CN106319156B - 一种提高脱碳效果的rh精炼装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种提高脱碳效果的RH精炼装置及其控制方法，RH精炼装置：在真空室上升管侧的底端设置斜台，斜台一侧连接真空室侧壁，斜台倾斜角度为30‑50°，斜台水平长度D为0.6‑0.8m；上升管上端为弧形，且上升管顶部为喷头结构。控制方法：上升管钢液提升气体为高压氮气与氧气或氩气与氧气混合气体；精炼过程中，提升气体压力0.7～1.4Mpa，流量90～130Nm³/h；真空室的压力60～5000pa，保压时间5～16min；同时进行包底吹氩操作，氩气流量20～50Nm³/h，压力0.3～0.8Mpa。增加钢液与真空室的接触面积，促进后期脱碳速率提升，降低钢液中碳含量，为提高钢液洁净度和超低碳钢等高附加值钢种的开发及生产创造有利条件。

Description

一种提高脱碳效果的RH精炼装置及其控制方法

技术领域

本发明属于精炼领域，尤其涉及提高脱碳效果的RH精炼装置及控制方法。

背景技术

随着科学技术的不断进步和发展对钢的纯洁度提出了越来越高的要求，纯净钢的生产己成为现代钢铁生产的主流，最大限度地提高钢液纯洁度是炼钢工作者所面临的挑战和艰巨任务，也是炼钢工作者刻意追求的目标。超低碳钢是纯净钢的典型的主体钢种，为满足当代汽车工业的需要，钢中碳和氧的含量必须控制在10x10^-4％以下。在众多冶炼超低碳钢的技术中，真空循环(RH)精炼，由于其适应性强，效率高，效果好，精炼操作简单、方便等一系列优点，应用最广，发展最快，已成为一种多功能炉外真空精炼技术，在炉外精炼技术中占据了主导地位。目前,世界各国都在为进一步发展此项技术而努力。我国亦不例外，鞍钢、武钡、宝钢、攀钢等这几年相继改建、增添了多功能RH精炼装置。具有深脱碳功能的RH真空精炼工艺已经成为现代炼钢厂冶炼高质量、高级别钢种尤其是生产超低碳钢必不可少的精炼设备之一。

按照冶金反应工程学的观点，冶金反应体系中，传输现象和精炼反应总是同时发生，相互藕合。脱碳效果的好坏，既与气相(真空)、钢液和熔渣间的化学反应有关，又被体系内反应物的流动状态、传热、传质和其它不可逆过程所制约。这意味着除温度、压力、化学组成、结构及技术参数等因素外，体系内发生的传输过程也将强烈地直接影响精炼化学反应的机理、速率和效率。

RH的脱碳过程分为脱碳速度快的前期，和脱碳速度慢的后期。在脱碳前期，碳氧气泡生成的过饱和压力，以钢水内部脱碳为主，在后期，钢水自由表面脱碳反应成为主要的脱碳形式，这个阶段增加钢水的自由表面积有利于脱碳速度的提升。目前，RH工艺主要靠增加循环流量来加快前期的脱碳速度，后期由于钢液内部碳含量的降低脱碳速率下降，为了进一步降低钢液中的碳含量，增加处理时间使钢液自由表面能够充分与气相(真空)接触是主要措施。从RH脱碳的过程来看，如何增加后期的脱碳效果是关键。

日本学者斋藤忠在《RH脱气装置中的真空脱碳速度》一文中对RH脱碳的速率进行了论述，认为在现有设备的能力条件下，增加钢液反应界面是提高脱碳速度的主要措施，为此采用了在真空室钢水液面上吹Ar工艺，该工艺在真空室侧壁的偏上部安装了侧吹Ar装置，增加了钢液反应界面，在精炼处理超低碳钢时取得了不错的精炼效果。但由于该方法中是采用侧壁吹Ar来增加钢液反应界面，因此该法对精炼处理的钢液温度要求比较高，这增加了转炉冶炼的负担，综合分析不利于经济性冶炼超低碳钢。

《一种RH精炼过程快速深脱碳的方法》(201110177807.9)公开了，在RH脱碳开始7-10min后，直接从下料管投入由增氧剂80-94％、扩散剂5-15％、粘结剂1-5％组成的脱碳熔剂进入RH真空室，来控制钢液中的碳含量。该方法的不足之处是，脱碳剂的额外加入，在起到深脱碳的同时也易在钢液中引入其它杂质，而导致钢液的污染，不利于高纯洁净钢的生产。

《一种转炉生产超低碳钢过程中RH脱碳处理方法》(200910300094.3)公开了将超低碳钢RH脱碳处理过程中钢包渣化学成分按重量百分比控制为：SiO₂5.0～11.0％、CaO40.0～48.0％、Al₂O₃7.5～15.0％、MgO 7.5～12.0％、FeO≤20.0％、MnO≤7.0％，其余为Fe₂O₃、CaF₂及微量成分S、P、TiO₂等。抑制了钢包渣中高熔点相的析出，降低了钢包渣的熔点和粘度，增强了钢包渣的流动性，减轻了RH***管粘渣，提高RH脱碳效果。该方法的不足之处是，虽然按一定化学成分配制的高氧化性钢包炉渣提高了钢包渣的流动性，减轻了RH***管粘渣，提高RH脱碳效果，但由于配入的CaF₂和FeO对钢包炉衬和RH升降管及真空室有严重冲刷和侵蚀作用会降低其使用寿命，增加了综合成本。同时，配制的钢包渣也易在钢液中引入其它杂质，而导致钢液的污染，不利于高纯洁净钢的生产。

《一种RH复合脱碳方法》(201310482607.3)公开了RH脱碳供氧采取固体氧加吹高压氧气相结合方式进行脱碳。发明的有益效果是实现快速、平稳、安全地脱碳，用于生产RH脱碳前钢水碳含量分布在1000～2000ppm、成品碳在350ppm以下的低碳特殊钢。该方法较之前两份发明提供的方法有了改进，但在脱碳末期传质扩散是脱碳的限制环节，该法较常规的方法没有使其真空室内的钢液界面面积增大，在处理过程中尤其是末期不利于深脱碳的进行。

《一种RH底吹氩真空循环脱气装置》(200910011359.8)公开真空循环脱气装置，包括钢包和真空室,其中钢包底壁设有喷嘴或透气砖,喷嘴或透气砖连接吹氩装置,喷嘴或透气砖位于真空室上升管在钢包底壁投影的一侧。采用本发明的装置可以有效提高RH真空循环脱气装置的循环流量，利于脱碳速率的提高。不足之处在于，该方法只是单一的靠钢包底部的吹气来提高RH循环流量，进而提高脱碳速率，这在RH处理前期是有效的，但在后期碳氧浓度低的情况下，这种方法的作用效果就很小了。

从以上的文献资料及各发明的公开内容来看，提高RH精炼效果主要是靠在真空室侧壁吹氩来增加钢液的反应界面以及靠合理的控制熔渣成分、额外补加增氧剂、提升循环流量来达到提高精炼效果。通过查新的情况来看，目前还没有通过改变真空室结构来将真空室内钢液进行细化增加RH精炼过程中钢液与气相(真空)的接触面积，从而提高RH精炼效果的装置。

为此，本发明根据RH脱碳的特点，设计了一种能够将真空室内钢液进行细化增加RH精炼过程中钢液与气相(真空)的接触面积，从而提高RH精炼效果的装置。

发明内容

本发明的目的在于克服上述问题和不足而提供一种提高脱碳效果的RH精炼装置及控制方法，在缩短处理时间的前提下，为提高钢液洁净度和超低碳钢等高附加值钢种的开发及生产创造条件。

一种提高脱碳效果的RH精炼装置，包括真空室、上升管、下降管、控制***，在真空室上升管侧的底端设置斜台，斜台一侧连接真空室侧壁，所述斜台与真空室侧壁相连接一侧高度高于所述斜台靠向真空室中心一侧高度，斜台倾斜角度为30-50°；所述上升管上端设计成弧形，且上升管顶部设计成3-5孔喷头结构。

所述斜台与真空室侧壁相连接一侧高H₁为1.2m-2m,所述斜台靠向真空室中心一侧高H₂为0.6-1m，所述斜台水平长度D为0.6-0.8m。

喷头内部的喷孔纵截面为四边形，其中，右边与下边的夹角α为60°-70°，左边与下边的夹角β为70°-80°，喷孔上沿最高点距离下边的垂直距离h₁为0.06m-0.15m，喷孔上沿最低点距离下边的垂直距离h₂为0.02m-0.05m。

一种提高脱碳效果的RH精炼装置的控制方法，其特征在于，

(1)前期准备

对真空室、上升管及下降管进行烘烤预热，本发明RH精炼装置各部位烘烤温度控制在1150～1200℃；

(2)RH精炼

步骤1：

利用控制***中液压升降装置将钢水包升到处理位使上升管(4)***到钢水内，提升管***深度为500～600mm；

步骤2：

进行抽真空操作，采用高压氮气与氧气混合比例为(6～10):(4～0)或氩气与氧气混合比例为(6～10):(4～0)的混合气体作为上升管(4)钢液的提升气体；

精炼过程中，提升气体压力控制在0.7～1.4Mpa，流量控制在90～130Nm³/h；真空室的压力控制在60～5000pa范围，保压时间为5～16min；精炼处理过程中同时进行包底吹氩操作，钢包低吹氩位置与上升管位置对应，氩气流量为20～50Nm³/h，压力为0.3～0.8Mpa；

步骤3：

成分满足冶炼要求后，进行真空室破空处理，利用液压升降装置将钢水包将至低位，使上升管与包内钢液完全脱离并将钢水包转至接收位，完成RH精炼处理。

所述步骤3也可以为：在精炼过程的1～5min内，提升气体为氮、氧混合气体，混合比例控制在(10:0)，为纯氮气，提升气体压力控制在0.7～1.0Mpa，流量控制在90～100Nm³/h；在精炼过程的6～9min内，提升气体为氮、氧混合气体，混合比例控制在(6～8:4～2)，提升气体压力控制在1.0～1.2Mpa，流量控制在100～110Nm³/h；在精炼过程的10～15min内，提升气体为氮、氧混合气体，混合比例控制在(8～10:2～0)，提升气体压力控制在1.2～1.4Mpa，流量控制在110～130Nm³/h。

本发明的有益效果在于：

(1)由于在真空室内设置了斜台，使上升管的喷出孔所在高度高于真空室底部基准面，钢液流股进入真空室后，受真空室内部钢液的影响小，利于钢液进入真空室后破碎细化促进反应进行，工艺简单、易于操作，无需增加任何辅助设备；

(2)上升管的顶部喷出孔被分为5个孔，使提升气体被分散，有利于提升气体对钢液的破碎细化，使液滴内气体的扩散更易于进行，缩短了RH处理时间，提高了RH的脱气效果；

(3)通过提升气体中混入氧气，不需要增设额外向钢液中吹氧装置使设备简化或是造高氧含量的渣子，进一步提高了钢液的洁净度；

(4)通过真空室内设置的斜台、上升管顶端的改进及提升气体中氧气的配入，增加了钢液与真空室的接触面积，促进后期脱碳速率的提升，能够进一步降低钢液中碳含量，为提高钢液洁净度和超低碳钢等高附加值钢种的开发及生产创造有利条件。

附图说明

图1为RH精炼装置的纵剖面图。

图2为RH精炼装置的俯视图。

图3为上升管顶部单个喷孔的纵剖面图。

图中1为真空室，2为斜台，4为上升管，5为喷孔，7为钢液，8为下降管，a为四边形右边，b为四边形下边，c为四边形左边，d为四边形上边。

具体实施方式

下面结合附图通过实施例对本发明作进一步的说明。

如图1、2、3所示，一种提高脱碳效果的RH精炼装置，包括真空室1、上升管4、下降管8、控制***，在真空室1上升管4侧的底端设置斜台2，斜台2一侧连接真空室1侧壁，所述斜台2与真空室1侧壁相连接一侧高度高于所述斜台2靠向真空室1中心一侧高度，斜台2倾斜角度为30-50°；所述上升管4上端设计成弧形，且上升管4顶部设计成3-5孔喷头结构。

所述斜台2与真空室1侧壁相连接一侧高H₁为1.2m-2m,所述斜台2靠向真空室1中心一侧高H₂为0.6-1m，所述斜台2水平长度D为0.6-0.8m。

所述喷头内部的喷孔5纵截面为四边形，其中，右边a与下边d的夹角α为60°-70°，左边c与下边d的夹角β为70°-80°，喷孔上沿最高点距离下边d的垂直距离h₁为0.06m-0.15m，喷孔上沿最低点距离下边d的垂直距离h₂为0.02m-0.05m。

一种提高脱碳效果的RH精炼装置的控制方法：

(1)前期准备

对真空室1、上升管4及下降管8进行烘烤预热，本发明RH精炼装置各部位烘烤温度控制在1150～1200℃；

(2)RH精炼

步骤1：

利用控制***中液压升降装置将钢水包升到处理位使上升管***到钢液7内，提升管***深度为500～600mm；

步骤2：

进行抽真空操作，采用高压氮气与氧气混合比例为(6～10):(4～0)或氩气与氧气混合比例为(6～10):(4～0)的混合气体作为上升管4钢液7的提升气体；

精炼过程中，提升气体压力控制在0.7～1.4Mpa，流量控制在90～130Nm³/h；真空室的压力控制在60～5000pa范围，保压时间为5～16min；精炼处理过程中同时进行包底吹氩操作，钢包低吹氩位置与上升管4位置对应，氩气流量为20～50Nm³/h，压力为0.3～0.8Mpa；

步骤4：成分满足冶炼要求后，进行真空室破空处理，利用控制***中液压升降装置将钢水包将至低位，使上升管4与包内钢液7完全脱离并将钢水包转至接收位，完成RH精炼处理。

其中步骤3也可以为：在精炼过程的1～5min内，提升气体为氮、氧混合气体，混合比例控制在(10:0)，为纯氮气，提升气体压力控制在0.7～1.0Mpa，流量控制在90～100Nm³/h；在精炼过程的6～9min内，提升气体为氮、氧混合气体，混合比例控制在(6～8:4～2)，提升气体压力控制在1.0～1.2Mpa，流量控制在100～110Nm³/h；在精炼过程的10～15min内，提升气体为氮、氧混合气体，混合比例控制在(8～10:2～0)，提升气体压力控制在1.2～1.4Mpa，流量控制在110～130Nm³/h。

实施例1：

利用本发明装置处理对氮含量不做要求的钢种，按照技术方案中的各步骤操作，再进行抽真空操作时，在精炼过程1～5min内，可将提升气体压力控制在0.7Mpa，流量控制在95Nm³/h，氮、氧气体混合比例控制在10:0，即为纯氮气；在精炼过程6～9min内，将提升气体压力控制在1.0Mpa，流量控制在100Nm³/h，氮、氧气体混合比例控制在8:2；在精炼过程10～15min内，将提升气体压力控制在1.2Mpa，流量控制在115Nm³/h，氮、氧气体混合比例控制在9:1，保压时真空室真空度控制在300pa，能够满足处理碳含量在小于50ppm的超低碳钢生产要求。

实施例2：

利用本发明装置处理对氮含量不做要求的钢种，按照技术方案中的各步骤操作，在进行抽真空操作时，在精炼过程的1～5min内，可将提升气体压力控制在0.8Mpa，流量控制在100Nm³/h，氮、氧气体混合比例控制在10:0，即为纯氮气；在精炼过程的6～9min内，将提升气体压力控制在1.1Mpa，流量控制在110Nm³/h，氮、氧气体混合比例控制在7:3；在精炼过程的10～15min内，将提升气体压力控制在1.3Mpa，流量控制在120Nm³/h，氮、氧气体混合比例控制在9:1，保压时真空室真空度控制在100pa，能够满足处理碳含量小于20ppm的超低碳钢生产要求。

实施例3：

利用本发明装置处理要求氮含量小于40ppm的钢种，按照技术方案中的各步骤操作，在进行抽真空操作时，在精炼过程的1～5min内，将提升气体压力控制在0.8Mpa，流量控制在100Nm³/h，氩、氧气体混合比例控制在10:0，即为纯氩气；在精炼过程的6～9min内，将提升气体压力控制在1.1Mpa，流量控制在110Nm³/h，氩、氧气体混合比例控制在7:3；在精炼过程的10～15min内，将提升气体压力控制在1.3Mpa，流量控制在120Nm³/h，氩、氧气体混合比例控制在9:1，保压时真空室真空度控制在100pa，能够满足处理碳含量小于20ppm的超低碳钢生产要求。

Claims (5)

1.一种提高脱碳效果的RH精炼装置，包括真空室(1)、上升管(4)、下降管(8)、控制***，其特征在于，在真空室(1)上升管(4)侧的底端设置斜台(2)，斜台(2)一侧连接真空室(1)侧壁，所述斜台(2)与真空室(1)侧壁相连接一侧高度高于所述斜台(2)靠向真空室(1)中心一侧高度，斜台(2)倾斜角度为30-50°；所述上升管(4)上端设计成弧形，且上升管(4)顶部设计成3-5孔喷头结构。

2.根据权利要求1所述提高脱碳效果的RH精炼装置，其特征在于，所述斜台(2)与真空室(1)侧壁相连接一侧高H₁为1.2m-2m,所述斜台(2)靠向真空室(1)中心一侧高H₂为0.6-1m，所述斜台(2)水平长度D为0.6-0.8m。

3.根据权利要求1或2所述提高脱碳效果的RH精炼装置，其特征在于，所述喷头内部的喷孔(5)纵截面为四边形，其中，右边(a)与下边(d)的夹角α为60°-70°，左边(c)与下边(d)的夹角β为70°-80°，喷孔上沿最高点距离下边(d)的垂直距离h₁为0.06m-0.15m，喷孔上沿最低点距离下边(d)的垂直距离h₂为0.02m-0.05m。

4.一种权利要求1或2或3所述提高脱碳效果的RH精炼装置的控制方法，其特征在于，

(1)前期准备

对真空室、上升管及下降管进行烘烤预热，RH精炼装置各部位烘烤温度控制在1150～1200℃；

(2)RH精炼

步骤1：

利用控制***中液压升降装置将钢水包升到处理位使上升管(4)***到钢水内，上升管(4)***深度为500～600mm；

步骤2：

进行抽真空操作，采用高压氮气与氧气混合比例为(6～10):(4～0)或氩气与氧气混合比例为(6～10):(4～0)的混合气体作为上升管(4)钢液的提升气体；

精炼过程中，提升气体压力控制在0.7～1.4Mpa，流量控制在90～130Nm³/h；真空室的压力控制在60～5000pa范围，保压时间为5～16min；精炼处理过程中同时进行包底吹氩操作，钢包低吹氩位置与上升管位置对应，氩气流量为20～50Nm³/h，压力为0.3～0.8Mpa；

步骤3：

成分满足冶炼要求后，进行真空室破空处理，利用液压升降装置将钢水包降至低位，使上升管(4)与包内钢液(7)完全脱离并将钢水包转至接收位，完成RH精炼处理。

5.根据权利要求4所述提高脱碳效果的RH精炼装置的控制方法，其特征在于，所述步骤3：在精炼过程的1～5min内，提升气体为氮、氧混合气体，混合比例控制在(10:0)，为纯氮气，提升气体压力控制在0.7～1.0Mpa，流量控制在90～100Nm³/h；在精炼过程的6～9min内，提升气体为氮、氧混合气体，混合比例控制在(6～8:4～2)，提升气体压力控制在1.0～1.2Mpa，流量控制在100～110Nm³/h；在精炼过程的10～15min内，提升气体为氮、氧混合气体，混合比例控制在(8～10:2～0)，提升气体压力控制在1.2～1.4Mpa，流量控制在110～130Nm³/h。