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真空炉生产超低碳钢的实践

栏目 : 行业新闻

产品更新日期:2016-Dec

信息来源:上海微行炉业

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发布者:SHM02

真空炉生产超低碳钢,最难控制的过程是前期的脱碳和后期的快速铝脱氧和合金化。针对宏发炼钢厂真空炉,在设备性能基本稳定的前提下,通过优

真空炉生产超低碳钢,最难控制的过程是前期的脱碳和后期的快速铝脱氧和合金化。针对宏发炼钢厂真空炉,在设备性能基本稳定的前提下,通过优化脱碳工艺操作过程,总结分析碳氧反应的利用系数以及铝脱氧和合金化时的收得率,摸索出一些经验公式,大大缩短了真空处理时间,加快了生产节奏,提高了产品质量。

2.真空炉生产超低碳钢的工艺过程

转炉过来的钢水→测温定氧取样→轻处理7分钟→再测温定氧→进行8 分钟的深脱碳处理→测温定氧取样→加铝脱氧及合金化→循环3 分钟后→测温定氧取样→净循环5 分钟后出钢。

针对这一过程,难点控制主要有两个方面,第一,如何在15 分钟内将碳脱到最低范围;第二,如何根据15 分钟脱碳后所定的钢液中残余氧含量,将铝一次性加到位,既能保证铝脱氧,又能保证铝合金化。这样,冶炼时间就能控制在25到30分钟之间。否则的话,真空处理时间就大大延长。在超低碳钢的生产过程中,随着冶炼时间的延长,耐材与钢液之间的接触也要导致钢水回碳,另外,超低碳钢由于铝的加入量比较大,产生的al2o3夹杂很多,所以,铝加入的越早,越有利于al2o3夹杂的上浮,越有利于后道工序的操作及产品质量的提高。

3.碳的控制

生产超低碳钢时,转炉钢水是不经过脱氧而直接上真空炉进行脱碳处理的,所以,对转炉过来的钢水,我们必须要知道钢水中的碳和氧的含量。根据实践经验,100ppm 碳大约需要150ppm 的氧,若要把碳脱到极低范围,还必须要保证钢水中有富余的200ppm 以上的氧含量。例如,转炉钢水碳为300ppm,要想将碳脱到极低范围,需要的氧含量为:3×150+200=650 ppm.当然,富余氧含量越高,越有利于脱碳,但是,过高的富余氧含量必将需要更多的铝来脱氧,这将造成原料浪费,还将影响到钢水的纯净度。我们可以看出,在前6 分钟的脱碳过程中,碳含量降的快,在随后的9 分钟,碳的幅度降的就少啦!但是能降到15ppm 左右。为了便于分析,我们将15 分钟的脱碳过程分为两个阶段来讨论,前6分钟为轻处理,后9分钟为深脱碳处理。

3.1.轻处理

开始阶段,由于碳,氧含量比较高,反应比较激烈,易喷溅,所以我们要控制碳氧反应速度,避免一些事故的发生。在刚处理时,将提升气体流量设为80nm3/h,并要控制抽真空速度,一般情况下1000mbar抽至400mbar用时2分钟,400mbar抽至150mbar用时2分钟,再保持150mbar约2分钟,在氧含量较高的情况下,轻处理结束,钢水中的碳含量基本能降到30ppm左右。

3.2深脱碳处理

随着钢水中碳含量的降低,脱碳速率变慢,碳的扩散成为限制性环节,要想继续进行脱碳,必须采取其他措施。此时,要根据轻处理结束后所定的氧含量来决定。第一,当钢水中富余的氧含量仍然很高(大于300ppm),就要提高提升气体流量到150nm3/h,并打开e3,e2,e1增压泵,将真空度降到1mbar左右,保证9分钟的循环脱碳时间,可将碳降到15ppm左右。第二,若钢水富余氧含量较低,可结合第一次碳含量和氧含量,根据经验公式100ppm碳大约需要150ppm的氧,再加上富余的200ppm氧,算出还需要增加的氧含量。最后利用t-cob氧枪进行吹氧深脱碳。生产实践表明,在枪位为4220mm,氧压为14到16bar,氧流量为1800 nm3/h时,每吹100nm3氧气时,可使钢水中增加氧550ppm。由此可以计算出吹氧的体积。

4.加铝量的计算

真空炉生产超低钢,铝脱氧和铝合金化是同步进行的,为了便于分析计算,我们可以人为假设,将其分为一部份铝先脱氧,另一部分铝再合金化。

4.1 先计算合金化所消耗的铝量

根据宏发炼钢厂真空炉所生产的铝镇静钢实践分析,铝合金化时铝的收得率大约88%,这样,钢液中每增加0.001%[al]时,所需加入的铝量为(按钢水装入量为180 吨,al 的含量为99%计算):

0.001% ×180×1000÷88%÷99%=2

也就是说,在真空炉生产中,每加入2 kg 铝进行合金化,钢液中的铝含量增加0.001%。

4.2 再计算用于脱氧所消耗的铝量

宏发炼钢真空炉在进行深脱碳之后,用铝脱氧时铝的收得率大约在68%,按装入量180t 计算,根据方程:

2[al]+3[o]→ (al2o3)

得出每脱100ppm 的氧所需加入的铝量为:0.01125% ×180×1000÷68%÷99%=30(kg)

也就是说,在真空条件下,每30 kg 铝能脱去钢液中100ppm 的氧。

4.3 总结出加铝量的经验公式为:

2 × [成品成份上限] + 30 × [脱c 后定的氧含量]%

注意:在开炉第一炉,由于真空槽被长时间烘烤,槽内的钢渣氧化性比较强。在这种情况下,加铝量应适当增加15 到20 kg。

5.结论

5.1 在真空炉正常生产超低碳的过程中,影响脱碳反应的主要因素有:原始钢水中的碳含量和氧含量及其比例,提升气流量,真空度和脱碳时间。

5.2 通过优化脱碳操作过程,总结碳氧反应的利用系数,在15 分钟之内将碳脱到15ppm 左右,满足了各种超低碳钢的生产需要。

5.3 宏发炼钢厂真空炉生产超低碳钢时,铝脱氧时铝的收得率约为68%,合金化用铝的收得率约为88%。总结出加铝量的经验公式为:

2 * [成品成份上限] + 30 * [脱碳后定的氧含量]%

5.4 在生产实践中,超低碳钢的冶炼时间基本能控制在25到30分钟之间,缩短了真空处理时间,提高了生产节奏,同时也保证了钢水的纯净度和产品的质量。


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