RU2802218C1 - Method for refining molten steel by vacuum decarburization - Google Patents
Method for refining molten steel by vacuum decarburization Download PDFInfo
- Publication number
- RU2802218C1 RU2802218C1 RU2022124930A RU2022124930A RU2802218C1 RU 2802218 C1 RU2802218 C1 RU 2802218C1 RU 2022124930 A RU2022124930 A RU 2022124930A RU 2022124930 A RU2022124930 A RU 2022124930A RU 2802218 C1 RU2802218 C1 RU 2802218C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- oxygen
- decarburization
- molten steel
- denotes
- decarburization treatment
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеThe field of technology to which the invention belongs
Настоящее изобретение относится к способу рафинирования обезуглероживанием расплавленной стали при пониженном давлении с использованием устройства для вакуумной дегазации.The present invention relates to a process for refining by decarburizing molten steel under reduced pressure using a vacuum degassing apparatus.
Известный уровень техники Prior Art
Известные примеры вакуумного дегазатора, используемого для проведения рафинирования обезуглероживанием расплавленной стали в ковше при пониженном давлении, включают аппараты различных типов, такие как вакуумный дегазатор RH, вакуумный дегазатор DH, вакуумный дегазатор REDA, аппарат вакуумного рафинирования VAD и подобные. В описании обработка, при которой обезуглероживание расплавленной стали проводят в ковше при пониженном давлении, также называется «вакуумное рафинирование обезуглероживанием». В ответ на тенденцию к модернизации стальных материалов и увеличение спроса на модернизированные стальные материалы, поскольку существует тенденция к увеличению разнообразия и количества марок стали, для которых необходимо вакуумное рафинирование обезуглероживанием, существует настоятельная потребность в сокращении времени, требуемого для выполнения такой обработки, чтобы повысить производительность устройства для вакуумной дегазации и снизить температуру выпуска в конвертере, тем самым снижая затраты на производство стального материала.Known examples of the vacuum degasser used for carrying out decarburization refining of molten steel in a ladle under reduced pressure include various types of apparatus such as an RH vacuum degasser, a DH vacuum degasser, a REDA vacuum degasser, a VAD vacuum refining apparatus, and the like. In the description, the treatment in which decarburization of molten steel is carried out in a ladle under reduced pressure is also referred to as "vacuum decarburization refining". In response to the trend towards upgrading steel materials and the increase in demand for upgraded steel materials, since there is a tendency to increase the variety and number of steel grades that need vacuum refining by decarburization, there is an urgent need to reduce the time required to complete such processing in order to increase productivity. vacuum degassing devices and reduce the outlet temperature in the converter, thereby reducing steel material production costs.
Когда рафинирование обезуглероживанием проводят при пониженном давлении в аппарате вакуумной дегазации, в случае, когда точность определения окончания рафинирования обезуглероживанием низкая, обезуглероживание продолжают, даже если концентрация углерода в расплавленной стали равна или ниже целевой концентрации, что приводит к задержке вакуумного обезуглероживания. Поэтому для быстрого проведения вакуумного обезуглероживания очень важна точная оценка концентрации углерода в расплавленной стали во время проведения вакуумного обезуглероживания, которая меняется от момента к моменту. Однако, как правило, в случае текущей операции, поскольку оператор интуитивно определяет время окончания рафинирования обезуглероживанием на основе данных анализа отходящего газа и т.п., точность является недостаточной.When decarburization refining is carried out under reduced pressure in a vacuum degassing apparatus, in a case where the accuracy of determining the end of decarburization refining is low, decarburization is continued even if the carbon concentration in the molten steel is equal to or lower than the target concentration, which delays the vacuum decarburization. Therefore, in order to carry out vacuum decarburization quickly, it is very important to accurately estimate the carbon concentration in the molten steel during vacuum decarburization, which varies from moment to moment. However, in general, in the case of the current operation, since the operator intuitively determines the end time of the decarburization refining based on the exhaust gas analysis data and the like, the accuracy is insufficient.
Для исправления такой ситуации к настоящему времени предложены некоторые методики точной оценки концентрации углерода в расплавленной стали в ковше, в котором проводится обезуглероживание при пониженном давлении.To remedy this situation, some techniques have now been proposed to accurately estimate the carbon concentration in molten steel in a ladle in which decarburization is carried out under reduced pressure.
Например, в патентной литературе 1 предлагается метод, в котором анализируют концентрацию газообразного CO, газообразного CO2 и газообразного O2 в отходящем газе, полученные результаты анализа корректируются на основе количества воздуха попадающего в вакуумную вытяжную систему для получения концентрации газообразного CO и концентрации газообразного CO2, и содержание углерода в расплавленной стали оценивают по скорректированным концентрациям газообразного CO и газообразного CO2 на основе корреляции между скорректированными концентрациями газов и содержанием углерода в расплавленной стали, которая была получена предварительно.For example, Patent Literature 1 proposes a method in which the concentration of CO gas, CO 2 gas and O 2 gas in the exhaust gas is analyzed, the analysis results are corrected based on the amount of air entering the vacuum exhaust system to obtain the CO gas concentration and the CO 2 gas concentration , and the carbon content of the molten steel is estimated from the corrected concentrations of CO gas and gaseous CO 2 based on the correlation between the corrected gas concentrations and the carbon content of the molten steel that was previously obtained.
Однако в случае способа согласно патентной литературе 1 из-за проблем, связанных с точностью анализатора отходящего газа и расходомера, имеется недостаточная точность оценки концентрации углерода в диапазоне сверхнизких концентраций углерода, в котором концентрация углерода в расплавленной стали составляет 50 ч/млн масс. или ниже.However, in the case of the method of Patent Literature 1, due to accuracy problems of the exhaust gas analyzer and the flow meter, there is insufficient accuracy in estimating the carbon concentration in the ultra-low carbon concentration range in which the carbon concentration in the molten steel is 50 ppmw. or below.
Патентная литература 2 предлагает метод оценки концентрации углерода при проведении обезуглероживания на основе модели реакции вакуумного обезуглероживания в расплавленной стали, в которой изменение давления Pt в вакуумной камере регистрируется в режиме онлайн, и концентрация углерода и концентрация кислорода рассчитываются от момента к моменту на основе значения анализа концентрации углерода в образце расплавленной стали, отобранного перед началом вакуумной откачки, температуры T расплавленной стали, которая измеряется непосредственно перед началом вакуумной откачки, и кислородного потенциала [O], который определяется с помощью датчика кислородного потенциала.Patent Literature 2 proposes a method for estimating the carbon concentration in carrying out decarburization based on the reaction model of vacuum decarburization in molten steel, in which the pressure change of Pt in the vacuum chamber is recorded online, and the carbon concentration and oxygen concentration are calculated moment-to-moment based on the concentration analysis value carbon in a sample of molten steel taken before starting the vacuum pumping, the temperature T of the molten steel, which is measured immediately before starting the vacuum pumping, and the oxygen potential [O] which is determined by an oxygen potential sensor.
Однако в случае способа в соответствии с патентным документом 2, поскольку не учитывается влияние кислорода, переходящего в шлак, невозможно точно оценить расход кислорода (баланс кислороде) при обезуглероживании продувкой кислородом, который включает образование FeO из-за окисления расплавленной стали, что приводит к возникновению ошибки расчёта.However, in the case of the method according to Patent Document 2, since the influence of oxygen passing into the slag is not taken into account, it is not possible to accurately estimate the oxygen consumption (oxygen balance) in oxygen purge decarburization, which includes the generation of FeO due to the oxidation of molten steel, resulting in calculation errors.
Патентная литература 3 предлагает способ, в котором содержание углерода в расплавленной стали оценивают по количеству и содержанию отходящего газа с момента начала обработки до определённого времени, когда расчётное содержание углерода в расплавленной стали достигает значения в диапазоне от 100 до 30 ч/млн масс., и изменение концентрации углерода после этого времени оценивают посредством расчёта с использованием формулы модели обезуглероживания.Patent Literature 3 proposes a method in which the carbon content of molten steel is estimated from the amount and content of off-gas from the start of processing until a certain time when the calculated carbon content of molten steel reaches a value in the range of 100 to 30 ppmw, and the change in carbon concentration after this time is estimated by calculation using the decarburization model formula.
Однако в случае способа согласно патентной литературе 3, поскольку анализ отходящего газа вызывает задержку, возникает проблема, состоящая в том, что трудно определить концентрацию углерода в расплавленной стали в момент, когда метод оценки заменяется, в котором оценка выполняется на основе количества и содержания отходящего газа, на метод, в котором оценка выполняется с использованием формулы модели обезуглероживания.However, in the case of the method according to Patent Literature 3, since the exhaust gas analysis causes a delay, there is a problem in that it is difficult to determine the carbon concentration in the molten steel at the time when the evaluation method is changed in which the evaluation is performed based on the amount and content of the exhaust gas. , to a method in which the evaluation is performed using the decarburization model formula.
В непатентной литературе 1 описана модель реакции обезуглероживания для точного анализа реакции обезуглероживания расплавленной стали в печи вакуумной дегазации, в которой учитываются три элементарных процесса, то есть массоперенос в жидкой фазе, массоперенос в газовой фазе и скорость химической реакции и три реакции, то есть внутреннее обезуглероживание, поверхностное обезуглероживание и обезуглероживание барботированием В описании термин «внутреннее обезуглероживание» обозначает реакцию обезуглероживания за счёт газообразного CO, образующегося внутри расплавленной стали, имеющей давление пересыщения, равное или превышающее определённое пороговое значение, термин «поверхностное обезуглероживание» обозначает реакцию обезуглероживания на свободной поверхности, подвергающейся воздействию атмосферы при пониженном давлении, а термин «обезуглероживание барботированием» обозначает реакцию обезуглероживания на поверхности восходящего пузырька инертного газа (пузырька аргона), который вводят в расплавленную сталь. Однако непатентная литература 1 описывает только общую идею анализа реакции обезуглероживания в расплавленной стали при пониженном давлении и не предлагает конкретный метод рафинирования, например, определение окончания обезуглероживания в надлежащее время.Non-Patent Literature 1 describes a decarburization reaction model for accurately analyzing the decarburization reaction of molten steel in a vacuum degassing furnace, which considers three elementary processes, that is, liquid phase mass transfer, gas phase mass transfer, and chemical reaction rate, and three reactions, that is, internal decarburization , surface decarburization and bubbling decarburization In the description, the term "internal decarburization" refers to the decarburization reaction due to gaseous CO generated inside the molten steel having a supersaturation pressure equal to or greater than a certain threshold value, the term "surface decarburization" refers to the decarburization reaction on the free surface subjected to exposed to the atmosphere under reduced pressure, and the term "bubble decarburization" refers to the decarburization reaction on the surface of an ascending inert gas bubble (argon bubble) that is injected into the molten steel. However, Non-Patent Literature 1 only describes the general idea of analyzing the decarburization reaction in molten steel under reduced pressure, and does not propose a specific refining method such as determining the end of decarburization at the appropriate time.
Список цитированных источниковList of sources cited
Патентная литератураPatent Literature
PTL 1: JP № 3965008.PTL 1: JP #3965008.
PTL 2: JP № 3415997.PTL 2: JP #3415997.
PTL 3: JP № 3231555.PTL 3: JP #3231555.
Непатентная литератураNon-Patent Literature
NPL 1: Shinya Kitamura et al.; Tetsu-to-Hagané, vol. 80 (1994), pp. 213-218.NPL 1: Shinya Kitamura et al.; Tetsu-to-Hagane, vol. 80 (1994), pp. 213-218.
Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the essence of the invention
Техническая проблемаTechnical problem
Как описано выше, говоря о вакуумном обезуглероживании расплавленной стали с использованием аппарата для вакуумной дегазации, хотя к настоящему времени было предложено много способов оценки концентрации углерода в расплавленной стали во время обезуглероживания, все они имеют проблему недостаточной точности.As described above, when talking about vacuum decarburization of molten steel using a vacuum degassing apparatus, although many methods have been proposed to date for estimating the carbon concentration in molten steel during decarburization, they all have the problem of insufficient accuracy.
Настоящее изобретение было выполнено с учётом ситуации, описанной выше, и задачей настоящего изобретения является создание способа обезуглероживания расплавленной стали при пониженном давлении, при котором, в то время когда обезуглероживание осуществляется в расплавленной стали с использованием устройства вакуумной дегазации, можно точно оценить концентрацию углерода в расплавленной стали и определить окончание рафинирования обезуглероживанием в соответствующее время.The present invention has been made in view of the situation described above, and it is an object of the present invention to provide a method for decarburizing molten steel under reduced pressure in which, while decarburization is carried out in molten steel using a vacuum degassing apparatus, the carbon concentration in the molten steel can be accurately estimated. steel and determine the end of decarburization refining at the appropriate time.
Решение проблемыSolution
Авторы настоящего изобретения активно проводили эксперименты и исследования для решения проблем, описанных выше. В частности, примеры способа вакуумного обезуглероживания расплавленной стали с использованием аппарата для вакуумной дегазации включают следующие три способа.The inventors of the present invention actively conducted experiments and studies to solve the problems described above. Specifically, examples of a method for vacuum decarburizing molten steel using a vacuum degassing apparatus include the following three methods.
(1); метод обработки, в котором обезуглероживание осуществляют продувкой окисляющего газа (например, газообразного кислорода) в расплавленную сталь в вакуумной камере через фурму верхней продувки или подобным образом, так что кислород в окислительном газе и углерод в расплавленной стали реагируют с друг другом. Этот метод обработки называется «обезуглероживанием кислородным дутьём».(1); a processing method in which decarburization is carried out by blowing an oxidizing gas (for example, oxygen gas) into the molten steel in a vacuum chamber through a top blowing lance or the like, so that the oxygen in the oxidizing gas and the carbon in the molten steel react with each other. This treatment method is called "oxygen blast decarburization".
(2); метод обработки, в котором обезуглероживание проводят без подачи источников кислорода, таких как окисляющий газ или оксиды железа, в расплавленную сталь, путём воздействия на нераскисленную расплавленную сталь (расплавленную кипящую сталь), которая не подвергалась раскислению, пониженному давлению, так что растворённый кислород в расплавленной стали и углерод в расплавленной стали реагируют друг с другом из-за изменения равновесного соотношения между кислородом в расплавленной стали и углеродом в расплавленной стали. Этот метод обработки называется «обработкой обезуглероживанием кипящей стали».(2); a treatment method in which decarburization is carried out without supplying oxygen sources such as oxidizing gas or iron oxides to the molten steel, by exposing the non-deoxidized molten steel (molten boiling steel) which has not been subjected to deoxidation to reduced pressure so that the dissolved oxygen in the molten steel steel and carbon in molten steel react with each other due to a change in the equilibrium ratio between oxygen in molten steel and carbon in molten steel. This processing method is called "boiling steel decarburization treatment".
(3); метод обработки, в котором обезуглероживание проводят путём обезуглероживания продувкой кислородом, описанной выше, на ранней стадии вакуумного рафинирования обезуглероживанием, и обезуглероживание осуществляют путём проведения обработки обезуглероживания кипящей стали, описанной выше, на поздней стадии вакуумного обезуглероживания.(3); a processing method in which decarburization is carried out by oxygen purge decarburization described above in the early stage of vacuum decarburization refining, and decarburization is carried out by carrying out the boiling steel decarburization treatment described above in the late stage of vacuum decarburization.
Для настоящего изобретения были тщательно проведены эксперименты и исследования в предположении, что рафинирование вакуумным обезуглероживанием осуществляется с использованием метода обработки, описанного в (3), который является наиболее часто используемым методом обработки. В результате было установлено, что, поскольку количество углерода, удаляемого во время обезуглероживания продувкой кислородом, точно не оценивается, существует изменение концентрации углерода в расплавленной стали в то время, когда начинается обезуглероживание кипящей стали, и что даже в случае изменения концентрации углерода в расплавленной стали в момент начала обезуглероживания кипящей стали, поскольку невозможно отразить этот факт в условиях, применяемых для обезуглероживания кипящей стали, отсутствует повышение точности оценки содержания углерода в расплавленной стали на момент окончания вакуумного обезуглероживания или окончания обработки.For the present invention, experiments and studies have been carefully carried out under the assumption that vacuum decarburization refining is carried out using the processing method described in (3), which is the most commonly used processing method. As a result, it was found that since the amount of carbon removed during oxygen purge decarburization is not accurately estimated, there is a change in the carbon concentration in the molten steel at the time that the decarburization of the boiling steel begins, and that even if the carbon concentration in the molten steel at the start of decarburization of boiling steel, since it is impossible to reflect this fact under the conditions used for decarburization of boiling steel, there is no improvement in the accuracy of estimating the carbon content of molten steel at the end of vacuum decarburization or end of processing.
Таким образом, авторы настоящего изобретения провели исследования с точки зрения более точной оценки количества углерода, удалённого во время обработки обезуглероживанием продувкой кислородом, и отражения расчётных результатов при определении окончания обработки обезуглероживанием кипящей стали, что привело к завершению настоящего изобретения. В частности, было установлено, что путём определения количества углерода, удалённого при проведении обезуглероживания продувкой кислородом, из баланса кислорода при проведении обезуглероживания продувкой кислородом и путём расчета концентрации углерода в расплавленной стали с использованием модели реакции обезуглероживания, когда выполняется обработка обезуглероживания кипящей стали после обработки обезуглероживания продувкой кислородом, можно точно оценить концентрацию углерода в расплавленной стали.Thus, the inventors of the present invention conducted studies in terms of more accurately estimating the amount of carbon removed during the oxygen purge decarburization treatment and reflecting the calculated results when determining the end of the boiling steel decarburization treatment, which led to the completion of the present invention. In particular, it has been found that by determining the amount of carbon removed in carrying out oxygen purging decarburization from the oxygen balance in carrying out oxygen purging decarburization, and by calculating the carbon concentration in molten steel using the decarburization reaction model when the boiling steel decarburization treatment is performed after the decarburization treatment oxygen purge, the carbon concentration in the molten steel can be accurately estimated.
Настоящее изобретение было завершено на основе результатов, описанных выше, и предмет настоящего изобретения заключается в следующем.The present invention has been completed based on the results described above, and the subject of the present invention is as follows.
[1] Способ рафинирования обезуглероживанием расплавленной стали при пониженном давлении, включающий[1] A method for refining by decarburizing molten steel under reduced pressure, comprising
обработку обезуглероживанием продувкой кислородом, заключающуюся в продувке расплавленной стали окисляющим газом при пониженном давлении для выполнения обработки обезуглероживания, иan oxygen purge decarburization treatment of purging the molten steel with an oxidizing gas under reduced pressure to perform the decarburization treatment, and
обезуглероживание кипящей стали, заключающееся в прекращении подачи источников кислорода, включая окисляющий газ, в расплавленную сталь после того, как обработка обезуглероживания продувкой кислородом была выполнена, и в проведении обезуглероживания при пониженном давлении до тех пор, пока концентрация углерода в расплавленной стали не станет равной или ниже целевого значения,boiling steel decarburization, which consists in stopping the supply of oxygen sources, including an oxidizing gas, to the molten steel after the oxygen purge decarburization treatment has been performed, and carrying out decarburization under reduced pressure until the carbon concentration in the molten steel becomes equal to or below the target value,
в котором при плавке, при которой проводится обезуглероживание с использованием рабочих данных, полученных в момент начала обработки обезуглероживания продувкой кислородом и в момент окончания обработки обезуглероживанием продувкой кислородом, оценивается количество углерода, удалённого при обработке обезуглероживанием продувкой кислородом,in which, in a melt in which decarburization is performed, using the operating data obtained at the start time of the oxygen purge decarburization treatment and at the end time of the oxygen purge decarburization treatment, the amount of carbon removed by the oxygen purge decarburization treatment is estimated,
в котором на основе расчётного количества углерода, удалённого во время выполнения обработки обезуглероживанием продувкой кислородом, оценивается концентрация углерода в расплавленной стали в момент начала обработки обезуглероживанием кипящей стали, in which, based on the estimated amount of carbon removed during the execution of the oxygen purge decarburization treatment, the concentration of carbon in the molten steel at the time the boiling steel decarburization treatment is started is estimated,
в котором, используя оценочное значение в качестве концентрации углерода в расплавленной стали в момент начала обработки обезуглероживанием кипящей стали, рассчитывается изменение во времени концентрации углерода в расплавленной стали во время выполнения обезуглероживания кипящей стали при соответствующей плавке, иin which, using the estimated value as the carbon concentration in the molten steel at the start time of the boiling steel decarburization treatment, the change in time of the carbon concentration in the molten steel at the time of performing the boiling steel decarburization in the corresponding melt is calculated, and
в котором на основе изменения во времени концентрации углерода в расплавленной стали во время выполнения обработки обезуглероживанием кипящей стали, которое рассчитывается, делается определение относительно времени, когда обработка обезуглероживания кипящей стали заканчивается.in which, based on the change in time of the carbon concentration in the molten steel during the execution of the boiling steel decarburization treatment, which is calculated, a determination is made regarding the time when the boiling steel decarburization treatment ends.
[2] Способ рафинирования обезуглероживанием расплавленной стали при пониженном давлении в соответствии с вышеуказанным пунктом [1], в котором обработка обезуглероживанием кипящей стали заканчивается после того, как вычисленное значение изменения во времени концентрации углерода в расплавленной стали при обработке обезуглероживанием стало равным или ниже целевого значения концентрации углерода в расплавленной стали.[2] The molten steel reduced pressure decarburization refining method according to the above [1], wherein the boiling steel decarburization treatment ends after the calculated value of change over time of the carbon concentration in the molten steel in the decarburization treatment becomes equal to or lower than the target value carbon concentration in molten steel.
[3] Способ рафинирования обезуглероживанием расплавленной стали при пониженном давлении в соответствии с вышеуказанным пунктом [1] или [2], в котором количество углерода, удалённого во время обезуглероживания продувкой кислородом, оценивается на основе баланса кислорода, во время проведения обезуглероживания кислородным дутьём при соответствующей плавке.[3] The molten steel reduced pressure decarburization refining method according to [1] or [2] above, wherein the amount of carbon removed during oxygen blast decarburization is judged based on the oxygen balance at the time the oxygen blast decarburization is carried out under an appropriate melting.
[4] Способ рафинирования обезуглероживанием расплавленной стали при пониженном давлении в соответствии вышеуказанными [1] - [3], в котором, принимая во внимание баланс кислорода во время выполнения обезуглероживания продувкой кислородом, количество поступающего кислорода и количество выходящего кислорода оценивают, по меньшей мере, по количеству газообразного кислорода, содержащегося в окисляющем газе, подаваемом во время выполнения обезуглероживания продувкой кислородом при соответствующей плавке, изменение содержания кислорода в расплавленной стали до и после проведения обезуглероживания продувкой кислородом, и изменение содержания кислорода в шлаке до и после выполнения обезуглероживания продувкой кислородом, при котором количество углерода, удалённого во время обезуглероживания продувкой кислородом, рассчитывают по разнице между количеством поступающего кислорода и количеством выходящего кислорода.[4] The method of refining by decarburization of molten steel under reduced pressure according to the above [1] to [3], in which, taking into account the balance of oxygen at the time of performing oxygen purge decarburization, the amount of incoming oxygen and the amount of outgoing oxygen are evaluated at least according to the amount of oxygen gas contained in the oxidizing gas supplied at the time of performing oxygen purge decarburization in the corresponding melting, the change in the oxygen content of the molten steel before and after the oxygen purge decarburization is carried out, and the change in the oxygen content of the slag before and after the oxygen purge decarburization is performed, when in which the amount of carbon removed during oxygen purge decarburization is calculated from the difference between the amount of incoming oxygen and the amount of outgoing oxygen.
[5] Способ рафинирования обезуглероживанием расплавленной стали при пониженном давлении в соответствии с вышеуказанным пунктом [4], в котором изменение содержания кислорода в шлаке до и после выполнения обезуглероживания продувкой кислородом оценивают по измеренному значению кислородного потенциала шлака и измеренному значению толщины шлака, полученным до начала обработки обезуглероживанием продувкой кислородом, и измеренному значению кислородного потенциала шлака и измеренному значению толщины шлака, которые измеряются после окончания обработки обезуглероживанием продувкой кислородом.[5] The molten steel reduced pressure decarburization refining method according to the above [4], wherein the change in the oxygen content of the slag before and after the oxygen purge decarburization is performed is judged from the measured value of the oxygen potential of the slag and the measured value of the thickness of the slag obtained before starting the oxygen purging decarburization treatment, and the measured slag oxygen potential value and the measured slag thickness value, which are measured after the completion of the oxygen purging decarburization treatment.
[6] Способ рафинирования обезуглероживанием расплавленной стали при пониженном давлении в соответствии с любым из вышеуказанных пунктов [1] - [5], в котором количество углерода, удалённого во время обезуглероживания продувкой кислородом, оценивается с помощью приведенных ниже уравнений (1) - (3):[6] The molten steel reduced pressure decarburization refining method according to any one of the above [1] to [5], wherein the amount of carbon removed during oxygen purging decarburization is estimated using the following equations (1) to (3 ):
Здесь ΔOC обозначает количество кислорода (кг), которое удаляется обезуглероживанием расплавленной стали при проведении обезуглероживания продувкой кислородом, ΔOО обозначает изменение количества растворённого кислорода (кг) в расплавленной стали при проведении обезуглероживания продувкой кислородом, ΔOS обозначает изменение количества кислорода (кг) в шлаке при проведении обезуглероживания продувкой кислородом, OExh обозначает количество кислорода (кг), которое подаётся и затем отводится в систему вытяжки в форме кислорода или диоксида углерода во время обезуглероживания продувкой кислородом, FO2 обозначает количество кислорода (кг), которое подаётся во время обезуглероживания продувкой кислородом, GCO2 обозначает количество диоксида углерода (кг) в отходящем газе при выполнении обезуглероживания продувкой кислородом, GO2 обозначает количество кислорода (кг) в отходящем газе при выполнении обезуглероживания продувкой кислородом, ΔC обозначает количество углерода (кг), удалённого из расплавленной стали при проведении обезуглероживания продувкой кислородом, и ζ обозначает поправочный коэффициент (-) расхода отходящего газа.Here, ΔO C denotes the amount of oxygen (kg) that is removed by decarburizing the molten steel in oxygen purge decarburization, ΔO O denotes the change in the amount of dissolved oxygen (kg) in molten steel when performing oxygen purge decarburization, ΔO S denotes the change in the amount of oxygen (kg) in slag during oxygen purge decarburization, O Exh indicates the amount of oxygen (kg) that is supplied and then removed to the exhaust system in the form of oxygen or carbon dioxide during oxygen purge decarburization, F O2 indicates the amount of oxygen (kg) that is supplied during decarburization oxygen purge, G CO2 indicates the amount of carbon dioxide (kg) in the off-gas when oxygen purge decarburization is performed, G O2 indicates the amount of oxygen (kg) in the off-gas when oxygen purge decarburization is performed, ΔC indicates the amount of carbon (kg) removed from the molten steel when carrying out oxygen purge decarburization, and ζ denotes a correction factor (-) of the off-gas flow rate.
[7] Способ рафинирования обезуглероживанием расплавленной стали при пониженном давлении в соответствии с любым из вышеуказанных пунктов [1] - [6], в котором во время обезуглероживания кипящей стали изменение во времени концентрации углерода в расплавленной стали рассчитывается с использованием расчётных параметров, включающих, по меньшей мере, площадь реакционной поверхности для поверхности обезуглероживания, и в котором площадь реакционной поверхности для поверхности обезуглероживания определяется и обновляется на основе рабочих данных от момента к моменту, когда выполняется обезуглероживание кипящей стали.[7] The molten steel reduced pressure decarburization refining method according to any one of [1] to [6] above, in which, during the boiling steel decarburization, the time change of the carbon concentration in the molten steel is calculated using design parameters including, at least the reaction surface area for the decarburization surface, and in which the reaction surface area for the decarburization surface is determined and updated based on the time-to-time operation data when the boiling steel is decarburized.
[8] Способ рафинирования обезуглероживанием расплавленной стали при пониженном давлении в соответствии с вышеизложенным пунктом [7], в котором, по меньшей мере, концентрация CO в отходящем газе используется в качестве рабочих данных от момента к моменту для получения площади реакционной поверхности для поверхности обезуглероживания при проведении обезуглероживания кипящей стали.[8] The molten steel reduced pressure decarburization refining method according to the above [7], wherein at least the CO concentration in the exhaust gas is used as the moment-to-time operating data to obtain a reaction surface area for the decarburization surface at carrying out decarburization of boiling steel.
[9] Способ рафинирования обезуглероживанием расплавленной стали при пониженном давлении в соответствии с вышеуказанным пунктом [7], в котором, по меньшей мере, концентрация CO в отходящем газе, концентрация CO2 в отходящем газе, концентрация O2 в отходящем газе и температура расплавленной стали используется в качестве рабочих данных от момента к моменту для получения площади реакционной поверхности для поверхности обезуглероживания при проведении обработки обезуглероживания кипящей стали.[9] The molten steel reduced pressure decarburization refining method according to the above [7], wherein at least the CO concentration in the exhaust gas, the concentration of CO 2 in the exhaust gas, the concentration of O 2 in the exhaust gas, and the temperature of the molten steel is used as moment-to-moment operating data to obtain the reaction surface area for the decarburization surface when conducting the boiling steel decarburization treatment.
[10] Способ рафинирования обезуглероживанием расплавленной стали при пониженном давлении в соответствии с вышеуказанным пунктом [9], в котором площадь реакционной поверхности для поверхности обезуглероживания во время обезуглероживания кипящей стали определяется с использованием приведённых ниже уравнений (4) - (10):[10] The molten steel reduced pressure decarburization refining method according to the above [9], in which the reaction surface area for the decarburization surface at the time of decarburization of the boiling steel is determined using the following equations (4) to (10):
Здесь AS обозначает площадь реакционной поверхности (м2) для поверхности обезуглероживания, Π обозначает константу скорости поверхностной реакции, α обозначает константу (3 - 15), ANA обозначает площадь (м2), рассчитанную путём вычитания площади поперечного сечения верхней трубы из площади поперечного сечения нижней камеры, β обозначает коэффициент поверхностной активности ликвидуса, AA обозначает площадь поперечного сечения (м2) верхней трубы, εQ обозначает удельную мощность перемешивания (Вт/кг ), W обозначает количество расплавленной стали (кг), Q обозначает скорость циркуляции (кг/с) расплавленной стали, v обозначает скорость введения потока (м/с) расплавленной стали через нижнюю трубу, G обозначает скорость потока (н.л/мин) циркуляционного потока газа, D обозначает внутренний диаметр (м) верхней трубы, P0 обозначает атмосферное давление (торр), P обозначает давление (торр) в вакуумной камере, ρm обозначает плотность (кг/м3) расплавленной стали, γ обозначает константу пропорциональности (от 1 × 104 до 1 × 105), PCO обозначает парциальное давление газа CO в атмосфере вакуумной камеры, T обозначает температуру (K) расплавленной стали, СCO_gas обозначает концентрацию газообразного CO (% масс.) в отходящем газе, и СCO2_gas обозначает концентрацию газообразного CO2 (% масс.) в отходящем газе.Here, A S denotes the reaction surface area (m 2 ) for the decarburization surface, Π denotes the surface reaction rate constant, α denotes a constant (3 - 15), A NA denotes the area (m 2 ) calculated by subtracting the cross-sectional area of the top tube from the area cross-section of the lower chamber, β denotes the liquidus surface activity coefficient, A A denotes the cross-sectional area (m 2 ) of the upper tube, ε Q denotes the specific mixing power (W/kg ), W denotes the amount of molten steel (kg), Q denotes the circulation rate (kg/s) of molten steel, v denotes the rate of introduction of the flow (m/s) of molten steel through the bottom tube, G denotes the flow rate (n.l/min) of the circulating gas flow, D denotes the inner diameter (m) of the top tube, P 0 denotes atmospheric pressure (Torr), P denotes the pressure (Torr) in the vacuum chamber, ρ m denotes the density (kg/m 3 ) of molten steel, γ denotes the constant of proportionality (from 1 × 10 4 to 1 × 10 5 ), PCO denotes the partial pressure of CO gas in the atmosphere of the vacuum chamber, T denotes the temperature (K) of the molten steel, CCO_gas denotes the concentration of CO gas (% wt.) in the exhaust gas, and C CO2_gas denotes the concentration of gaseous CO 2 (% wt.) in exhaust gas.
Положительные эффекты изобретенияPositive effects of the invention
Согласно настоящему изобретению, когда выполняется рафинирование вакуумным обезуглероживанием расплавленной стали с использованием аппарата для вакуумной дегазации, поскольку можно точно оценить концентрацию углерода в расплавленной стали и, таким образом, определить время окончания обезуглероживания в соответствующее время можно сократить время, необходимое для проведения вакуумного обезуглероживания.According to the present invention, when vacuum decarburization refining of molten steel is performed using a vacuum degassing apparatus, since the carbon concentration in the molten steel can be accurately estimated and thus the decarburization end time can be determined at the appropriate time, the time required to carry out vacuum decarburization can be shortened.
Краткое описание чертежейBrief description of the drawings
Фиг. 1 представляет схематический вид в продольном разрезе одного примера вакуумного дегазатора RH.Fig. 1 is a schematic longitudinal sectional view of one example of an RH vacuum degasser.
Осуществление изобретенияImplementation of the invention
Далее настоящее изобретение будет подробно описано.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
Способ рафинирования обезуглероживанием расплавленной стали при пониженном давлении в соответствии с настоящим изобретением представляет собой способ рафинирования обезуглероживанием при пониженном давлении, включающий обработку обезуглероживания продувкой кислородом, заключающуюся в продувке окисляющим газом расплавленной стали при пониженном давлении для проведения обезуглероживания и обработку обезуглероживания кипящей стали с прекращением подачи источников кислорода, включая окисляющий газ, в расплавленную сталь после выполнения обработки обезуглероживания продувкой кислородом и проведение обработки обезуглероживания при пониженном давлении до тех пор, пока концентрация углерода в расплавленной стали не станет равной или ниже целевого значения. Кроме того, в плавке, в которой проводится обезуглероживание с использованием рабочих данных, полученных в момент начала обработки обезуглероживания продувкой кислородом и в момент окончания обработки обезуглероживания продувкой кислородом, оценивают количество углерода, удалённого при выполнении обезуглероживания продувкой кислородом, и на основе расчётного количества углерода, удалённого во время выполнения обработки обезуглероживания продувкой кислородом, оценивается концентрация углерода в расплавленной стали в момент начала обработки обезуглероживания кипящей стали. Используя расчётное значение в качестве концентрации углерода в расплавленной стали в момент начала обработки обезуглероживанием кипящей стали, рассчитывается изменение во времени концентрации углерода в расплавленной стали в ходе проведения обезуглероживания кипящей стали при соответствующей плавке, и, на основе изменения во времени концентрации углерода в расплавленной стали во время выполнения обработки обезуглероживания кипящей стали, которое рассчитывается, как описано выше, определяется время окончания обработки обезуглероживания кипящей стали.The reduced-pressure molten steel decarburization refining method according to the present invention is a reduced-pressure decarburization refining method comprising an oxygen purge decarburization treatment of blowing an oxidizing gas into the molten steel under reduced pressure to carry out decarburization, and a boiling steel decarburization treatment by cutting off the supply of sources oxygen, including an oxidizing gas, into the molten steel after performing the oxygen purge decarburization treatment, and performing the reduced pressure decarburization treatment until the carbon concentration in the molten steel becomes equal to or lower than the target value. In addition, in the melt in which decarburization is performed, using the operating data obtained at the start time of the oxygen purge decarburization treatment and at the end time of the oxygen purge decarburization treatment, the amount of carbon removed by performing the oxygen purge decarburization is estimated, and based on the calculated amount of carbon, removed during the execution of the oxygen purge decarburization treatment, the carbon concentration in the molten steel at the start of the boiling steel decarburization treatment is estimated. Using the calculated value as the carbon concentration in the molten steel at the start of the boiling steel decarburization treatment, the time change in the carbon concentration in the molten steel during the carrying out of the boiling steel decarburization in the corresponding melt is calculated, and, based on the time change in the carbon concentration in the molten steel during the execution time of the boiling steel decarburization processing, which is calculated as described above, the end time of the boiling steel decarburization processing is determined.
Примеры устройства вакуумной дегазации, в котором можно использовать способ рафинирования обезуглероживанием расплавленной стали при пониженном давлении согласно настоящему изобретению, включают вакуумный дегазатор RH, вакуумный дегазатор DH, вакуумный дегазатор REDA, аппарат вакуумного рафинирования VAD, и тому подобное, и из этих устройств вакуумный дегазатор RH является наиболее характерным устройством. Поэтому сначала будет описан способ рафинирования вакуумной дегазацией в вакуумном дегазаторе RH.Examples of the vacuum degassing apparatus in which the reduced pressure molten steel decarburization refining method of the present invention can be used include an RH vacuum degasser, a DH vacuum degasser, a REDA vacuum degasser, a VAD vacuum refining apparatus, and the like, and of these devices, an RH vacuum degasser is the most typical device. Therefore, the vacuum degassing refining method in the RH vacuum degasser will be described first.
Фиг. 1 представляет схематический продольный разрез одного примера вакуумного дегазатора RH. На фиг. 1 позиция 1 обозначает вакуумный дегазатор RH, позиция 2 обозначает ковш, позиция 3 обозначает расплавленную сталь, позиция 4 обозначает рафинировочный шлак, позиция 5 обозначает вакуумную камеру, позиция 6 обозначает верхнюю камеру, позиция 7 обозначает нижнюю камеру, позиция 8 обозначает верхнюю трубу, позиция 9 обозначает нижнюю трубу, позиция 10 обозначает трубу для продувки потока циркуляционного газа, позиция 11 обозначает воздуховод, позиция 12 обозначает отверстие для подачи материала, позиция 13 обозначает фурму верхней продувки. Позиция 14 обозначает расходомер окисляющего газа для измерения расхода окисляющего газа, который подается через фурму верхней продувки, позиция 15 обозначает расходомер отходящего газа для измерения расхода отходящего газа, отводимого через воздуховод, и позиция 16 обозначает газоанализатор для измерения концентраций компонентов (газообразных CO, CO2 и O2) отработавшего газа, который удаляется через воздуховод. Позиция 17 обозначает запоминающее арифметическое устройство, в котором хранятся рабочие данные, поступающие от расходомера окислительного газа 14, расходомера отходящего газа 15, газоанализатора 16 и т.п., и которое выполняет расчёты с использованием таких рабочих данных и уравнений (1) - (24) ниже. Кроме того, DL обозначает средний внутренний диаметр ковша, DS обозначает внешний диаметр верхней и нижней труб и dS обозначает толщину шлака.Fig. 1 is a schematic longitudinal section through one example of an RH vacuum degasser. In FIG. 1 digit 1 denotes RH vacuum degasser, digit 2 denotes ladle, digit 3 denotes molten steel, digit 4 denotes refining slag, digit 5 denotes vacuum chamber, digit 6 denotes upper chamber, digit 7 denotes lower chamber, digit 8 denotes upper pipe, digit 9 denotes a bottom pipe, 10 denotes a circulating gas flow purge tube, 11 denotes an air duct, 12 denotes a material feed port, and 13 denotes a top purge lance. Position 14 indicates an oxidizing gas flow meter for measuring the flow rate of the oxidizing gas that is supplied through the top purge lance, position 15 indicates an off-gas flow meter for measuring the flow of off-gas discharged through the duct, and position 16 indicates a gas analyzer for measuring the concentrations of components (gaseous CO, CO 2 and O 2 ) exhaust gas, which is removed through the duct. Reference numeral 17 indicates an arithmetic memory that stores operating data from the oxidizing gas flow meter 14, exhaust gas flow meter 15, gas analyzer 16, and the like, and performs calculations using such operating data and Equations (1) to (24). ) below. In addition, DL denotes the average inner diameter of the ladle, DS denotes the outer diameter of the upper and lower tubes, and dS denotes the thickness of the slag.
Вакуумная камера 5 состоит из верхней камеры 6 и нижней камеры 7, а фурма 13 верхней продувки представляет собой устройство, через которое окисляющий газ и флюс продуваются и добавляются к расплавленной стали в вакуумной камере, которое расположено в верхней части вакуумной камеры 5 и может вертикально перемещаться в вакуумной камере 5.The vacuum chamber 5 is composed of an upper chamber 6 and a lower chamber 7, and the top blowing lance 13 is a device through which oxidizing gas and flux are blown and added to the molten steel in the vacuum chamber, which is located at the top of the vacuum chamber 5 and can be moved vertically. in vacuum chamber 5.
В вакуумном дегазаторе RH 1 ковш 2, содержащий расплавленную сталь 3, поднимается с помощью элеватора (не показан), и верхняя труба 8 и нижняя труба 9 погружаются в расплавленную сталь 3 в ковше. Кроме того, когда внутренняя часть вакуумной камеры 5 откачивается через вытяжное устройство (не показано), соединенное с воздуховодом 11 для снижения давления внутри вакуумной камеры 5, циркуляционный поток газа вдувается в верхнюю трубу 8, через трубу продувки циркуляционного потока газа 10. При снижении давления внутри вакуумной камеры 5 жидкая сталь 3 в ковше поднимается пропорционально разнице между атмосферным давлением и давлением внутри вакуумной камеры (уровень вакуума) и поступает в вакуумную камеру. Кроме того, благодаря эффекту газлифта, возникающему в результате продувки циркуляционным потоком газа через трубу 10 продувки циркуляционного потока, расплавленная сталь 3 в ковше поднимается внутри трубы 8 вверх с потоком циркуляционного газа и поступает в вакуумную камеру 5. Расплавленная сталь 3, поступающая в камеру 5 за счёт перепада давлений и эффекта газлифта, возвращается в ковш 2 через нижнюю трубу 9. Поток жидкой стали, в котором жидкая сталь течёт из ковша 2 в вакуумную камеру 5, а затем возвращается из вакуумной камеры 5 в ковш 2, называется «циркуляционным потоком», и в результате того, что жидкая сталь 3 образует циркуляционный поток, жидкая сталь 3 подвергается RH рафинированию вакуумной дегазацией.In the vacuum degasser RH 1, the ladle 2 containing the molten steel 3 is lifted by an elevator (not shown), and the top tube 8 and the bottom tube 9 are immersed in the molten steel 3 in the ladle. In addition, when the inside of the vacuum chamber 5 is evacuated through an exhaust device (not shown) connected to the air duct 11 to reduce the pressure inside the vacuum chamber 5, the circulating gas flow is blown into the upper pipe 8, through the circulating gas flow purge pipe 10. When the pressure is reduced inside the vacuum chamber 5, the liquid steel 3 in the ladle rises in proportion to the difference between the atmospheric pressure and the pressure inside the vacuum chamber (vacuum level) and enters the vacuum chamber. In addition, due to the gas lift effect resulting from the blowing of the circulating gas flow through the circulating flow purge pipe 10, the molten steel 3 in the ladle rises up inside the pipe 8 with the circulating gas flow and enters the vacuum chamber 5. The molten steel 3 entering the chamber 5 due to pressure difference and gas lift effect, returns to ladle 2 through the bottom pipe 9. The liquid steel flow in which liquid steel flows from ladle 2 to vacuum chamber 5, and then returns from vacuum chamber 5 to ladle 2, is called "circulation flow" , and as a result of the liquid steel 3 forming a circulating flow, the liquid steel 3 undergoes RH vacuum degassing refining.
В результате воздействия на расплавленную сталь 3 атмосферы с пониженным давлением в вакуумной камере, поскольку водород и азот, содержащиеся в расплавленной стали, перемещаются из расплавленной стали 3 в атмосферу вакуумной камеры, расплавленная сталь 3 подвергается обработке дегидрированием и обработке денитрификацией. Кроме того, в случае, когда расплавленная сталь 3 находится в нераскисленном состоянии, в результате воздействия на расплавленную сталь атмосферы с пониженным давлением, поскольку углерод в расплавленной стали и растворённый в расплавленной стали кислород, реагируют с друг друга с образованием газообразного СО, и, поскольку образованный газообразный СО перемещается в атмосферу вакуумной камеры, в расплавленной стали 3 протекает реакция обезуглероживания. Эта реакция обезуглероживания соответствует обработке обезуглероживанием кипящей стали.As a result of exposing the molten steel 3 to a reduced pressure atmosphere in the vacuum chamber, since hydrogen and nitrogen contained in the molten steel are transferred from the molten steel 3 to the atmosphere of the vacuum chamber, the molten steel 3 is subjected to a dehydrogenation treatment and a denitrification treatment. In addition, in the case where the molten steel 3 is in a non-deoxidized state, by exposing the molten steel to a reduced pressure atmosphere, since the carbon in the molten steel and the oxygen dissolved in the molten steel react with each other to form CO gas, and since the formed gaseous CO moves into the atmosphere of the vacuum chamber, and the decarburization reaction proceeds in the molten steel 3. This decarburization reaction corresponds to the decarburization treatment of boiling steel.
В способе обезуглероживания расплавленной стали при пониженном давлении согласно настоящему изобретению на ранней стадии вакуумного обезуглероживания путём продувки окисляющего газа через фурму 13 верхней продувки на расплавленную сталь 3 в нераскисленном состоянии в вакуумной камере проводится обезуглероживание продувкой кислородом. Поскольку углерод в расплавленной стали реагирует с кислородом в окислительном газе, подаваемом через фурму 13 верхнего дутья, с образованием газообразного CO, и поскольку образовавшийся газообразный CO перемещается в атмосферу вакуумной камеры, в расплавленной стали 3 протекает реакция обезуглероживания. Примеры окисляющего газа, продуваемого через фурму 13 верхней продувки, включают газообразный кислород (чистый промышленный газообразный кислород), смесь газообразного кислорода и инертного газа, воздух, обогащённый кислородом, и т.п. Из-за подачи окисляющего газа через фурму 13 верхней продувки происходит увеличение концентрации растворённого кислорода в расплавленной стали.In the method of decarburizing molten steel under reduced pressure according to the present invention, in an early stage of vacuum decarburization by blowing an oxidizing gas through the top blowing lance 13 onto the molten steel 3 in a non-deoxidized state in a vacuum chamber, oxygen purge decarburization is performed. Since the carbon in the molten steel reacts with oxygen in the oxidizing gas supplied through the overhead lance 13 to form CO gas, and since the generated CO gas moves to the atmosphere of the vacuum chamber, a decarburization reaction occurs in the molten steel 3. Examples of the oxidizing gas blown through the top blowing lance 13 include oxygen gas (pure industrial oxygen gas), a mixture of oxygen gas and an inert gas, oxygen-enriched air, and the like. Due to the supply of oxidizing gas through the top purge lance 13, there is an increase in the concentration of dissolved oxygen in the molten steel.
Соответственно, не только путём прекращения продувки окисляющего газа через фурму 13 верхней продувки, но также путём прекращения подачи источников кислорода, таких как оксиды железа, в расплавленную сталь 3, осуществляется переход к обезуглероживанию кипящей стали при пониженном давлении. При обработке обезуглероживанием кипящей стали обработку обезуглероживанием кипящей стали продолжают до тех пор, пока концентрация углерода в расплавленной стали не станет равной или ниже целевого значения, и к расплавленной стали 3 добавляют раскисляющий агент, такой как металлический алюминий, по истечении времени, когда концентрация углерода в расплавленной стали становится равной или ниже целевого значения, так что обезуглероживание кипящей стали завершается. Поскольку в расплавленной стали происходит уменьшение количества растворённого кислорода из-за добавления раскислителя, такого как металлический алюминий, обработка раскисления кипящей стали завершается.Accordingly, not only by stopping the blowing of the oxidizing gas through the top blowing lance 13, but also by stopping the supply of oxygen sources such as iron oxides to the molten steel 3, the transition to decarburization of the boiling steel under reduced pressure is carried out. In the boiling steel decarburization treatment, the boiling steel decarburization treatment is continued until the carbon concentration in the molten steel becomes equal to or lower than the target value, and a deoxidizing agent such as aluminum metal is added to the molten steel 3 after a time elapses when the carbon concentration in molten steel becomes equal to or lower than the target value, so that the decarburization of the boiling steel is completed. Since there is a decrease in dissolved oxygen in the molten steel due to the addition of a deoxidizer such as aluminum metal, the boiling steel deoxidation treatment is completed.
Что касается рафинирования вакуумным обезуглероживанием расплавленной стали, в котором используется устройство вакуумной дегазации, такое как вакуумный дегазатор RH, и в котором углерод из расплавленной стали удаляется путём рафинирования расплавленной стали при пониженном давлении, авторы настоящего изобретения провели исследования в плане точной оценки кислородного баланса на стадии обезуглероживания кислородной продувкой, проводимого на ранней стадии вакуумного обезуглероживания. В результате авторы настоящего изобретения разработали способ, в котором количество удалённого углерода рассчитывается на основе баланса кислорода, который оценивается на основе рабочих данных, касающихся не только растворённого кислорода в расплавленной стали и кислорода в окисляющем газе, используемом в реакции обезуглероживания. но и кислорода, содержащегося в шлаке 4 в виде FeO, MnO и т.п. Было установлено, что путём оценки баланса кислорода с использованием такого метода можно точно оценить концентрацию углерода в расплавленной стали после проведения обезуглероживания продувкой кислородом.With regard to vacuum decarburization refining of molten steel, which uses a vacuum degassing apparatus such as an RH vacuum degasser, and in which carbon is removed from the molten steel by refining the molten steel under reduced pressure, the present inventors have made studies in terms of accurately estimating the oxygen balance in the step oxygen purge decarburization carried out at an early stage of vacuum decarburization. As a result, the present inventors have developed a method in which the amount of carbon removed is calculated based on the oxygen balance, which is estimated based on operating data regarding not only dissolved oxygen in the molten steel and oxygen in the oxidizing gas used in the decarburization reaction. but also oxygen contained in slag 4 in the form of FeO, MnO, etc. It has been found that by estimating the oxygen balance using this method, it is possible to accurately estimate the carbon concentration in molten steel after oxygen purge decarburization has been carried out.
На сегодняшний день, хотя были предприняты попытки оценить количество удалённого углерода с использованием баланса углерода в отходящем газе, как описано выше (например, см. патентную литературу 1), не было предпринято никаких попыток оценить количество удалённого углерода, используя кислородный баланс. Это связано с тем, что в методе оценки количества удалённого углерода с использованием кислородного баланса, поскольку необходимо постоянно измерять активность кислорода в расплавленной стали, и поскольку не существует подходящего метода для непрерывного измерения активности кислорода, то невозможно непрерывно оценивать количество удаляемого углерода, и, следовательно, нельзя использовать такой метод для определения окончания обезуглероживания. Кроме того, невозможно использовать метод, при котором количество удаляемого углерода оценивается по балансу углерода в отходящем газе для определения окончания обезуглероживания, поскольку такой метод имеет недостаточную точность в случае, когда концентрация углерода в расплавленной стали находится в диапазоне ультранизких концентраций углерода 50 ч/млн масс. или менее.To date, although attempts have been made to estimate the amount of carbon removed using the off-gas carbon balance as described above (eg, see Patent Literature 1), no attempt has been made to estimate the amount of carbon removed using the oxygen balance. This is because in the method for estimating the amount of carbon removed using the oxygen balance, since it is necessary to constantly measure the oxygen activity in the molten steel, and since there is no suitable method for continuously measuring the oxygen activity, it is not possible to continuously estimate the amount of carbon removed, and therefore , such a method cannot be used to determine the end of decarburization. In addition, it is not possible to use a method in which the amount of carbon removed is estimated from the carbon balance in the exhaust gas to determine the end of decarburization, since such a method has insufficient accuracy in the case when the carbon concentration in the molten steel is in the ultra-low carbon concentration range of 50 ppm. . or less.
Поэтому для оценки концентрации углерода в расплавленной стали во время обработки обезуглероживанием кипящей стали, включающей диапазон сверхнизких концентраций углерода, эффективным является использование модели реакции обезуглероживания. Однако в случае, когда количество удалённого углерода оценивается с использованием модели реакции обезуглероживания, когда расчёт выполняется с включением стадии обезуглероживания продувкой кислородом, поскольку происходит изменение содержания расхода кислорода продувки (реакция обезуглероживания, дожигание, окисление шлака и отвод) между плавками, поэтому возникает проблема снижения точности оценки.Therefore, in order to estimate the carbon concentration in the molten steel during the decarburization treatment of the boiling steel, including the ultra-low carbon concentration range, it is effective to use the decarburization reaction model. However, in the case where the amount of carbon removed is estimated using the decarburization reaction model, when the calculation is performed with the inclusion of the oxygen purge decarburization stage, since there is a change in the purge oxygen consumption content (decarburization reaction, afterburning, slag oxidation, and removal) between melts, so there is a problem of reducing estimation accuracy.
Однако, как описано ниже, путём непосредственного измерения содержания кислорода в шлаке в середине процесса обезуглероживания продувкой кислородом можно точно оценить содержание потребления подаваемого кислорода, включая количество кислорода, потребляемого для обезуглероживания во время проведения обработки обезуглероживания продувкой кислородом. В настоящем изобретении время, когда завершается обезуглероживание продувкой кислородом, чётко определяется путём использования изменения концентрации кислорода в отходящем газе, и такое время устанавливается равным времени, когда содержание кислорода в шлаке непосредственно измеряется и времени, когда происходит переход к оценке концентрации углерода с использованием модели реакции обезуглероживания. Следовательно, поскольку можно устранить влияние изменения содержания продуваемого кислорода, можно уменьшить погрешность оценки.However, as described below, by directly measuring the oxygen content of the slag in the middle of the oxygen purge decarburization process, it is possible to accurately estimate the oxygen consumption content of the supplied oxygen, including the amount of oxygen consumed for decarburization during the oxygen purge decarburization treatment. In the present invention, the time when oxygen purge decarburization is completed is clearly determined by using the change in the oxygen concentration of the off-gas, and such time is set to the time when the oxygen content of the slag is directly measured and the time when the transition to the evaluation of the carbon concentration using the reaction model occurs. decarburization. Therefore, since the effect of changing the purge oxygen content can be eliminated, the estimation error can be reduced.
Далее будет описан способ оценки количества углерода, удалённого на стадии обезуглероживания продувкой кислородом, на основе баланса кислорода с учётом кислорода, используемого для образования шлака 4.Next, a method for estimating the amount of carbon removed in the oxygen purge decarburization step based on the balance of oxygen, taking into account the oxygen used to form slag 4, will be described.
Баланс кислорода во время обработки обезуглероживанием продувкой кислородом выражается уравнениями (1) и (2) ниже.The oxygen balance during the oxygen purge decarburization treatment is expressed by equations (1) and (2) below.
Здесь ΔOC обозначает количество кислорода (кг), которое удаляется обезуглероживанием расплавленной стали при проведении обезуглероживания продувкой кислородом, ΔOО обозначает изменение количества растворённого кислорода (кг) в расплавленной стали при проведении обезуглероживания продувкой кислородом, ΔOS обозначает изменение количества кислорода (кг) в шлаке при проведении обезуглероживания продувкой кислородом, OExh обозначает количество кислорода (кг), которое подаётся и затем отводится в систему вытяжки в форме кислорода или диоксида углерода во время обезуглероживания продувкой кислородом, FO2 обозначает количество кислорода (кг), которое подаётся во время обезуглероживания продувкой кислородом, GCO2 обозначает количество диоксида углерода (кг) в отходящем газе при выполнении обезуглероживания продувкой кислородом, GO2 обозначает количество кислорода (кг) в отходящем газе при выполнении обезуглероживания продувкой кислородом, ΔC обозначает количество углерода (кг), удалённого из расплавленной стали при проведении обезуглероживания продувкой кислородом, и ζ обозначает поправочный коэффициент (-) расхода отходящего газа.Here, ΔO C denotes the amount of oxygen (kg) that is removed by decarburizing the molten steel in oxygen purge decarburization, ΔO O denotes the change in the amount of dissolved oxygen (kg) in molten steel when performing oxygen purge decarburization, ΔO S denotes the change in the amount of oxygen (kg) in slag during oxygen purge decarburization, O Exh indicates the amount of oxygen (kg) that is supplied and then removed to the exhaust system in the form of oxygen or carbon dioxide during oxygen purge decarburization, F O2 indicates the amount of oxygen (kg) that is supplied during decarburization oxygen purge, G CO2 indicates the amount of carbon dioxide (kg) in the off-gas when oxygen purge decarburization is performed, G O2 indicates the amount of oxygen (kg) in the off-gas when oxygen purge decarburization is performed, ΔC indicates the amount of carbon (kg) removed from the molten steel when carrying out oxygen purge decarburization, and ζ denotes a correction factor (-) of the off-gas flow rate.
Поправочный коэффициент (ζ) определяется на основе предыдущих данных, так чтобы левая часть уравнения (1) была равна правой части уравнения (1). Например, значение ζ можно определить, выполнив несколько тестовых плавок для определения значения ζ, определив значение ζ для каждой из плавок так, чтобы левая часть уравнения (1) была равна правой части уравнения (1), и определяя значение ζ, используемое для практической работы, как среднее значение ζ для соответствующих плавок. При этом предпочтительно количество плавок для определения значения ζ составляет не менее пяти. В качестве альтернативы значение ζ можно определить для каждой плавки, чтобы разность между расчётными концентрациями углерода в расплавленной стали для определения конца обработки и зарегистрированными концентрациями углерода в расплавленной стали в нескольких плавках (5 - 50 плавок) непосредственно перед соответствующей плавкой сводится к минимуму. Хотя значение ζ, полученное, как описано выше, составляет около 0,2 - 2,0 в случае испытаний, проведённых авторами настоящего изобретения, значение ζ не ограничивается такими значениями, и значение ζ может быть определено соответствующим образом.The correction factor (ζ) is determined based on the previous data so that the left side of equation (1) is equal to the right side of equation (1). For example, the value of ζ can be determined by performing several test heats to determine the value of ζ, determining the value of ζ for each of the heats so that the left side of equation (1) is equal to the right side of equation (1), and determining the value of ζ used for practical work , as the average value of ζ for the corresponding heats. In this case, preferably, the number of heats for determining the value of ζ is at least five. Alternatively, the value of ζ can be determined for each heat so that the difference between the calculated carbon concentrations in molten steel for determining the end of treatment and the recorded carbon concentrations in molten steel in several heats (5 - 50 heats) immediately before the relevant heat is minimized. Although the ζ value obtained as described above is about 0.2 to 2.0 in the case of the tests carried out by the present inventors, the ζ value is not limited to such values, and the ζ value can be determined accordingly.
Здесь каждый из ΔOO и ΔOS определяется таким образом, что такой параметр принимает положительное значение в случае, когда соответствующее значение после выполнения обработки обезуглероживания продувкой кислородом больше, чем значение до проведения обработки обезуглероживания продувкой кислородом. Кроме того, в уравнении (2) первый член правой части обозначает количество кислорода, используемого для окисления газообразного CO посредством вторичного сгорания. Это связано с тем, что, поскольку газообразный СО образуется, а газообразный СО2 не образуется в реакции обезуглероживания, газообразный СО2 в отходящем газе образуется в результате вторичного сжигания газообразного СО.Here, each of ΔO O and ΔO S is determined such that such a parameter takes on a positive value in the case where the corresponding value after the oxygen purge decarburization treatment is performed is larger than the value before the oxygen purge decarburization treatment is performed. In addition, in equation (2), the first term on the right side denotes the amount of oxygen used to oxidize CO gas through secondary combustion. This is because, since CO gas is generated and CO 2 gas is not generated in the decarburization reaction, CO 2 gas in the exhaust gas is generated by secondary combustion of CO gas.
Что касается баланса кислорода в случае увеличения количества растворённого кислорода в расплавленной стали и кислорода в шлаке во время обезуглероживания продувкой кислородом, в уравнении (1) количество поступающего кислорода равно количеству газообразного кислорода, содержащегося в окисляющем газе, подаваемом через фурму верхней продувки, в то время как выполняется обработка обезуглероживания продувкой кислородом. Кроме того, можно считать, что количество уходящего кислорода равно сумме количества кислорода ΔOC, который участвует в обезуглероживании жидкой стали, изменения количества растворённого кислорода в расплавленной стали ΔOO, изменения количество кислорода в шлаке ΔOS и количества кислорода OExh, выходящего в систему вытяжки в виде кислорода или углекислого газа. В этом случае каждая из величин изменения ΔOO и величин изменения ΔOS означает сумму прироста.Regarding the oxygen balance, in the case of an increase in the amount of dissolved oxygen in the molten steel and oxygen in the slag during oxygen blowing decarburization, in equation (1), the amount of oxygen supplied is equal to the amount of gaseous oxygen contained in the oxidizing gas supplied through the top blowing lance, while how oxygen purge decarburization treatment is performed. In addition, we can assume that the amount of outgoing oxygen is equal to the sum of the amount of oxygen ΔO C , which participates in the decarburization of liquid steel, the change in the amount of dissolved oxygen in the molten steel ΔO O , the change in the amount of oxygen in the slag ΔO S and the amount of oxygen O Exh entering the system extracts in the form of oxygen or carbon dioxide. In this case, each of the change amounts ΔO O and the change amounts ΔO S means the sum of the increase.
Изменение количества растворённого кислорода ΔOO получают путём измерения кислородного потенциала расплавленной стали в ковше с использованием зонда для измерения кислорода до и после выполнения обезуглероживания продувкой кислородом.Dissolved oxygen change ΔO O is obtained by measuring the oxygen potential of the molten steel in the ladle using an oxygen probe before and after performing oxygen purge decarburization.
Изменение количества кислорода в шлаке ΔOS получают измерением концентрации кислорода Со_1 (% масс.) в шлаке перед началом продувки кислородом, толщины шлака dS_1 (м) перед началом продувки кислородом, концентрации кислорода Сo_2 (% масс.) в шлаке после прекращения продувки кислородом и толщину шлака dS_2 (м) после прекращения продувки кислородом, используя приведенное ниже уравнение (11).The change in the amount of oxygen in the slag ΔO S is obtained by measuring the concentration of oxygen C o_1 (% wt.) in the slag before the start of blowing with oxygen, the thickness of the slag d S_1 (m) before the start of blowing with oxygen, the concentration of oxygen C o_2 (% wt.) in the slag after stopping purge oxygen and the thickness of the slag d S_2 (m) after the cessation of purge oxygen, using the following equation (11).
Здесь Сo_1 обозначает концентрацию кислорода (% масс.) в шлаке перед началом продувки кислородом, Сo_2 обозначает концентрацию кислорода (% масс.) в шлаке после прекращения продувки кислородом, dS_1 обозначает толщину шлака (м) до начала продувки кислорода, dS_2 обозначает толщину шлака (м) после окончания продувки кислородом, DL обозначает средний внутренний диаметр ковша (((диаметр верхнего края) + (диаметр нижнего края))/2, единица измерения: м) , DS обозначает внешний диаметр (м) трубы, и ρS обозначает плотность (кг/м3) шлака.Here, C o_1 denotes the oxygen concentration (% wt.) in the slag before the start of the oxygen purge, C o_2 denotes the oxygen concentration (% wt.) in the slag after the oxygen purge is stopped, d S_1 denotes the thickness of the slag (m) before the start of the oxygen purge, d S_2 denotes the thickness of the slag (m) after the end of the oxygen purge, D L denotes the average inner diameter of the ladle (((diameter of the top edge) + (diameter of the bottom edge))/2, unit: m) , D S denotes the outer diameter (m) of the pipe , and ρ S denotes the density (kg/m 3 ) of the slag.
Концентрация кислорода Сo_1 в шлаке и концентрация кислорода Сo_2 в шлаке определяются уравнением (12) ниже. В уравнении (12) Сo_1,2 обозначает концентрацию кислорода Сo_1 в шлаке и концентрацию кислорода Сo_2 в шлаке.The oxygen concentration C o_1 in the slag and the oxygen concentration C o_2 in the slag are defined by equation (12) below. In equation (12), C o_1.2 denotes the oxygen concentration C o_1 in the slag and the oxygen concentration C o_2 in the slag.
Здесь Xi обозначает концентрацию (% масс.) в шлаке компонента № i шлака, образующегося на стадии обезуглероживания продувкой кислорода, mi,все обозначает молекулярную массу компонента № i шлака, и mi,о обозначает общую атомную массу кислорода в молекулярной массе компонента № i шлака. Выражение «компонент № i» обозначает тип оксида металла, который содержится в шлаке и который является компонентом, образующимся на стадии обезуглероживания продувкой кислородом, и, в частности, примеры такого компонента включают FeO, Fe2O3, MnO, Al2O3, SiO2, TiO2 и т.п. Поскольку оксидом металла, который образуется главным образом на стадии обезуглероживания продувкой кислородом, является FeO, необходимо, чтобы значение «компонент № i» включало FeO. Поскольку изменение (увеличение) количества оксидов, отличных от FeO, менее, чем изменение количества FeO, то допустимо даже в том случае, когда значение «компонент № i» не включает такие оксиды. Однако предпочтительно, значение «компонент № i» включает такие оксиды.Here, X i denotes the concentration (% wt.) in the slag of component No. i of the slag formed in the oxygen purge decarburization step, m i, all denotes the molecular weight of component No. i of the slag, and m i, o denotes the total atomic mass of oxygen in the molecular weight of the component No. i slag. The expression "component No. i" denotes a type of metal oxide contained in the slag, which is a component generated in the oxygen purge decarburization step, and specifically, examples of such a component include FeO, Fe 2 O 3 , MnO, Al 2 O 3 , SiO 2 , TiO 2 etc. Since the metal oxide which is mainly formed in the oxygen-purging decarburization step is FeO, it is necessary that the value of "component No. i" includes FeO. Since the change (increase) in the amount of oxides other than FeO is less than the change in the amount of FeO, even if the value of "component No. i" does not include such oxides. Preferably, however, the meaning of "component No. i" includes such oxides.
Толщина шлака dS_1 и толщина шлака dS_2 могут быть получены путём погружения металлического стержня в расплавленную сталь и путём физического измерения высоты (толщины) слоя шлака, прилипшего к металлическому стержню, или, альтернативно, могут быть получены с помощью датчика уровня или вихретокового датчика. Кроме того, концентрация кислорода в шлаке может быть получена путём непосредственного измерения кислородного потенциала рафинировочного шлака с использованием твёрдоэлектролитного датчика или, альтернативно, может быть получена путём отбора пробы шлака и анализа пробы шлака. В случае, когда используется твёрдоэлектролитный датчик, в предположении, что оксиды металлов, называемые «компонент № i», представляют собой FeO и MnO, получают концентрацию FeO и концентрацию MnO в шлаке, и концентрацию кислорода Сo_1 в шлаке и концентрацию кислорода Сo_2 в шлаке рассчитывают по уравнению (12). В случае, когда используется метод анализа, определяют химический состав образца шлака, из результатов анализа получают Xi, соответствующий каждому из оксидов, и рассчитывают концентрацию кислорода Сo_1 в шлаке и концентрацию кислорода Сo_2 в шлаке. с помощью уравнения (12).Slag thickness d S_1 and slag thickness d S_2 can be obtained by immersing a metal rod in molten steel and by physically measuring the height (thickness) of the slag layer adhering to the metal rod, or alternatively can be obtained using a level or eddy current probe. In addition, the oxygen concentration in the slag can be obtained by directly measuring the oxygen potential of the refining slag using a solid electrolyte sensor or, alternatively, can be obtained by taking a slag sample and analyzing the slag sample. In the case where a solid electrolyte sensor is used, assuming that the metal oxides called "component No. i" are FeO and MnO, obtain the FeO concentration and the MnO concentration in the slag, and the oxygen concentration C o_1 in the slag and the oxygen concentration C o_2 in slag is calculated according to equation (12). In the case where the analysis method is used, the chemical composition of the slag sample is determined, X i corresponding to each of the oxides is obtained from the analysis results, and the oxygen concentration C o_1 in the slag and the oxygen concentration C o_2 in the slag are calculated. using equation (12).
Количество кислорода OExh, удаляемого в систему вытяжки, определяют путём измерения скорости потока отходящего газа, концентрации газообразного CO2 в отходящем газе и концентрации газообразного O2 в отходящем газе с использованием расходомера 15 отходящего газа и анализатора газа 16 и путём расчёта количества кислорода из произведения скорости потока и концентрации. Однако, поскольку расход отходящего газа, который измеряется с помощью расходомера 15 отходящего газа, содержит ошибки измерения из-за характеристик устройства, относящихся к утечке и т.п., количество кислорода умножается на поправочный коэффициент ζ, который определяется на основе зарегистрированных массовых балансов углерода и кислорода в отходящем газе при плавках непосредственно перед соответствующей плавкой.The amount of oxygen O Exh removed to the exhaust system is determined by measuring the flow rate of the exhaust gas, the concentration of gaseous CO 2 in the exhaust gas and the concentration of gaseous O 2 in the exhaust gas using an exhaust gas flow meter 15 and a gas analyzer 16 and by calculating the amount of oxygen from the product flow rate and concentration. However, since the flow rate of the off-gas, which is measured by the off-gas flow meter 15, contains measurement errors due to device characteristics related to leakage and the like, the amount of oxygen is multiplied by a correction factor ζ, which is determined based on the recorded mass balances of carbon and oxygen in the off-gas from melts immediately prior to the respective melt.
Количество подаваемого кислорода FO2 рассчитывают путём умножения расхода, измеренного с помощью расходомера окисляющего газа 14, на концентрацию кислорода в окисляющем газе.The amount of oxygen supplied F O2 is calculated by multiplying the flow rate measured with the oxidizing gas flow meter 14 by the oxygen concentration in the oxidizing gas.
Путём подстановки ΔOO, ΔOS, OExh, и FO2, которые получены с использованием описанных выше методов, в уравнение (1), получают количество кислорода ΔOC, используемого для обезуглероживания при выполнении обезуглероживания продувкой кислородом.By substituting ΔO O , ΔO S , O Exh , and F O 2 , which are obtained using the methods described above, into equation (1), the amount of oxygen ΔO C used for decarburization when performing oxygen purge decarburization is obtained.
Здесь GO2 в уравнении (2), которое используется при расчете OExh, рассчитывается с учётом утечки атмосферного кислорода в систему вытяжки путём определения базовой концентрации кислорода как концентрации кислорода в отходящем газе в момент, когда не выполняется продувка кислородом, путём определения количества кислорода в отходящем газе как интегрированного значения произведения увеличения концентрации кислорода от базовой концентрации кислорода при выполнении продувки кислородом и расхода отходящего газа, и используя приведённое ниже уравнение (13).Here, G O2 in equation (2), which is used in calculating O Exh , is calculated taking into account the leakage of atmospheric oxygen into the exhaust system by determining the base oxygen concentration as the oxygen concentration in the exhaust gas at the time when no oxygen purge is performed, by determining the amount of oxygen in exhaust gas as the integrated value of the product of the increase in oxygen concentration from the base oxygen concentration when performing an oxygen purge and the exhaust gas flow, and using equation (13) below.
Здесь QG обозначает расход отходящего газа (кг/с), СO_gas обозначает концентрацию кислорода (% масс.) в отходящем газе, СO_base обозначает концентрацию кислорода (% масс.) в отходящем газе в момент, когда продувка кислородом не выполняется, ts обозначает время, когда начинается обработка обезуглероживания продувкой кислородом, и te обозначает время, когда обработка обезуглероживания продувкой кислородом заканчивается. Здесь ts определяется как время, когда давление в вакуумной камере достигает 300 торр (39,9 кПа) или ниже после начала обработки вакуумной дегазацией, и te определяется как время, когда (СO_gas/СO_base) достигает 1,05 или ниже. после окончания продувки кислородом.Here, Q G denotes the exhaust gas flow rate (kg/s), C O_gas denotes the oxygen concentration (% mass) in the exhaust gas, C O_base denotes the oxygen concentration (% mass) in the exhaust gas at the time when oxygen purge is not performed, t s denotes a time when the oxygen purge decarburization treatment starts, and t e denotes a time when the oxygen purge decarburization treatment ends. Here, t s is defined as the time when the pressure in the vacuum chamber reaches 300 Torr (39.9 kPa) or less after the start of the vacuum degassing treatment, and t e is defined as the time when (C O_gas /C O_base ) reaches 1.05 or less . after the end of the oxygen purge.
Поскольку кислород, используемый для обезуглероживания, выделяется из расплавленной стали в виде газообразного CO, ΔC во время обезуглероживания продувкой кислородом определяется с помощью приведённого ниже уравнения (3).Since the oxygen used for decarburization is released from the molten steel as CO gas, ΔC during oxygen purge decarburization is determined using equation (3) below.
Здесь ΔC обозначает количество углерода (кг), удалённого из расплавленной стали при проведении обезуглероживания продувкой кислородом.Here, ΔC denotes the amount of carbon (kg) removed from the molten steel during oxygen purge decarburization.
В случае увеличения количества растворённого кислорода в расплавленной стали и кислорода в шлаке во время выполнения обезуглероживания продувкой кислородом, количество выходящего кислорода при проведении обезуглероживания продувкой кислородом, по уравнению (1), равно сумме количества кислорода ΔОС, который участвует в обезуглероживании жидкой стали, изменения количества растворённого кислорода в расплавленной стали ΔОО, изменения количества кислорода в шлаке ΔOS, и количества кислорода OExh, выходящего в систему вытяжки в виде кислорода или диоксида углерода. Рассчитав все такие количества в виде выходящего кислорода, можно точно рассчитать количество углерода, удалённого из расплавленной стали ΔC. Можно также рассчитать количество углерода, удалённого из расплавленной стали ΔC, с помощью простого метода, и в этом случае важно, чтобы количество выходящего кислорода при обработке обезуглероживания продувкой кислородом рассчитывалось как сумма, по меньшей мере, изменения количества кислорода в расплавленной стали ΔOO и изменения количества кислорода в шлаке ΔOS до и после проведения обезуглероживания продувкой кислородом.In the case of an increase in the amount of dissolved oxygen in the molten steel and oxygen in the slag during the execution of oxygen purging decarburization, the amount of oxygen escaping during the oxygen purging decarburization, according to equation (1), is equal to the sum of the amount of oxygen ΔО С , which participates in the decarburization of liquid steel, changes the amount of dissolved oxygen in the molten steel ΔО О , the change in the amount of oxygen in the slag ΔO S , and the amount of oxygen O Exh , leaving the exhaust system in the form of oxygen or carbon dioxide. By calculating all such quantities in the form of escaping oxygen, one can accurately calculate the amount of carbon removed from the molten steel ΔC. It is also possible to calculate the amount of carbon removed from molten steel ΔC by a simple method, in which case it is important that the amount of oxygen effluent in the oxygen purge decarburization treatment is calculated as the sum of at least the change in the amount of oxygen in molten steel ΔO O and the change the amount of oxygen in the slag ΔO S before and after decarburization by oxygen purge.
После выполнения выпуска из конвертера отбором образца расплавленной стали за некоторое время до начала обработки вакуумным обезуглероживанием и анализом концентрации углерода в отобранном образце расплавленной стали можно получить концентрацию углерода в расплавленной стали [C]0' в момент окончания обезуглероживания продувкой кислородом по разнице между данными анализа и количеством удалённого углерода ΔC. Несмотря на то, что образец расплавленной стали можно отобрать в любое время после выполнения выпуска из конвертера и до начала обработки вакуумным обезуглероживанием без каких-либо проблем, предпочтительно, чтобы образец расплавленной стали был отобран за 3 минуты до начала рафинирования обработкой вакуумным обезуглероживаниемAfter performing the tapping from the converter, by taking a sample of molten steel some time before the start of the vacuum decarburization treatment and analyzing the carbon concentration in the sampled molten steel, it is possible to obtain the carbon concentration in the molten steel [C] 0 ' at the end of oxygen purge decarburization from the difference between the analysis data and the amount of carbon removed ΔC. Although the molten steel sample can be taken at any time after the converter is tapped and before the vacuum decarburization treatment is started without any problem, it is preferable that the molten steel sample be taken 3 minutes before the refining of the vacuum decarburization treatment is started.
Путём подстановки концентрации углерода в расплавленной стали [C]0' в момент окончания обработки обезуглероживанием продувкой кислородом, полученной, как описано выше, в формулы модели реакции обезуглероживания, выраженные уравнениями (14) - (17) ниже, в качестве начального значения, можно оценить изменение во времени концентрации углерода в расплавленной стали во время проведения обработки обезуглероживанием кипящей стали по сравнению со временем, когда обработка обезуглероживания продувкой кислородом была завершена. Здесь время начала обезуглероживания кипящей стали определяется как время окончания обработки обезуглероживанием продувкой кислородом, и время окончания обезуглероживания кипящей стали определяется как время добавления раскислителя. Здесь формулы модели реакции обезуглероживания не ограничиваются формулами, выраженными уравнениями (14) - (17), и могут использоваться другие формулы модели.By substituting the carbon concentration in the molten steel [C] 0 ' at the end point of the oxygen purge decarburization treatment obtained as described above into the decarburization reaction model formulas expressed by equations (14) to (17) below as the initial value, it can be estimated change in time of the carbon concentration in the molten steel during the execution of the boiling steel decarburization treatment compared with the time when the oxygen purging decarburization treatment was completed. Here, the boiling steel decarburization start time is defined as the end time of the oxygen purging decarburization treatment, and the boiling steel decarburization end time is defined as the deoxidizer addition time. Here, the decarburization reaction model formulas are not limited to those expressed by Equations (14) to (17), and other model formulas may be used.
Здесь [C] обозначает концентрацию углерода (% масс.) в расплаве стали в ковше, [C]E обозначает равновесную концентрацию углерода (% масс.) в расплаве стали в вакуумной камере, K обозначает константу скорости обезуглероживания (1/с), t обозначает время (с), прошедшее с момента окончания обработки обезуглероживания продувкой кислородом, [O] обозначает концентрацию кислорода (% масс.) в расплавленной стали в ковше, [O]’ обозначает концентрацию кислорода (% масс.) в расплавленной стали в ковше на предыдущей стадии, PCO обозначает парциальное давление (торр) газообразного CO в атмосфере вакуумной камеры, fC обозначает коэффициент активности (-) углерода в расплавленной стали, fO обозначает коэффициент активности (-) кислорода в расплавленной стали и Т обозначает температуру (К) расплавленной стали.Here, [C] denotes the carbon concentration (% wt.) in the molten steel in the ladle, [C] E denotes the equilibrium concentration of carbon (% wt.) in the molten steel in the vacuum chamber, K denotes the decarburization rate constant (1/s), t denotes the time (s) elapsed since the completion of the oxygen purge decarburization treatment, [O] denotes the oxygen concentration (% mass) in the molten steel in the ladle, [O]' denotes the oxygen concentration (% mass) in the molten steel in the ladle of the previous step, P CO denotes the partial pressure (torr) of CO gas in the atmosphere of the vacuum chamber, f C denotes the activity coefficient of (-) carbon in molten steel, f O denotes the activity coefficient of (-) oxygen in molten steel, and T denotes the temperature (K) molten steel.
Для константы скорости обезуглероживания (K), хотя можно использовать значение, которое было определено заранее на основе предыдущих данных по обработке для аналогичных марок стали, как описано ниже, её предпочтительно рассчитывать с использованием параметров, включая площадь реакционной поверхности для поверхности обезуглероживания, которые обновляются соответствующим образом. Используя в расчётах такую площадь реакционной поверхности для поверхности обезуглероживания, можно более точно оценить концентрацию углерода в расплавленной стали во время выполнения обезуглероживания кипящей стали. Далее будет описан способ такого расчёта.For the decarburization rate constant (K), although it is possible to use a value that has been determined in advance based on previous processing data for similar steel grades as described below, it is preferably calculated using parameters including the reaction surface area for the decarburization surface, which are updated accordingly. manner. By using such a reaction surface area for the decarburization surface in calculations, the carbon concentration in the molten steel can be more accurately estimated during the decarburization of the boiling steel. Next, the method of such a calculation will be described.
В соответствии с непатентной литературой 1 реакция обезуглероживания делится на три основные реакции, то есть внутреннее обезуглероживание, поверхностное обезуглероживание и пузырьковое обезуглероживание, а константа скорости обезуглероживания (K) выражается уравнением (18) ниже.According to Non-Patent Literature 1, the decarburization reaction is divided into three main reactions, that is, internal decarburization, surface decarburization, and bubble decarburization, and the decarburization rate constant (K) is expressed by Equation (18) below.
Здесь K обозначает константу скорости обезуглероживания (1/с), akI обозначает коэффициент реакционной способности (м3/с) внутреннего обезуглероживания, A обозначает площадь поперечного сечения (м2) нижней камеры, akS обозначает коэффициент реакционной способности (м3/с) поверхностного обезуглероживания, AS обозначает площадь реакционной поверхности (м2) поверхностного обезуглероживания, akB обозначает коэффициент реакционной способности (м3/с) пузырькового обезуглероживания, AB обозначает площадь реакционной поверхности (м2) пузырькового обезуглероживания, W обозначает количество (кг) расплавленной стали и ρm обозначает плотность (кг/м3) расплавленной стали.Here, K is the rate constant of decarburization (1/s), ak I is the reactivity factor (m 3 /s) of internal decarburization, A is the cross-sectional area (m 2 ) of the lower chamber, ak S is the reactivity factor (m 3 /s ) surface decarburization, A S denotes the reaction surface area (m 2 ) of surface decarburization, ak B denotes the reactivity coefficient (m 3 /s) of bubble decarburization, A B denotes the reaction surface area (m 2 ) of bubble decarburization, W denotes the amount (kg ) of molten steel and ρ m denotes the density (kg/m 3 ) of molten steel.
Коэффициент реакционной способности внутреннего обезуглероживания (akI) и коэффициент реакционной способности пузырькового обезуглероживания (akB) выражаются уравнениями (19) - (23) ниже.The internal decarburization reactivity ratio (ak I ) and the bubble decarburization reactivity ratio (ak B ) are expressed by equations (19) to (23) below.
Здесь A обозначает площадь поперечного сечения (м2) нижней камеры, k обозначает константу скорости образования пузырьков газа CO (= 2 × 1/с), T обозначает температуру (K) расплавленной стали, [C] обозначает концентрацию углерода (% масс.) в расплавленной стали, [O] обозначает концентрацию кислорода (% масс.) в расплавленной стали, P обозначает давление (торр) в вакуумной камере, PCO* обозначает предельное давление образования пузырьков газообразного CO ( = 15 торр), ρm обозначает плотность (кг/м3) расплавленной стали, g обозначает ускорение свободного падения (м/с2), AB обозначает площадь реакционной поверхности (м2) пузырькового обезуглероживания, kB обозначает коэффициент массопереноса углерода на границе расплавленной стали при пузырьковом обезуглероживании (= 0,0015 м/с), N обозначает количество пузырьков в единицу времени, dB обозначает диаметр (м) пузырьков циркуляционного потока газа, G обозначает скорость потока (н.л/мин) циркуляционного газа, σ обозначает поверхностное натяжение расплавленной стали (= 1,68 Н/м), d0 обозначает внутренний диаметр (м) сопел трубы продувки циркуляционного потока газа, n обозначает количество сопел трубы продувки циркуляционного потока газа. н.л/мин, который является единицей расхода G циркуляционного потока газа, означает объём газа, подаваемого в единицу времени в стандартном состоянии, а «н.» является обозначением, указывающим на стандартное состояние. Кроме того, в настоящем изобретении стандартное состояние соответствует температуре 0°С и давлению 1 атм.Here A is the cross-sectional area (m 2 ) of the lower chamber, k is the rate constant of CO gas bubble formation (= 2 × 1/s), T is the temperature (K) of the molten steel, [C] is the carbon concentration (% wt.) in molten steel, [O] denotes the oxygen concentration (% mass) in molten steel, P denotes the pressure (Torr) in the vacuum chamber, PCO * denotes the limiting pressure of CO gas bubble formation (= 15 Torr), ρ m denotes the density ( kg/m 3 ) of molten steel, g denotes the acceleration due to gravity (m/s 2 ), A B denotes the reaction surface area (m 2 ) of bubble decarburization, k B denotes the mass transfer coefficient of carbon at the boundary of molten steel in bubble decarburization (= 0, 0015 m/s), N denotes the number of bubbles per unit time, d B denotes the diameter (m) of the bubbles of the circulating gas flow, G denotes the flow rate (n.l/min) of the circulating gas, σ denotes the surface tension of the molten steel (= 1, 68 N/m), d 0 denotes the inner diameter (m) of the nozzles of the purge pipe of the circulating gas flow, n denotes the number of nozzles of the purge pipe of the circulating gas flow. n.l / min, which is the unit of flow G of the circulating gas flow, means the volume of gas supplied per unit time in the standard state, and "n." is a designation indicating the standard state. In addition, in the present invention, the standard state corresponds to a temperature of 0°C and a pressure of 1 atm.
Коэффициент реакционной способности поверхностного обезуглероживания (akS) выражается приведённым ниже уравнением (24), и площадь реакционной поверхности (AS) поверхностного обезуглероживания поверхности в правой части уравнения (24) рассчитывается с использованием уравнений (4) - (10) представленных ниже.The surface decarburization reactivity coefficient (ak S ) is expressed by Equation (24) below, and the reaction surface area ( AS ) of surface decarburization of the surface on the right side of Equation (24) is calculated using Equations (4) to (10) below.
Здесь AS обозначает площадь реакционной поверхности (м2) для поверхностного обезуглероживания, kS обозначает коэффициент массопереноса углерода со стороны расплавленной стали при поверхностном обезуглероживании (= 0,0015 м/с), Π обозначает коэффициент скорости поверхностной реакции, α обозначает константу (3 - 15), ANA обозначает площадь (м2), рассчитанную путём вычитания площади поперечного сечения верхней трубы из площади поперечного сечения нижней камеры, β обозначает коэффициент активности поверхности ликвидуса, AA обозначает площадь поперечного сечения (м2) верхней трубы, εQ обозначает удельную мощность перемешивания (Вт/кг), W обозначает количество расплавленной стали (кг), Q обозначает скорость циркуляционного потока (кг/с) расплавленной стали, v обозначает скорость закачки (м/с) расплавленной стали через нижнюю трубу, G обозначает расход (н.л/мин) циркуляционного газа, D обозначает внутренний диаметр (м) верхней трубы, P0 обозначает атмосферное давление (торр), P обозначает давление (торр) в вакуумной камере, ρm обозначает плотность (кг/м3) расплавленной стали, γ обозначает константу пропорциональности (от 1 × 104 до 1 × 105), PCO обозначает парциальное давление газообразного CO в атмосфере вакуумной камеры, T обозначает температуру (K) расплавленной стали, СCO_gas обозначает концентрацию газообразного CO (% масс.) в отходящем газе и СCO2_gas обозначает концентрацию газообразного CO2 (% масс.) в отходящем газе.Here, A S denotes the reaction surface area (m 2 ) for surface decarburization, k S denotes the mass transfer coefficient of carbon from the molten steel side during surface decarburization (= 0.0015 m/s), Π denotes the surface reaction rate coefficient, α denotes a constant (3 - 15), A NA denotes the area (m 2 ) calculated by subtracting the cross-sectional area of the upper tube from the cross-sectional area of the lower chamber, β denotes the liquidus surface activity factor, A A denotes the cross-sectional area (m 2 ) of the upper tube, ε Q denotes the specific stirring power (W/kg), W denotes the amount of molten steel (kg), Q denotes the circulating flow rate (kg/s) of molten steel, v denotes the pumping speed (m/s) of molten steel through the bottom pipe, G denotes the flow (n.l/min) of the circulating gas, D is the inside diameter (m) of the upper tube, P 0 is the atmospheric pressure (Torr), P is the pressure (Torr) in the vacuum chamber, ρ m is the density (kg/m 3 ) of the molten steel, γ denotes the constant of proportionality (from 1 × 10 4 to 1 × 10 5 ), P CO denotes the partial pressure of gaseous CO in the atmosphere of the vacuum chamber, T denotes the temperature (K) of molten steel, C CO_gas denotes the concentration of gaseous CO (% wt. ) in the flue gas and CCO2_gas denotes the concentration of gaseous CO 2 (wt %) in the flue gas.
Здесь, хотя коэффициент активности поверхности ликвидуса (β) в уравнении (5) считается постоянным подгоночным параметром в непатентной литературе 1, авторы настоящего изобретения провели различные исследования и в результате установили, что путём расчета коэффициент активности поверхности ликвидуса (β) с использованием парциального давления газообразного CO (PCO) и температуры расплавленной стали (T) по уравнению (9), можно повысить точность оценки концентрации углерода в расплавленной стали до более высокого уровняHere, although the liquidus surface activity coefficient (β) in Equation (5) is considered a constant fitting parameter in the non-patent literature 1, the present inventors have conducted various studies, and as a result, found that by calculating the liquidus surface activity coefficient (β) using the gaseous partial pressure CO (P CO ) and molten steel temperature (T) according to equation (9), it is possible to improve the accuracy of estimating carbon concentration in molten steel to a higher level
Уравнение (9) показывает, что в области, в которой количество газообразного CO, образующегося при обезуглероживании, велико и где парциальное давление газообразного CO (PCO) относительно велико по отношению к давлению в вакуумной камере (P), увеличивается площадь реакционной поверхности обезуглероживания (AS) из-за перемешивания, вызванного образованием пузырьков газообразного CO. Значение коэффициента активности поверхности ликвидуса (β) обновляется через заданные интервалы времени, в то время как обработка обезуглероживанием кипящей стали выполняется с использованием рабочих данных, которые посылаются в запоминающее арифметическое устройство 17 от момента к моменту, пока выполняется обработка обезуглероживанием кипящей стали.Equation (9) shows that in the region where the amount of CO gas generated by decarburization is large and where the partial pressure of CO gas ( PCO ) is relatively large relative to the pressure in the vacuum chamber (P), the decarburization reaction surface area ( A S ) due to agitation caused by the formation of CO gas bubbles. The value of the liquidus surface activity coefficient (β) is updated at predetermined time intervals while the boiling steel decarburization processing is performed using the operation data that is sent to the arithmetic memory 17 from time to time while the boiling steel decarburization processing is performed.
При подстановке в уравнение (18) коэффициента реакционной способности внутреннего обезуглероживания (akI), коэффициента реакционной способности пузырькового обезуглероживания (akB) и коэффициента реакционной способности поверхностного обезуглероживания (akS), полученных, как описано выше, выводится константа скорости обезуглероживания (K). Эта константа скорости обезуглероживания (K) обновляется через заданные промежутки времени с обновлением коэффициента активности поверхности ликвидуса (β), описанного выше, в ходе обработки.By substituting into equation (18) the internal decarburization reactivity coefficient (ak I ), the bubble decarburization reactivity coefficient (ak B ), and the surface decarburization reactivity coefficient (ak S ) obtained as described above, the decarburization rate constant (K) is derived . This decarburization rate constant (K) is updated at predetermined time intervals with the update of the liquidus surface activity factor (β) described above during processing.
Концентрацию углерода в расплавленной стали во время обезуглероживания кипящей стали оценивают, как описано выше, и определяют время окончания обезуглероживания кипящей стали на основе изменения во времени расчётной концентрации углерода в расплавленной стали во время выполнения обработки обезуглероживанием кипящей стали. В частности, после изменения с течением времени расчётной, то есть предполагаемой, концентрации углерода в расплавленной стали во время выполнения обработки обезуглероживанием кипящей стали было показано, что концентрация углерода равна или ниже целевого значения, обработка обезуглероживанием кипящей стали, то есть рафинирование вакуумным обезуглероживанием завершается добавлением в расплавленную сталь 3 раскислителя, такого как металлический алюминий.The carbon concentration in the molten steel during the boiling steel decarburization is estimated as described above, and the end time of the boiling steel decarburization is determined based on the change in time of the estimated carbon concentration in the molten steel during the execution of the boiling steel decarburization treatment. In particular, after changing over time the calculated, that is, the estimated, carbon concentration in the molten steel during the execution of the boiling steel decarburization treatment, it was shown that the carbon concentration is equal to or lower than the target value, the boiling steel decarburization treatment, that is, the vacuum decarburization refining is completed by adding into molten steel 3 deoxidizer such as aluminum metal.
Здесь, хотя был описан один пример, в котором настоящее изобретение используется для способа рафинирования вакуумной дегазацией с использованием вакуумного дегазатора 1 RH, способ рафинирования обезуглероживанием расплавленной стали в соответствии с настоящим изобретением может быть реализован с использованием любого другого вакуумного устройства для дегазации, такого как вакуумный дегазатор DH, вакуумный дегазатор REDA, аппарат вакуумного рафинирования VAD и т.п.Here, although one example has been described in which the present invention is used for a vacuum degassing refining method using a 1 RH vacuum degasser, the molten steel decarburization refining method of the present invention can be carried out using any other vacuum degassing apparatus such as a vacuum DH degasser, REDA vacuum degasser, VAD vacuum refining machine, etc.
Как описано выше, в соответствии с настоящим изобретением, когда рафинирование обезуглероживанием проводят в расплавленной стали с использованием аппарата для вакуумной дегазации, поскольку можно точно оценить концентрацию углерода в расплавленной стали и, таким образом, определить момент окончания обезуглероживания в подходящее время, можно сократить время, необходимое для проведения рафинирования вакуумным обезуглероживанием.As described above, according to the present invention, when decarburization refining is carried out in molten steel using a vacuum degassing apparatus, since the carbon concentration in the molten steel can be accurately estimated, and thus the end point of decarburization at a suitable time can be determined, the time can be shortened, required for refining by vacuum decarburization.
ПримерыExamples
Проводят испытание, в ходе которого 300 тонн расплавленной стали, полученной путём обезуглероживания чугуна с использованием конвертера, выпускают из конвертера в ковш, и в котором расплавленную сталь в ковше подвергают рафинированию вакуумной дегазацией с использованием вакуумного дегазатора RH. Марка стали, которая подвергается рафинированию обезуглероживанием, представляет марку стали со сверхнизким содержанием углерода, стандартный верхний предел содержания углерода в которой составляет 25 ч/млн масс. При рафинировании вакуумным обезуглероживанием сначала выполняют обезуглероживание продувкой кислородом, при котором газообразный кислород вдувают через фурму верхней продувки в расплавленную сталь, и обезуглероживание кипящей стали, при котором обезуглероживание выполняют при пониженном давлении после этого прекращают не только продувку газообразным кислородом через фурму верхней продувки, но и подачу источников кислорода, таких как оксиды железа, в расплавленную сталь.A test was conducted in which 300 tons of molten steel obtained by decarburizing iron using a converter is discharged from the converter into a ladle, and in which the molten steel in the ladle is subjected to vacuum degassing refining using an RH vacuum degasser. The steel grade that undergoes decarburization refining is an ultra-low carbon steel grade, the standard upper limit of carbon content of which is 25 ppmw. In vacuum decarburization refining, firstly, oxygen purging decarburization, in which oxygen gas is blown through the top blowing lance into the molten steel, and boiling steel decarburization, in which decarburization is performed under reduced pressure, are performed first, then not only the oxygen gas blowing through the top blowing lance, but also supplying sources of oxygen, such as iron oxides, to the molten steel.
Химический состав расплавленной стали, использованной в испытании, содержит углерод: 0,01 - 0,06% масс., кремний: 0,015 - 0,025% масс., марганец: 0,1 - 0,3% масс., фосфор: 0,02% масс. или менее и сера: 0,003 % масс. или менее (до проведения обработки в вакуумном дегазаторе RH), и температура жидкой стали перед проведением рафинирования вакуумной дегазацией составляет 1600 - 1650°С. Степень вакуума, достигаемая в вакуумной камере, составляет 0,5 - 1,0 торр (0,067 - 0,133 кПа), газообразный аргон используют в качестве циркуляционного газа, и скорость потока газообразного аргона составляет 2000 - 2200 н.л/мин.The chemical composition of the molten steel used in the test contains carbon: 0.01 - 0.06 wt%, silicon: 0.015 - 0.025 wt%, manganese: 0.1 - 0.3 wt%, phosphorus: 0.02 % wt. or less and sulfur: 0.003 wt. or less (before the treatment in the vacuum degasser RH), and the temperature of the liquid steel before the refining vacuum degassing is 1600 - 1650°C. The degree of vacuum achieved in the vacuum chamber is 0.5 to 1.0 torr (0.067 to 0.133 kPa), argon gas is used as the cycle gas, and the flow rate of argon gas is 2000 to 2200 Nl/min.
Кроме того, концентрация углерода в расплавленной стали [C]0' после проведения обезуглероживания продувкой кислородом получают с использованием результата анализа концентрации углерода в расплавленной стали, полученного до начала обработки RH, и с использованием уравнений (1)- (3), и изменение во времени концентрации углерода в расплавленной стали во время обработки обезуглероживанием кипящей стали оценивают путём подстановки полученной концентрации углерода в расплавленной стали [C]0' в формулы модели обезуглероживания, представленные уравнениями (14) - (17). Здесь ζ задано значение 0,8.In addition, the carbon concentration in the molten steel [C] 0 ' after carrying out the oxygen purge decarburization is obtained using the result of the analysis of the carbon concentration in the molten steel obtained before starting the RH treatment, and using equations (1) to (3), and the change in time, the carbon concentration in the molten steel during the decarburization treatment of the boiling steel is estimated by substituting the obtained carbon concentration in the molten steel [C] 0 ' into the decarburization model formulas represented by equations (14) to (17). Here ζ is set to 0.8.
Здесь в качестве толщины шлака dS используют значение, измеренное методом прямого измерения, при котором стержень погружают в расплавленную сталь. Содержание кислорода в шлаке определяют, используя значения концентрации FeO и концентрации MnO в шлаке, которые непосредственно измеряют с помощью твёрдоэлектролитного датчика в примере 1, и используя массовые концентрации FeO, MnO, Al2O3, SiO2, и TiO2 в отобранной пробе шлака, которые измеряют с помощью рентгенофлуоресцентной спектрометрии в примере 2 и примере 3. Здесь массы каждого из таких оксидов определяют пересчётом массы соответствующего металлического элемента в пробе шлака, которую измеряют с помощью рентгенофлуоресцентной спектрометрии в предположении, что оксид каждого из металлических элементов имеет одну форму.Here, as the thickness of the slag d S , the value measured by the direct measurement method, in which the rod is immersed in molten steel, is used. The oxygen content of the slag is determined using the values of the FeO concentration and the MnO concentration in the slag, which are directly measured using the solid electrolyte sensor in Example 1, and using the mass concentrations of FeO, MnO, Al 2 O 3 , SiO 2 , and TiO 2 in the sampled slag , which are measured using X-ray fluorescence spectrometry in Example 2 and Example 3. Here, the masses of each of these oxides are determined by recalculating the mass of the corresponding metal element in the slag sample, which is measured using X-ray fluorescence spectrometry, assuming that the oxide of each of the metal elements has one shape.
Кроме того, в качестве константы скорости обезуглероживания (K) в уравнении (14), которую используют для оценки изменения во времени концентрации углерода во время выполнения обезуглероживания кипящей стали, в примере 2 используют среднее значение предыдущих данных, и значение, полученное путём подстановки коэффициентов реакционной способности (akI, akS и akB), которые получены с использованием уравнений (4) - (10) и уравнений (19) - (24), в уравнение (18) используют в примере 3. Здесь в уравнениях (4) - (10) и уравнениях (19) - (24) параметры, изменявшиеся в ходе операций, обновляют с интервалом в 2 секунды с использованием рабочих данных, поступающих в запоминающее устройство от момента к моменту. Константа α в уравнении (4) задаётся равной 0,65 на основе предыдущих данных, и константа пропорциональности γ в уравнении (9) задаётся равной 4,5 × 105 на основе предыдущих данных.In addition, as the decarburization rate constant (K) in equation (14), which is used to estimate the change in carbon concentration over time during the execution of boiling steel decarburization, Example 2 uses the average of the previous data, and the value obtained by substituting the coefficients of the reaction abilities (ak I , ak S and ak B ), which are obtained using equations (4) - (10) and equations (19) - (24), in equation (18) is used in example 3. Here in equations (4) - (10) and Equations (19) - (24), the parameters changed during the operations are updated at 2 second intervals using the operating data entered into the storage device from moment to moment. The constant α in equation (4) is set to 0.65 based on the previous data, and the proportionality constant γ in equation (9) is set to 4.5×10 5 based on the previous data.
Целевая концентрация углерода задаётся равной 20 ч/млн масс., и выполняется обработка, при которой металлический алюминий добавляют в расплавленную сталь в то время, когда расчётная концентрация углерода ниже целевой концентрации углерода, так что завершается рафинирование вакуумным обезуглероживанием в 100 плавках в каждом из примеров 1, 2 и 3 и сравнительных примерах 1 и 2. После проведения оценки с использованием способов согласно настоящему изобретению в случае группы А, состоящей из примеров 1, 2 и 3 , используя баланс массы углерода в отходящем газе, в случае группы B, состоящей из сравнительного примера 1, и используя формулы модели оценки обезуглероживания, выраженные уравнениями (14) - (17), в случае группы C, состоящей из сравнительного примера 2, разница между расчётной ΔС и фактической ΔС после проведённого вакуумного рафинирования, полученная путём отбора пробы расплавленной стали из ковша в момент завершения вакуумного рафинирования обезуглероживанием и путём анализа отобранной пробы расплавленной стали для каждой плавки, получено стандартное отклонение σ ошибок оценки ΔC для каждого из примеров и сравнительных примеров. Полученные стандартные отклонения σ приведены в таблице 1.The target carbon concentration is set to 20 ppmw, and a treatment is performed in which aluminum metal is added to molten steel at a time when the calculated carbon concentration is lower than the target carbon concentration, so that vacuum decarburization refining in 100 heats is completed in each of examples 1, 2 and 3 and comparative examples 1 and 2. After evaluation using the methods according to the present invention in the case of group A, consisting of examples 1, 2 and 3, using the mass balance of carbon in the exhaust gas, in the case of group B, consisting of of Comparative Example 1, and using the formulas of the decarburization evaluation model expressed by Equations (14) to (17), in the case of Group C consisting of Comparative Example 2, the difference between the calculated ΔC and the actual ΔC after vacuum refining performed, obtained by sampling the molten steel from the ladle at the end of the vacuum refining by decarburization and by analyzing the sample of molten steel for each heat, the standard deviation σ of estimation errors ΔC for each of the examples and comparative examples is obtained. The resulting standard deviations σ are shown in Table 1.
Таблица 1.Table 1.
пример 1Comparative
example 1
пример 2Comparative
example 2
отклонение σ
(ч/млн масс.)Standard
deviation σ
(ppm)
Поскольку стандартные отклонения примеров 1, 2 и 3 меньше, чем стандартные отклонения сравнительных примеров 1 и 2, было выяснено, что имеет место улучшение точности оценки ΔC. Кроме того, точность оценки каждого из примеров 2 и 3, в которых учитывался кислород, содержащийся не только в FeO и MnO, содержащихся в шлаке, но также в Al2O3, SiO2 и TiO2, содержащихся в шлаке, выше, чем в примере 1.Since the standard deviations of Examples 1, 2, and 3 are smaller than those of Comparative Examples 1 and 2, it was found that there is an improvement in the accuracy of ΔC estimation. In addition, the estimation accuracy of each of Examples 2 and 3, which took into account oxygen contained not only in FeO and MnO contained in the slag, but also in Al 2 O 3 , SiO 2 and TiO 2 contained in the slag, is higher than in example 1.
Кроме того, на основе сравнения между примерами 2 и 3 точность оценки примера 3, в котором константа скорости обезуглероживания (K), используемая для оценки изменения во времени концентрации углерода при проведении обезуглероживания кипящей стали, обновлялась с интервалами 2 секунды на основе рабочих данных, посылаемых в запоминающее устройство от момента к моменту, было выше, чем у примера 2, в котором использовалось среднее значение предыдущих значений константы скорости обезуглероживания (К).In addition, based on the comparison between Examples 2 and 3, the estimation accuracy of Example 3, in which the decarburization rate constant (K) used to estimate the change over time of the carbon concentration when conducting the boiling steel decarburization, was updated at intervals of 2 seconds based on the operating data sent into memory from moment to moment was higher than Example 2, which used the average of the previous values of the decarburization rate constant (K).
Список ссылочных позиций List of reference positions
1 вакуумный дегазатор RH1 vacuum degasser RH
2 ковш2 bucket
3 расплавленная сталь3 molten steel
4 шлак4 slag
5 вакуумная камера5 vacuum chamber
6 верхняя камера6 upper chamber
7 нижняя камера7 lower chamber
8 верхняя труба8 top tube
9 нижняя труба9 down tube
10 труба продувки циркуляционного газа10 circulating gas purge pipe
11 воздуховод11 air duct
12 порт подачи материала12 material feed port
13 трубка верхней продувки 13 top purge tube
14 расходомер окислительного газа14 oxidizing gas flow meter
15 расходомер отходящего газа15 flue gas flow meter
16 газоанализатор16 gas analyzer
17 запоминающее арифметическое устройство17 arithmetic memory
Claims (48)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2020-065529 | 2020-04-01 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2802218C1 true RU2802218C1 (en) | 2023-08-23 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU697573A1 (en) * | 1978-03-30 | 1979-11-15 | Институт Металлургии Им. А.А.Байкова Ан Ссср | Method of refining low -carbonaceous steel |
| SU1399353A1 (en) * | 1986-09-24 | 1988-05-30 | Научно-исследовательский институт металлургии | Method of producing low-carbon stainless steel |
| RU2213147C2 (en) * | 2001-09-28 | 2003-09-27 | Шатохин Игорь Михайлович | Method for circulation vacuumizing of liquid metal, system and apparatus for accomplishment of method |
| JP6540773B2 (en) * | 2016-11-11 | 2019-07-10 | Ｊｆｅスチール株式会社 | Vacuum degassing method and vacuum degassing apparatus |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU697573A1 (en) * | 1978-03-30 | 1979-11-15 | Институт Металлургии Им. А.А.Байкова Ан Ссср | Method of refining low -carbonaceous steel |
| SU1399353A1 (en) * | 1986-09-24 | 1988-05-30 | Научно-исследовательский институт металлургии | Method of producing low-carbon stainless steel |
| RU2213147C2 (en) * | 2001-09-28 | 2003-09-27 | Шатохин Игорь Михайлович | Method for circulation vacuumizing of liquid metal, system and apparatus for accomplishment of method |
| JP6540773B2 (en) * | 2016-11-11 | 2019-07-10 | Ｊｆｅスチール株式会社 | Vacuum degassing method and vacuum degassing apparatus |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20110041653A1 (en) | Method of manufacturing ultra low carbon ferritic stainless steel | |
| JP3287204B2 (en) | End point carbon concentration control method and carbon concentration control device in RH vacuum degasser | |
| JP5087840B2 (en) | Decarburization end point judgment method in vacuum degassing equipment | |
| RU2802218C1 (en) | Method for refining molten steel by vacuum decarburization | |
| JP6007887B2 (en) | Vacuum degassing apparatus and method for decarburizing molten steel using the same | |
| EP4095269A1 (en) | Method for conducting decarburization refining of molten steel under reduced pressure | |
| JP4686917B2 (en) | Melting method of molten steel in vacuum degassing equipment | |
| KR101388066B1 (en) | Forecasting of temperature of molten steel | |
| JP4816513B2 (en) | Molten steel component estimation method | |
| KR100328062B1 (en) | Refining process extra low carbon steel | |
| JP2004156119A (en) | Process for controlling decarbonizing treatment time in vacuum decarbonization method of molten steel | |
| JP3858150B2 (en) | Estimation method of Mn concentration at the end of blowing in converter | |
| JP2006283089A (en) | Aluminum addition method for production of electromagnetic steel | |
| KR101012834B1 (en) | Method for predicting dissolved carbon quantity in vacuum degassing process | |
| JP5423614B2 (en) | Hot metal desulfurization method | |
| JP2005206877A (en) | Method for estimating carbon concentration at blowing time in converter | |
| JP7376795B2 (en) | Molten steel decarburization method in RH vacuum degassing equipment | |
| JP7405312B1 (en) | Vacuum degassing treatment state estimation method, operation method, molten steel manufacturing method, and vacuum degassing treatment state estimation device | |
| JP4404025B2 (en) | Melting method of low nitrogen steel | |
| WO2023218914A1 (en) | Control device for vacuum degassing equipment, control method for vacuum degassing equipment, operation method, and manufacturing method for molten steel | |
| JP4075834B2 (en) | Method for estimating component concentration of molten steel and method for producing ultra-low carbon steel | |
| JP3293674B2 (en) | Control method of end point carbon concentration in RH degassing process | |
| JPH06306443A (en) | Method for melting extra low carbon steel by vacuum refining | |
| JPH10195525A (en) | Method for refining chromium-containing steel and apparatus therefor | |
| JP2001158911A (en) | Method for decarburizing molten steel under vacuum |