CN113430336A - 一种利用co2进行rh高效精炼的操作方法 - Google Patents

一种利用co2进行rh高效精炼的操作方法 Download PDF

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Abstract

本发明特别涉及一种利用CO2进行RH高效精炼的操作方法，属于钢铁冶炼技术领域，方法包括：将钢液送入RH精炼站，后进行真空处理，使钢液进入真空室循环；将进入真空室循环的钢液进行底吹气体，使钢液进行脱碳，其中，底吹气体包括至少一段底吹惰性气体和至少一段底吹弱氧化性气体；将脱碳后的钢液进行脱氧和合金化，完成RH精炼；本方法开创性的在真空脱碳过程中，在脱碳中期，碳氧反应最剧烈时将真空室底部侧吹气源由惰性气体切换为弱氧化性气体，利用弱氧化性气体的弱氧化性、以及气泡内部脱碳和对钢液的搅拌作用，促进了真空室内的脱碳反应，提升了脱碳效率。同时，弱氧化性气体在参与脱碳反应过程中有吸热的作用，保护吹气元件，避免高温熔损和侵蚀。

Description

一种利用CO2进行RH高效精炼的操作方法
技术领域
本发明属于钢材冶炼技术领域，特别涉及一种利用CO2进行RH高效精炼的操作方法。
背景技术
RH冶炼低碳钢、超低碳钢时，利用真空降低炉内CO分压，从而促进钢液中溶解的C、O元素反应，形成CO气体逸出钢液，实现脱C的目的。在RH真空精炼过程中，通过真空室侧吹氩气工艺，可以促进真空室搅拌，提高脱碳速率，但氩气不具有氧化性，只能通过氩气泡表面和加强搅拌来促进脱碳。有研究者提出了，向钢液内部直接吹入氧气，该方法虽然可以促进C、O反应，但大幅提高了钢液氧化性，影响洁净度，同时吹氧时底吹元件极易侵蚀，寿命低，无法做到与真空室底部耐材寿命同步。
发明内容
鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的利用CO2进行RH高效精炼的操作方法。
本发明实施例提供了一种利用CO2进行RH高效精炼的操作方法，所述方法包括：
将钢液送入RH精炼站，后进行真空处理，使所述钢液进入真空室循环；
将进入真空室循环的所述钢液进行底吹气体，使所述钢液进行脱碳，其中，所述底吹气体包括至少一段底吹惰性气体和至少一段底吹弱氧化性气体；
将脱碳后的所述钢液进行脱氧和合金化，完成RH精炼。
可选的，所述将进入真空室循环的所述钢液进行底吹气体，使所述钢液进行脱碳，具体包括：
将所述进入真空室循环的所述钢液进行第一次底吹惰性气体；
将完成第一次底吹惰性气体的所述钢液进行底吹弱氧化性气体；
将完成底吹弱氧化性气体的所述钢液进行第二次底吹惰性气体。
可选的，所述底吹弱氧化性气体包括第一次底吹弱氧化性气体和第二次底吹弱氧化性气体，
所述第一次底吹弱氧化性气体的时间段为所述钢液进入真空室循环后的第4-5分钟至所述钢液进入真空室循环后的第8-9分钟；
所述第二次底吹弱氧化性气体的时间段为所述钢液进入真空室循环后的第8-9分钟至脱碳结束。
可选的，所述第一次底吹弱氧化性气体的流量满足如下关系：
Figure BDA0003120828020000021
其中，
Figure BDA0003120828020000022
为二氧化碳吹气量，NL/min；D为真空室底部内径，m；H为真空室底部熔池高度，m；ρ为钢液密度，kg/m3；α为流量系数，NL/(min·kg)，α的取值为0.18NL/(min·kg)-0.22NL/(min·kg)。
可选的，第二次底吹弱氧化性气体的流量为300NL/min-500NL/min。
可选的，所述第一次底吹弱氧化性气体和第二次弱氧化性气体的弱氧化性气体均包括CO2。
可选的，所述第一次底吹惰性气体和第二次底吹惰性气体的惰性气体均包括Ar。
可选的，所述第一次底吹惰性气体的流量为300NL/min-500NL/min。
可选的，所述第二次底吹惰性气体的流量为50NL/min-100NL/min。
可选的，在进行真空处理的同时，进行预底吹氩气，用以防止堵塞。
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：
本发明实施例提供的利用CO2进行RH高效精炼的操作方法，所述方法包括：将钢液送入RH精炼站，后进行真空处理，使所述钢液进入真空室循环；将进入真空室循环的所述钢液进行底吹气体，使所述钢液进行脱碳，其中，所述底吹气体包括至少一段底吹惰性气体和至少一段底吹弱氧化性气体；将脱碳后的所述钢液进行脱氧和合金化，完成RH精炼；本方法开创性的在真空脱碳过程中，在脱碳中期，碳氧反应最剧烈时将真空室底部侧吹气源由惰性气体切换为弱氧化性气体，利用弱氧化性气体的弱氧化性、以及气泡内部脱碳和对钢液的搅拌作用，促进了真空室内的脱碳反应，提升了脱碳效率。同时，弱氧化性气体在参与脱碳反应过程中有吸热的作用，保护吹气元件，避免高温熔损和侵蚀，可以实现钢水脱碳效率提升10-30％，缩短脱碳时间2-3分钟。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
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。
本申请实施例的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
根据本发明一种典型的实施方式，提供一种利用CO2进行RH高效精炼的操作方法，方法包括：
S1.在RH真空室底部熔池以下的内壁上，预先埋设底吹元件(2-10支)，钢液进入RH精炼站后，钢包车开至真空处理位置，提升钢包，浸渍管插入钢液，同时开启真空抽气系统和循环气体，同时，真空室底部侧面吹气元件(2-10支)保持吹氩气，保持底吹元件不发生堵塞，流量为20-50NL/min；
S2.从真空室顶部监控摄像头观察到钢液进入真空室后，钢液开始循环，Ar气流量提高至300-500NL/min，用Ar气泡促进搅拌，此时钢液内碳氧反应剧烈，产生大量废气。
此阶段(即进行第一次底吹惰性气体的阶段)，钢液开始发生脱碳反应，需要快速降低真空度，使真空室内的真空度降低至100pa以下，氩气流量不宜过大，以免影响真空度的快速降低。同时，此阶段钢液中氧含量较为富裕，用Ar气促进搅拌即可；
S3.钢液开始循环后的4-5分钟开始，真空室下部侧面的吹气元件吹入气体由Ar气切换为CO2气体，最佳吹气流量如下公式计算所得：
Figure BDA0003120828020000031
其中，
Figure BDA0003120828020000041
为二氧化碳吹气量，NL/min；D为真空室底部内径，m；H为真空室底部熔池高度，m；ρ为钢液密度，kg/m3；α为流量系数，NL/(min·kg)，根据现场工艺研究，一般取0.18-0.22时效果最好。
此阶段(即进行第一次底吹弱氧化性气体的阶段)，真空度已经下降至深真空，脱碳反应限制性环节主要是O元素的供给，此时可以利用CO2气体氧化性促进脱碳；同时，CO2+[C]→2CO，且该反应为吸热反应，可以减少对吹氧化性气体对底吹元件的熔损和侵蚀；通常情况下，CO2气体的吹气流量为1000NL/min-1500NL/min。
S4.钢液开始循环后的8-9分钟开始到脱碳结束，CO2气体流量降低为300-500NL/min。
这一阶段(即进行第二次底吹弱氧化性气体的阶段)，随着碳含量的降低，碳氧反应逐渐减弱，脱碳需要的氧大幅减少，进而CO2气体流量需求降低，故降低CO2气体流量。
S5.脱碳结束后真空室底吹气体由CO2切换为氩气，气量流量控制为50-100NL/min，直到精炼结束破除真空。
此阶段(即进行第二次底吹惰性气体的阶段)，脱碳已经结束，RH精炼主要任务是脱氧和合金化，保持低流量氩气吹入，既可以消除真空室“死区”，又能防止吹气元件堵塞。
本发明开创性的在真空脱碳过程中，在脱碳中期，碳氧反应最剧烈时将真空室底部侧吹气源由Ar切换为CO2，利用CO2气体弱氧化性、以及气泡内部脱碳和对钢液的搅拌作用，促进了真空室内的脱碳反应，提升了脱碳效率。同时，CO2气体在参与脱碳反应过程中有吸热的作用，保护吹气元件，避免高温熔损和侵蚀。
下面将结合实施例、对照例及实验数据对本申请的利用CO2进行RH高效精炼的操作方法进行详细说明。
实施例1
本实施例中冶炼的钢种成品碳含量≤0.003％，钢包容量为220t，实际钢水了为218t。钢液进入RH精炼站后，钢包车开至真空处理位置，提升钢包，浸渍管插入钢液，同时开启真空抽气系统和循环气体，同时，真空室底部侧面6支吹气元件保持吹氩气，总流量为50NL/min。
钢液进入真空室开始循环后，Ar气流量提高至400NL/min。
钢液循环5min后，真空室内的真空度降低至80pa，真空室下部侧面的吹气元件吹入气体由Ar气切换为CO2气体，该真空室直径为2.138m，熔池高度为0.4m，流量系数取0.2NL/(min·kg)，根据公式，CO2最佳吹气流量被设定为2050NL/min。
钢液开始循环后的9分钟开始到脱碳结束，CO2气体流量降低为500NL/min。
脱碳结束后真空室底吹气体由CO2切换为氩气，气量流量控制为100NL/min，直到精炼结束破除真空。
真空精炼结束后钢液碳含量为0.0019％，满足成品要求。脱碳时间比常规工艺缩短了2min，脱碳速率提升了21％。
实施例2
本实施例中冶炼的钢种成品碳含量≤0.002％，钢包容量为220t，实际钢水了为223t。钢液进入RH精炼站后，钢包车开至真空处理位置，提升钢包，浸渍管插入钢液，同时开启真空抽气系统和循环气体，同时，真空室底部侧面6支吹气元件保持吹氩气，总流量为50NL/min。
钢液进入真空室开始循环后，Ar气流量提高至400NL/min。
钢液循环5min后，真空室内的真空度降低至85pa，真空室下部侧面的吹气元件吹入气体由Ar气切换为CO2气体，该真空室直径为2.138m，熔池高度为0.42m，流量系数取0.2NL/(min·kg)，根据公式，CO2最佳吹气流量被设定为2151NL/min。
钢液开始循环后的9分钟开始到脱碳结束，CO2气体流量降低为500NL/min。
脱碳结束后真空室底吹气体由CO2切换为氩气，气量流量控制为100NL/min，直到精炼结束破除真空。
真空精炼结束后钢液碳含量为0.0015％，满足成品要求。脱碳时间比常规工艺缩短了3min，脱碳速率提升了18％。
对比例1
本对比例中冶炼的钢种成品碳含量≤0.003％，钢包容量为220t，实际钢水了为218t。钢液进入RH精炼站后，钢包车开至真空处理位置，提升钢包，浸渍管插入钢液，同时开启真空抽气系统和循环气体，同时，真空室底部侧面6支吹气元件保持吹氩气，总流量为50NL/min。
钢液进入真空室开始循环后，Ar气流量提高至400NL/min。
钢液循环5min后，真空室内的真空度降低至80pa，真空室下部侧面的吹气元件吹入气体由Ar气切换为CO2气体，该真空室直径为2.138m，熔池高度为0.4m，CO2吹气流量被设定为3000NL/min。
钢液开始循环后的9分钟开始到脱碳结束，CO2气体流量降低为500NL/min。
脱碳结束后真空室底吹气体由CO2切换为氩气，气量流量控制为100NL/min，直到精炼结束破除真空。
对比例2
本实施例中冶炼的钢种成品碳含量≤0.003％，钢包容量为220t，实际钢水了为218t。钢液进入RH精炼站后，钢包车开至真空处理位置，提升钢包，浸渍管插入钢液，同时开启真空抽气系统和循环气体，同时，真空室底部侧面6支吹气元件保持吹氩气，总流量为50NL/min。
钢液进入真空室开始循环后，Ar气流量提高至400NL/min。
钢液循环5min后，真空室内的真空度降低至80pa，真空室下部侧面的吹气元件吹入气体由Ar气切换为CO2气体，该真空室直径为2.138m，熔池高度为0.4m，CO2最佳吹气流量被设定为1000NL/min。
钢液开始循环后的9分钟开始到脱碳结束，CO2气体流量降低为500NL/min。
脱碳结束后真空室底吹气体由CO2切换为氩气，气量流量控制为100NL/min，直到精炼结束破除真空。
对比例3
本实施例中冶炼的钢种成品碳含量≤0.003％，钢包容量为220t，实际钢水了为218t。钢液进入RH精炼站后，钢包车开至真空处理位置，提升钢包，浸渍管插入钢液，同时开启真空抽气系统和循环气体，同时，真空室底部侧面6支吹气元件保持吹氩气，总流量为50NL/min。
钢液进入真空室开始循环后，Ar气流量提高至400NL/min。
钢液循环8min后，真空室内的真空度降低至80pa，真空室下部侧面的吹气元件吹入气体由Ar气切换为CO2气体，该真空室直径为2.138m，熔池高度为0.4m，流量系数取0.2NL/(min·kg)，根据公式，CO2最佳吹气流量被设定为2050NL/min。
钢液开始循环后的10分钟开始到脱碳结束，CO2气体流量降低为500NL/min。
脱碳结束后真空室底吹气体由CO2切换为氩气，气量流量控制为100NL/min，直到精炼结束破除真空。
对比例4
本实施例中冶炼的钢种成品碳含量≤0.003％，钢包容量为220t，实际钢水了为218t。钢液进入RH精炼站后，钢包车开至真空处理位置，提升钢包，浸渍管插入钢液，同时开启真空抽气系统和循环气体，同时，真空室底部侧面6支吹气元件保持吹氩气，总流量为50NL/min。
钢液进入真空室开始循环后，Ar气流量提高至400NL/min。
钢液循环3min后，真空室内的真空度降低至80pa，真空室下部侧面的吹气元件吹入气体由Ar气切换为CO2气体，该真空室直径为2.138m，熔池高度为0.4m，流量系数取0.2NL/(min·kg)，根据公式，CO2最佳吹气流量被设定为2050NL/min。
钢液开始循环后的9分钟开始到脱碳结束，CO2气体流量降低为500NL/min。
脱碳结束后真空室底吹气体由CO2切换为氩气，气量流量控制为100NL/min，直到精炼结束破除真空。
本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少还具有如下技术效果或优点：
(1)本发明实施例提供的方法开创性的在真空脱碳过程中，在脱碳中期，碳氧反应最剧烈时将真空室底部侧吹气源由Ar切换为CO2，利用CO2气体弱氧化性、以及气泡内部脱碳和对钢液的搅拌作用，促进了真空室内的脱碳反应，提升了脱碳效率；
(2)本发明实施例提供的方法通过将真空室底部侧吹气源由Ar切换为CO2，CO2气体在参与脱碳反应过程中有吸热的作用，保护吹气元件，避免高温熔损和侵蚀；
(3)本发明实施例提供的方法利用CO2气体弱氧化性、以及气泡内部脱碳和对钢液的搅拌作用，促进了真空室内的脱碳反应，脱碳效率提升了10-30％，脱碳周期降低了2-3分钟。
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)

1.一种利用CO2进行RH高效精炼的操作方法，其特征在于，所述方法包括：
将钢液送入RH精炼站，后进行真空处理，使所述钢液进入真空室循环；
将进入真空室循环的所述钢液进行底吹气体，使所述钢液进行脱碳，其中，所述底吹气体包括至少一段底吹惰性气体和至少一段底吹弱氧化性气体；
将脱碳后的所述钢液进行脱氧和合金化，完成RH精炼。
2.根据权利要求1所述的利用CO2进行RH高效精炼的操作方法，其特征在于，所述将进入真空室循环的所述钢液进行底吹气体，使所述钢液进行脱碳，具体包括：
将所述进入真空室循环的所述钢液进行第一次底吹惰性气体；
将完成第一次底吹惰性气体的所述钢液进行底吹弱氧化性气体；
将完成底吹弱氧化性气体的所述钢液进行第二次底吹惰性气体。
3.根据权利要求2所述的利用CO2进行RH高效精炼的操作方法，其特征在于，所述底吹弱氧化性气体包括第一次底吹弱氧化性气体和第二次底吹弱氧化性气体，
所述第一次底吹弱氧化性气体的时间段为所述钢液进入真空室循环后的第4-5分钟至所述钢液进入真空室循环后的第8-9分钟；
所述第二次底吹弱氧化性气体的时间段为所述钢液进入真空室循环后的第8-9分钟至脱碳结束。
4.根据权利要求3所述的利用CO2进行RH高效精炼的操作方法，其特征在于，所述第一次底吹弱氧化性气体的流量满足如下关系：
Figure FDA0003120828010000011
其中，
Figure FDA0003120828010000012
为二氧化碳吹气量，NL/min；D为真空室底部内径，m；H为真空室底部熔池高度，m；ρ为钢液密度，kg/m3；α为流量系数，NL/(min·kg),α的取值为0.18NL/(min·kg)-0.22NL/(min·kg)。
5.根据权利要求3所述的利用CO2进行RH高效精炼的操作方法，其特征在于，第二次底吹弱氧化性气体的流量为300NL/min-500NL/min。
6.根据权利要求3所述的利用CO2进行RH高效精炼的操作方法，其特征在于，所述第一次底吹弱氧化性气体和第二次弱氧化性气体的弱氧化性气体均包括CO2。
7.根据权利要求2所述的利用CO2进行RH高效精炼的操作方法，其特征在于，所述第一次底吹惰性气体和第二次底吹惰性气体的惰性气体均包括Ar。
8.根据权利要求2所述的利用CO2进行RH高效精炼的操作方法，其特征在于，所述第一次底吹惰性气体的流量为300NL/min-500NL/min。
9.根据权利要求2所述的利用CO2进行RH高效精炼的操作方法，其特征在于，所述第二次底吹惰性气体的流量为50NL/min-100NL/min。
10.根据权利要求1所述的利用CO2进行RH高效精炼的操作方法，其特征在于，在进行真空处理的同时，进行预底吹氩气，用以防止堵塞。
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