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真空爐生產超低碳鋼的實踐

來源：成都新德南光機械設備有限公司 | 發布時間：2015-03-28 |

1.前言
　　真空爐生產超低碳鋼，最難控制的過程是前期的脫碳和后期的快速鋁脫氧和合金化。針對宏發煉鋼廠真空爐，在設備性能基本穩定的前提下，通過優化脫碳工藝操作過程，總結分析碳氧反應的利用系數以及鋁脫氧和合金化時的收得率，摸索出一些經驗公式，大大縮短了真空處理時間，加快了生產節奏，提高了產品質量。
　　2.真空爐生產超低碳鋼的工藝過程
　　轉爐過來的鋼水→測溫定氧取樣→輕處理7分鐘→再測溫定氧→進行8 分鐘的深脫碳處理→測溫定氧取樣→加鋁脫氧及合金化→循環3 分鐘后→測溫定氧取樣→凈循環5 分鐘后出鋼。
　　針對這一過程，難點控制主要有兩個方面，第一，如何在15 分鐘內將碳脫到最低范圍；第二，如何根據15 分鐘脫碳后所定的鋼液中殘余氧含量，將鋁一次性加到位，既能保證鋁脫氧，又能保證鋁合金化。這樣，冶煉時間就能控制在25到30分鐘之間。否則的話，真空處理時間就大大延長。在超低碳鋼的生產過程中，隨著冶煉時間的延長，耐材與鋼液之間的接觸也要導致鋼水回碳，另外，超低碳鋼由于鋁的加入量比較大，產生的Al2O3夾雜很多，所以，鋁加入的越早，越有利于Al2O3夾雜的上浮，越有利于后道工序的操作及產品質量的提高。
　　3.碳的控制
　　生產超低碳鋼時，轉爐鋼水是不經過脫氧而直接上真空爐進行脫碳處理的，所以，對轉爐過來的鋼水，我們必須要知道鋼水中的碳和氧的含量。根據實踐經驗，100ppm 碳大約需要150ppm 的氧，若要把碳脫到極低范圍，還必須要保證鋼水中有富余的200ppm 以上的氧含量。例如，轉爐鋼水碳為300ppm，要想將碳脫到極低范圍，需要的氧含量為：3×150+200＝650 ppm．當然，富余氧含量越高，越有利于脫碳，但是，過高的富余氧含量必將需要更多的鋁來脫氧，這將造成原料浪費，還將影響到鋼水的純凈度。我們可以看出，在前6 分鐘的脫碳過程中，碳含量降的快，在隨后的9 分鐘，碳的幅度降的就少啦！但是能降到15ppm 左右。為了便于分析，我們將15 分鐘的脫碳過程分為兩個階段來討論，前6分鐘為輕處理，后9分鐘為深脫碳處理。
　　3.1.輕處理
　　開始階段，由于碳，氧含量比較高，反應比較激烈，易噴濺，所以我們要控制碳氧反應速度，避免一些事故的發生。在剛處理時，將提升氣體流量設為80Nm3/h，并要控制抽真空速度，一般情況下1000mbar抽至400mbar用時2分鐘，400mbar抽至150mbar用時2分鐘，再保持150mbar約2分鐘，在氧含量較高的情況下，輕處理結束，鋼水中的碳含量基本能降到30ppm左右。
　　3.2深脫碳處理
　　隨著鋼水中碳含量的降低，脫碳速率變慢，碳的擴散成為限制性環節，要想繼續進行脫碳，必須采取其他措施。此時，要根據輕處理結束后所定的氧含量來決定。第一，當鋼水中富余的氧含量仍然很高（大于300ppm），就要提高提升氣體流量到150Nm3/h，并打開E3，E2，E1增壓泵，將真空度降到1mbar左右，保證9分鐘的循環脫碳時間，可將碳降到15ppm左右。第二，若鋼水富余氧含量較低，可結合第一次碳含量和氧含量，根據經驗公式100ppm碳大約需要150ppm的氧，再加上富余的200ppm氧，算出還需要增加的氧含量。最后利用T-COB氧槍進行吹氧深脫碳。生產實踐表明，在槍位為4220mm，氧壓為14到16bar，氧流量為1800 Nm3/h時，每吹100Nm3氧氣時，可使鋼水中增加氧550ppm。由此可以計算出吹氧的體積。
　　4.加鋁量的計算
　　真空爐生產超低鋼，鋁脫氧和鋁合金化是同步進行的，為了便于分析計算，我們可以人為假設，將其分為一部份鋁先脫氧，另一部分鋁再合金化。
　　4.1 先計算合金化所消耗的鋁量
　　根據宏發煉鋼廠真空爐所生產的鋁鎮靜鋼實踐分析，鋁合金化時鋁的收得率大約88%，這樣，鋼液中每增加0.001%[Al]時，所需加入的鋁量為（按鋼水裝入量為180 噸，Al 的含量為99%計算）：
　　0.001% ×180×1000÷88%÷99%＝2
　　也就是說，在真空爐生產中，每加入2 kg 鋁進行合金化，鋼液中的鋁含量增加0.001%。
　　4.2 再計算用于脫氧所消耗的鋁量
　　宏發煉鋼真空爐在進行深脫碳之后，用鋁脫氧時鋁的收得率大約在68%，按裝入量180t 計算，根據方程：
　　2［Al］＋3［Ｏ］→ （Al2O3）
　　得出每脫100ppm 的氧所需加入的鋁量為：0.01125% ×180×1000÷68%÷99%＝30（kg)
　　也就是說，在真空條件下，每30 kg 鋁能脫去鋼液中100ppm 的氧。
　　4.3 總結出加鋁量的經驗公式為：
　　2 × [成品成份上限] + 30 × [脫C 后定的氧含量]%
　　注意：在開爐第一爐，由于真空槽被長時間烘烤，槽內的鋼渣氧化性比較強。在這種情況下，加鋁量應適當增加15 到20 kg。
　　5.結論
　　5.1 在真空爐正常生產超低碳的過程中，影響脫碳反應的主要因素有：原始鋼水中的碳含量和氧含量及其比例，提升氣流量，真空度和脫碳時間。
　　5.2 通過優化脫碳操作過程，總結碳氧反應的利用系數，在15 分鐘之內將碳脫到15ppm 左右，滿足了各種超低碳鋼的生產需要。
　　5.3 宏發煉鋼廠真空爐生產超低碳鋼時，鋁脫氧時鋁的收得率約為68%，合金化用鋁的收得率約為88%。總結出加鋁量的經驗公式為：
　　2 * [成品成份上限] + 30 * [脫碳后定的氧含量]%
　　5.4 在生產實踐中，超低碳鋼的冶煉時間基本能控制在25到30分鐘之間，縮短了真空處理時間，提高了生產節奏，同時也保證了鋼水的純凈度和產品的質量。