VD炉氧脱碳工艺生产实践

 为了研发MCCR低碳钢种,采用KR→转炉→VD炉→LF炉工艺流程,开发利用VD炉氧脱碳工艺,生产超低碳钢(w([C])小于0.02%)。复吹转炉出钢w([C])小于0.06%,沸腾出钢,出钢过程平均脱碳率为33%;VD炉真空处理保持深真空(小于67 Pa),脱碳率达到65%,实现脱碳后平均w([C])为0.006 7%,最低w([C])为0.002 3%。LF炉采用控制增碳深脱硫,完全能够满足MCCR超低碳超低硫钢生产需求。     

250t RH真空精炼炉浸渍管的改进

RH真空精炼炉的主要功能是脱氧、脱碳、净化钢液,是提高钢材质量的基础条件。邯钢250 t RH真空精炼炉投产初期存在的主要问题是浸渍管寿命低（大约30炉）,影响正常的生产,生产成本较高。经过反复分析,认为浸渍管的设计和砌筑存在缺陷,对浸渍管进行改进后,浸渍管的寿命达到90炉以上,保证了生产组织的顺行,为邯钢高级品种钢的上量打下了良好基础。     

弓形浸渍管RH钢液流动行为的物理模拟

为了提高RH真空精炼系统的效率,设计了一种弓形浸渍管结构的RH真空槽。通过水模型试验对弓形和传统圆形浸渍管的RH设备进行了循环流量和均混时间的测定。试验发现:在实际生产条件下,弓形浸渍管RH比传统圆形浸渍管RH循环流量增加100%～180%;均混时间比传统RH减少35%左右。当提升气体流量超过饱和值时,弓形浸渍管RH的循环流量随着提升气体流量的增大而更加明显。弓形浸渍管RH可显著提高精炼效率,具有重要的应用前景。     

RH浸渍管内径对钢液精炼与洁净度的影响

使用不同内径尺寸的RH浸渍管进行工业生产试验,试验结果表明:浸渍管内径越大,钢液脱碳、脱氢速率越高、浸渍管耐材侵蚀率降低、洁净度提高.浸渍管内径由450 mm扩大到510 mm,钢液初始碳质量分数0.05％ 经过RH深脱碳至0.01％ 以下,时间缩短了8 min,效率提高了61.5％;经过真空循环脱气后,钢液氢质量分数...     

RH表观脱碳速率的影响因素研究

根据真空脱碳反应热力学讨论了实际真空度130Pa以下保持12min的RH脱碳反应的碳-氧平衡关系,指出受传质动力学的影响,RH脱碳结束时钢液中的氧含量还未达到真空度为1 000Pa时的平衡值。利用pH值测定法NaOH稀溶液吸收CO_2速率的实验原理在水模型中对RH真空[C]-[O]反应的表观脱碳速率进行研究,考察了提升气体流量、顶吹气体流量、顶枪枪位和气泡行程(浸渍管浸入深度)等因素对传质的影响。     

RH炉浸渍管使用寿命分析及改进

分析中厚板卷厂RH炉浸渍管使用寿命低的原因,通过优化RH炉浸渍管耐材的理化指标、浸渍管喷补料及喷补工艺,改进顶渣设备及优化烘烤制度等措施的实施,浸渍管平均使用寿命由2007年投产初期的32炉提高到2009年的72炉,RH炉真空钢月生产量由2万吨提高到8.3万吨。     

浸渍管形状对RH精炼中钢液流动和混合特性的影响

通过水模拟试验,对采用椭圆形和圆形浸渍管的RH设备分别进行了混匀时间和循环流量的测定,比较后得知:在真空压力97709Pa,插深130mm的条件下,当驱动气体流量大于2.33 m3/h时,椭圆浸渍管的RH循环流量优势明显,大于2.7 m3/h时混匀时间明显减少.测出椭圆浸渍管RH设备在不同工艺参数下混匀时间和循环流量的变化规律,并进行了流场流线试验.分析得知,在相同的单位浸渍管截面积供气强度下,椭圆管RH的循环流量和混匀时间均优于普通RH,试验条件下循环流量可增大50％,最后回归出2种模型间循环流量的关系式.     

RH真空压降模式对超低碳钢脱碳速率的影响

以迁钢RH炉为背景,通过RH真空处理脱碳数学模型研究了不同真空压降模式对整体碳含量的影响。模型计算结果表明,真空度提高越快,脱碳反应的脱碳速率越大,所得到的终点碳含量也越低,真空度达到5kPa的时间提前3min,终点碳的质量分数可降低20×10-6左右;真空压降平台出现前后,整体脱碳速率分别出现峰值的变化;消除真空压降...     

弓形浸渍管RH混合传质均匀性的数值模拟

为了提高RH系统真空精炼的效率,采用了一种新型弓形浸渍管RH装置.通过欧拉-欧拉方法对弓形浸渍管RH装置进行了数值模拟,计算了循环流量、均混时间、真空室液面流速分布、真空室内传质均匀性、真空室内RTD和钢包内RTD,并与传统RH进行对比.结果表明,在实际生产条件下,弓形管RH的循环流量比传统RH增加了91％～99％,均...     

干式机械泵真空系统在70tRH炉的应用

介绍了敬业钢铁有限公司70 t RH炉的工艺参数及干式机械泵真空系统的设计标准,分析了其在70 t RH炉的应用效果。实践表明,干式机械泵采用布袋除尘器,除尘效率高,无需消耗大量蒸汽,能耗仅为蒸汽泵的11.6%,吨钢运行成本可节省26.5元。机械泵的抽气能力强,7 min时槽内真空度即达到50 Pa左右,且可保持长时间运行;脱氢处理10 min即可将w_([H])降至0.000 15%以下;脱碳处理20 min即可将w_([C])降至0.002 0%。相较传统的蒸汽泵,机械泵在环保、能耗、运行成本三方面均有明显优势,冶金效果良好。     

GCr15轴承钢BOF-LF-RH-CC流程夹杂物的生成及演变

 为研究GCr15轴承钢中夹杂物的演变规律,对某钢厂BOF-LF-RH-CC工艺流程生产的GCr15轴承钢进行了全流程取样,并利用ASPEX扫描电镜和热力学计算对各工序钢中夹杂物的演变进行了系统的分析。研究表明,在LF精炼初期,钢中夹杂物主要为高Al₂O₃(w(Al₂O₃)=84%)的MgO-Al₂O₃和CaO-MgO-Al₂O₃夹杂物;LF精炼结束时,MgO-Al₂O₃和CaO-MgO-Al₂O₃夹杂物的数量所占比例分别为74%和26%,此时钢液中夹杂物尺寸主要为1～6 μm,数量所占比例为87%。LF-RH精炼期间,夹杂物总数量由LF精炼结束时的198 个/(20 mm2)降低至RH破空后的103 个/(20 mm2),降幅为48%,其中MgO-Al₂O₃夹杂物主要在LF精炼期间生成,然后在RH精炼时基本被去除,具体表现为,其数量由LF进站时的88 个/(20 mm2)增加至LF出站时的139 个/(20 mm2),在RH软吹结束时降低为4 个/(20 mm2);CaO-MgO-Al₂O₃夹杂物主要在RH精炼期间生成,其数量由LF出站时的49个/(20 mm2)增加至RH软吹结束时的108 个/(20 mm2),这表明RH真空精炼对夹杂物去除效果较好。热力学计算结果表明,二次精炼过程中钢中Al_s、Mg含量处于MgO-Al₂O₃夹杂物优势区内,这表明MgO-Al₂O₃夹杂物更易生成;当钢中w([Mg])为0.000 3%时,w([Ca])大于0.000 25%,满足MgO-Al₂O₃夹杂物转变为CaO-MgO-Al₂O₃夹杂物的热力学条件,而且当w([Al_s])为0.022%时,w([Ca])控制为0.000 25%～0.007 00%时更有利于生成液态化的钙铝酸盐。试验过程钢中w([Ca])约为0.000 1%～0.000 4%,因此夹杂物更多地转变为CaO-MgO-Al₂O₃夹杂物。     

超高牌号无取向硅钢降钛工艺研究及改进

通过分析研究超高牌号无取向电工钢35W230冶炼过程中[Ti]的来源和变化趋势,确定了冶炼过程中[Ti]含量升高的主要因素,即渣中(TiO₂)还原成为[Ti]进入钢水,和硅铁合金中杂质Ti元素进入钢水。同时确定了影响渣中(TiO₂)含量的主要因素,即铁水[Ti]含量和转炉铁矾土加入量。通过选择[Ti]质量分数约为0.02%的低钛铁水,并降低转炉铁矾土加入量至300 kg/炉,与铁水[Ti]质量分数约为0.04%、铁矾土用量约600 kg/炉相比,成品[Ti]质量分数从0.004 43%降低到0.002 58%。在此基础上,进一步优化了RH铝脱氧工艺,钢水脱碳时,加铝预脱氧至0.02%~0.03%,加入硅铁进行脱氧和合金化,利用钢水中的氧去除硅铁合金带中的[Ti],再加入铝丸和电解锰,最终使钢水中的[Ti]质量分数达到了0.002 10%。铸坯全氧质量分数试验炉次为0.001 1%,与正常炉次0.001 0%相差不大。性能上铁损P15/50降低了约0.07 W/kg,磁感J5000提高了0.004 T。     

RH炉浸渍管非对称腐蚀的数值模拟和应用

某钢厂 100 t RH炉存在上升管与下降管非对称腐蚀的问题,下部槽在上升管侧入口处的侵蚀远大于下降管侧出口处的侵蚀,无法满足设计的下部槽与浸渍管更换频率为1∶3的要求。通过数值模拟,对RH 炉吹气进行了流场模拟,得出了上升管和下降管的速度场分布,确定了该问题存在的原因是上升管与下降管内钢液的流速差异大,采取浸渍管对调等优化措施后,下部槽和浸渍管寿命分别达到 333和111炉,第3次浸渍管能与下部槽同步下线,降低了耐材成本。     

单管RH精炼过程钢液流场的水模型实验

采用物理模拟方法对单管 RH 真空精炼过程流场的循环流动、混合特性等进行了研究,建立与 RH 真空精炼装置原型相似比为1∶5的水模型,研究了不同工艺参数对单管 RH 装置内钢液循环流动的影响。对比实验测量数据发现,增大吹氩量和浸渍管插入深度以及浸渍管有效横截面有利于提高循环流量,减小均混时间;在相同的实验条件下,椭圆形浸渍管 RH 比传统浸渍管 RH 的循环流量要大15％以上,单管 RH 的均混时间比传统RH 可以缩短20％;单管 RH 钢包底部吹氩位置位于距钢包中心0.4R(R 是钢包半径)处时,均混时间最短。     

RH真空精炼法浸渍管结构形式的发展

回顾了RH浸渍管结构形式的发展历史。除了简述常规双圆形浸渍管结构外,还介绍了单浸渍管结构、双椭圆形浸渍管结构、多浸渍管结构等3种新型RH结构及其试验研究。比较认为,新结构RH在循环流量、流场、脱碳方面均优于或至少相当于常规RH,但是由于其它新结构的RH结构复杂,只有单浸渍管结构RH已投入工业应用。     

RH真空精炼过程的动态模拟

建立了描述RH真空精炼装置内钢液动态脱碳（脱气）模型。对RH真空精炼时的脱碳、脱氧、脱氮和脱氢过程进行了动态模拟研究，考察了浸渍管直径、循环流量、吹氩量、氧含量和真空度对脱碳和脱气过程的影响。动态脱碳（脱气）模型考虑了反应机理，认为脱碳是通过上升管中Ar气泡表面、真空室中钢液的自由表面和真空室钢液内部脱碳反应生成的CO气泡表面进行的，并且考虑了精炼处理时的抽真空制度。该模型能全面描述RH精炼过程中不同时刻钢液中碳、氧、氮和氢的含量，能较好预测实际过程，可用于RH真空精炼过程的优化和新工艺开发。     

轴承钢二次精炼过程夹杂物演变规律

 研究了轴承钢LF精炼和RH真空处理过程各类夹杂物的成分、种类和数量变化,并结合热力学模拟计算了夹杂物与钢液的界面参数,并对试验结果进行分析讨论。夹杂物分析结果表明,精炼25 min后,脱氧产物Al₂O₃消失,钢中夹杂物以纯尖晶石、含少量CaO的尖晶石、CaO·2Al₂O₃和CaO·Al₂O₃为主。继续精炼65 min至LF精炼结束,钢中夹杂物仍以纯尖晶石、含少量CaO的尖晶石、CaO·2Al₂O₃和CaO·Al₂O₃为主。RH真空处理25 min后,钢中夹杂物总数量较LF精炼结束降低75%,其中,纯尖晶石和含少量CaO的尖晶石去除率分别为99.5%和93.2%,CaO·2Al₂O₃去除率为67%。RH破空后钢中夹杂物以液态钙铝酸盐CaO·Al₂O₃和12CaO·7Al₂O₃为主。精炼过程尖晶石类夹杂物尺寸集中在10 μm以下,尺寸大于20 μm夹杂物主要为处于液相区的钙铝酸盐,这些钙铝酸盐在LF精炼前期就已经存在。与钢水接触角大于90°的固态夹杂物纯尖晶石、含少量CaO的尖晶石和CaO·2Al₂O₃在RH真空处理过程容易去除,与钢水接触角小于90°的液态夹杂物CaO·Al₂O₃和12CaO·7Al₂O₃不易去除。因此,将LF精炼结束的夹杂物控制为固态夹杂物有利于RH真空处理过程夹杂物的高效去除。热力学计算结果表明,当钢中w(T[O])为0.001 0%、w([Mg])大于0.000 18%时,脱氧产物Al₂O₃热力学上就不能稳定存在。铝脱氧、高碱度渣精炼条件下很难稳定地获得固态Al₂O₃夹杂物。为获得完全固态尖晶石或高熔点钙铝酸盐夹杂物,钢中w([Ca])需控制在0.000 1%以内。钢中w([Ca])大于0.000 2%,就具备生成液态夹杂物的热力学条件。     

单嘴精炼炉真空处理过程气泡行为及冶金效果研究

根据相似理论,以钢厂80 t单嘴精炼炉1:4的水模型模拟了单嘴精炼炉内气泡行为,分析了吹气流量(2～10 L/min)、吹气塞直径(15～30 mm)对气泡行为、混匀时间的影响。水模拟结果表明,随吹气流量增加,混匀时间减少,但吹气流量≥6 L/min,混匀时间没有显著变化;在相同吹气量下,吹气塞直径增加,混匀时间减少。实验研究基础上,在80 t单嘴精炼炉上进行了超低碳钢的生产试验,结果表明单嘴精炼炉在18 min脱碳时间内,钢中碳含量可降到10×10^-6;脱硫剂消耗4 kg/t的情况下,成品钢中S含量为(20～30)×10^-6,脱硫率平均达49%;吹氩强度平均为4 L/(t·min),是相同吨位RH的25%。     

超低碳钢RH冶炼脱碳过程的数学模型

在充分考虑RH平衡碳氧浓度的前提下,建立脱碳反应数学模型.以210 t超低碳钢RH冶炼工艺为背景,详细给出数学模型的建立原则与过程.将模拟结果与实际测量数据进行对比发现,数学模型与实际测量数据有很好的吻合度.碳元素在钢液内存在一定的不均匀性,真空室自由液面下降管上方碳元素质量分数最小,钢渣界面处上升管右侧碳元素质量分数最大,循环20 min后,二者相差0.0025%左右.