真空炉生产超低碳钢的实践操作(1)

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)江苏沙钢集团宏发炼钢厂 作者:吴全明

1.前言

  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。图(一)是超低碳钢在生产过程中真空脱碳处理时间与钢水中含碳量的变化曲线图。从图中我们可以看出,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。

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