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R H 生产超低碳钢工艺优化5 8 7 R H 生产超低碳钢工艺优化汪明东杨素波宋国菊赵克文艾立群蔡开科(攀枝花新钢钒股份(有限)公司)(北京科技大学拾金学院)摘要通过建立R H 真空处理脱碳数学模型研究了【c o、【o o、吹氩流量及压降制度等对脱碳效果的影响。模型计算结果表明，针对该厂R H 处理工艺，若提高压降速率和吹氩流量既可满足钢中 c 的要求，又可降低脱磺终点 0 J，从而城少脱氧合金的消耗和脱氧产物对锕水的污染。关键词R H 真空处理脱碳超低碳钢o P T l M U MP R O C E S So FR HT R E A T M E N TF O RI I 肌i A L o WC A R B 0 l NS T E E LW a n gM i n g d o n gY a f l gS u b 0鼢gG u o j uZ h a。K 州e nL i q 帅C a iK 丑i k e(P a f l 出i h u aI r o r l&S t e e l 陆n p a n y)(M e 切J l u r g yS c h Io fU S T B，B e 玎i n g)A 既汀R A c TAn l a t h 印_ 1 a t i c d。d e lw a se s t a b h s h e da I l da p p l i 甜幻s 打m d a l et h ed e c a r b u r i 刎。1 1i nf u d e 荫L 唱e ra 工l dt os t u d y t h ee f f e 如0 f c o，O o 玎o wa|r。u n t s。f A ra n de c u a t i m t e0 n t l l e 山)c a r b L 叶盟t i 锄T h er 酋d t S妇e d t l a ta s 删d 商n g t h e R Hp 士D o 皓s i n t h ep l a m，出e c a r b o na n d0 x 卿o。n t e n t i n t h e m e i ta t t h e 蜘d0 f d 瞌r b u r i 盟t i c a nb er e d u c e d 研i n 盯曲幽gt h e 州蝴t 硫印e e d df 1 0 1 r a 钯0 fU“g a s，T h L 培t k n s L T 1 p 石o _ 1。fd e【i d i 西n ga I l o yc a l lb e 捌u o e d，a r I dt l e；m d 世i o n sp I D d u c e di nd e o x i 幽n gp 士“翳8c 蚰b er e d u o e d 日三YW d SR Ht 埘t D e c a r b u 血a 石D 1 1，U 1 廿矿l d c a r b s t e e ll 前言固溶碳量对冷轧钢板深冲性能的影响已广为人知，这就要求R H 处理要在尽可能短的时间内把碳降至极低范围；另一方面，R H 处理同样要求R H 脱碳处理后的氧含量控制在尽可能低的程度，以减少钢中夹杂物提高I F 钢性能。加快R H 脱碳速率能放宽对转炉出钢碳含量的要求，合理的精炼工艺可降低钢液的氧化、减少二次氧化的氧源。本文针对攀钢R l-咖瑁处理生产I F 钢的脱碳工艺进行研究，以期对攀钢工艺优化提供定量指导。2 1R H M F B 强制脱碳模型的建立(1)假设：1)钢包和真空室中的钢水均充分混台；2)脱碳反应只在真空室中进行；联系人：艾立群博士，北京1 0 0 0 8 3】，北京科技大学。3)气激界面的C、o 浓度与c O 气相分压保持平衡；4)脱碳速率由C、o 传质控制。反应模型如图l 所示。(2)方程。根据前人研究结论L 1o 一，在上述假定条件下，钢包和真空室钢液中c、o 的质量平衡关系如式(1)(5)所示。气一液界面的c _ O 浓度关系式如式(6)所示。w(d q d)=Q(c v c L)(1)w(d O L d)=口(风一O L)(2)w(d C v d t)=Q(c L C v)一a l【c p(C v 一岛)(3)w(d m d f)=Q(O L O v)一a l【c P(o v 一魄)(4)幽c p(c v c s)M c=幽o P(O v q)M o(5)I g(1 0 一8 C d P)=一(1 1 6 0 丁+2 0 0 3)(6)式中，W 为R H 处理钢水重量，t；为真空室中钢水重量，t；C 为锕水中碳含量，1 0。；o 为钢水中氧5 8 82 0 0 1 中国钢铁年会论文集尸=K c C s o sC sO s靠o(C v。C s)d t o(O v o fJC vo v?cL0 c v?0 L0 0 vC Lo L气液界面真空室图1R H 脱碳模型简图F i g 1S c h 甘m b co fd e a 曲血z a t k r n o d dj n R HD r o c e s s含量，1 0。4；Q 为环流量，t n i n；M 为原子量，g m o J；尸。为气相中C O 分压，P a；p 为钢水密度，t r 一；碰为容积系数，m 3 m i n(n 代表真空室内碳或氧的反应速率)；下标L，s，v 分别代表钢包，反应界面，真空室。2 2 模型中各参数的确定(1)容积系数的确定。据s h o h e lK o u r o k i _ 2 J 定义曲v。：e”，同时，幽，还随气一液界面面积等的变化而变化，因而本文假设”=n+6 t，则有：幽。=c(o A r+)”“(7)式中，E 为真空室搅拌能，w t；”和c 对某一R H设备和一定工艺条件为一常数。(2)真空室搅拌能的计算真空室搅拌能可由S u n d b 暇公式计算圳。(3)环流量的讨论。攀钢环流量未经实验测定。由于K u u 礼a m 提出的环流量公式考虑到真空室压力对环流量的影响，故本文选用K u w a b a m 提出的公式进行计算E 3J：Q=1 1 4 G 1 心D 4 巧(1 n P l P 2)1 心(8)3 模型计算程序与模型验证3 1R H 脱碳模型计算程序R H 脱碳数学模型由方程(1)(6)来描述。利用变步长龙格一库塔法对偏微分方程组求解。3 2 阴脱碳模型验证线参考攀钢操作表。表l 模型计算条件(N o 2 6 4 5 6)T a b 1C 叫c l l l a t i 帆伽f l d i 们。鹏o ft b en l O d d项目取值钢包内钢承重量w 1 2 9絮磐一肋0 1 2 0 0(，9 时G=8 0 0)真空室内径D。nI _ 7“曼 管内径D。m04 5浸 管插 撵度H m06 5初始碳含量：c o 3 6L 1 04韧始氧含量 0。o 5 8 60 1 04时间m m0l2891 3P“P a)8 8 l，8】2 998 427 0 55 0l3时间m i n05 6 71 03 41 61 7】93 4T。1 6 2 61 6 1 0L 6 0 41 5 9 7I 硼5图2n 取不同值时碳含量计算与实测值的比较F i g 2c c 粕p a 啪0 f c c a l 饥l a t da 工l dm e a s u r e dw i t hd i H e r e n tv d u 嚼o fn当”取常数时，取不同”值模型计算结果与试验实测值的比较见图2，由图可见m 取常数时此模型无法准确模拟整个脱碳过程，因此取”=n+6 f，即”值随处理时间而变化。R H 脱碳过程中，当日=0 7，6=一0 0 2 5 时，模型计算与试验实测值吻合较好，见图3。该模型也经2 6 4 5 2、2 6 4 5 4 炉次验证，吻合较好，因此对攀钢R H 真空处理取n=0 7 00，0 2 5 是合适的。该模型可以作为工艺优化的基础依据。4 计算结果与讨论徽黧慧鬯翌耋篓塑二。4 J 茹燃怒煞采一鲥次在计算脱碳鬯璺翌，翌芝!昱量芝三昱塞萋篓的数；i：；藉磊看；盍端j：菇：赢；流量(蒜采)头z r o，一8 M 鼬测得的值；吹氩流量和温度变化曲一。一i F 可R H 生产超低碳钢工艺优化5 8 9，图3 模型计算与实测值的比较(2 6 4 5 2)F i g，3G。r 1 1 p a 9 姐。f 瞄u l 谯c a】c 山t e da n dm e a s 删为8 0 0 1 2 0 0 L m n 左右(吹氩制度不变)，R H 处理过程不供氧，计算不同初始碳含量的脱碳情况，如图4。当L c o=0 0 1 O 0 4，初始碳 C 。每增加O 0 1，终点碳增加0 0 7 0 0 1 5，当：C 。=O 0 4 O 0 5，初始碳 c n 每增加0 0 1，终点碳增加O 0 0 6 5。因此，对一定的氧含量，对应这样一个临界碳含量，当钢中碳低于此临界值时，初始碳含量对终点碳影响较小。图5 示出了与氧含量对应的临界碳含量，当钢中碳在此线以下时，相同处理时间初始碳含量对终点碳的影响较小，而当钢中碳高于此线时，脱碳速率降低，达到相同的终点碳需延长处理时问。由图可见，当 O k=0 0 6 时，R H真空处理i c 0 在O 0 2 5 0 0 3 5 是合理的。处理1 8 m i n 达到的最低碳含量水平为0 0 0 2 4 O 0 0 3 3。为生产O 0 0 3 0 以下的I F 钢，当初始碳含量太于O 0 3 0 时，需要吹氧强制脱碳。图4 初始碳古量对脱碳的曩 响F i g 4E f k t0 fi n j t i a l C o nd e c a r b 晡z a d o n4 2R H 处理初始氲台对脱碳速率的影响初始碳含量 C o=O 0 3 0，计算不同初始氧含量 o J。的脱碳情况，如图6。初始氧含量越高，脱碳速率越快，脱碳终点碳也越低。但初始氧含图5 与初始氧对应的临界碳含量n g 5c 五“c a 工 c r e s。a n d sc 0i n i t l a l o j量太于O 0 5 时，对终点碳影响不大。由此可见，对不同的碳含量有一个与之匹配的临界初始氧含量，使脱碳速率达到最快。图7 即与碳含量对应的临界氧含量。当钢中氧含量低于该直线时，将造成脱碳速率降低这时需强制脱碳；当氧含量高于该直线时，氧含量对脱碳几乎没有影响，但R H 脱碳终点的氧将升高，将需要更多的铝脱氧，生产成本增加，同时严重污染钢水。【c k，I _ O0 22 一O0 33 00 44 00 55 00 660 0 77 一O0 8024681 0 1 21 4 1 6 1 S2 02 2，吣图6 不同韧始氧古量下的脱碳曲线F i g 6D e c a r b L i 龃t i o na、惜w i t hd i f f 唧t 抽i t i a l o 4 3 压降制度对脱碳的影晌为了比较不同压降制度下的脱碳规律，这里设计三种降压模式，这三种模式下的压降数据绘于图8 n。其他条件同N o 2 6 4 5 6 炉欢。其中软脱碳方式是指压降速率较慢、压降出现平台的现有压降方式；相对于软脱碳方式，硬脱碳方式是指压降速率较快、压降曲线没有明显的平台的压降模式。其中软脱碳方式采用2“5 6 实际数据。模型计算结果见图8 6。当铜水碳含量在O 0 3 6 1 时，R H 设备采用“硬脱碳”方式，可在1 5 l I l i n 内使锕水碳降到0 0 0 1 9 2；x枷铆跏枷珊瑚m咖瑚啪锄5 9 0 2 0 叭中国钢铁年会论文集I u j。图7自然脱碳时与初始碳对应的临界氧含量n g 7c 一她I o r 曙p o|1 dc od i 珏唧ti _ 1 i t 瑚 c 采用“软脱碳”方式，相同时间内碳降到0 0 0 4 2 2，比“硬脱碳”方式高O 0 0 2 3；采用“预真空”方式，相同时问内碳降到0 0 0 1 2，比“硬脱碳”方式低0 0 0 0 7。图8 不同压降制度下的脱碳曲线R g8D e c a r b u 血a t i o nc L n v 箦啪d 盯d i f f e f tp r e$I td r e a 州i t i o n s目前攀钢I F 钢生产均采用“软脱碳”方式，若能采用“硬脱碳”方式消除压降平台则在处理1 5 m i n时能降低碳含量0 0 0 2 3。改变压阵模式对攀钢R H 生产超低碳钢意义重大。一方面提高压降速率可确保攀钢生产碳含量小于0 0 0 2 0 的I F 钢，另一方面，生产碳含量小于O 0 0 5 0 的l F 钢时为R H 处理争取了宝贵的7 m i n时间。4 4 吹氩流量对脱碳的影响按图9 描述的6 种不同吹氩模式计算不同吹氩流量下的脱碳曲线，模型计算条件为2 6 4 5 6 炉R H处理的过程数据，只是将吹氩流量作了改动。其中模式l 为现有吹氩方式，模式6 与模式1 的氩气吹入总量相同。计算结果示于图1 0。模式l、2、3 在前5 m i n 脱碳速率相同，与4、5 相比碳含量相差0 0 0 0 5。在脱碳第1 6 1 8 m I n，模式4 的脱碳速率优于其他，最大差幅达0 0 0 0 5。EEj芒删蛙扩厢4 4 l4 3 14 2 x【4 l 14 0 13 9 13 8 13 7 13 6 l3 5 l3 4 l3 3 l3 2 l图9 吹氩流量模式图R g 9删f f e r e l l tp a t t e m so fA rf I。w旷4O4O 一4旷40 叫0 0-4l 一吹氩模式2 吹氲摸式3 一吹氩模式4 一吹氲模式5 一吹氩模式6 一吹氩模式61 71 81 9f，m I n图1 0 不同吹氩模式下碳含量的变化F I g1 01 h e d 啪g e0 f C w i t hd i f f 呲n t m f b w2 0由分析可知：(1)吹氩流量对脱碳速率的影响明显弱于压降的影响，因此加大吹氩流量应以提高抽气速率为前提；(2)平均分配吹氩流量利于降低终点碳含量；(3 j 后期提高吹氩流量可提高脱碳能力；(4)缩短低流量吹氩时间可进一步降低碳含量。R H 生产超低碳钢工艺优化5 9 l5 小结针对攀钢条件建立了R H 处理脱碳模型，为攀钢R H 处理工艺优化提供了依据和定量指标。根据脱碳模型计算结果，当 C 大于0 0 3 时须采用强制脱碳手段。现有压降制度不适于生产成品钢中要求碳含量小于0 0 0 3 的I F 钢采用自然脱碳方式，对应一定的碳含量，存在一个较理想的初始氧含量范围，此时既可保证脱碳速度，又可保证R H 处理脱碳后有较低的氧含量。缩短低流量吹氩时间可降低脱碳后的碳含量。参考文献1州i Y 咖l g L l c k，E 眦。f R e n r I g C。r I d l 由呻f o rL 廿a h(h b。【Is l e e ID e r b u n 翻d o nR 曲吐h Ii nR HD 嗨脚，I S UI m m t i r I a I 3 2(1 鲫2)，1，1 2 6 1 3 52R H 追，T r 町皓A m I r 哑C h 咖E t l g，3 1(1 9 3 5)，3 6 53TK 矾m b a r add，I S U 2 8，1 9 鹄：3 0 5 3 1 3RH生产超低碳钢工艺优化RH生产超低碳钢工艺优化作者：汪明东，杨素波，宋国菊，赵克文，艾立群，蔡开科作者单位：汪明东,杨素波,宋国菊,赵克文(攀枝花新钢钒股份(有限)公司)，艾立群,蔡开科(北京科技大学冶金学院)本文链接：http:/