CN111020117B - 一种促进rh脱碳的方法 - Google Patents

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Abstract

一种促进RH脱碳的方法。在超低碳钢RH脱碳前或脱碳过程中，向钢液中加入铝或铝合金，利用铝氧反应在钢液中形成弥散Al2O3夹杂物，生成的Al2O3夹杂物与钢液的润湿性差、润湿角大，成为RH脱碳反应生成一氧化碳气泡的异质形核核心，促进一氧化碳气泡形核，增大一氧化碳气泡在钢液中的形核深度，扩大RH真空槽中碳氧反应的反应层厚度，提升RH深脱碳能力。通过所述方法能够有效提高RH脱碳速率，终点碳含量降低1～10×10‑6。生成的一氧化碳气泡尺寸细小，捕捉夹杂物能力强，可促进先期生成的Al2O3夹杂物去除，不会对钢液造成污染。

Description

一种促进RH脱碳的方法
技术领域
本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种促进RH脱碳的方法。
背景技术
近年来，超低碳钢以优良的韧性、加工性能和电磁性能等，被广泛应用于电器、电子设备、汽车、机械等制造行业。随着超低碳钢需求量快速增长以及对RH终点碳含量严格的控制要求，研究RH快速深脱碳有重要意义。
诸多研究表明，钢液碳、氧的扩散速度和一氧化碳气泡形核对脱碳速率影响较大，尤其是低碳条件下，影响更为显著。根据实验和实际生产结果，降低真空度及抽真空速度、增加提升气体流量、增加钢液RH处理前钢液氧含量以及选择合适的浸渍管管径等可以提高脱碳速率、降低终点碳含量，但是这些手段需要对工艺参数、设备进行较大改动或对后续处理流程产生影响，操作难度较大。
针对上述问题，需要开发一种能够促进RH脱碳且不改动工艺参数及设备、对后续工序影响小的方法。
发明内容
鉴于上述诸多困难，本发明公开一种促进RH脱碳的方法，所述方法在RH脱碳前或脱碳过程中，向钢液中加入铝，利用铝氧反应在钢液中形成弥散Al2O3夹杂物，一氧化碳气泡以Al2O3夹杂物为异质形核核心生成，降低一氧化碳气泡形核难度，促进脱碳反应。该技术具有显著促进RH脱碳速率、不改动工艺参数及设备以及对后续工序影响小的优点。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种促进RH脱碳的方法，在RH脱碳前或脱碳过程中，向钢液中加入铝或铝合金，利用铝氧反应在钢液中形成弥散Al2O3夹杂物，生成的Al2O3夹杂物与钢液的润湿性差、润湿角大，成为RH脱碳反应生成一氧化碳气泡的异质形核核心，促进一氧化碳气泡形核，增大一氧化碳气泡在钢液中的形核深度，扩大RH真空槽中碳氧反应的反应层厚度，提升RH深脱碳能力。生成的一氧化碳气泡尺寸细小，捕捉夹杂物能力强，可显著促进夹杂物在气泡表面的聚集和长大，有利于先期生成的Al2O3夹杂物去除，不会对钢液造成污染。
进一步地，所述方法具体为：在转炉出钢过程中向钢液加入铝及铝合金，或在RH处理前向钢液中加入铝及铝合金，或在RH处理前期从真空槽上方料仓向真空槽内钢液中加入铝及铝合金，加入的铝和钢液中溶解氧发生反应，在钢液中生成Al2O3夹杂物。
进一步地，在转炉出钢过程中加入铝或铝合金中的总铝量w[Al](kg)与钢液质量w[钢](t)的关系为：
0.225w[钢]≤w[Al]≤1.125w[钢]
在RH处理前加入铝或铝合金中的总铝量w[Al](kg)与钢液质量w[钢](t)的关系为：
0.1575w[钢]≤w[Al]≤0.9w[钢]
RH真空处理前期从真空槽上方料仓向真空槽内钢液中加入铝或铝合金中的总铝量w[Al](kg)与钢液质量w[钢](t)的关系为：
0.1125w[钢]≤w[Al]≤0.45w[钢]。
进一步地，在RH脱碳前向钢液中加入铝或铝合金时，如RH脱碳开始时钢中氧质量浓度C[O]低于250×10-6+1.5C[C](C[C]为钢中碳质量浓度)，在RH脱碳初期利用顶枪向钢中吹入氧气，吹氧流量控制为小流量范围，具体流量为：小于等于180t的钢包，吹氧流量控制为600～1200m3/h；大于180t的钢包，吹氧流量大于等于1000～2000m3/h。RH流程吹氧总量Nm3控制为{350w[钢]×[(1.2～1.3)(1.4C[C]+250×10-6)-C[O]]}。
进一步地，在RH精炼前期从真空槽上方料仓向真空槽内钢液中加入铝或铝合金时，如RH脱碳开始时钢中氧质量浓度C[O]低于250×10-6+1.5C[C]+0.00113w[Al]/w[钢]，在加入铝及铝合金的同时，采用顶枪大流量吹氧，促进大尺寸Al2O3夹杂物的形成，更有利于夹杂物成为一氧化碳气泡形核核心，具体吹氧流量为：小于等于180t的钢包，吹氧流量大于等于1200～2000m3/h；大于180t的钢包，吹氧流量大于等于2000～3500m3/h。大流量吹氧1min后，改用小流量吹氧，具体吹氧流量为：小于等于180t的钢包，吹氧流量控制为600～1200m3/h；大于180t的钢包，吹氧流量大于等于1000～2000m3/h。总吹氧总量控制为{350w[钢]×[(1.2～1.3)(1.4C[C]+250×10-6+0.00113w[Al]/w[钢])-C[O]]}。
进一步地，在RH脱碳过程中，生成的Al2O3夹杂物成为碳氧反应生成一氧化碳气泡的异质形核核心，促进一氧化碳气泡的生成和脱碳反应，显著提高脱碳反应动力学常数，提升RH深脱碳能力，终点碳含量降低1～10×10-6。
进一步地，生成的一氧化碳气泡尺寸细小，捕捉夹杂物能力强，可显著促进夹杂物在气泡表面的聚集和长大；同时RH脱碳期间，钢水搅拌能力强，Al2O3夹杂物去除效果好，两者均有利于先期生成的Al2O3夹杂物去除，不会对钢液造成污染。
本发明的有益技术效果
本发明在RH脱碳前或脱碳过程中，向钢液中加入铝或铝合金，利用铝氧反应在钢液中形成弥散Al2O3夹杂物，促进一氧化碳气泡形核，增大一氧化碳气泡在钢液中的形核深度，扩大RH真空槽中碳氧反应的反应层厚度，促进钢液脱碳。同时，生成的一氧化碳气泡尺寸细小，捕捉夹杂物能力强，可显著促进夹杂物在气泡表面的聚集和长大，有利于先期生成的Al2O3夹杂物去除，不会污染钢液。采用所述方法能够提高RH脱碳速率，终点碳含量降低1-10×10-6。
附图说明
图1是本发明促进RH脱碳的原理图。
具体实施方式
为了清晰阐述本发明的目的、技术方案及优点，以下结合实例，对本发明进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
一种促进RH脱碳的方法，所述方法在RH脱碳前或脱碳过程中，向钢液中加入铝或铝合金，利用铝氧反应在钢液中形成弥散Al2O3夹杂物，生成的Al2O3夹杂物与钢液的润湿性差、润湿角大，成为RH脱碳反应生成一氧化碳气泡的异质形核核心，促进一氧化碳气泡形核，增大一氧化碳气泡在钢液中的形核深度，扩大RH真空槽中碳氧反应的反应层厚度，提升RH深脱碳能力。
在转炉出钢过程中加入铝或铝合金中的总铝量w[Al](kg)与钢液质量w[钢](t)的关系为：
0.225w[钢]≤w[Al]≤1.125w[钢]
在RH处理前加入铝或铝合金中的总铝量w[Al](kg)与钢液质量w[钢](t)的关系为：
0.1575w[钢]≤w[Al]≤0.9w[钢]
RH真空处理前期从真空槽上方料仓向真空槽内钢液中加入铝或铝合金中的总铝量w[Al](kg)与钢液质量w[钢](t)的关系为：
0.1125w[钢]≤w[Al]≤0.45w[钢]
为满足铝氧反应和碳氧反应所需钢液氧含量，在RH脱碳前向钢液中加入铝或铝合金时，如RH脱碳开始时钢中氧质量浓度C[O]低于250×10-6+1.5C[C](C[C]为钢中碳质量浓度)，在RH真空度下降至10000-5000Pa以下后，利用顶枪向钢中吹入氧气，吹氧流量控制为小流量范围，具体流量为：小于等于180t的钢包，吹氧流量控制为600～1200m3/h；大于180t的钢包，吹氧流量大于等于1000～2000m3/h。RH流程吹氧总量Nm3控制为{350w[钢]×[(1.2～1.3)(1.4C[C]+250×10-6)-C[O]]}。
在RH精炼前期从真空槽上方料仓向真空槽内钢液中加入铝及铝合金时，如RH脱碳开始时钢中氧质量浓度C[O]低于250×10-6+1.5C[C]+0.00113w[Al]/w[钢]，在加入铝及铝合金的同时，采用顶枪大流量吹氧，促进大尺寸Al2O3夹杂物的形成，更有利于夹杂物成为一氧化碳气泡形核核心，具体吹氧流量为：小于等于180t的钢包，吹氧流量大于等于1200～2000m3/h；大于180t的钢包，吹氧流量大于等于2000～3500m3/h。大流量吹氧1min后，改用小流量吹氧，具体吹氧流量为：小于等于180t的钢包，吹氧流量控制为600～1200m3/h；大于180t的钢包，吹氧流量大于等于1000～2000m3/h。总吹氧总量控制为{350w[钢]×[(1.2～1.3)(1.4C[C]+250×10-6+0.00113w[Al]/w[钢])-C[O]]}。
在RH脱碳过程中，上述方法生成的Al2O3夹杂物成为碳氧反应生成一氧化碳气泡的异质形核核心，促进一氧化碳气泡的生成和脱碳反应，显著提高脱碳反应动力学常数，提升RH深脱碳能力，终点碳含量降低1～10×10-6。同时，生成的一氧化碳气泡尺寸细小，捕捉夹杂物能力强，可显著促进夹杂物在气泡表面的聚集和长大，有利于先期生成的Al2O3夹杂物去除，不会对钢液造成污染。
实施实例1
采用BOF-LF-RH-CC工艺流程生产IF钢，转炉容量为300t。转炉终点氧含量为612×10-6，之后钢包运转到RH工位，测定钢中碳质量浓度为300×10-6。未采用本专利技术时，RH真空脱碳15min后，测定钢中碳质量浓度为16×10-6。
采用本专利技术时，加入铝粒前钢中溶解氧含量为612×10-6。在出钢过程中向钢中加入铝粒，加入量为210kg，钢包运转到RH工位，测定RH真空处理前钢中氧质量浓度为300×10-6、碳质量浓度为300×10-6。RH精炼开始，抽真空2min后，真空槽中压力降为8000Pa，采用顶枪向钢液吹入氧气，顶吹氧气流量为1500m3/h，吹氧时间为2.4min，吹氧总量为60Nm3。RH真空脱碳15min后，测定钢中碳质量浓度为12×10-6，钢中Al2O3夹杂物基本去除。
实施实例2
采用BOF-LF-RH-CC工艺流程生产IF钢，转炉容量为120t。转炉出钢后钢包运转到RH工位，测定钢中溶解氧含量为485×10-6、碳质量浓度为250×10-6。未采用本专利技术时，RH真空脱碳10min后，测定钢中碳质量浓度为15×10-6。
采用本专利技术时，在RH处理前向钢中加入铝粒，加入量为44kg，加入铝粒前钢中溶解氧含量为485×10-6。RH真空处理前测定钢中氧质量浓度为321×10-6、碳质量浓度为250×10-6。RH精炼开始，抽真空2min后，真空槽中压力降为7500Pa，采用顶枪向钢液吹入氧气，顶吹氧气流量为800m3/h，吹氧时间为1.4min，吹氧总量为19Nm3。RH真空脱碳10min后，测定钢中碳质量浓度为10×10-6，钢中Al2O3夹杂物基本去除。
实施实例3
采用BOF-LF-RH-CC工艺流程生产DX56D+Z钢，转炉容量为150t。出钢后钢包运转到RH工位，测定钢中溶解氧含量为680×10-6、碳质量浓度为400×10-6。未采用本专利技术时，RH真空脱碳14min后，测定钢中碳质量浓度为12×10-6。
采用本专利技术时，在RH真空处理前期向钢中加入铝粒，加入量为54kg，加入铝粒前钢中溶解氧含量为680×10-6。加入铝粒后测定钢中氧质量浓度为520×10-6、碳质量浓度为400×10-6。RH精炼开始，抽真空2min后，真空槽中压力降为8600Pa，采用顶枪向钢液吹入大流量氧气，顶吹氧气流量为1800m3/h，吹氧时间为1min；之后将吹氧流量降低至800m3/h，吹氧时间为2min，吹氧总量为56.7Nm3。RH真空脱碳14min后，测定钢中碳质量浓度为8×10-6，钢中Al2O3夹杂物基本去除。
实施实例4
采用BOF-LF-RH-CC工艺流程生产50W800钢，转炉容量为210t。转炉出钢后钢包运转到RH工位，测定钢中溶解氧含量为689×10-6、碳质量浓度为240×10-6。未采用本专利技术时，RH真空脱碳12min后，测定钢中碳质量浓度为32×10-6。
采用本专利技术时，在RH处理前向钢中加入铝粒，加入量为37kg，加入铝粒前钢中溶解氧含量为689×10-6。RH真空处理前测定钢中氧质量浓度为612×10-6、碳质量浓度为240×10-6。之后开始真空处理，在此期间无需对钢液吹氧。RH真空脱碳12min后，测定钢中碳质量浓度为26×10-6，钢中Al2O3夹杂物基本去除。
实施实例5
采用BOF-LF-RH-CC工艺流程生产IF钢，转炉容量为240t。转炉出钢前测定钢中溶解氧含量为692×10-6，之后钢包运转到RH工位，测定钢中碳质量浓度为230×10-6。未采用本专利技术时，RH真空脱碳14min后，测定钢中碳质量浓度为15×10-6。
采用本专利技术时，在出钢过程中向钢中加入铝粒，加入量为55kg，加入铝粒前钢中溶解氧含量为698×10-6。加入铝粒后测定钢中氧质量浓度为596×10-6、碳质量浓度为230×10-6。之后开始真空处理，在此期间无需对钢液吹氧。RH真空脱碳14min后，测定钢中碳质量浓度为12×10-6，钢中Al2O3夹杂物基本去除。
实施实例6
采用BOF-LF-RH-CC工艺流程生产IF钢，转炉容量为180t。出钢后钢包运转到RH工位，测定钢中溶解氧含量为683×10-6、碳质量浓度为240×10-6。未采用本专利技术时，RH真空脱碳13min后，测定钢中碳质量浓度为13×10-6。
采用本专利技术时，在RH处理前向钢中加入铝粒，加入量为29kg，加入铝粒前钢中溶解氧含量为683×10-6。RH真空处理前测定钢中氧质量浓度为611×10-6、碳质量浓度为240×10-6。之后开始真空处理，在此期间无需对钢液吹氧。RH真空脱碳13min后，测定钢中碳质量浓度为8×10-6，钢中Al2O3夹杂物基本去除。
实施实例7
采用BOF-LF-RH-CC工艺流程生产50W800钢，转炉容量为300t。转炉出钢后钢包运转到RH工位，测定钢中溶解氧含量为629×10-6、碳质量浓度为420×10-6。未采用本专利技术时，RH真空脱碳16min后，测定钢中碳质量浓度为28×10-6。
采用本专利技术时，在RH真空处理前期向钢中加入铝粒，加入量为134kg，加入铝粒前钢中溶解氧含量为629×10-6。加入铝粒后测定钢中氧质量浓度为431×10-6、碳质量浓度为420×10-6。RH精炼开始，抽真空2min后，真空槽中压力降为6200Pa，采用顶枪向钢液吹入大流量氧气，顶吹氧气流量为3000m3/h，吹氧时间为1min；之后切换为小流量吹氧，顶吹氧气流量为1500m3/h，吹氧时间为3.5min，吹氧总量为138Nm3。RH真空脱碳16min后，测定钢中碳质量浓度为20×10-6，钢中Al2O3夹杂物基本去除。
实施实例8
采用BOF-LF-RH-CC工艺流程生产IF钢，转炉容量为300t。转炉出钢后钢包运转到RH工位，测定钢中溶解氧含量为483×10-6、碳质量浓度为400×10-6。未采用本专利技术时，RH真空脱碳13min后，测定钢中碳质量浓度为14×10-6。
采用本专利技术时，在RH处理前向钢中加入铝粒，加入量为61kg，加入铝粒前钢中溶解氧含量为483×10-6。RH真空处理前测定钢中氧质量浓度为392×10-6、碳质量浓度为400×10-6。RH精炼开始，抽真空2min后，真空槽中压力降为8200Pa，采用顶枪向钢液吹入氧气，顶吹氧气流量为1800m3/h，吹氧时间为2.1min，吹氧总量为63Nm3。RH真空脱碳13min后，测定钢中碳质量浓度7×10-6，钢中Al2O3夹杂物基本去除。
实施实例9
采用BOF-LF-RH-CC工艺流程生产DX56D+Z钢，转炉容量为180t。转炉出钢后测定钢中溶解氧含量为536×10-6，之后钢包运转到RH工位，测定钢中碳质量浓度为350×10-6。未采用本专利技术时，RH真空脱碳15min后，测定钢中碳质量浓度为18×10-6。
采用本专利技术时，在出钢过程中向钢中加入铝粒，加入量为54kg，加入铝粒前钢中溶解氧含量为536×10-6。钢包运转到RH工位，测定钢中氧质量浓度为269×10-6、碳质量浓度为350×10-6。RH精炼开始，抽真空2min后，真空槽中压力降为6300Pa，采用顶枪向钢液吹入氧气，顶吹氧气流量为1200m3/h，吹氧时间为2min，吹氧总量为40Nm3。RH真空脱碳15min后，测定钢中碳质量浓度为9×10-6，钢中Al2O3夹杂物基本去除。
以上各实例均表明，通过本发明所述的促进RH脱碳的方法均可达到预期效果，并可以根据终点碳含量要求，通过调整初始钢液氧含量、加入铝量、顶吹氧气流量等参数确定合适的方案。本技术领域中的技术人员应当认识到，上述实施方式仅示例性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明，只要在本发明的实质精神范围内，任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的主体思路下，对上述实施方式进行改变。因此，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (1)

1.一种促进RH脱碳的方法，在RH脱碳前或脱碳过程中，向钢液中加入铝或铝合金，利用铝氧反应在钢液中形成弥散Al2O3夹杂物，生成的Al2O3夹杂物与钢液的润湿性差、润湿角大，成为RH脱碳反应生成一氧化碳气泡的异质形核核心，促进一氧化碳气泡形核，增大一氧化碳气泡在钢液中的形核深度，扩大RH真空槽中碳氧反应的反应层厚度，提升RH深脱碳能力；生成的一氧化碳气泡尺寸细小，捕捉夹杂物能力强，可显著促进夹杂物在气泡表面的聚集和长大，有利于先期生成的Al2O3夹杂物去除，不会对钢液造成污染；
在RH脱碳过程中，生成的Al2O3夹杂物成为碳氧反应生成一氧化碳气泡的异质形核核心，促进一氧化碳气泡的生成和脱碳反应，显著提高脱碳反应动力学常数，提升RH深脱碳能力，终点碳含量降低1～10×10-6；
在转炉出钢过程中向钢液加入铝及铝合金，或在RH处理前向钢液中加入铝及铝合金，或在RH处理前期从真空槽上方料仓向真空槽内钢液中加入铝及铝合金，加入的铝和钢液中溶解氧发生反应，在钢液中生成Al2O3夹杂物；
在转炉出钢过程中加入铝或铝合金中的总铝量w[Al]kg与钢液质量w[钢]t的关系为：
0.225w[钢]≤w[Al]≤1.125w[钢]
在RH处理前加入铝或铝合金中的总铝量w[Al]kg与钢液质量w[钢]t的关系为：
0.1575w[钢]≤w[Al]≤0.9w[钢]
RH真空处理前期从真空槽上方料仓向真空槽内钢液中加入铝或铝合金中的总铝量w[Al]kg与钢液质量w[钢]t的关系为：
0.1125w[钢]≤w[Al]≤0.45w[钢]；
在RH脱碳前向钢液中加入铝或铝合金时，RH脱碳开始时钢中氧质量浓度C[O]低于250×10-6+1.5C[C]，C[C]为钢中碳质量浓度，在RH脱碳初期利用顶枪向钢中吹入氧气，吹氧流量控制为小流量范围，具体流量为：小于等于180t的钢包，吹氧流量控制为600～1200m3/h；大于180t的钢包，吹氧流量1000～2000m3/h；RH流程吹氧总量Nm3控制为{350w[钢]×[(1.2～1.3)(1.4C[C]+250×10-6)-C[O]]}；
在RH精炼前期从真空槽上方料仓向真空槽内钢液中加入铝或铝合金时，RH脱碳开始时钢中氧质量浓度C[O]低于250×10-6+1.5C[C]+0.00113w[Al]/w[钢]，在加入铝或铝合金的同时，采用顶枪大流量吹氧，促进大尺寸Al2O3夹杂物的形成，更有利于夹杂物成为一氧化碳气泡形核核心；具体吹氧流量为：小于等于180t的钢包，吹氧流量1200～2000m3/h；大于180t的钢包，吹氧流量2000～3500m3/h；大流量吹氧1min后，改用小流量吹氧，具体吹氧流量为：小于等于180t的钢包，吹氧流量控制为600～1200m3/h；大于180t的钢包，吹氧流量1000～2000m3/h；总吹氧总量控制为{350w[钢]×[(1.2～1.3)(1.4C[C]+250×10-6+0.00113w[Al]/w[钢])-C[O]]}。
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