vd真空处理和钢液中氢含量测定

vd真空处理和钢液中氢含量测定

氢是精炼过程中许多缺陷和失败的主要原因。VD炉真空脱气处理工艺,作为炉外精炼的一种,在冶金工业得到广泛使用。其原理是利用对真空室进行抽真空,在真空状态下对钢水进行脱气,降低钢水中的[H]、[N],同时利用钢渣界面反应进行脱硫处理。准确测定钢液中的氢含量是衡量VD炉脱气效果的一项主要技术指标。为了炼特钢的需要,经过VD处理后钢液中的氧含量要求控制在每百克钢小于等于0.12ml。采用Heraeus公司的浸入式直读定氢仪(Multi-labHydrisSystem)来测定VD处理前后钢液中的氢含量。在大型现代化冶金生产中,VD钢包处理已成为现代二次冶金的基本手段。马钢重机公司特钢分厂使用VD处理的典型钢种主要是压力容器钢:16Mn、20;合结钢:CK32、32Cr3Mo1V、12Cr2Mo1、RQ30;高合金钢:RQ66、H13、SA25;韩国出口钢:A105、A131、LF2N等。1脱气系统的组成马钢重机公司特钢分厂的40tVD炉是由西安华兴电炉有限公司设计制造的,其真空泵部分由西安重型机械研究所设计制造。该系统在国内同类产品中处于领先地位。脱气系统作为VD炉的主体设备,主要包括脱气系统电气、机械设备及仪表检测系统等。该系统由1个罐径为Φ4800mm罐高5200mm的真空罐、真空盖系统、真空漏斗、测温取样系统、单工位单丝喂丝系统、吹氩系统及其升降、移动小车等7个部分组成。1.1气体气泡比kh/fhHydris定氢系统能够快速、精确测定氮载气中氢的含量。其测量原理是通过氮载气在钢液和气动单元之间的循环来收集钢液中的氢气。测量过程中,钢液的溶氢会通过扩散进入氮载气气泡中,从而在载流气泡与钢液之间达到平衡。测量结果显示在定氢仪面板上,钢液中的溶氢[H]与栽流气体气泡的氢分压PH2存在着以下函数关系(即著名的西华特定理):[H]=KHfHPH2√[Η]=ΚΗfΗΡΗ2式中:KH—为化学反应平衡常数;PH2—为氮载气泡中氢分压;fH—为氢活度系数(取决于钢液中的化学成分)。就常规的钢种而言,KH/fH的值在0.6～0.85之间波动,其中0.6对应于高碳、低温钢液,0.85对应于低碳、高温钢液。KH/fH的标准值为0.75。Hydris定氢系统原理图见图1。1.2有关氢活度系数的测量,可采取两种方式,测量一个(1)采用热导率检测器(TCD)来监控氮载气体离开电热导线的热传导速度率,通过内置微处理器完成数据计算。测量的成功率高。系统精度:在0ppm～6ppm的测量范围内,误差<0.15ppm;在6ppm～10ppm测量范围内,误差<0.20ppm。(2)对应于不同的钢种,氢活度系数fH也不同。因此,对于钢号和冶炼温度变化大的情况下,有必要采取不同的K/f系数。(3)仪表提供两个RS-232接口,供数据通讯之用,同时提供一个并口,供接打印机。(4)测量范围在0.5ppm～13ppm之间,测量时间在28s～70s之间。(5)测量记录保存容量为120条。2系统的实现原则2.14钢水真空处理VD真空炉有1个脱气罐位和1个真空盖车停靠位。真空盖车停靠在真空罐旁边。钢水包就位后,人工连接好氩气管,真空盖车运行就位并下降真空盖。根据需要处理钢水的抽气速度和处理步骤打开蒸气喷射器,进行抽真空处理,在真空状态下,通过钢包底吹氩进行钢水搅拌。真空盖上设有真空漏斗,对于需要合金微调的钢种,在脱气过程真空状态下,通过真空漏斗加入必要合金。真空处理后,破真空,真空盖升起返回停靠位。在钢包敞开状态下,继续吹氩软搅拌并喂丝。处理完毕,进行最终测温取样。钢水处理过程,可通过定氢定氧仪表进行快速气体测定。抽真空处理分为手动合自动两个工作模式,一般选择手动模式来进行VD处理。2.2准备测量状态(1)检查气动柜氮气的进口压力及回路过滤器的使用情况、确认仪表画面右下脚闪烁光标指示为准备状态(READY)。(2)按下气动柜上的启动按钮或仪表上的F2键,系统开始工作,定氢枪口往外吹气。仪表屏幕上的吹气压力在不断上升。10秒左右,气动柜上的黄灯点亮,红灯保持。(3)小心安装探头,用力拧紧,但不可用力撞击。4～5秒后绿灯亮、红灯灭、黄灯保持。此时,仪表屏幕上的吹气压力在不断上升,到4500Pa左右,黄灯灭,只有绿灯亮,系统进入准备测量状态。(4)测量之前必须停止吹氩,使钢液平静1～2分钟。同时要避开在添加合金期间测量及避免添加合金后立刻进行测量。(5)小心提起定氢枪,插入钢液中,探头尽量保持垂直、插入钢液深度为300mm～400mm,把住抢托、保持平衡,不要左右晃动。在测量结束之前,绝对不能提起定氢枪,直到表示测量结束的红灯亮起(与此同时气动柜内蜂鸣器发出讯响)。(6)测量结束后,及时小心地取出探头,检查接触块是否清洁。放好定氢枪,不要把测完的探头留在定氢枪上,以免损坏定氢枪。(7)通过仪表内置微处理器的计算,氢含量显示在仪表屏幕上。(8)系统进入准备测量状态后(气动柜上绿灯亮),因故没有测量,系统在等待一段时间后会自动回复到启动状态。如需测量,则再做一次启动程序即可。在何时候按CLR+F2键都可中断测量工序。3生产过程中应注意的问题和要点3.1罐内钢包出现钢水粘住,是否需要检测(1)VD炉真空处理结束后,要检查大罐盖下表面中心部位绝热层情况,若脱落严重,要及时向有关部门汇报,不进VD。(2)抽真空时,Ar气的流量不得超过400NL/min,压力不超过0.5MPa(表压)。特别是当钢水满时,以免钢水粘住小炉盖和钢包上沿,致使罐盖提升不起或拉掉钢包内的砖头。(3)在20kPa～4kPa时,要密切注意溢渣情况,发现溢渣要及时破空,同时可适当调大Ar气流量压渣。(4)在高真空保持阶段(67Pa),可适当调大Ar气流量,扩大钢液裸露面以加速脱气。同时密切注意罐底温度变化是否异常。(5)若发现热水井水位经常出现报警,在抽真空状态下,水位>100%五秒内不能下降到100%以下时,要立即破真空,等各级蒸汽阀关闭后,马上停浊环水,防止水位漫水造成生产事故。(6)每炉VD结束,罐盖车开出后,要及时检查钢包耳轴与罐内钢包支撑座之间是否有钢水粘住,若有马上指挥行车试吊钢包,必要时要对冷钢进行处理,处理好后才可吊包。(7)通过VD炉钢包处理,最终钢水中[H]可达到2PPm以下。3.2定氢系统压力的检测在线定氢系统是一种高精度的检测仪表,操作不当,容易造成测量数据的不准确,同时也有可能对设备造成损坏。(1)为了确保系统能正常工作,测量前作空气模拟测试是必要的。氢含量要(求在1.2ppm～1.6ppm之间,吸管压力Psu(Pvac)要求大于730hPa。(2)正确设置仪表参数是确保氢含量测量准确性的一个重要环节。(3)回路过滤器是定氢系统的一个很重要的部件。过滤器可以清除管路中的水分、油和灰尘,因为它们会污染热导率检测器(TCD),并使泵和阀门的运动受阻。因此,在使用过程中,检查过滤器的寿命极为重要。(4)一旦系统发生泄漏,测量工序将无法进行下去,必须先执行泄漏检测程序,检查相关环节,找出泄漏部件,并采取密封措施。只有在泄漏检测结果OK后,方可进行定氢测量。(5)吸管压力(Psu)过高或过低都会造成测量工序无法进行下去。吸管压力(Psu)上限设定值为1150hpa,下限设定值为400hpa。此类故障大多是硬件故障造成,如吸管堵塞、系统气路泄漏等。(6)吹管压力(Pbl)超出泵的上限(上限的标准设定值为2500hpa),说明吹管有堵塞现象,也许探头也损坏,检查测枪。(7)为了确保测量精度,仪器需要每个季度校验一次。4施工过程质量控制在线定氢系统是一种高精度的检测仪表。作为消耗件的定氢探头造价较高,为了最大程度地降低定氢探头的消耗同时也为