CN115522016A - 一种精炼rh炉吹氧脱碳的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种精炼RH炉吹氧脱碳的方法，吹氧脱碳过程中，氧枪高度H按下式随时间变化；H=H初始(1‑0.5t/t总)；式中，H：氧枪高度，m；H初始：开始吹氧时的初始氧枪高度，m；t：吹氧持续时间，s；t总：吹氧总时间，s；吹氧脱碳过程中，氧气实时流量FO2按下式设定；FO2=20W×(C/O)1/2×[0.75+(t/t总)2‑t/t总]|sin(πt/180)|；式中，FO2：氧气实时流量，Nm3/h；W：钢水重量，t；C/O：真空处理前钢水的碳氧含量比；t：吹氧持续时间，s；t总：吹氧总时间，s。本方法解决了现有技术中存在的RH炉吹氧脱碳氧气利用率低、钢水温度不足时需要吹氧化学升温的问题；与现有技术比在同等工艺条件下，吹氧脱碳的氧气用量、化学升温的合金燃料和氧气用量均大幅减少，同时脱碳效率明显提高。
Description
技术领域
本发明涉及一种钢水精炼技术，尤其是一种精炼RH炉吹氧脱碳的方法。
背景技术
随着新能源汽车行业的迅猛发展，高效电机用高磁感无取向电工钢、汽车面板用IF钢等超低碳钢的市场需求量快速增长。目前RH脱碳工艺分为自然脱碳和吹氧强制脱碳两种，吹氧强制脱碳由于能够提高脱碳效率成为国内各大钢厂研究的热点，但在如何提高氧气利用率，以及如何促进脱碳产物CO二次燃烧为钢水提供热量等方面并没有成熟的工艺和技术，常常会出现吹氧脱碳后钢水温度低，需要化学升温来补偿钢水温度、钢水过氧化等问题。目前国内钢厂主要通过提高转炉出钢温度来减少RH吹氧量，对转炉钢水条件要求苛刻，很大程度限制了吹氧脱碳工艺的推广应用。
申请号为202110344170.1的中国专利申请公开了一种高效率RH脱碳方法，是通过从循环气体中加入氧气来进行脱碳，加大了O2和钢水中C的接触面积，提高了氧气利用率，但是并没有对脱氧产物CO进行二次燃烧利用。
申请号为201610973985.5的中国专利申请公开了一种RH快速脱碳及减少钢水温降的方法，是在通过改变氧气流量人为将吹氧过程分为两个阶段，脱碳阶段和二次燃烧阶段，但实际上吹氧过程中氧气进行钢水脱碳，和脱碳产物CO从钢水逸出与氧气接触二次燃烧是同时存在的两个化学反应现象，人为分成两个阶段势必会降低O2利用率和气相二次燃烧率。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种能有效地提高氧气利用率和脱碳效率的精炼RH炉吹氧脱碳的方法。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：吹氧脱碳过程中，氧枪高度H按下式（Ⅰ）随时间变化；
H=H初始(1-0.5t/t总) （Ⅰ）
式（Ⅰ）中，
H：氧枪高度，m；
H初始：开始吹氧时的初始氧枪高度，m；
t：吹氧持续时间，s；
t总：吹氧总时间，s；
吹氧脱碳过程中，氧气实时流量FO2按下式（Ⅱ）设定；
FO2=20W×(C/O)1/2×[0.75+(t/t总)2-t/t总]|sin(πt/180)| （Ⅱ）
式（Ⅱ）中，
FO2：氧气实时流量，Nm3/h；
W：钢水重量，t；
C/O：真空处理前钢水的碳氧含量比；
t：吹氧持续时间，s；
t总：吹氧总时间，s。
本发明所述吹氧总时间t总按下式（Ⅲ）设定，
t总=300(1.33C+0.030-O)/O （Ⅲ）
式（Ⅲ）中，
C：真空处理前钢水的碳含量，wt%；
O：真空处理前钢水的氧含量，wt%。
本发明所述吹氧脱碳过程中，氧气实时流量FO2低于1500Nm3/h时，在氧气中混入氩气以使氧枪吹出的混合气体实时流量不低于1500Nm3/h。
本发明所述RH真空处理前钢水中C 0.030%～0.070%。
本发明所述吹氧脱碳过程结束后进行自然脱碳。
本发明技术方案设计原理为：现有RH吹氧强制脱碳工艺一般是根据进站钢水碳、氧含量确定吹氧体积，并采用恒定流量进行吹氧脱碳；但是实际生产过程中，脱碳前期随着RH炉真空度的降低，钢水初始碳含量高自身的脱碳动力充足，不需要补充太多吹氧量进行强制脱碳；脱碳中后期随着钢水碳、氧含量的降低，需要补充吹氧来维持脱碳动力；各阶段对吹氧量的需求其实不同。
本发明综合考虑在吹氧时间内钢水脱碳反应激烈程度、RH槽内真空度、钢水温度等外部条件变化对吹氧脱碳、二次燃烧效果的影响，通过创造性的设计数学模型分析和工业大批量试验验证的方法，设计出一种变枪位、变流量的吹氧脱碳工艺。本发明根据进站钢水碳、氧含量确定吹氧时间，过程平衡考虑不同阶段钢水对吹氧脱碳和二次燃烧两方面的需求，动态调整氧枪高度：吹氧脱碳需要枪位能够保证氧气气流与钢水面接触尽量大，而二次燃烧则需要枪位能够使从钢水去除出来的CO和少量H2与氧枪气流较充分接触，形成尽可能大的燃烧反应区。同时根据不同阶段脱碳及二次燃烧反应强度动态调整氧气流量，将氧气吹入量与钢水吹氧脱碳及二次燃烧实际需求氧量达到更佳匹配，保证整个脱碳过程具有良好的热力学条件。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：（1）本发明节省RH炉吹氧脱碳的氧气用量，防止钢水过氧化。本发明与传统恒定氧气流量的吹氧脱碳工艺相比，通过过程动态调整氧枪高度和氧气流量，使前期钢水自身的脱碳能力和吹氧强制脱碳效果均得到更大限度利用，最终同钢水条件下RH氧气用量较传统工艺节省8～17%，提高了氧气利用率，且终点氧≤300ppm命中率提高5～10%，减小了吹氧脱碳造成钢水过氧化的风险。
（2）本发明减少RH吹氧升温的燃料和氧气用量，降低RH炉吹氧脱碳工艺对转炉钢水温度的要求。本发明中二次燃烧工艺与现有工艺相比，通过过程动态调整氧枪高度，以适应吹氧脱碳过程中真空度、脱碳废气量变化，形成尽可能大的燃烧反应区，并通过动态调整氧气流量，以适应吹氧脱碳过程中钢水温度、钢水碳氧含量变化，提高全过程二次燃烧率至60～75%，最终同钢水条件下RH吹氧升温的燃料和氧气用量减少较现有工艺减少15～33%，RH对转炉钢水温度要求下限可降低10～35℃。
（3）本发明提高了RH吹氧脱碳效率。本发明与传统恒定氧气流量的吹氧脱碳工艺相比，通过调整氧枪高度和氧气流量，提高了脱碳中后期实际参与强制脱碳的氧气流量，减轻了中后期钢水碳氧含量降低对脱碳速率降低的影响，拉长了高脱碳速率时间段，提高了整体脱碳效率，最终同钢水条件下本发明将钢水碳含量脱除至0.0020%以下所用时间较传统工艺平均缩短0.5～2.5分钟。
本发明解决了现有技术中存在的RH炉吹氧脱碳氧气利用率低、钢水温度不足时需要吹氧化学升温的问题；与现有技术比在同等工艺条件下，吹氧脱碳的氧气用量、化学升温的合金燃料和氧气用量均大幅减少，同时脱碳效率明显提高。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本精炼RH炉吹氧脱碳的方法采用下述工艺步骤：（1）本方法适用于各种吨位的RH炉，尤其适用于100～300吨RH炉。RH真空处理前，对钢水条件包括钢水重量W、钢水温度、成分碳含量、氧含量进行确认，化验钢水成分碳含量要求在0.030～0.070wt%，钢水进站后顶升至浸渍管下方测定钢水温度要求在Tl+45℃～Tl+85℃，Tl为钢种液相线温度，钢水氧含量要求在0.030～0.060wt%。
（2）RH真空处理开始，根据钢水条件根据下式（Ⅲ）确定吹氧总时间t总；
t总=300(1.33C+0.030-O)/O （Ⅲ）
式（Ⅲ）中，
C：真空处理前钢水的碳含量，wt%；
O：真空处理前钢水的氧含量，wt%。
当真空度达到RH处理的吹氧要求时，开始下枪吹氧，进行吹氧脱碳，氧枪高度H以氧枪头部距环流小管在垂直方向的距离表示，初始高度H初始根据RH炉吨位设定。吹氧脱碳过程氧枪随脱碳反应和二次燃烧反应的进行逐步靠近钢水上表面，氧枪高度H按下式（Ⅰ）随时间变化；
H=H初始(1-0.5t/t总) （Ⅰ）
式（Ⅰ）中，
H：氧枪高度，m；
H初始：开始吹氧时的初始氧枪高度，m；
t：吹氧持续时间，s；
t总：吹氧总时间，s。
吹氧脱碳过程氧气流量FO2随脱碳持续时间t呈类半正弦波变化，氧气实时流量FO2按下式（Ⅱ）设定；
FO2=20W×(C/O)1/2×[0.75+(t/t总)2-t/t总]|sin(πt/180)| （Ⅱ）
式（Ⅱ）中，
FO2：氧气实时流量，Nm3/h；
W：钢水重量，t；
C/O：真空处理前钢水的碳氧含量比；
t：吹氧持续时间，s；
t总：吹氧总时间，s；
π：圆周率。
所述吹氧脱碳过程中，氧枪吹射出的氧气在真空槽内直接被吸走，不能与钢液面发生氧化反应，氧气实时流量FO2低于1500Nm3/h时，连接氧枪的惰性气体管道阀门打开吹入适量惰性气体，在氧气中混入惰性气体以使氧枪吹出的混合气体实时流量不低于1500Nm3/h；惰性气体最好为氩气。
（3）吹氧脱碳结束，真空度迅速降低至1.0mbar及以下进行自然脱碳，时间为1～3个钢水循环次数，脱碳终点钢水温度Tl+35℃～Tl+75℃，终点氧含量在150～300ppm，终点碳含量在0.0020wt%及以内。
实施例1：本精炼RH炉吹氧脱碳的方法具体如下所述。
（1）待处理钢水对应钢种的液相线温度为1525℃，确认钢水重量为95吨、成分碳含量为0.030%。将盛有待处理钢水的钢包运输至RH处理位，真空处理前测定钢水温度为1591℃、氧含量为0.059%。RH炉吨位为100吨。
（2）开始真空处理，设定吹氧总时间t总=300(1.33*0.030+0.030-0.059)/0.059=55s；槽内真空度降低至120mbar时开始下降氧枪，当氧枪高度距环流小管4m时开始吹氧，吹氧过程氧枪高度H按下式控制H=4(1-0.5t/55)=4-2t/55，氧气实时流量FO2按下式控制FO2=1900×(30/59)1/2×[0.75+(t/55)2-t/55]|sin(πt/180)|；吹氧过程当氧气流量FO2低于1500Nm3/h时，连接氧枪的氩气管道阀门打开吹入适量氩气，使得氧枪吹出的混合气体流量为1500Nm3/h。
（3）吹氧脱碳结束，槽内真空度快速降低至0.9mbar，自然脱碳1个钢水循环次数，结束脱碳，测定钢水终点温度1586℃、终点氧含量为274ppm，化验钢水碳含量为0.0018%。
实施例2：本精炼RH炉吹氧脱碳的方法具体如下所述。
（1）待处理钢水对应钢种的液相线温度为1534℃，确认钢水重量为210吨、成分碳含量为0.070%；将盛有待处理钢水的钢包运输至RH处理位，真空处理前测定钢水温度为1579℃、氧含量为0.034%。RH炉吨位为200吨。
（2）开始真空处理，设定吹氧总时间t总=786s；槽内真空度降低至150mbar时开始下降氧枪，当氧枪高度距环流小管6m时开始吹氧，吹氧过程氧枪高度H按下式控制H=6-t/262，氧气实时流量FO2按下式控制FO2=4200×(70/34)1/2×[0.75+(t/786)2-t/786]|sin(πt/180)|；吹氧过程当氧气流量FO2低于1500Nm3/h时，连接氧枪的氩气管道阀门打开吹入适量氩气，使得氧枪吹出的混合气体流量为1500Nm3/h。
（3）吹氧脱碳结束，槽内真空度快速降低至0.7mbar，自然脱碳3个钢水循环次数，结束脱碳，测定钢水终点温度1570℃、终点氧含量为211ppm，化验钢水碳含量为0.0020%。
实施例3：本精炼RH炉吹氧脱碳的方法具体如下所述。
（1）待处理钢水对应钢种的液相线温度为1528℃，确认钢水重量为275吨、成分碳含量为0.049%；将盛有待处理钢水的钢包运输至RH处理位，真空处理前测定钢水温度为1584℃、氧含量为0.057%。RH炉吨位为250吨。
（2）开始真空处理，设定吹氧总时间t总=201s；槽内真空度降低至150mbar时开始下降氧枪，当氧枪高度距环流小管7m时开始吹氧，吹氧过程氧枪高度H按下式控制H=7-7t/402，氧气实时流量FO2按下式控制FO2=5500×(49/57)1/2×[0.75+(t/201)2-t/201]|sin(πt/180)|；吹氧过程当氧气流量FO2低于1500Nm3/h时，连接氧枪的氩气管道阀门打开吹入适量氩气，使得氧枪吹出的混合气体流量为1500Nm3/h。
（3）吹氧脱碳结束，槽内真空度快速降低至1mbar，自然脱碳1个钢水循环次数，结束脱碳，测定钢水终点温度1576℃、终点氧含量为300ppm，化验钢水碳含量为0.0014%。
实施例4：本精炼RH炉吹氧脱碳的方法具体如下所述。
（1）待处理钢水对应钢种的液相线温度为1534℃，确认钢水重量为294吨、成分碳含量为0.063%；将盛有待处理钢水的钢包运输至RH处理位，真空处理前测定钢水温度为1615℃、氧含量为0.046%。RH炉吨位为300吨。
（2）开始真空处理，设定吹氧总时间t总=442s；槽内真空度降低至180mbar时开始下降氧枪，当氧枪高度距环流小管8m时开始吹氧，吹氧过程氧枪高度H按下式控制H=8-2t/221，氧气实时流量FO2按下式控制FO2=5880×(63/46)1/2×[0.75+(t/442)2-t/442]|sin(πt/180)|；吹氧过程当氧气流量FO2低于1500Nm3/h时，连接氧枪的氩气管道阀门打开吹入适量氩气，使得氧枪吹出的混合气体流量为1500Nm3/h。
（3）吹氧脱碳结束，槽内真空度快速降低至0.3mbar，自然脱碳2个钢水循环次数，结束脱碳，测定钢水终点温度1609℃、终点氧含量为210ppm，化验钢水碳含量为0.0018%。
实施例5：本精炼RH炉吹氧脱碳的方法具体如下所述。
（1）待处理钢水对应钢种的液相线温度为1527℃，确认钢水重量为267吨、成分碳含量为0.046%；将盛有待处理钢水的钢包运输至RH处理位，真空处理前测定钢水温度为1612℃、氧含量为0.030%。RH炉吨位为250吨。
（2）开始真空处理，设定吹氧总时间t总=612s；槽内真空度降低至150mbar时开始下降氧枪，当氧枪高度距环流小管7m时开始吹氧，吹氧过程氧枪高度H按下式控制H=7-7t/1224，氧气实时流量FO2按下式控制FO2=5340×(23/15)1/2×[0.75+(t/612)2-t/612]|sin(πt/180)|；吹氧过程当氧气流量FO2低于1500Nm3/h时，连接氧枪的氩气管道阀门打开吹入适量氩气，使得氧枪吹出的混合气体流量为1500Nm3/h。
（3）吹氧脱碳结束，槽内真空度快速降低至0.4mbar，自然脱碳3个钢水循环次数，结束脱碳，测定钢水终点温度1601℃、终点氧含量为270ppm，化验钢水碳含量为0.0017%。
实施例6：本精炼RH炉吹氧脱碳的方法具体如下所述。
（1）待处理钢水对应钢种的液相线温度为1529℃，确认钢水重量为310吨、成分碳含量为0.055%；将盛有待处理钢水的钢包运输至RH处理位，真空处理前测定钢水温度为1584℃、氧含量为0.053%。RH炉吨位为300吨。
（2）开始真空处理，设定吹氧总时间t总=284s；槽内真空度降低至180mbar时开始下降氧枪，当氧枪高度距环流小管8m时开始吹氧，吹氧过程氧枪高度H按下式控制H=8-t/71，氧气实时流量FO2按下式控制FO2=6200×(55/53)1/2×[0.75+(t/284)2-t/284]|sin(πt/180)|；吹氧过程当氧气流量FO2低于1500Nm3/h时，连接氧枪的氩气管道阀门打开吹入适量氩气，使得氧枪吹出的混合气体流量为1500Nm3/h。
（3）吹氧脱碳结束，槽内真空度快速降低至1.0mbar，自然脱碳1个钢水循环次数，结束脱碳，测定钢水终点温度1575℃、终点氧含量为150ppm，化验钢水碳含量为0.0017%。
实施例7：本精炼RH炉吹氧脱碳的方法具体如下所述。
（1）待处理钢水对应钢种的液相线温度为1526℃，确认钢水重量为110吨、成分碳含量为0.035%；将盛有待处理钢水的钢包运输至RH处理位，真空处理前测定钢水温度为1572℃、氧含量为0.060%。RH炉吨位为100吨。
（2）开始真空处理，设定吹氧总时间t总=83s；槽内真空度降低至120mbar时开始下降氧枪，当氧枪高度距环流小管4m时开始吹氧，吹氧过程氧枪高度H按下式控制H=4-2t/83，氧气实时流量FO2按下式控制FO2=20W×(7/12)1/2×[0.75+(t/83)2-t/83]|sin(πt/180)|；吹氧过程当氧气流量FO2低于1500Nm3/h时，连接氧枪的氩气管道阀门打开吹入适量氩气，使得氧枪吹出的混合气体流量为1500Nm3/h。
（3）吹氧脱碳结束，槽内真空度快速降低至0.1mbar，自然脱碳3个钢水循环次数，结束脱碳，测定钢水终点温度1561℃、终点氧含量为166ppm，化验钢水碳含量为0.005%。
Claims (5)
1.一种精炼RH炉吹氧脱碳的方法，其特征在于：吹氧脱碳过程中，氧枪高度H按下式（Ⅰ）随时间变化；
H=H初始(1-0.5t/t总) （Ⅰ）
式（Ⅰ）中，
H：氧枪高度，m；
H初始：开始吹氧时的初始氧枪高度，m；
t：吹氧持续时间，s；
t总：吹氧总时间，s；
吹氧脱碳过程中，氧气实时流量FO2按下式（Ⅱ）设定；
FO2=20W×(C/O)1/2×[0.75+(t/t总)2-t/t总]|sin(πt/180)| （Ⅱ）
式（Ⅱ）中，
FO2：氧气实时流量，Nm3/h；
W：钢水重量，t；
C/O：真空处理前钢水的碳氧含量比；
t：吹氧持续时间，s；
t总：吹氧总时间，s。
2.根据权利要求1所述的一种精炼RH炉吹氧脱碳的方法，其特征在于：吹氧总时间t总按下式（Ⅲ）设定，
t总=300(1.33C+0.030-O)/O （Ⅲ）
式（Ⅲ）中，
C：真空处理前钢水的碳含量，wt%；
O：真空处理前钢水的氧含量，wt%。
3.根据权利要求1所述的一种精炼RH炉吹氧脱碳的方法，其特征在于：所述吹氧脱碳过程中，氧气实时流量FO2低于1500Nm3/h时，在氧气中混入惰性气体以使氧枪吹出的混合气体实时流量不低于1500Nm3/h。
4.根据权利要求1所述的一种精炼RH炉吹氧脱碳的方法，其特征在于：RH真空处理前钢水中C 0.030%～0.070%。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的一种精炼RH炉吹氧脱碳的方法，其特征在于：所述吹氧脱碳过程结束后进行自然脱碳。
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2022
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