CN106191376B - 超低碳铝镇静钢真空加碳预脱氧工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超低碳铝镇静钢真空加碳预脱氧工艺,该工艺首先真空处理前取钢样测钢水氧含量和温度,测量到站氧量、渣中返氧量计算预脱氧所需碳粉量;再将碳粉分批加入钢水中进行脱氧;脱碳期结束前3~5min加完最后一批碳粉,每批间隔1~2min;最后一批碳粉加入完成后3~5min,取样定氧,控制氧含量为150~250ppm;根据定氧结果计算加入铝丸的量,加铝后5~7min取样;20~25min后定氧、取样、完成整个脱氧处理。本发明应用可降低夹铝丸消耗,降低成本,平均铝耗降低0.23kg/t,降成本3.45元/t;同时减少钢水夹杂物含量Al2O3夹杂降低5%以上。
Description
技术领域
本发明涉及冶金技术,具体地指一种超低碳铝镇静钢真空加碳预脱氧工艺。
背景技术
钢水脱氧的工艺一直是钢水精炼过程中一个重要的环节,好的钢水脱氧工艺不仅可以降低脱氧剂的消耗、降低生产成本,而且有利于减少脱氧产物,减少铸坯夹杂物,提高产品质量。常用的脱氧合金主要包括Al,Si,Mn,由于Si,Mn脱氧不完全,且有成分要求,一般铝镇静钢采用Al脱氧,当钢种氧含量较高时,会消耗大量铝丸,增加成本,且生成较多的Al2O3夹杂,造成钢水纯净度降低,大部分钢种的产品质量问题都是由氧化夹杂物造成的,我国冶金工作者做了许多工作,以解决钢水脱氧,成本及夹杂物去除之间的矛盾;对于中低碳钢种,可以通过真空碳脱氧反应,利用钢水中的富余碳脱除一部分钢中氧,但由于中低碳钢种脱碳过程真空度的要求不高,碳氧积没有达到最低,反应不够彻底;而对于超低碳(成品C<20ppm)铝镇静钢(成品O<20ppm),真空结束碳含量控制困难,但如何利用超低碳钢种高的真空度,在控制好碳含量的基础上,开发合适的脱氧工艺及控制措施非常有意义。
超低碳铝镇静钢常规工艺流程为:钢水到RH(真空处理)工位—提高真空度脱碳—加铝丸脱氧—至目标成分.由于对[C],[O]含量要求严格,真空处理脱碳期要求达到极限真空度(小于67pa)脱碳,真空处理脱碳期结束钢水氧在400-500ppm范围,脱氧期要加入大量铝脱氧,由此带来铝丸的大量消耗,另外生成的大量Al2O3夹杂虽然部分能上浮但还有大量存在于钢液中,造成水口堵塞,铸坯裂纹及成品质量问题。
综上所述,超低碳铝镇静钢脱氧工艺需要解决的问题:
1)脱碳期结束钢水C<20ppm,O<200ppm;
2)降低钢水处理结束氧含量O<20ppm;
3)铝丸消耗高,夹杂物含量高;
所以,开发出一种铝镇静钢脱氧工艺,能够利用脱碳期的极限真空度,能够降低铝丸消耗,降低夹杂物含量对于铸坯及成品质量有着非常重要的意义。
发明内容
本发明的目的提供了一种超低碳铝镇静钢真空加碳预脱氧工艺,该工艺在保证超低碳,超低氧的基础上,降低了铝丸消耗,减少了夹杂物,提高了铸坯质量。
为解决上述目的,本发明提供的一种超低碳铝镇静钢真空加碳预脱氧工艺,包括以下步骤:
1)真空处理前取钢样测钢水氧含量和温度,保证氧的富余,保证处理后浇铸温度;
2)测量到站氧量、渣中返氧量计算预脱氧所需碳粉量;再将碳粉分批加入钢水中进行脱氧;
3)脱碳期结束前3~5min(加完碳粉需要一定时间的混匀和反应)加完最后一批碳粉,每批间隔1~2min(保证C-O反应平稳),自动程序逐步开启下一级泵;
4)最后一批碳粉加入完成后3~5min,取样定氧,控制氧含量为150~250ppm;
5)根据定氧结果计算加入铝丸的量,加入铝丸量通过铝氧平衡反应式及烧损量计算100kg铝丸脱氧100ppm;
6)加铝后5~7min(真空钢水循环3次以上)取样,对钢水氧、锰、碳、T调整;
7)20~25min后定氧、取样、完成整个脱氧处理。
进一步地,所述步骤1)中,钢水氧含量为500~1000ppm,温度为1610~1720℃。
再进一步地,所述步骤2)中,计算预脱氧所需碳粉量的方法以中脱碳期结束终点氧为150~250ppm,渣中返氧量按100~150ppm计算,得出碳粉加入量计算公式为:
脱氧碳=[(到站氧量+真空室返氧量)/133-到站碳量]×22kg
对加碳粉数量进行回归分析后(通过多炉数据统计,真空室返氧量按100~150ppm计算,到站碳按400~500ppm计算,下式回归可舍去这两个变量,合金化前氧控制在150-250ppm)
碳粉加入量=-97+0.26×到站氧-0.18×合金化前氧。
再进一步地,所述步骤2)中,每批碳粉加入量5~25kg,每批碳粉加入时间为1~2分钟,碳粉分批加入时真空度为5-10kpa。
再进一步地,所述步骤4)中加完最后一批碳粉后,抽气直至真空度≤67pa。
本发明的原理
在真空处理过程中,据脱碳氧反应的热力学方程:[C]+[O]=CO↑
其反应平衡常数为K=Pco/(fc×wc×fo×wo)当钢液中碳和氧的浓度很小时,fc和fo可以看做1,公式变为:K=Pco/(wc×wo)
当温度一定时K为常数,随着Pco降低,wc与wo之积迅速降低。即在真空室内,钢液中碳可与氧作用发生碳氧反应,而使钢液的氧变成CO排除,这时碳在真空下成为脱氧剂,它的脱氧能力随真空度的提高而迅速增强。在真空处理的工作压力下,碳的脱氧能力就超过了硅或铝的脱氧能力。真空状态下碳脱氧在气-液相界面上,脱氧产物CO能从液面上去除到气相中,不会对钢水造成夹杂物影响。
从动力学方面,真空处理过程中的C-O反应剧烈还加强了钢水的搅拌,加速了钢水在处理过程中的混匀,提高了钢水纯净度,同时,C-O反应带来的搅拌效果让C-O反应更加完全,进一步降低了钢水中[C]和[O]的含量。所以利用相对廉价的碳粉对钢液预脱氧来降低铝丸的消耗效益明显,效果显著。
本发明的有益效果在于:
1)现有工艺中转炉吹炼结束时,为了达到脱磷目的,钢水都过氧化严重,为了达到后工序对温度的要求,转炉出钢温度要求较高,在真空处理过程脱碳结束时氧含量大量富余,需要消耗大量铝丸进行脱氧,带来成本的增加和钢水夹杂物的增加;本发明利用转炉出钢氧的富余,采用在真空过程加入部分碳粉预脱氧,并控制好真空度,加碳时机,处理时间等参数,达到同时降低钢水碳,氧的目的,减少铝丸消耗,同时降低钢中夹杂物含量。
2)本发明应用可降低夹铝丸消耗,降低成本,平均铝耗降低0.23kg/t,降成本3.45元/t;同时减少钢水夹杂物含量Al2O3夹杂降低5%以上。
3)本发明利用真空碳氧反应:[C]+[O]=CO↑(高真空度下碳脱氧的能力超过Si,Al)及碳氧反应的搅拌混匀效果进行超低碳铝镇静钢的脱氧,时降低了钢水的碳氧含量C<20ppm,O<20ppm降低了钢水的Al2O3夹杂,真空处理过程中的参数控制非常重要,不当的参数控制会导致终点钢水碳,氧含量达不到目标值,失去效果。同用本发明方法进行超低碳铝镇静钢的脱氧,较常规工艺,铝丸消耗平均降低0.23kg/t,Al2O3夹杂减少5%,大大降低了成本,提高了钢水纯净度。
附图说明
图1为本发明工艺流程图。
具体实施方式
为了更好地解释本发明,以下结合具体实施例进一步阐明本发明的主要内容,但本发明的内容不仅仅局限于以下实施例。
一种超低碳铝镇静钢真空加碳预脱氧工艺,包括以下步骤:
1)真空处理前取钢样测钢水氧含量和温度,保证氧的富余,保证处理后浇铸温度;
2)测量到站氧量、渣中返氧量计算预脱氧所需碳粉量;再将碳粉分批加入钢水中进行脱氧;
3)脱碳期结束前3~5min(加完碳粉需要一定时间的混匀和反应)加完最后一批碳粉,每批间隔1~2min(保证C-O反应平稳),自动程序逐步开启下一级泵;
4)最后一批碳粉加入完成后3~5min,取样定氧,控制氧含量为150~250ppm;
5)根据定氧结果计算加入铝丸的量,加入铝丸量通过铝氧平衡反应式及烧损量计算100kg铝丸脱氧100ppm;
6)加铝后5~7min(真空钢水循环3次以上)取样,对钢水氧、锰、碳、T调整;
7)20~25min后定氧、取样、完成整个脱氧处理。
所述步骤1)中,钢水氧含量为500~1000ppm,温度为1610~1720℃。
所述步骤2)中,计算预脱氧所需碳粉量的方法
以中脱碳期结束终点氧为150~250ppm,渣中返氧量按100~150ppm计算,得出碳粉加入量计算公式为:
脱氧碳=[(到站氧量+真空室返氧量)/133-到站碳量]×22kg
对加碳粉数量进行回归分析后(通过多炉数据统计,真空室返氧量按100~150ppm计算,到站碳按400~500ppm计算,下式回归可舍去这两个变量,合金化前氧控制在150-250ppm)
碳粉加入量=-97+0.26×到站氧-0.18×合金化前氧。
所述步骤2)中,每批碳粉加入量5~25kg,每批碳粉加入时间为1~2分钟,碳粉分批加入时真空度为5-10kpa。
所述步骤4)中加完最后一批碳粉后,抽气直至真空度≤67pa。
实施例1
根据上述进行超低碳铝镇静钢真空加碳预脱氧工艺,具体步骤如下:钢水到达真空处理工位取样[O]671ppm、[C]410ppm,温度1612℃:
1)计算加碳量为45.5kg,真空抽气,分批加入碳粉,5min加第一批20kg,7min第二批20kg,9min第三批5.5kg,真空度6.7kpa;
2)逐步提高真空度至极限真空度≤67pa,12min定样取样[O]196ppm,[C]12ppm,加铝丸202kg脱氧至目标,23min处理结束[C]13ppm,[O]18ppm.温度1572℃;较常规铝丸消耗降低0.2kg/t。
实施例2
钢水到达真空处理工位取样[O]720ppm,[C]380ppm,温度1620℃:
1)计算加碳量为54.2kg,真空抽气,分批加入碳粉,5min加第一批20kg,7min第二批20kg,9min第三批14.2kg,真空度8.1kpa;
2)逐步提高真空度至极限真空度≤67pa,12min定样取样[O]214ppm,[C]12ppm,加铝丸210kg脱氧至目标,22min处理结束[C]16ppm,[O]20ppm.温度1576℃;较常规铝丸消耗降低0.22kg/t。
实施例3
钢水到达真空处理工位取样[O]862ppm,[C]362ppm,温度1634℃:
1)计算加碳量为91kg,真空抽气,分批加入碳粉,4min加第一批25kg,6min第二批25kg,8min第三批25kg,10min第四批16kg真空度7.8kpa;
2)逐步提高真空度至极限真空度≤67pa,13min定样取样[O]226ppm,[C]12ppm,加铝丸217kg脱氧至目标,24min处理结束[C]15ppm,[O]21ppm.温度1580℃;较常规铝丸消耗降低0.24kg/t。
实施例4
钢水到达真空处理工位取样[O]562ppm,[C]397ppm,温度1624℃:
1)计算加碳量为10kg,真空抽气,分批加入碳粉,8min加一批10kg,真空度9kpa;
2)逐步提高真空度至极限真空度≤67pa,11min定样取样[O]175ppm,[C]14ppm,加铝丸182kg脱氧至目标,20min处理结束[C]15ppm,[O]17ppm,温度1586℃;较常规铝丸消耗降低0.18kg/t。
其它未详细说明的部分均为现有技术。尽管上述实施例对本发明做出了详尽的描述,但它仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部实施例,人们还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例,这些实施例都属于本发明保护范围。
Claims (1)
1.一种超低碳铝镇静钢真空加碳预脱氧工艺,其特征在于:包括以下步骤:
1)真空处理前取钢样测钢水氧含量和温度,保证氧的富余,保证处理后浇铸温度;其中,钢水氧含量为500~1000ppm,温度为1610~1720℃;
2)测量到站氧量、渣中返氧量计算预脱氧所需碳粉量;再将碳粉分批加入钢水中进行脱氧;其中,计算预脱氧所需碳粉量的方法:
以中脱碳期结束终点氧为150~250ppm,渣中返氧量按100~150ppm计算,得出碳粉加入量计算公式为:
脱氧碳=[(到站氧量+真空室返氧量)/133-到站碳量]×22kg
对加碳粉数量进行回归分析后,通过多炉数据统计,真空室返氧量按100-150ppm计算,到站碳按400~500ppm计算,下式回归可舍去这两个变量,合金化前氧量为150~250ppm:
碳粉加入量=-97+0.26×到站氧量-0.18×合金化前氧量;且每批碳粉加入量5~25kg,每批碳粉加入时间为1~2分钟,碳粉分批加入时真空度为5~10kpa;
3)脱碳期结束前3~5min加完最后一批碳粉,每批间隔1~2min,自动程序逐步开启下一级泵;
4)最后一批碳粉加入完成后3~5min,加完最后一批碳粉后,抽气直至真空度≤67pa;取样定氧,控制氧含量为150-250ppm;
5)根据定氧结果计算加入铝丸的量,加入铝丸量通过铝氧平衡反应式及烧损量计算100kg铝丸脱氧100ppm;
6)加铝后5~7min取样,对钢水氧、锰、碳、T调整;
7)20~25min后定氧、取样、完成整个脱氧处理。
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