CN111705178A - 一种钢水rh真空精炼炉中氧含量的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及炼钢技术领域，具体来说是一种经RH真空脱碳钢水氧含量的控制方法，其特征在于，所述钢水进入RH真空精炼炉前在转炉中进行钢水的初步炼制；所述控制方法适用于转炉炼钢阶段；通过控制转炉初炼钢水的氧含量来控制后续进入RH真空精炼炉中钢水的氧含量。本发明公开了一种经RH真空脱碳钢水氧含量的控制方法，本发明通过在转炉炼钢工序对初炼钢水氧含量进行控制，可以避免在RH真空精炼炉精炼工序再次对钢水氧含量进行控制，从而降低RH真空精炼炉脱碳结束后钢水氧含量，进而降低铝切丸消耗、减少钢中夹杂物、提高钢材的质量。

Description

一种钢水RH真空精炼炉中氧含量的控制方法

技术领域

本发明涉及炼钢技术领域，具体来说是一种经RH真空脱碳钢水氧含量的控制方法。

背景技术

目前，生产超低碳汽车板、超低碳冷轧硅钢等超低碳钢种时，其通常工艺流程为：铁水预处理→转炉→吹氩站→RH→连铸，铁水在铁水预处理深脱硫处理后兑入转炉，同时在保证热平衡的前提下加入适量低硫废钢进行冶炼，由转炉冶炼出的初炼钢水经吹氩站到RH真空精炼炉进行精炼，精炼合格的钢水再运送至连铸进行浇铸。RH真空精炼炉是利用真空条件下钢水中的[C]与[O]能进一步反应生成CO气体的原理，来进一步降低钢水中的碳生产超低碳钢的，其反应式为[C]+[O]＝{CO}。

因而，RH真空精炼炉对转炉提供的初炼钢水氧含量(即初始氧含量)有一定要求，一是要满足RH真空脱碳的要求，保证能将钢水中的碳脱到钢种要求的范围；二是RH真空脱碳结束后钢水中残余氧含量要尽可能的低，以减少后续终脱氧时铝切丸消耗，减少铝脱氧产物Al2O3总量,进而减少钢中Al2O3夹杂，提高钢的质量。

通常RH真空精炼炉对初炼钢水氧含量要求范围为400～800ppm，最佳范围是500～700ppm，并且波动要小，现有技术条件下，转炉由于炉况、原料条件、操作等多种因素往往导致对初炼钢水氧含量控制波动较大，同时又缺乏有效的应对措施，不能满足RH真空精炼炉对初炼钢水氧含量的理想要求。

专利文献(CN 106191376 B)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50～250ppm；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。该专利是当转炉炼钢工序所提供的初炼钢水氧含量高出其要求范围时的一种补救措施，即在RH真空精炼炉精炼工序的真空条件下加碳粉预脱氧来降低钢水氧含量,其脱氧碳粉需分批少量加入，不仅影响RH真空精炼炉的钢水精炼周期、降低生产效率，倘若碳粉加入量控制不当，还会对安全生产造成不良影响，况且，对于不具备加碳粉条件的RH真空精炼炉该工艺将受到限制，所以，生产超低碳钢关键还是要控制好初炼钢水的氧含量。

该工艺不能从炼钢源头上解决初炼钢水氧含量的控制难题，因此，作为精炼工序的上一道工序，转炉炼钢工序在生产超低碳钢种时，怎样控制好初炼钢水氧含量以满足RH真空精炼炉的要求是亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种经RH真空脱碳钢水氧含量的控制方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种经RH真空脱碳钢水氧含量的控制方法，其特征在于，所述钢水进入RH真空精炼炉前在转炉中进行钢水的初步炼制；所述控制方法适用于转炉炼钢阶段；通过控制转炉初炼钢水的氧含量来控制后续进入RH真空精炼炉中钢水的氧含量。

一种经RH真空脱碳钢水氧含量的控制方法，所述控制方法包括如下步骤：

(1)在转炉冶炼终点对钢水进行定氧操作，测出终点钢水实际氧含量ω[O]_％终点；

(2)根据转炉冶炼终点钢水氧含量按公式ω[O]_％过剩＝ω[O]_％终点-△ω[O]_％-ω

[O]_％目标计算出转炉终点钢水实际过剩氧含量；

ω[O]_％过剩：钢水中需要脱除的过剩氧含量，简称过剩氧；

ω[O]_％终点：转炉终点钢水氧含量，即终点出钢前定氧数值；

△ω[O]_％：在不脱氧的情况下，钢水从转炉终点出钢至钢水进RH真空精炼炉过程氧含量变化值；

ω[O]_％目标：转炉炼钢工序需要控制以满足RH真空精炼炉要求的初炼钢水最佳氧含量目标值；

当ω[O]_％过剩大于零时，说明转炉钢水存在过剩氧，需要对转炉内钢水进行碳粉脱氧操作，转至下一步：

(3)根据转炉冶炼终点钢水实际过剩氧含量ω[O]_％过剩计算脱除这部分过剩氧需要的碳粉用量；

(4)在转炉出钢过程中在钢罐内进行碳粉脱氧操作。

所述步骤(2)中，当ω[O]_％过剩等于零时，说明转炉钢水无过剩氧，可以直接进入下一工序，如果当ω[O]％过剩小于零时，说明转炉钢水实际氧含量低于要求值，需要向转炉内供氧以适当提高钢水中氧含量。

所述步骤(4)中脱氧碳粉要在转炉出钢的前期加入钢罐。

所述脱氧碳粉要求在钢水出钢前30秒内投放完成。

所述步骤(2)中转炉冶炼终点ω[O]_％过剩不小于0。

通过控制转炉冶炼终点碳含量来控制ω[O]_％终点数值。

要求转炉终点碳含量ω[C]_％终点≤m_终点/(△ω[O]_％+ω[O]_％目标)。

所述步骤(3)中脱除过剩氧需要的碳粉用量为：脱氧碳粉用量(Kg)＝ω[O]_％过剩×10000(ppm)/6(ppm/Kg)。

本发明的优点在于：

本发明公开了一种经RH真空脱碳钢水氧含量的控制方法，本发明通过在转炉炼钢工序对初炼钢水氧含量进行控制，可以避免在RH真空精炼炉精炼工序再次对钢水氧含量进行控制，从而降低RH真空精炼炉脱碳结束后钢水氧含量，进而降低铝切丸消耗、减少钢中夹杂物、提高钢材的质量；本发明公开的控制方法有效提高了转炉炼钢工序对初炼钢水氧含量的控制精度，满足了RH真空精炼炉精炼工序对初炼钢水氧含量的要求，为下一道工序创造有利条件、提高了超低碳钢生产效率；

附图说明

下面对本发明说明书各幅附图表达的内容作简要说明：

图1为超低碳钢生产工艺流程图。

图2为本发明的操作流程图。

具体实施方式

下面对照附图，通过对最优实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

一种经RH真空脱碳钢水氧含量的控制方法，其特征在于，所述钢水进入RH真空精炼炉前在转炉中进行钢水的初步炼制；所述控制方法是用于转炉炼钢阶段；通过控制转炉初炼钢水的氧含量来控制后续进入RH真空精炼炉中钢水的氧含量；本发明公开了一种经RH真空脱碳钢水氧含量的控制方法，本发明通过在转炉炼钢工序对初炼钢水氧含量进行控制，可以避免在RH真空精炼炉精炼工序再次对钢水氧含量进行控制，从而降低RH真空精炼炉脱碳结束后钢水氧含量，进而降低铝切丸消耗、减少钢中夹杂物、提高钢材的质量；换言之，就是本发明改变了传统钢水氧含量的控制方式，本发明在转炉炼钢阶段就开始对钢水内氧含量进行控制，避免了后续需要在RH真空精炼炉精炼工序加碳粉预脱氧；因为在RH真空精炼炉精炼工序加碳粉预脱氧；不仅影响RH真空精炼炉的钢水精炼周期、降低生产效率，倘若碳粉加入量控制不当，还会对安全生产造成不良影响，况且，对于不具备加碳粉条件的RH真空精炼炉该工艺将受到限制，也就是RH真空精炼炉精炼工序加碳粉预脱氧不具有普遍性；而本发明通过前期控制转炉初炼钢水的氧含量，可以从炼钢源头上解决初炼钢水氧含量的控制难题。

本发明是根据同一座转炉在工况相同或相近的条件下，从转炉终点出钢到出钢结束钢水经吹氩站进RH真空精炼炉，在不对钢水进行脱氧的情况下，钢水氧含量变化值△ω[O]_％基本恒定这一规律，按公式ω[O]_％过剩＝ω[O]_％终点-△ω[O]_％-ω[O]_％目标计算出转炉终点过剩氧含量，再根据计算结果采用适量优质碳粉脱除这部分过剩氧，从而达到精确控制初炼钢水氧含量的目的。

公式ω[O]_％过剩＝ω[O]_％终点-△ω[O]_％-ω[O]_％目标中：

ω[O]_％过剩—钢水中需要脱除的过剩氧含量，简称过剩氧；

ω[O]_％终点—转炉终点钢水氧含量，即终点出钢前定氧数值；

△ω[O]_％—在不脱氧的情况下，钢水从转炉终点出钢至钢水进RH真空精炼炉过程氧含量变化值；

ω[O]_％目标—转炉炼钢工序需要控制以满足RH真空精炼炉要求的初炼钢水最佳氧含量目标值。

按上述公式计算钢水过剩氧含量ω[O]％过剩时，其计算结果存在以下三种情况：

1.ω[O]_％过剩＞0，说明转炉钢水存在过剩氧，需要采用适量优质碳粉脱除这部分过剩氧；

2.ω[O]_％过剩＝0，说明转炉钢水无过剩氧，不需要脱氧；

3.ω[O]_％过剩＜0，说明转炉钢水实际氧含量低于要求值，需要转炉供氧补吹以适当提高钢水氧含量。

在现有技术条件下，转炉无法将终点钢水过剩氧含量准确控制在ω[O]_％过剩＝0；而在终点钢水过剩氧含量ω[O]_％过剩＜0时，转炉需要供氧补吹以适当提高钢水氧含量，并在补吹结束后要再次对钢水进行定氧、计算过剩氧含量，重复以上操作，这对转炉生产效率、终点命中率、炉况、消耗等均会造成一定影响；所以，实际操作中，转炉终点钢水过剩氧含量按ω[O]_％过剩≥0，并根据实际情况尽可能对

ω[O]_％过剩进行控制。

为实现上述目的，本发明采用的具体技术方案包括以下步骤：

1.转炉冶炼终点按ω[O]％过剩≥0，并尽可能减少ω[O]％过剩控制。

由碳氧浓度积可知：在一定温度和压力下，钢液中碳与氧的质量百分浓度之积是一个常数，即m＝ω[C]_％·ω[O]_％，m为常数，而与反应物和生成物的浓度无关。

碳氧浓度积表达式为m＝ω[C]_％·ω[O]％或m＝[％C]·[％O]

同一座转炉在工况相同或相近的条件下，转炉冶炼终点压力基本恒定，且转炉冶炼超低碳钢各炉次间钢水终点温度波动不大，故终点钢水碳氧浓度积m_终点＝ω[C]_％终点·ω[O]_％终点值基本恒定，对终点钢水氧含量起决定性作用的是终点钢水碳含量，终点钢水碳含量可以通过氧枪供氧量、供氧时间、脱碳速度的计算以及炉口火焰观察确定，因此，通过控制转炉终点钢水碳含量ω[C]_％终点能够控制转炉终点氧含量ω[O]_％终点，进而控制ω[O]_％过剩。

ω[C]_％终点控制范围确定：

由于ω[O]_％过剩＝ω[O]_％终点-△ω[O]_％-ω[O]_％目标

m_终点＝ω[C]_％终点·ω[O]_％终点

要使ω[O]_％过剩≥0

则ω[C]_％终点≤m_终点/(△ω[O]_％+ω[O]_％目标)

同一座转炉在工况相同或相近的条件下，上式中m_终点、△ω[O]_％、ω[O]_％目标基本恒定，ω[C]_％终点控制范围可以通过计算求得。

因此，为实现本步骤转炉冶炼终点按ω[O]_％过剩≥0，并尽可能减少[O]_过剩控制目的，可通过控制转炉终点碳ω[C]_％终点≤m_终点/(△ω[O]_％+ω[O]_％目标)，并在条件允许的情况下按ω[C]_％终点尽可能接近于m_终点/(△ω[O]_％+ω[O]_％目标)进行控制。

一种经RH真空脱碳钢水氧含量的控制方法，所述控制方法包括如下步骤：(1)在转炉冶炼终点对钢水进行定氧操作，测出终点钢水实际氧含量ω[O]_％终点；

(2)根据转炉冶炼终点钢水氧含量按公式ω[O]_％过剩＝ω[O]_％终点-△ω[O]_％-ω

[O]_％目标计算出转炉终点钢水实际过剩氧含量；

ω[O]_％过剩：钢水中需要脱除的过剩氧含量，简称过剩氧；

ω[O]_％终点：转炉终点钢水氧含量，即终点出钢前定氧数值；

△ω[O]_％：在不脱氧的情况下，钢水从转炉终点出钢至钢水进RH真空精炼炉过程氧含量变化值；

ω[O]_％目标：转炉炼钢工序需要控制以满足RH真空精炼炉要求的初炼钢水最佳氧含量目标值；

当ω[O]_％过剩大于零时，说明转炉钢水存在过剩氧，需要对转炉内钢水进行碳粉脱氧操作，转至下一步：

(3)根据转炉冶炼终点钢水实际过剩氧含量ω[O]_％过剩计算脱除这部分过剩氧需要的碳粉用量；

(4)在转炉出钢过程中在钢罐内进行碳粉脱氧操作。

初炼钢水经吹氩站进RH真空精炼炉定氧。

上文是主要的控制方法，具体实施例如下：

下面通过120t转炉冶炼超低碳钢的实施例来进一步说明本发明的实施步骤及操作控制要点。所述实施例为120t转炉，但本发明不仅仅局限于120t转炉，而是适用于所有吨位的转炉。

所述120t转炉冶炼超低碳钢时，工艺要求转炉出钢量按128～132(t/炉)控制，平均为130t/炉。

碳粉脱氧的反应式为[C]+[O]＝{CO}，选用的碳粉含碳量为93％，理论计算1Kg碳粉能脱约9.5ppm的钢水中[0]。

即1000000×(1×93％×16)/(12×130×1000)≈9.5ppm，由于碳粉脱氧存在一定的损耗，实际数据统计结果显示1Kg碳粉只能平均脱6ppm的[O],所以，脱氧碳粉用量(Kg)＝ω[O]％过剩×10000(ppm)/6(ppm/Kg)。

实施本发明的120t转炉当前工况下，从转炉终点出钢到出钢结束钢水经吹氩站进RH真空精炼炉，在不对钢水进行脱氧的情况下，钢水氧含量平均降低200ppm，即△ω[O]％＝0.02，也就是200ppm；RH真空精炼炉对初炼钢水氧含量要求范围为400～800ppm，最佳范围是500～700ppm，设定最佳控制目标为600ppm，即ω[O]_％目标＝0.06，转炉在当前工况条件下冶炼该超低碳钢种的碳氧浓度积平均为0.0039，则m终点/(△ω[O]％+ω[O]％目标)

＝0.0039/(0.02+0.06)

＝0.04875≈0.05。

因此，为实现转炉冶炼终点按ω[O]％过剩≥0，并尽可能减少[O]过剩控制目的，转炉终点碳按ω[C]％终点≤0.05，并在条件允许的情况下尽可能接近于0.05进行控制。

下面是本发明应用于所述120t转炉冶炼超低碳钢的具体实施例；

以上实施例中，本发明对超低碳钢初炼钢水氧含量设定控制目标为600ppm，实际最高为616ppm，最低为585ppm，控制精度在±16ppm以内，完全达到了预期控制精度在±50ppm以内的既定目标。

作为优选的，本发明中所述步骤(4)中脱氧碳粉要在转炉出钢的前期尽早加入钢罐；碳粉加入钢罐内与钢水中氧发生：[C]+[O]＝{CO}反应，其产物CO气体上浮排除过程中会强烈搅动钢液，如果脱氧碳粉加入过晚，则在碳氧反应的作用下，钢罐内钢水容易翻腾溢出钢罐造成事故。转炉出钢前期，钢罐内钢水较少，自由空间较大，脱氧碳粉选择在出钢前期加入钢罐可有效避免事故。

本发明采用优质碳粉在钢罐内对钢水脱氧，碳粉在转炉出钢前期加入钢罐内与钢水中氧发生：[C]+[O]＝{CO}反应，其产物为CO气体，在钢液中无残留，而且CO气体上浮排除过程中还具有去气去夹杂净化钢液的作用；同时CO气体上浮对钢液的搅拌作用也进一步促进了加入钢罐内渣料的熔化，避免渣料结坨；按本发明计算的脱氧碳粉加入量，具有一定弱增碳的作用，其增碳量随转炉终点碳含量的增加而减少，在钢水碳低于0.035％时增碳较为明显，因此，本发明在利用适量碳粉对钢水脱氧的同时，钢水中的碳含量也达到(0.04％～0.05％)理想控制范围，这也恰好能满足RH真空精炼炉真空脱碳对初炼钢水碳-氧协调的要求，利于进一步降低脱碳结束后钢水氧含量，有效地将脱碳结束后钢水氧含量控制在250ppm以内。

转炉出钢时间是指转炉出钢开始至出钢结束这段时间，一般为3～6分钟，新出钢口出钢时间较长，随着出钢口使用次数的增加，出钢口受到钢水和炉渣冲刷侵蚀，内径变大，故老出钢口出钢时间较短。作为优选的，本发明中所述脱氧碳粉控制在出钢30秒内投放完成，其目的在于保证脱氧碳粉在转炉出钢前期尽早加入钢罐，尽快与钢液中的[O]反应，以避免脱氧碳粉加入过晚所引发的事故。

作为优选的，本发明中所述步骤(2)中转炉冶炼终点ω[O]_％过剩不小于0；避免小于0时，需要再次对钢水进行补氧操作，减少了工序的麻烦。

作为优选的，本发明中通过控制转炉冶炼终点碳含量来控制ω[O]_％终点数值；可以对ω[O]_％终点的数值进行控制；方便实际生产需要。

显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，均在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种经RH真空脱碳钢水氧含量的控制方法，其特征在于，所述钢水进入RH真空精炼炉前在转炉中进行钢水的初步炼制；所述控制方法适用于转炉炼钢阶段；通过控制转炉初炼钢水的氧含量来控制后续进入RH真空精炼炉中钢水的氧含量。

2.根据权利要求1所述的一种经RH真空脱碳钢水氧含量的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括如下步骤：

(1)在转炉冶炼终点对钢水进行定氧操作，测出终点钢水实际氧含量ω[O]_％终点；

(2)根据转炉冶炼终点钢水氧含量按公式ω[O]_％过剩＝ω[O]_％终点-△ω[O]_％-ω[O]_％目标计算出转炉终点钢水实际过剩氧含量；

ω[O]_％过剩：钢水中需要脱除的过剩氧含量，简称过剩氧；

ω[O]_％终点：转炉终点钢水氧含量，即终点出钢前定氧数值；

△ω[O]_％：在不脱氧的情况下，钢水从转炉终点出钢至钢水进RH真空精炼炉过程氧含量变化值；

ω[O]_％目标：转炉炼钢工序需要控制以满足RH真空精炼炉要求的初炼钢水最佳氧含量目标值；

当ω[O]_％过剩大于零时，说明转炉钢水存在过剩氧，需要对转炉内钢水进行碳粉脱氧操作，转至下一步：

(3)根据转炉冶炼终点钢水实际过剩氧含量ω[O]_％过剩计算脱除这部分过剩氧需要的碳粉用量；

(4)在转炉出钢过程中在钢罐内进行碳粉脱氧操作。

3.根据权利要求2所述的一种经RH真空脱碳钢水氧含量的控制方法，其特征在于，所述步骤(2)中，当ω[O]_％过剩等于零时，说明转炉钢水无过剩氧，可以直接进入下一工序，如果当ω[O]％过剩小于零时，说明转炉钢水实际氧含量低于要求值，需要向转炉内供氧以适当提高钢水中氧含量。

4.根据权利要求2所述的一种经RH真空脱碳钢水氧含量的控制方法，其特征在于，所述步骤(4)中脱氧碳粉要在转炉出钢的前期加入钢罐。

5.根据权利要求4所述的一种经RH真空脱碳钢水氧含量的控制方法，其特征在于，所述脱氧碳粉要求在钢水出钢前30秒内投放完成。

6.根据权利要求2所述的一种经RH真空脱碳钢水氧含量的控制方法，其特征在于，所述步骤(2)中转炉冶炼终点ω[O]_％过剩不小于0。

7.根据权利要求6所述的一种经RH真空脱碳钢水氧含量的控制方法，其特征在于，通过控制转炉冶炼终点碳含量来控制ω[O]_％终点数值。

8.根据权利要求7所述的一种经RH真空脱碳钢水氧含量的控制方法，其特征在于，要求转炉终点碳含量ω[C]_％终点≤m_终点/(△ω[O]_％+ω[O]_％目标)。

9.根据权利要求2所述的一种经RH真空脱碳钢水氧含量的控制方法，其特征在于，所述步骤(3)中脱除过剩氧需要的碳粉用量为：脱氧碳粉用量(Kg)＝ω[O]_％过剩×10000(ppm)/6(ppm/Kg)。

Images