真空爐生產(chǎn)超低碳鋼的實(shí)踐

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　　1.前言

　　真空爐生產(chǎn)超低碳鋼，最難控制的過(guò)程是前期的脫碳和后期的快速鋁脫氧和合金化。針對(duì)宏發(fā)煉鋼廠真空爐，在設(shè)備性能基本穩(wěn)定的前提下，通過(guò)優(yōu)化脫碳工藝操作過(guò)程，總結(jié)分析碳氧反應(yīng)的利用系數(shù)以及鋁脫氧和合金化時(shí)的收得率，摸索出一些經(jīng)驗(yàn)公式，大大縮短了真空處理時(shí)間，加快了生產(chǎn)節(jié)奏，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。

　　2.真空爐生產(chǎn)超低碳鋼的工藝過(guò)程

　　轉(zhuǎn)爐過(guò)來(lái)的鋼水→測(cè)溫定氧取樣→輕處理7分鐘→再測(cè)溫定氧→進(jìn)行8分鐘的深脫碳處理→測(cè)溫定氧取樣→加鋁脫氧及合金化→循環(huán)3分鐘后→測(cè)溫定氧取樣→凈循環(huán)5分鐘后出鋼。

　　針對(duì)這一過(guò)程，難點(diǎn)控制主要有兩個(gè)方面，第一，如何在15分鐘內(nèi)將碳脫到最低范圍；第二，如何根據(jù)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(shí)間就能控制在25到30分鐘之間。否則的話，真空處理時(shí)間就大大延長(zhǎng)。在超低碳鋼的生產(chǎn)過(guò)程中，隨著冶煉時(shí)間的延長(zhǎng)，耐材與鋼液之間的接觸也要導(dǎo)致鋼水回碳，另外，超低碳鋼由于鋁的加入量比較大，產(chǎn)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(chǎn)品質(zhì)量的提高。

　　3.碳的控制

　　生產(chǎn)超低碳鋼時(shí)，轉(zhuǎn)爐鋼水是不經(jīng)過(guò)脫氧而直接上真空爐進(jìn)行脫碳處理的，所以，對(duì)轉(zhuǎn)爐過(guò)來(lái)的鋼水，我們必須要知道鋼水中的碳和氧的含量。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，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(zhuǎn)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＝650ppm．當(dāng)然，富余氧含量越高，越有利于脫碳，但是，過(guò)高的富余氧含量必將需要更多的鋁來(lái)脫氧，這將造成原料浪費(fèi)，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(guò)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(guò)程分為兩個(gè)階段來(lái)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(kāi)始階段，由于碳，氧含量比較高，反應(yīng)比較激烈，易噴濺，所以我們要控制碳氧反應(yīng)速度，避免一些事故的發(fā)生。在剛處理時(shí)，將提升氣體流量設(shè)為80Nm3/h，并要控制抽真空速度，一般情況下1000mbar抽至400mbar用時(shí)2分鐘，400mbar抽至150mbar用時(shí)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(jié)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(kuò)散成為限制性環(huán)節(jié)，要想繼續(xù)進(jìn)行脫碳，必須采取其他措施。此時(shí)，要根據(jù)輕處理結(jié)束后所定的氧含量來(lái)決定。第一，當(dāng)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(kāi)E3，E2，E1增壓泵，將真空度降到1mbar左右，保證9分鐘的循環(huán)脫碳時(shí)間，可將碳降到15ppm左右。第二，若鋼水富余氧含量較低，可結(jié)合第一次碳含量和氧含量，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)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(jìn)行吹氧深脫碳。生產(chǎn)實(shí)踐表明，在槍位為4220mm，氧壓為14到16bar，氧流量為1800Nm3/h時(shí)，每吹100Nm3氧氣時(shí)，可使鋼水中增加氧550ppm。由此可以計(jì)算出吹氧的體積。

　　4.加鋁量的計(jì)算

　　真空爐生產(chǎn)超低鋼，鋁脫氧和鋁合金化是同步進(jìn)行的，為了便于分析計(jì)算，我們可以人為假設(shè)，將其分為一部份鋁先脫氧，另一部分鋁再合金化。

　　4.1先計(jì)算合金化所消耗的鋁量

　　根據(jù)宏發(fā)煉鋼廠真空爐所生產(chǎn)的鋁鎮(zhèn)靜鋼實(shí)踐分析，鋁合金化時(shí)鋁的收得率大約88%，這樣，鋼液中每增加0.001%[Al]時(shí)，所需加入的鋁量為（按鋼水裝入量為180噸，Al的含量為99%計(jì)算）：

　　0.001%×180×1000÷88%÷99%＝2

　　也就是說(shuō)，在真空爐生產(chǎn)中，每加入2kg鋁進(jìn)行合金化，鋼液中的鋁含量增加0.001%。

　　4.2再計(jì)算用于脫氧所消耗的鋁量

　　宏發(fā)煉鋼真空爐在進(jìn)行深脫碳之后，用鋁脫氧時(shí)鋁的收得率大約在68%，按裝入量180t計(jì)算，根據(jù)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(shuō)，在真空條件下，每30kg鋁能脫去鋼液中100ppm的氧。

　　4.3總結(jié)出加鋁量的經(jīng)驗(yàn)公式為：

　　2×[成品成份上限]+30×[脫C后定的氧含量]%

　　注意：在開(kāi)爐第一爐，由于真空槽被長(zhǎng)時(shí)間烘烤，槽內(nèi)的鋼渣氧化性比較強(qiáng)。在這種情況下，加鋁量應(yīng)適當(dāng)增加15到20kg。

　　5.結(jié)論

　　5.1在真空爐正常生產(chǎn)超低碳的過(guò)程中，影響脫碳反應(yīng)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(shí)間。

　　5.2通過(guò)優(yōu)化脫碳操作過(guò)程，總結(jié)碳氧反應(yīng)的利用系數(shù)，在15分鐘之內(nèi)將碳脫到15ppm左右，滿足了各種超低碳鋼的生產(chǎn)需要。

　　5.3宏發(fā)煉鋼廠真空爐生產(chǎn)超低碳鋼時(shí)，鋁脫氧時(shí)鋁的收得率約為68%，合金化用鋁的收得率約為88%?？偨Y(jié)出加鋁量的經(jīng)驗(yàn)公式為：

　　2*[成品成份上限]+30*[脫碳后定的氧含量]%

　　5.4在生產(chǎn)實(shí)踐中，超低碳鋼的冶煉時(shí)間基本能控制在25到30分鐘之間，縮短了真空處理時(shí)間，提高了生產(chǎn)節(jié)奏，同時(shí)也保證了鋼水的純凈度和產(chǎn)品的質(zhì)量。