TWI588264B - 一種降低鋼液噴濺之鋼液脫碳方法 - Google Patents

Description

一種降低鋼液噴濺之鋼液脫碳方法

本發明是關於一種鋼液脫碳的方法，特別是關於一種降低鋼液噴濺的鋼液脫碳方法。

煉鋼過程中，熔煉後的鋼液會因純度的品質要求，須選擇性地進行「二次精煉」，以脫氣、脫碳、去除雜質和微調成分。在二次精煉的方法中，真空精煉製程為主要用來對鋼液進行脫氣和脫碳的精煉方法，其中又以真空吹氧脫碳(Vacuum Oxygen Decarbonization；VOD)製程和RH(Ruhrstahl-Heraeus)真空精煉製程運用最廣泛。

VOD製程為在真空條件下進行頂部吹氧和底部吹氬的精煉方法，通常用以生產高鉻不鏽鋼的二次精煉技術。進行習知VOD製程時，首先，進行底吹氬步驟，其係將盛鋼桶吊入真空室後，於真空室底吹氬攪拌鋼液，其中習知VOD的鋼液之初始碳含量通常為0.2%~0.8%。接著，當真空壓力達到預設值時，進行吹氧脫碳步驟，其係以頂吹氧的方式對鋼液進行脫碳。然後，降低真空壓力，以確保鉻不被氧化。當碳含量達預設值時，即可停止吹氧脫碳步驟，其中經VOD製程處理後的鋼液，其碳含量可達到約0.03%。 然而，VOD製程的脫碳速度慢，生產效率低，甚至其精煉效果會受盛鋼桶的淨空高度所限制。

RH真空精煉製程是另一種用於進行二次精煉的真空精煉製程，其為將鋼液做吸入式循環處理的方法。請參閱圖1，其係繪示習知RH真空精煉製程裝置100之局部剖面圖。一般而言，習知RH真空精煉製程裝置100包括盛鋼桶110、上升管112、下降管114、真空槽116、吹氬管118、吹氧管120、合金進料口122、真空管路126。其中，真空槽116之底側設有二循環管，分別為上升管112和下降管114。吹氬管118連通上升管112的側部，吹氧管120設在真空槽116頂部。合金進料口122設置在真空槽116側部。真空槽116的頂部槽彎管124與真空管路126連通。

習知RH真空精煉製程裝置100在進行鋼液脫碳時，首先，進行抽真空步驟，其係將循環管112和114插入盛鋼桶110內，並由真空管路126將真空槽116抽真空。此時，鋼液128會從上升管112和下降管114上升到壓差高度(圖未繪示)。接著，進行吹氬步驟，其係由吹氬管118向上升管112內導入氬氣，此時，上升管112內瞬間產生大量氣泡130，而氣泡130在高溫低壓下其體積膨脹，使鋼液128密度下降，從而將鋼液128噴入真空槽116。然後，進行吹氧脫碳步驟，由於位在下降管114附近的鋼液128密度相對較大，鋼液128會經下降管114再次回到盛鋼桶110，完成一個循環的吹氧脫碳步驟。鋼液128以上述方式依照箭頭132的指示方向連續循環數次後，即完成吹氧脫碳步驟。RH 真空精煉製程可分批處理大量鋼液，因此處理週期短，生產效率高。

然而，在吹氧脫碳過程中，無論是VOD製程或RH真空精煉製程，皆會發生嚴重的鋼液噴濺問題。除了碳和氧的劇烈反應產生一氧化碳氣體、導致鋼液噴濺之外，鋼液中的鐵也會在吹氧作業時因劇烈氧化而產生高熱，而且在低壓下，鐵的沸點降低，高熱會導致鋼液汽化而使噴濺情況加劇。鋼液噴濺對VOD製程使用的盛鋼桶有很大的危害，且會影響精煉效果。對於RH真空精煉製程而言，噴濺的鋼液會在真空槽116中形成細小鋼液液滴，而這些細小鋼液液滴會在真空系統抽氣過程中，積附在頂部槽的頂部槽彎管124、合金進料口122和吹氧管120，形成地金，進而影響系統真空度。前述地金在累積一段時間後，甚至有可能掉入鋼液中，反而影響鋼液成份及鋼液品質。

其次，當進行RH真空精煉製程，於吹氧脫碳步驟時，鋼液中的碳和氧反應產生一氧化碳，欲使此反應加速進行，須利用真空泵將一氧化碳氣體抽掉，以降低真空壓力，並增加脫碳效果。一般而言，習知RH真空精煉製程之吹氧脫碳步驟時的真空壓力為控制在90mbar。

有鑑於此，須提供一種針對低碳鋼液降低鋼液噴濺之鋼液脫碳方法，以改善習知低碳鋼液脫碳製程中所遭遇的上述問題。

因此，本發明之一態樣是提供一種降低鋼液噴濺之鋼液脫碳方法。首先，提供熔煉後的低碳鋼液，其中熔煉後的低碳鋼液之初始碳含量為0.02重量%至0.08重量%。接著，對低碳鋼液進行RH真空精煉製程。RH真空精煉製程包含對低碳鋼液進行吹氧脫碳步驟，可例如在高於100mbar的第一真空壓力下對低碳鋼液導入氧氣，以利鋼液脫碳。然後，在第二真空壓力下，對低碳鋼液進行高真空脫碳步驟，此步驟可例如進行12分鐘以上但不超過20分鐘，使低碳鋼液的之碳含量為不超過0.0020重量%，其中第二真空壓力係小於第一真空壓力。

根據本發明之一實施例，上述第一真空壓力為150mbar至250mbar。

根據本發明之一實施例，上述第二真空壓力為小於1mbar。

根據本發明之一實施例，上述高真空脫碳步驟係進行14分鐘至18分鐘。

根據本發明之一實施例，上述在RH真空精煉製程後所得脫碳後的鋼液，其碳含量為0.0010重量%至0.0020重量%。

根據本發明之一實施例，上述在RH真空精煉製程後所得脫碳後的鋼液的碳含量為0.0010重量%至0.0012重量%。

根據本發明之一實施例，上述降低鋼液噴濺之鋼液脫碳方法更包含可選擇性對低碳鋼液進行吹氧升溫步 驟，可例如在高於100mbar的第三真空壓力下對鋼液導入氧氣。

根據本發明之一實施例，上述第三真空壓力係介於150mbar至250mbar。

根據本發明之一實施例，上述第一真空壓力和第三真空壓力可為相同或不同。

根據本發明之一實施例，上述吹氧升溫步驟是於鋼液中同時投入鋁。

應用本發明之降低鋼液噴濺之鋼液脫碳方法，在低碳鋼液進行RH真空精煉製程中，控制低碳鋼液之初始碳含量，可在高於習知真空壓力下進行吹氧脫碳步驟，並增加高真空脫碳步驟進行的時間，即可有效降低鋼液的噴濺，且可得到和習知鋼液進行RH真空精煉製程時相同的脫碳效果。

100‧‧‧RH真空精煉製程設備

110‧‧‧盛鋼桶

112‧‧‧上升管

114‧‧‧下降管

116‧‧‧真空槽

118‧‧‧吹氬管

120‧‧‧吹氧管

122‧‧‧合金進料口

124‧‧‧頂部槽彎管

126‧‧‧真空管路

128‧‧‧鋼液

130‧‧‧氣泡

132‧‧‧箭頭

200‧‧‧方法

201‧‧‧提供熔煉後的鋼液

203‧‧‧吹氧脫碳步驟

205‧‧‧高真空脫碳步驟

207‧‧‧吹氧升溫步驟

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之詳細說明如下：[圖1]係繪示習知RH真空精煉製程裝置100之局部剖面圖。

[圖2]係繪示根據本發明一實施例的一種降低鋼液噴濺之鋼液脫碳方法的流程圖。

本發明提供一種降低鋼液噴濺之鋼液脫碳方法，此方法包含提供熔煉後的低碳鋼液及對低碳鋼液進行RH真空精煉製程。其中熔煉後的低碳鋼液之初始碳含量為0.02重量%至0.08重量%。

申言之，請參閱圖2，其係繪示根據本發明實施例的一種降低鋼液噴濺之鋼液脫碳方法200的流程圖。首先，進行步驟201，提供熔煉後的低碳鋼液。前述之低碳鋼液可例如起始碳含量200ppm(相當於0.020重量%)至800ppm(相當於0.080重量%)。若以含碳量在上述範圍外的鋼液(即，低於200ppm或高於800ppm)進行RH真空精煉製程，則應用本發明之方法在得到超低碳鋼的情況下同時降低鋼液噴濺的效果將較為有限，甚至可能產生不利影響。若鋼液的起始碳含量低於200ppm，則在RH真空精煉製程中不需再進行吹氧脫碳步驟。然而，若鋼液的起始碳含量高於800ppm，高濃度的碳導致碳與氧的劇烈反應，而加劇鋼液的噴濺情況，且由於RH真空精煉製程的吹氧速率較低，若鋼液的起始碳含量太高，須導入大量的氧氣進行鋼液的吹氧脫碳步驟，而導致製程時間增加，製程時間增加會造成鋼液的溫降，則後續須再進行鋼液的升溫步驟，不僅增加操作成本，也對鋼液品質造成影響。接著，對低碳鋼液進行RH真空精煉製程，包含吹氧脫碳步驟和高真空脫碳步驟，以及可選擇性進行吹氧升溫步驟，其中RH真空精煉製程更包含進行習知的抽真空和吹氬步驟。以下配合圖1說明RH真空精煉製程。

首先，對低碳鋼液128進行吹氧脫碳進行步驟203，其中須先將真空槽116抽至第一真空壓力，利用吹氬管118對上升管112導入氬氣的方式使低碳鋼液128依序在盛鋼桶110、上升管112、真空槽116和下降管114中循環，並由頂部吹氧管120向真空槽116內導入氧氣，以促進低碳鋼液128的脫碳反應進行。其中將第一真空壓力控制在100mbar以上。若第一真空壓力低於100mbar，如習知的90mbar，則在吹氧脫碳步驟時，會有劇烈的鋼液噴濺問題。因此，較佳為控制第一真空壓力介於150mbar至250mbar。在另一實施例中，第一真空壓力為195mbar。於吹氧脫碳步驟的過程中均維持壓力為第一真空壓力，而在第一真空壓力為較高壓力下進行吹氧脫碳，可有效降低鋼液噴濺。

接著，對低碳鋼液128進行高真空脫碳進行步驟205，此步驟是在吹氧脫碳步驟後，停止對鋼液128吹氧，將真空槽116的壓力抽至第二真空壓力，並維持在第二真空壓力下進行脫碳。在一實施例中，第二真空壓力為小於1mbar。當第一真空壓力為習知的90mbar時，高真空脫碳步驟進行12分鐘，即可使鋼液的碳含量達到12ppm。由於第一真空壓力調整為高於習知真空壓力，為了達到和較低的第一真空壓力時相同的脫碳效果，須增加高真空脫碳步驟的進行時間至12分鐘以上但不超過20分鐘。高真空脫碳步驟的進行時間若低於12分鐘，則無法達到第一真空壓力為習知90mbar時的脫碳效果。然而，若進行高真空脫碳步驟的 時間太長，會導致鋼液的溫降、操作成本提高及影響後續作業排程，因此，高真空脫碳步驟較佳為進行14至18分鐘。

鋼液在經過本發明的RH真空精煉製程後，鋼液碳含量可從進行二次精煉前的0.02重量%(即200ppm)至0.08重量%(即800ppm)降至0.0020重量%(即20ppm)以下。在一實施例中，鋼液的碳含量為0.0010重量%(即10ppm)至0.0020重量%(即20ppm)。在另一實施例中，鋼液的碳含量可以為0.0010重量%(即10ppm)至0.0012重量%(即12ppm)。

當低碳鋼液完成脫碳後，若鋼液有溫降的情況，則可選擇性進行吹氧升溫步驟207，將真空槽116的壓力調整至第三真空壓力，對低碳鋼液128進行吹氧升溫步驟207，如圖1及圖2之所示。在一實施例中，此吹氧升溫步驟207係配合向鋼液投入鋁，利用鋁和氧反應放出的熱量進行化學升溫。在步驟207中低碳鋼液已不會有因碳和氧劇烈反應造成的噴濺，而主要是在進行吹氧時導致的高熱，造成鋼液汽化所產生的噴濺。習知方法中，第三真空壓力是設定為90mbar。而本發明藉由提高第三真空壓力至高於100mbar，以在不影響鋼液升溫效果的狀況下，降低吹氧升溫步驟207時的鋼液噴濺。鋼液的升溫效果是評估實際升溫量和預估升溫量的差異，其中預估升溫量是以吹氧量和鋁粒投入量所估算。吹氧升溫步驟維持在第三真空壓力中進行。在一實施例中，第三真空壓力為介於150mbar至250mbar。第一真空壓力和第三真空壓力可為相同或不同。在另一實施 例中，第一真空壓力和第三真空壓力皆為195mbar。

以下利用數個實施例以說明本發明之應用，然其並非用以限定本發明，本發明技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。

實施例一

請參閱表1，其係根據本發明的一些實施例進行脫碳方法時的製程參數。由表1呈現的第一真空壓力、高真空脫碳時間和鋼液碳含量的表格顯示，當第一真空壓力為習知的90mbar時(即比較例1和比較例4)，高真空脫碳步驟進行12分鐘和14分鐘，分別可使鋼液的碳含量達到12ppm(相當於0.0012重量%)和11ppm。然而，若第一真空壓力提高到150mbar和195mbar時，同樣只進行12分鐘的高真空脫碳步驟，則所得碳含量分別為14和19ppm，但若分別增加高真空脫碳步驟的時間至14和16分鐘，則可以得到碳含量為12ppm和11ppm的鋼液，即和習知方法具有相近的脫碳效果。

實施例二

請參閱表2，其係根據本發明一些實施例進行鋼液脫碳方法之吹氧升溫步驟時的製程參數。表2呈現第三真空壓力、預估升溫量和實際升溫量的數值，利用實際升溫量和預估升溫量的比較以觀察第三真空壓力對鋼液升溫效果的影響。表2顯示第三真空壓力為習知的90mbar或升高至150mbar和195mbar時，其預估升溫量和實際升溫量皆沒有太大差異，即第三真空壓力的變化對升溫效果影響不大。在對升溫效果沒有顯著影響的情況下，提高第三真空壓力可以有效降低鋼液噴濺。

在RH真空精煉製程的過程中，吹氧脫碳步驟和吹氧升溫步驟是最容易造成鋼液噴濺的時機，本發明藉由提高吹氧時的真空壓力，以降低鋼液的噴濺，且可減少因鋼液噴濺而累積在RH真空精煉製程設備的地金量，進而更可減少因地金掉落而造成鋼液汙染，亦可減少對RH真空精煉製程系統之真空壓力的影響。另外，由於提高操作時的真空壓力可降低真空槽116之內外壓力差，因此，真空槽116內鋼 液面會下降，則可降低噴濺鋼液積附在頂部槽彎管124、合金進料口122及吹氧管120的機率。

應用本發明的降低鋼液噴濺之鋼液脫碳方法，在低碳鋼液進行RH真空精煉製程中，控制低碳鋼液之初始碳含量，可在高於習知真空壓力下進行吹氧脫碳步驟，僅須稍微增加高真空脫碳步驟進行的時間，即可有效降低鋼液的噴濺，且得到和習知鋼液進行RH真空精煉製程時相近的脫碳效果。在吹氧脫碳步驟後，可選擇性進行吹氧升溫步驟，亦可透過在高於習知真空壓力下進行吹氧的方式降低鋼液噴濺，且不影響鋼液的升溫效果。上述之吹氧脫碳步驟以及吹氧升溫步驟，兩者可接續操作或僅進行其中的吹氧脫碳步驟，皆適用本發明之應用方式。

200‧‧‧方法

201‧‧‧提供熔煉後的鋼液

203‧‧‧吹氧脫碳步驟

205‧‧‧高真空脫碳步驟

207‧‧‧吹氧升溫步驟

Claims (8)

1. 一種降低鋼液噴濺之鋼液脫碳方法，包含：提供熔煉後的一低碳鋼液，其中該低碳鋼液之一初始碳含量為0.02重量%至0.08重量%；以及對該低碳鋼液進行一RH真空精煉製程，其中該RH真空精煉製程包含：對該低碳鋼液進行一吹氧脫碳步驟，以於高於100mbar之一第一真空壓力下對該低碳鋼液導入氧氣；對該低碳鋼液進行一高真空脫碳步驟，其中該高真空脫碳步驟係於一第二真空壓力進行12分鐘以上但不超過20分鐘，使該低碳鋼液之碳含量為不超過0.0020重量%，且該第二真空壓力為小於1mbar；以及在該高真空脫碳步驟之後，對該低碳鋼液進行一吹氧升溫步驟，以於高於100mbar之一第三真空壓力下，對該低碳鋼液導入氧氣。
2. 如申請專利範圍第1項所述之降低鋼液噴濺之鋼液脫碳方法，其中該第一真空壓力為150mbar至250mbar。
3. 如申請專利範圍第1項所述之降低鋼液噴濺之鋼液脫碳方法，其中該高真空脫碳步驟進行14分鐘至18分鐘。
4. 如申請專利範圍第1項所述之降低鋼液噴 濺之鋼液脫碳方法，其中該鋼液之該碳含量為0.0010重量%至0.0020重量%。
5. 如申請專利範圍第1項所述之降低鋼液噴濺之鋼液脫碳方法，其中該鋼液之該碳含量為0.0010重量%至0.0012重量%。
6. 如申請專利範圍第1項所述之降低鋼液噴濺之鋼液脫碳方法，其中第三真空壓力為150mbar至250mbar。
7. 如申請專利範圍第1項所述之降低鋼液噴濺之鋼液脫碳方法，其中該第一真空壓力與該第三真空壓力為相同或不同。
8. 如申請專利範圍第1項所述之降低鋼液噴濺之鋼液脫碳方法，其中該吹氧升溫步驟係於該低碳鋼液中同時投入鋁。