质形核核心，促进一氧化碳气泡形核，增大一氧化碳气泡在钢液中的形核深度，扩大RH真空槽中碳氧反应的反应层厚度，提升RH深脱碳能力；同样，该方法在钢中形成的Al₂O₃夹杂很难完全上浮，也会影响钢液洁净度。

申请号为201610973985.5的中国专利申请，公开了“一种RH快速脱碳及减少钢液温降的方法”，该方法通过转炉高拉碳操作，RH精炼前期进行吹氧，在RH二次燃烧阶段继续分阶段供氧的方法可以使钢中碳含量在脱碳15min时降至15ppm以下；该方法虽然可以在一定程度上提高脱碳速率，但脱碳率还不是最好，对于部分操作的具体细节并未解释清楚，不具有较强的推广性。

科技论文《RH深脱碳工艺技术优化研究》（《第十九届（2016年）全国炼钢学术会议大会报告及论文摘要集》，2016.05，曾建华、周伟、张敏…等），在分析装备条件及海拔高度对RH脱碳影响的基础上，通过对钢包底吹氩、RH提升气体流量及强制吹氧脱碳的工艺技术的优化研究，提高了RH脱碳速率。通过工业应用使钢中[C]≤0.0020%的比例达到了90%以上。该工艺稳定了RH脱碳后钢中碳的命中率，但并未切实提高RH脱碳速率。

科技论文《RH冶炼超低碳钢脱碳机理研究》（《炼钢》，2011年05期，李崇巍、成国光、王新华…等），通过RH真空处理脱碳数学模型研究了钢液表面以及飞溅液滴表面的脱碳机理；研究表明真空度是影响表面脱碳以及飞溅液滴脱碳反应进行的主要因素，真空处理9min以后，飞溅液滴脱碳占据优势，脱碳结束时其脱碳量比例高达72%。该研究分析了影响脱碳速率的主要因素，但并未提出有效提高RH脱碳速率的措施。

可以看出，现有提升RH脱碳速率的措施中，脱碳速率提升能力有限，而且部分措施还以污染钢液为代价，措施可行性并不大。因此，开发一种能够切实有效的提高RH脱碳速率的措施很有必要。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种不会污染钢液的提升超低碳钢RH精炼脱碳速率的方法；本发明还提供了一种提升超低碳钢RH精炼脱碳速率的侧吹装置。

为解决上述技术问题，本发明方法工艺为：（1）所述RH进站钢液的温度为1610℃～1630℃，碳含量为0.03wt%～0.05wt%，氧含量为0.025wt%～0.45wt%；

（2）钢包进RH精炼后，将钢包升起进行抽真空操作，真空度降至200mbar及以下后，进行降顶枪吹氧脱碳操作；吹氧流量根据钢中氧含量确定，吹氧量根据转炉出钢量、钢中氧含量及碳含量进行确定；

（3）RH顶枪吹氧结束时，在真空槽的侧面侧吹惰性气体，直到脱碳结束。

本发明方法所述步骤（3）中，在真空槽的两侧侧吹惰性气体，单侧侧吹的惰性气体流量为1000～1500m³/h。

本发明方法根据权利要求1所述的提升超低碳钢RH精炼脱碳速率的方法，其特征在于：所述步骤（2）中，RH进站时钢液中的氧含量＞0.04%时，顶枪吹氧流量按≤1350m³/h控制；RH进站时钢液中的氧含量为0.03～0.04%时，按1350m³/h＜顶枪吹氧流量＜1500m³/h控制；RH进站时钢中氧低于＜0.03%时，顶枪吹氧流量按≥1500m³/h控制。

本发明方法所述步骤（2）中，顶枪吹氧量与转炉出钢量、钢中氧含量及碳含量满足如下关系式（Ⅰ）：

V_氧气=M_钢×1000×(([%C]_进站-0.003)/12×16-([%O]_进站-0.035))/100/32×22.4/0.75 （Ⅰ）；

式中：

V_氧气：顶枪吹氧量，m³；

M_钢：出钢量，t；

[%C]_进站：RH进站时钢液中的碳含量，w%；

[%O]_进站：RH进站时钢液中的氧含量，w%。

本发明侧吹装置用于上述方法的侧面侧吹，包括有吹气头；所述吹气头设置在真空槽的内侧壁上，由供气管供气；所述吹气头呈放射状设置有至少一圈通气缝，所述通气缝与供气管连通。

本发明侧吹装置所述通气缝宽度为0.15mm～0.25mm、长度为20mm～40mm。

本发明侧吹装置所述通气缝与供气管之间设有集气室。

本发明侧吹装置所述侧吹装置为两个，对称分布于真空槽两浸渍管连线的中心垂直面上。

本发明侧吹装置所述吹气头距真空槽底部200mm～500mm。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明打破了以往仅在碳高时才进行吹氧脱碳的思想束缚，在碳低时同样也进行吹氧脱碳操作，极大的提高了RH精炼炉的脱碳速率；采用本发明能够在12min内将钢中的碳含量脱至0.0012%以下。本发明在提高脱碳速率的同时并未污染钢液，而且易于操作，推广较性强，具有脱碳率好、脱碳效果好、钢液洁净度好等特点。

本发明侧吹装置可与浸渍管配合侧吹和底吹惰性气体，从而能打乱钢液层流，提高钢液传质系数，进而提升脱碳速率。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是RH处理过程中的脱碳特征图；

图2是本发明中RH真空槽的结构示意图；

图3是本发明侧吹装置的结构示意图；

图4是本发明侧吹装置截面图。

图中：顶枪1、抽真空装置2、吹气头3、浸渍管4、提升气体吹气装置5、钢包钢液6、通气缝31、供气管32、集气室33。

具体实施方式

本提升超低碳钢RH精炼脱碳速率的方法的发明原理为：图1展示了RH处理过程中的脱碳行为；图1可见，RH脱碳过程分为两个阶段，在第一阶段，[C]≥0.003%，脱碳速率与碳含量成线性关系；在第二阶段，[C]＜0.003，脱碳速率几乎是停滞的。以往提升RH脱碳速率的措施中，主要围绕提升第一阶段的脱碳速率进行开展工作，其实如何在第二阶段进行快速脱碳也是一个很大问题。目前国内外学界普遍认为脱碳速率是由碳的传质控制所控制，脱碳速率方程如公式（Ⅱ）：

其中：

K：表观脱碳速率常数；

W：循环率；

ω：钢液重量，t；

ρ：钢液密度，kg/m³；

ak：传质系数。

根据公式（Ⅱ）可知，表观脱碳速率常数K随着循环速率W和传质系数ak的增加而增加，目前已经证明扩大浸渍管直径和增大RH真空室的提升气体流量可以显著提升脱碳速率，但以上两点仅对提升第一阶段的脱碳速率有着重要促进作用，对于第二阶段脱碳速率的提升较小。为此，本方法采用了通过与真空室钢液运动垂直方向吹气的方式，底吹和侧吹相配合，打乱钢液层流，提高钢液传质系数，进而提升脱碳速率。

为了实现真空槽的侧吹，本提升超低碳钢RH精炼脱碳速率的侧吹装置采用下述结构：图2-4所示，所述钢包中盛有钢包钢液6，RH真空精炼炉位于钢包的上方，上部设有抽真空装置2和顶枪1。所述RH真空精炼炉的真空槽的底部连通有两个浸渍管4，浸渍管4连通有提升气体吹气装置5，以吹入提升气体，促进钢液在RH真空室内的循环。在RH真空精炼炉的真空槽的内侧壁对称设置有两个吹气头3；所述两个吹气头3形成的纵向面与两个浸渍管4形成的纵向面垂直相交，且交线位于两个面中心；这样两个吹气头3和两个浸渍管4即可设置在四个方向，使得吹气更加均匀；所述吹气头3最好设置为两个，对称分布于浸渍管连线的中心垂直面上。所述吹气头3距真空槽底的距离均为200mm～500mm。所述吹气头3为圆台或圆柱状，水平设置，纵截面为圆形；吹气头3的头部向内伸向真空槽内部，尾部向外设置。所述吹气头3由头向尾设有长条状的通气缝31；所述通气缝31在纵截面呈放射状设置有至少一圈，如图4所示，设置有内外两圈、共28条。所述通气缝31在纵截面上的宽度在0.15mm～0.25mm之间、长度在20mm～40mm之间。所述吹气头3的尾部设有集气室33，通气缝31的尾部均与集气室33连通；所述集气室33的尾部与伸出真空槽的供气管32连通，供气管32向外伸出RH真空精炼炉并与气源连通；这样，由供气管32吹进的气体经集气室33后分散到各个通气环缝31内，然后从通气环缝31吹入真空槽内。所述吹气头3由铬刚玉质浇注料浇注成型，耐火度≥1790℃、体积密度≥2.8g/cm³、常温耐压强度≥60Mpa，浇注料中Al₂O₃含量≥93wt%、Cr₂O₃含量为2.0wt%～5.0wt%。

实施例1-7：本提升超低碳钢RH精炼脱碳速率的方法采用下述具体工艺。

（1）本方法工艺为：所述转炉出钢后，经顶渣处理后进行LF处理，然后进行RH精炼；RH精炼的工艺步骤如下所述。

步骤1：所述RH进站钢液的温度为1610℃～1630℃，碳含量为0.03wt%～0.05wt%，氧含量为0.025wt%～0.45wt%。

步骤2：钢包进RH精炼后，将钢包升起进行抽真空操作，真空度降至200mbar及以下后，进行降顶枪吹氧脱碳操作；吹氧流量根据钢中氧含量确定，吹氧量根据转炉出钢量、钢中氧含量及碳含量进行确定。

所述RH进站时钢液中的氧含量＞0.04%时，顶枪吹氧流量按≤1350m³/h控制；RH进站时钢液中的氧含量为0.03～0.04%时，按1350m³/h＜顶枪吹氧流量＜1500m³/h控制；RH进站时钢中氧低于＜0.03%时，顶枪吹氧流量按≥1500m³/h控制。

所述顶枪吹氧量与转炉出钢量、钢中氧含量及碳含量满足如下关系式（Ⅰ）：

V_氧气=M_钢×1000×(([%C]_进站-0.003)/12×16-([%O]_进站-0.035))/100/32×22.4/0.75= M_钢×7×(([%C]_进站-0.003)/3×4-([%O]_进站-0.035))/0.75 （Ⅰ）；

式中：

V_氧气：顶枪吹氧量，m³；

M_钢：出钢量，t；

[%C]_进站：RH进站时钢液中的碳含量，w%；

[%O]_进站：RH进站时钢液中的氧含量，w%。

步骤3：RH顶枪吹氧结束时，在真空槽的两侧侧吹惰性气体，单侧侧吹的惰性气体流量为1000～1500m³/h，直到脱碳结束。

（2）各实施例RH进站钢液控制及过程参数控制情况，以及脱碳12min时，进行取样分析，此时钢中碳含量见表1。

表1：RH进站钢液控制及过程参数控制情况

（3）由表1可见，本方法在碳低时同样也能进行吹氧脱碳操作，能够在12min及以内将钢中的碳含量脱至0.0012%以下，极大的提高了RH精炼炉的脱碳速率，具有脱碳率好、脱碳效果好、钢液洁净度好等特点。

Claims (7)

1.一种提升超低碳钢RH精炼脱碳速率的方法，其特征在于，其方法工艺为：（1）RH进站钢液的温度为1610℃～1630℃，碳含量为0.03wt%～0.05wt%，氧含量为0.025wt%～0.45wt%；

（2）钢包进RH精炼后，将钢包升起进行抽真空操作，真空度降至200mbar及以下后，进行降顶枪吹氧脱碳操作；吹氧流量根据钢中氧含量确定，吹氧量根据转炉出钢量、钢中氧含量及碳含量进行确定；RH进站时钢液中的氧含量＞0.04%时，顶枪吹氧流量按≤1350m³/h控制；所述RH进站时钢液中的氧含量为0.03～0.04%时，按1350m³/h＜顶枪吹氧流量＜1500m³/h控制；RH进站时钢中氧低于＜0.03%时，顶枪吹氧流量按≥1500m³/h控制；

（3）RH顶枪吹氧结束时，通过在真空槽的侧面侧吹惰性气体，直到脱碳结束；在真空槽的两侧侧吹惰性气体，单侧侧吹的惰性气体流量为1000～1500m³/h。

2.根据权利要求1所述的提升超低碳钢RH精炼脱碳速率的方法，其特征在于：所述步骤（2）中，顶枪吹氧量与转炉出钢量、钢中氧含量及碳含量满足如下关系式（Ⅰ）：

V_氧气=M_钢×1000×(([%C]_进站-0.003)/12×16-([%O]_进站-0.035))/100/32×22.4/0.75（Ⅰ）；

式中：

V_氧气：顶枪吹氧量，m³；

M_钢：出钢量，t；

[%C]_进站：RH进站时钢液中的碳含量，w%；

[%O]_进站：RH进站时钢液中的氧含量，w%。

3.一种提升超低碳钢RH精炼脱碳速率的侧吹装置，用于权利要求1或2所述方法的侧面侧吹，其特征在于：包括有吹气头（3）；所述吹气头（3）设置在真空槽的内侧壁上，由供气管（32）供气；所述吹气头（3）呈放射状设置有至少一圈通气缝（31），所述通气缝（31）与供气管（32）连通。

4.根据权利要求3所述的提升超低碳钢RH精炼脱碳速率的侧吹装置，其特征在于：所述通气缝（31）宽度为0.15mm～0.25mm、长度为20mm～40mm。

5.根据权利要求3所述的提升超低碳钢RH精炼脱碳速率的侧吹装置，其特征在于：所述通气缝（31）与供气管（32）之间设有集气室（33）。

6.根据权利要求3所述的提升超低碳钢RH精炼脱碳速率的侧吹装置，其特征在于：所述侧吹装置为两个，对称分布于真空槽两浸渍管连线的中心垂直面上。

7.根据权利要求3－6任意一项所述的提升超低碳钢RH精炼脱碳速率的侧吹装置，其特征在于：所述吹气头（3）距真空槽底部200mm～500mm。

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