RH脱碳影响因素及应对措施讲解

1、首钢2016年职业技能竞赛炉外精炼工工种决赛论文题目：RH脱碳影响因素及应对措施准考证号：姓名：工作单位：首钢股份公司工种：炉外精炼工期：2016.10 摘要：本文简要介绍RH精炼脱碳的热力学原理、动力学条件，深入分 析了 RH熔池内碳氧反应机理，发现 RH处理时脱碳反应发生的四个地 点，真空室 内钢液自由表面、氤气泡表面、真空槽钢液内部与飞溅液滴表面，同时发现真空处理4-10min内为主要脱碳时期。本文通过分析生产实践中影响脱碳的因素，摸索出一套生产深脱碳及 快速脱碳的方法。关键字：RH真空精炼脱碳碳含量目录-RH脱碳原理:RH脱碳过程研究13三 缩短超低碳钢脱碳时间和真空处理时间的影响因素

2、分析结束语 正文前言：RH是最重要的炉外精炼设备之一，它具有脱碳、脱气 (脱氮、脱氢)、合 金微调、均匀钢液成分和温度等主要功能。碳作为钢中的间隙原子，在超深冲薄板，尤其是汽车板和电工钢中为主要控制对象，要求尽可能低。为了获得碳含量小于0.003%,甚至更低的超低碳钢，关键是RHK空脱碳的水平及精炼后期控制钢水增碳的能力。RH脱碳反应一般考虑发生在4个地点：真空室内钢液自由表面、氨气表面、真空槽内钢液内部和飞溅液滴表面。 一、RH兑碳原理RH真空脱碳是利用气泡泵原理使钢液在真空室和钢包之间产生循环流动,主要靠钢水中的氧在真空室中进行脱碳，真空处理是以冶金反应热力学和动力学为基础。可理解为，热力

3、学表示化学反应最终状态的稳 定含量和可控制的精度；动力学表示完成化学反应过程并形成最终产物所要求的时间。从脱碳的热力学角度分析，钢水去碳、氧，真空条件下是以压力对化 学反应的影响为基础，气体压力降低促进化 学反应的进行其脱碳反应的方程式为 TOC o 1-5 h z C+O=CO(g)(1)反应平衡常数为：K=Pco=CO( 2)可见CO气体分压的降低可以促进脱碳、脱氧反应的进行。从动力学的角度考虑，RH的某些参数，例如钢液循环速率、瀛 气流量， 真空室与钢包的尺寸及真空系统能力等， 对反应速率与最终精炼效果有及其 主要的作用。因此从脱碳的动力学角度分析 ，主要是研究多长时间能够达到平衡值，即

4、所要求的目标碳含量。二、RH脱碳过程研究目前，国内外RH于反应地点建立的脱碳模型居多，但是其对脱碳量不大的地点采取忽略处理，这对研究超低碳钢会产生较大的误差，在实际生产过程当中正是这些脱碳量不大的地点决定脱碳水平。本论文考虑4个反应地点，分析各地点对脱碳速率以及脱碳量的贡 献，从而分析工艺因素对脱碳速率的影 响，对现场生产具有指导意义。针对RH处理时脱碳反应发生的四个地点，即真空室内钢液自由表面、 瀛气泡表面、真空槽钢液内部与飞溅液滴表面 ，如图1所示:刖i脱破反应滴脱碳反应融气泡悦璇反症肉部脱减反皿图1 RH脱碳地点示意图各地点脱碳量随时间的变化（如图 2示）：206 S 1012146时间

5、佃祜图2四种脱碳机制脱碳量的比较图3四种脱碳机制脱碳速率的比较表1脱碳量数据汇总阶段HUH i.-io占总处雄赋的比制. 内池缸世龙血液油内部筑迪农面嵌滴I一.Hl?1 1 0 min113128223532ai172725244加1715S3537192210-lSminSOE3i11915205612023004 A2161总过种-1- 101|; 913a?1012112226在模型中设定初始条件，由此计算出的脱碳速率随时间的变化如表1所示。由表1可以看出：总体脱碳速率的变化趋势基本可以分为3个阶段04min, 4 10min, 1016min。在这3个阶段之间脱碳速率分别出现了 3个峰

6、值；对照表1可以发现，第2个、第3个峰值 的出现时间和开始吹氧时间以及达到极限真空的时间是基本重合的在真空处理前期，钢液内部的脱碳速率在 4个脱碳地点中占据主导地位，并且在10min左右其脱碳速率基本为零。之后，液滴脱碳速率开始占据优势。在表1所分的4个脱碳阶段中，钢液内部脱碳在 010min的时间段内 所占的比例最大；在脱碳末期 13min以后，钢液内 部脱碳量为零时， 表面脱 碳和液滴脱碳开始占据主导地位，其总脱碳 量比例达到了 85施气泡脱碳量在3个脱碳阶段都占有一定的比例，但是其脱碳量是最低的，仅能达到总脱碳量的11%右。三、缩短超低碳钢脱碳时间和真空处理时间的影响因素分析冶炼超低碳钢

7、脱碳时间的稳定控制对生产节奏的安排，精炼过程指标的控制，铸机浇注的稳定均提供了基础。为进一步加快生产节奏，脱碳效率成为影响超低碳钢生产节奏的瓶颈，因此加快节奏成为必须进行的攻关工作。在 稳定的基础上进一步缩短超低碳钢脱碳时间和真空时间，使整个工序快节奏生产有了最基本保证，不仅对于最终产品质量起到了很大的提高效果，还有 效降低了整工序的温度需求。通过第二部分对脱碳过程的研究发现，随着真空处理时间的延长，不同阶段的主要脱碳地点不同，以下从六个方面探讨针对不同的反应地点提高钢液 脱碳速率。(1)钢水中的初始碳、氧含量的影响钢水中的初始碳、氧含量对 RH处理结果影响很大，为了在RH脱碳后达 到良好的效

8、果，钢水成分等初始条件必须加以控制，并且要提高操作水平，稳定操作工艺,增大初始碳氧含量的集中度,防止不同炉次间碳氧含量波动的范围过大。对于目标碳含量W30 x 10-6的超低碳钢,RH自然脱碳最佳碳、氧含量是进站C 350 x 10-6、0含量为480-550 x 1 0-6。虽然过剩的氧含量对于脱碳更有利，但会造成加铝前氧过高导致脱氧铝增加，影响钢水质量且增加吨钢成本，生产过程中不提倡此种做法。(2)循环气体流量的影响在RHt炼初期由于真空室中真空度较低，在真空室钢液自由表面和液滴脱碳发生的脱碳过程较弱，钢液内部的脱碳占主要地位；从 下图实验方案可以看出1)、真空开始处理2-6min期间循环

9、气为2600Nl/min炉次的脱碳速率大于 2800Nl/min炉次的脱碳速率；2)、8min后循环气流量为2800Nl/min炉次的脱碳速率加快。随着精炼过 程的进行，真空度逐渐 提高，在钢液内部C0气泡表面发生的脱碳和脱 气过程逐渐增强；在脱碳后期，表 面脱碳和液滴脱碳过程相对来说又 显得重要。当提升气体流量较大时，循环流量会 趋于一个极大值，再 增大提升气体流量，循环流量则不会再增加。但是增加的提升气体流量却会增大脱碳反应的容积传质系数，促进脱碳反应的进行，因此在其它操作条件不变时，增大提升气体的流量，即使循环流量不再增加，也会促进脱碳过程的进行； 在相同的处理时间内，使钢液中碳元素的

10、含量达到更低的值。结合试验结果分析，脱碳前期、中期自由C0反应为主要反应方式，循环气流量大小对脱碳速率影响不大。当脱碳 反应到中后期时，借助氤气泡与熔池表面发生C0反应为脱碳的主 要方式时，越大的流量，进入真空室内的氮气泡越多，C0 反应的在真空控制形核点越多，因此后期循环气流量越大越好。因此以转深抽为分界点,阶段循环气流量使用较低的循环气流量，转深抽后提升循 环气流量应使用最大流 量循环气表2循环气流量试验方案抽真空至卜枪前循环气流量/Nl/mi n强制脱碳结束至15min循环气流量/Nl/min万案114002600万案216002800方案31800300072/1400-2600 43

11、/1400-2600 73/1400-2600 59/1600-2800 45/1600-280079/1600-280019/1600-280020/1800-300094/1800-3000810121416time/min图4不同循环气流量对脱碳的影响(3)压降制度控制任何一套真空设备在抽真空操作时均有自身的压降曲线，且呈现出不同程度的压降平台，在脱碳阶段最快速度的达到深真空能够加快前期脱碳速度以及脱碳量，得到较低的脱碳结束碳含量。因此为得到 较好的脱碳效果，减少压降 平台是控制结束C含量以及脱碳效果的 一个必要措施。通过预抽真空操作、对 蒸汽阀的改造、真空泵系统性 能的摸索、系统密封性

12、的保证，进一步提高了抽真空速度，降低了压降 平台，提高脱碳效率。(4)加废钢对脱碳效果的影响为调查加入废钢量对钢液中碳含量的影响，在调铝后根据当炉温度情况加入 一定量的废钢，试验炉次信息如表3所示，平均每吨废钢 增碳量如图5所示，试验炉 次每吨废钢增碳量平均为4.9ppm,因此在生产的过程中是影响结束碳含量的一个重 要的因素。根据实际生产数据分析看，加废钢时机对脱碳效果存在较大的影响，故在调废钢过程中，同样的废钢加入量选择不同的时机所取得的结果明显不同。由表 1看出，脱碳 10min以后钢液内部的脱碳速率基本为 0,表面脱碳和 液滴脱碳开始占据主导地位， 其总脱碳量比例达到了85皈口果在10m

13、in以后仍然进行调废钢操作，会使真空室内部钢水温度降低，钢水循环速度变慢，严重影响了钢液的环流，阻碍钢包内钢液进入真空环境的正常秩序，碳氧反应界面减小，脱碳反应受阻。从而造成在规 定周期内完成不了脱碳任务，因在处理过 程中对进站温度及氧活度严格控制，同时废钢在脱碳前期越早加入越有利于获得较 低的结束C成分。表3废钢增碳量实验方案序 号品种废钢加入量/t15minC含 量 /ppm调铝后碳含量/ppm结束C含量 /ppm增碳电/ppm吨废钢增碳 量 /ppm1M3A300.740.0010.00090.00160.00079.462M3A300.9410.00170.00120.00160.00

14、044.253M3A301.70.00110.00120.00210.00095.294M3A300.4190.00250.00130.00150.00024.775M3A301.4420.00150.00120.00170.00053.476M3A301.5410.00220.0010.00220.00127.797M3A300.4220.00140.00090.00150.000614.228M3A300.2280.00240.00130.00150.00028.779M3A300.5040.00150.00210.0016-0.0005-9.9210M3A300.4260.00120.0

15、010.00100.0011M3A300.4140.00260.0010.00120.00024.8312M3A301.4720.00170.00140.0020.00064.0813M3A301.40.00310.00080.00150.00075.0014M3A301.4750.00140.0010.00160.00064.0715M3A302.4150.00220.00140.00230.00093.7316M3A300.6140.00160.00120.00150.00034.8917SDC04-0.9290.00240.00160.00190.00033.2318WSDC04-0.9

16、5200.00130.001300.0019VVM3A300.8470.00170.00110.00120.00011.1820M3A301.8920.00210.00160.00240.00084.23图5吨钢增碳量单值控制图(5)强制脱碳对脱碳效果的影响顶抢吹氧使钢液中氧明显增加，从而明显加速初期脱碳。转炉较高碳含量出钢钢水进入 RH行真空处理，初期0相对C较低而阻碍了脱碳 反应。使用顶枪向熔池供氧，使钢液中0明显增多，反应生 成C0条件好,C0量 大而搅拌强烈，脱碳速率大。所以如果在 RH处理中进行强制脱碳操作不仅可以加 速脱碳，缩短处理时间，而且可以将初始碳含量提高。(6)顶渣改质对脱

17、碳效果的影响顶渣改质能够有效减少顶渣对钢液的二次氧化，并且低氧的顶渣在一定的成分下具有良好的吸附氧化铝夹杂物的能力，保持一定时间 的循环可以有效促使夹杂物上浮，大大降低钢水中氧化铝夹杂物的含量。但顶渣改制质的钢水由于渣中 氧含量低，钢液中氧含量会不断的 向渣中传氧，造成脱碳速率降低，影响脱碳效 果。实际生产中，若改质效果不好，高钙铝渣球有可能成陀状聚集在钢水表面，造 成到站定 氧值不具代表性，影响脱碳方式或强制脱碳氧量设定值，给RH脱碳带来难度，因此转炉出钢过程中需保证高钙铝渣球的融化效果，同时 对于渣改质的炉次，强制脱碳吹氧量需与未渣改质炉次的吹氧量进行区别，保证RH强制脱碳效果。四、经济效

18、益硬性收益IF钢RH生产平均周期为32min,通过实施提高脱碳效率的措施，IF钢生产平均 周期缩短至28min,平均减少4min,按RHW炼过程温 降速率iC/min考虑，则RH 过程总温降降低4C,对应转炉出钢温度降低4C。按照吨钢出钢温度降低1C可降低 0.5元，则1炉钢降低成本420元。2016年迁钢一炼钢月均生产IF钢200炉， 则月均降 低成本8.4万元，全年共降低101万元。软性收益(1 )、提高脱碳效率，稳定过程操作，为一炼钢整体高效化排产奠定条件，总体缩短IF钢生产总周期；(2)、增加浸渍管维护时间，延长浸渍管使用寿命，降低吨钢耐材成本；(3)、减少吹氧升温率，降低加铝前氧活度，减少生成夹杂物数量，提高钢水洁 净度结束语:稳定控制进站氧活度、碳含量情况，保证进站C 350ppm 0含量为480-