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真空炉生产超低碳钢的实践

来源：成都新德南光机械设备有限公司 | 发布时间：2015-03-28 |

1.前言
　　真空炉生产超低碳钢，最难控制的过程是前期的脱碳和后期的快速铝脱氧和合金化。针对宏发炼钢厂真空炉，在设备性能基本稳定的前提下，通过优化脱碳工艺操作过程，总结分析碳氧反应的利用系数以及铝脱氧和合金化时的收得率，摸索出一些经验公式，大大缩短了真空处理时间，加快了生产节奏，提高了产品质量。
　　2.真空炉生产超低碳钢的工艺过程
　　转炉过来的钢水→测温定氧取样→轻处理7分钟→再测温定氧→进行8 分钟的深脱碳处理→测温定氧取样→加铝脱氧及合金化→循环3 分钟后→测温定氧取样→净循环5 分钟后出钢。
　　针对这一过程，难点控制主要有两个方面，第一，如何在15 分钟内将碳脱到最低范围；第二，如何根据15 分钟脱碳后所定的钢液中残余氧含量，将铝一次性加到位，既能保证铝脱氧，又能保证铝合金化。这样，冶炼时间就能控制在25到30分钟之间。否则的话，真空处理时间就大大延长。在超低碳钢的生产过程中，随着冶炼时间的延长，耐材与钢液之间的接触也要导致钢水回碳，另外，超低碳钢由于铝的加入量比较大，产生的Al2O3夹杂很多，所以，铝加入的越早，越有利于Al2O3夹杂的上浮，越有利于后道工序的操作及产品质量的提高。
　　3.碳的控制
　　生产超低碳钢时，转炉钢水是不经过脱氧而直接上真空炉进行脱碳处理的，所以，对转炉过来的钢水，我们必须要知道钢水中的碳和氧的含量。根据实践经验，100ppm 碳大约需要150ppm 的氧，若要把碳脱到极低范围，还必须要保证钢水中有富余的200ppm 以上的氧含量。例如，转炉钢水碳为300ppm，要想将碳脱到极低范围，需要的氧含量为：3×150+200＝650 ppm．当然，富余氧含量越高，越有利于脱碳，但是，过高的富余氧含量必将需要更多的铝来脱氧，这将造成原料浪费，还将影响到钢水的纯净度。我们可以看出，在前6 分钟的脱碳过程中，碳含量降的快，在随后的9 分钟，碳的幅度降的就少啦！但是能降到15ppm 左右。为了便于分析，我们将15 分钟的脱碳过程分为两个阶段来讨论，前6分钟为轻处理，后9分钟为深脱碳处理。
　　3.1.轻处理
　　开始阶段，由于碳，氧含量比较高，反应比较激烈，易喷溅，所以我们要控制碳氧反应速度，避免一些事故的发生。在刚处理时，将提升气体流量设为80Nm3/h，并要控制抽真空速度，一般情况下1000mbar抽至400mbar用时2分钟，400mbar抽至150mbar用时2分钟，再保持150mbar约2分钟，在氧含量较高的情况下，轻处理结束，钢水中的碳含量基本能降到30ppm左右。
　　3.2深脱碳处理
　　随着钢水中碳含量的降低，脱碳速率变慢，碳的扩散成为限制性环节，要想继续进行脱碳，必须采取其他措施。此时，要根据轻处理结束后所定的氧含量来决定。第一，当钢水中富余的氧含量仍然很高（大于300ppm），就要提高提升气体流量到150Nm3/h，并打开E3，E2，E1增压泵，将真空度降到1mbar左右，保证9分钟的循环脱碳时间，可将碳降到15ppm左右。第二，若钢水富余氧含量较低，可结合第一次碳含量和氧含量，根据经验公式100ppm碳大约需要150ppm的氧，再加上富余的200ppm氧，算出还需要增加的氧含量。最后利用T-COB氧枪进行吹氧深脱碳。生产实践表明，在枪位为4220mm，氧压为14到16bar，氧流量为1800 Nm3/h时，每吹100Nm3氧气时，可使钢水中增加氧550ppm。由此可以计算出吹氧的体积。
　　4.加铝量的计算
　　真空炉生产超低钢，铝脱氧和铝合金化是同步进行的，为了便于分析计算，我们可以人为假设，将其分为一部份铝先脱氧，另一部分铝再合金化。
　　4.1 先计算合金化所消耗的铝量
　　根据宏发炼钢厂真空炉所生产的铝镇静钢实践分析，铝合金化时铝的收得率大约88%，这样，钢液中每增加0.001%[Al]时，所需加入的铝量为（按钢水装入量为180 吨，Al 的含量为99%计算）：
　　0.001% ×180×1000÷88%÷99%＝2
　　也就是说，在真空炉生产中，每加入2 kg 铝进行合金化，钢液中的铝含量增加0.001%。
　　4.2 再计算用于脱氧所消耗的铝量
　　宏发炼钢真空炉在进行深脱碳之后，用铝脱氧时铝的收得率大约在68%，按装入量180t 计算，根据方程：
　　2［Al］＋3［Ｏ］→ （Al2O3）
　　得出每脱100ppm 的氧所需加入的铝量为：0.01125% ×180×1000÷68%÷99%＝30（kg)
　　也就是说，在真空条件下，每30 kg 铝能脱去钢液中100ppm 的氧。
　　4.3 总结出加铝量的经验公式为：
　　2 × [成品成份上限] + 30 × [脱C 后定的氧含量]%
　　注意：在开炉第一炉，由于真空槽被长时间烘烤，槽内的钢渣氧化性比较强。在这种情况下，加铝量应适当增加15 到20 kg。
　　5.结论
　　5.1 在真空炉正常生产超低碳的过程中，影响脱碳反应的主要因素有：原始钢水中的碳含量和氧含量及其比例，提升气流量，真空度和脱碳时间。
　　5.2 通过优化脱碳操作过程，总结碳氧反应的利用系数，在15 分钟之内将碳脱到15ppm 左右，满足了各种超低碳钢的生产需要。
　　5.3 宏发炼钢厂真空炉生产超低碳钢时，铝脱氧时铝的收得率约为68%，合金化用铝的收得率约为88%。总结出加铝量的经验公式为：
　　2 * [成品成份上限] + 30 * [脱碳后定的氧含量]%
　　5.4 在生产实践中，超低碳钢的冶炼时间基本能控制在25到30分钟之间，缩短了真空处理时间，提高了生产节奏，同时也保证了钢水的纯净度和产品的质量。