精炼工艺优化及开发VD炉脱碳工艺的研究.docx

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精炼工艺优化及开发VD炉脱碳工艺的研究

精炼工艺优化及开发VD炉脱碳工艺的研究

随着我国动力和基础设备树立的开展，要求高强度低合金钢板具有较高的屈服强度、良好的焊接性、高的断裂韧性以及低的韧脆转变温度、良好的冷成型性等。

而低碳贝氏体钢由于具有高强度、高韧性、焊接功用优秀、低本钱的特点，故在欧美兴旺国度普遍运用于油气管线、工程机械、重型汽车、集装箱、造船、桥梁、压力容器等诸多范围。

我厂开收回VD真空氧脱碳等新工艺，不只提高了宽厚板厂的综合技术水平，还确保了WH70、X70、WDB620、X60等低碳高强度贝氏体钢的成功开发，扩展了高技术含量、高附加值产品的范围，增强了企业在市场上的竞争力和影响力。

本文就VD真空氧脱碳工艺停止了剖析研讨。

1　真空氧脱碳冶金原理

真空氧脱碳原理与真空碳脱氧原理是分歧的。

换句话说，真空氧脱碳是依据真空碳脱氧原理反推出来的一种新的脱碳工艺，它们的区别只在于冶金侧重点不同而已。

它听从以下冶金热力学规律：

[C]+[O]=CO↑

依据冶金学原理，真空下[O]与[C]的反响才干随真空度的提高而提高，所以真空进程随着CO分压的降低，钢中富氧与C的反响被重新激活，从而到达降C的目的。

以脱氧元素0.1%的质量分数为例，当PCO=10132.5Pa时，C/O反响才干超越Si-O反响才干；当PCO=133.32Pa时，[C]与[O]的亲和力又大于[Al]与[O]的结合力。

另外，由于转炉熔炼时采取强化供氧方式冶炼，氧化末期钢水中总氧含量通常大于10-3。

因此应用宽厚板厂现有的VD真空设备，在钢水未经硅、铝等脱氧恢复的状况下，停止真空氧脱碳可以使钢中成品w（[C]）降到0.05%以下。

2　真空脱碳工艺

2.1　转炉冶炼工艺

显然，在转炉冶炼进程中，添加钢液中的氧含量，对保证VD炉真空氧脱碳的冶炼效果是有利的。

同时，为了提高冶炼速度，扩展消费规模，对转炉冶炼操作提出如下要求：

（1）降低炉料的配碳量，生铁配入量以20t为宜，同时，须增加炉料中的易氧化元素，如锰钢、渣钢等不允许参与，前往废钢不宜配入过多；

（2）提高钢液温度，以增大钢液中氧的溶解度；

（3）加大供氧强度，添加供氧量，保证氧压在10kg以上；

（4）出钢大包温度大于1600℃，出钢w（[C]）<0.08%。

制止参与任何脱氧剂及渣料。

2.2　VD真空氧脱碳工艺

依据实际阅历，把从开抽到破坏真空时间限定为10～12min，真空度须到达200Pa～250Pa，开抽温度要控制在1590℃～1640℃，真空进程温降为（2.2±0.2）℃/min，氩气流量控制在200Nm3/h左右。

经此处置后，钢水w（[C]）低于0.01%，从而为保证成品w（[C]）≤0.05%打下了基础。

在抽真空操作中，进泵速度要平均平衡，防止钢水猛烈沸腾惹起溢渣，真空度到达26.7kPa左右和4kPa左右时，出现两次真空度上升缓慢或停滞现象，说明此时C-O反响猛烈，发生CO较多。

2.3　LF2VD前期精炼工艺

2.3.1　LF精炼要求

能否在50～60min内完成所精炼钢种对LF进程所要求的全部冶金义务，对顺利完成连浇起着决议性的作用。

而20min内完成变渣，40min内完成脱硫那么更是精炼操作的重中之重。

因此，为加快消费节拍，我们对精炼工艺作了如下改良：

2.3.1.1　对原辅资料的要求

真空残氧脱碳后，钢液中仍含有少量的氧，需求停止充沛的沉淀脱氧和分散脱氧。

但为增加钢液的进碳量，在停止脱氧操作时，应留意选择运用适宜的脱氧剂，如：

铝线、铝粉等。

关于硅铁粉，要求其w（C）必需小于0.15%，且应适当降低其运用量。

关于碳含量高的分散脱氧剂（如：

电石）那么制止运用。

2.3.1.2　钢水的快速脱氧

真空后喂入铝线700～850m/炉、Ca-Si块100～150kg/炉。

经过强迫性强脱氧剂沉淀脱氧，钢水中[O]T含量实践上已降至比拟低的水平，基本上不需再补铝线已可保证成品w（[Al]T）≥0.030%，并为快速脱硫发明了条件。

2.3.1.3　合金化

依据出钢量，提早计算所需合金的用量，并预备到位。

除Ti等易氧化元素外，其它合金在真空后于精炼位一次性参与。

精炼样渣变白，即以上元素被充沛恢复后，再微调至内控中限，以增加LF控制成分所需时间。

2.3.1.4　造渣、变渣

自然氧脱碳后，炉渣中（FeO）、（MnO）等含量很高，变渣十分困难，渣碱度和活动性不易控制。

从消费组织需求动身，须在15～20min内将炉渣变白。

因此我们按以下方法造渣：

石灰参与量1200～1500kg/炉，m（CaO）∶m（CaF2）=10∶3，用强分散脱氧剂变渣。

分散脱氧剂有：

金属铝粉200kg/炉、Fe2Si粉50～100kg/炉、Ca/Si块100kg，并增强吹氩搅拌，加快分散传质，保证了15～20min内造出理想白渣，这既为脱硫发明了条件，又使得渣中MnO等被恢复，便于准确控制钢水成分。

2.3.1.5　快速脱硫

在完成脱氧、变渣操作之后，为脱硫发明了极好的条件，再依据样结果报回后，微调Mn、

Ni、Mo、Nb等进入内控中下限。

强吹氩搅拌（约150Nm3/h）5min，即总精炼约40min，钢中w（[S]）≤0.010%，精炼完毕之前强吹氩3min，使钢中w（[S]）≤0.007%。

2.3.1.6　精炼进程碳含量的控制

真空氧脱碳后，钢中的w（[C]）≤0.01%，为保证精炼进程尽能够不增碳，也必需采取一些措施。

（1）送电前在电极处参与一些渣料，因此时钢液面上渣子比拟少，电极容易与钢水接触；

（2）运用合理的配电制度，电功率的大小影响电弧的长短，影响电极与钢液的接触；

（3）随时观察钢液面上有无电极头，在冶炼前尽能够防止电极带头精炼。

2.3.2　对VD二次真空处置要求第1次真空处置完成真空氧脱碳，保证钢中碳质量分数较低（≤0.01%）。

精炼完成后对钢液停止第2次真空处置，保证钢中的N、H、夹杂物等进一步降低，以提高钢水的纯真度。

真空工艺要求：

真空度67Pa坚持时间大于15min。

在真空处置前喂入Ca-Si线300～400m，以球化夹杂物。

3　真空氧脱碳工艺运用

近年来陆续开发了WH70、X70、WDB620、X60等低碳高强度贝氏体钢，合计500余炉，成品钢中平均w（C）为0.04%、平均w（S）为0.003%、w（H）在2×10-6左右、w（O）≤20×10-6、w（N）≤100×10-6。

成品钢中w（C）≤0.05%的炉次到达86.67%，一般炉次w（C）超越0.06%，主要是因出钢温度低招致精炼时间长形成电极进碳，以及少数原、辅资料碳高，由此说明真空氧脱碳工艺已可以顺应冶炼高技术含量、高附加值产品的需求。

4　存在的效果

虽然目前曾经处置了低碳高强度贝氏体钢的冶炼效果，但是其双真空消费工艺影响了消费组

织及消费效率。

采用真空氧脱碳工艺冶炼的钢种连浇率很低，只能连浇3炉（VOD投产后，这一矛盾即可失掉处置，连浇炉数可以提高到6～8炉），限制了电炉的产量。

缘由是冶炼时间比拟长，每炉钢从电炉出钢到上连铸基本都在3h左右。

所以要增强真空氧脱碳工艺研讨，如：

初炼炉的钢中C和O控制在什么水平，既能使氧脱碳后钢中C和O可以最低，又能前期精炼可快速脱氧，增加精炼时间。

关于钢中增碳的效果，需合理控制出钢温度，增加因出钢温度低招致精炼时间长形成电极进碳；增强原辅资料管理，增加原、辅资料进碳，提高[C]合格率。

5　结　论

（1）研讨开发了真空氧脱碳工艺，丰厚了炼钢手腕；

（2）真空氧脱碳工艺可以满足冶炼w（[C]）≤0.05%、w（[S]）≤0.005%的高强度、高技术含量、高附加值钢种的需求；

（3）需求进一步增强真空氧脱碳工艺研讨，增加精炼时间，提高连铸连浇炉数。

0　前言

宽厚板厂现有120t转炉两台，120tLF精

炼炉三台，VD炉一台，RH炉一台，构成了转炉冶炼→LF精炼→VD处置→CC这一具有国际先进水平的消费线。

VD炉主要起污染钢液和脱C的冶金效果，在提高最终产品———钢板的冶金质量，冶炼低C钢方面发扬着重要的作用。

1　VD处置对提高钢板冶金质量的作用

1.1　基本原理

依据西维茨定律，一定温度下，气体在钢液内的溶解度与液相面上的气压的平方根成正比。

一定真空度下，氢、氧、氮在钢液中的溶解度都有不同水平的降低；经过底吹Ar的剧烈搅拌作用和Ar气泡的真空室作用，促使气体从钢液中溢出、夹杂物上浮进入渣中、脱氧、脱硫反响继续停止、钢液成份、温度到达平均化。

1.2　脱气

钢中气体对钢板质量危害极大，是形成钢板探伤不合的主要缘由，特别是氢，当形成〝白点〞缺陷时必需报废，降低钢中气体含量是提高钢板冶金质量和探伤合格率的必要途径。

实践消费中，控制适当的Ar气流量，真空度最低到30Pa，时间到达20～25min，气体含量基本动摇在2×10-6左右、全[O]<20×10-6、[N]<100×10-6。

脱氢率可以到达40%左右，脱氮率可以到达10%～15%，继续延伸真空时间，气体含量虽可以继续降低，但脱除速度清楚减慢，综合思索各种要素，抽真空时间不宜过长。

表1

是真空处置前后钢液[H]含量状况，图1、图2区分

是真空处置钢板[O]、[N]含量状况。

1.3　去夹杂

真空处置具有清楚的去夹杂作用，依据LF精炼

进程脱氧水平，喂入AL线和Ca-Si线，调整钢液面

上渣子成份，真空处置后钢中的夹杂含量较少，夹杂

物形状也失掉了控制，图3为真空处置后，钢中夹杂

物评级状况，（共26炉，在钢板上取样，依照

GB10561-89停止检验、评级）。

由图3可以看出，

夹杂物评级绝大局部在1级以下，A、B类夹杂较少，

C、D类夹杂多在0.5～1.0级。

图3　夹杂物评级表示图

1.4　脱硫

真空脱硫原理如下[2]

：

　　[S]+[C]+CaO[S]=CaS[S]+CO

　　[S]+[Si]=SiS[g]

真空处置前，控制适宜的渣况，真空进程具有很强的脱S作用，脱S率可以到达50%以上。

真空处置后，可以确保钢中[S]不大于0.010%，最低可以到达0.003%。

图4为真空处置后钢中[S]散布状况。

图4　[S]含量散布表示图

1.5　真空处置与钢板探伤合格率钢板探伤合格率受钢种、真空处置、成材方式、紧缩比等多方面要素影响，VD炉投用前，经过扩氢退火处置来保证钢板探伤质量，从舞钢几年来的消费实际看，用真空处置替代扩氢处置，钢板探伤合格率可以提高约15%。

1.6　真空处置与钢板机械功用

经真空处置钢板的机械功用普遍优于未经真空处置的钢板，韧性、塑性目的大幅提高，从舞钢几年来的消费实际看，相反轧制条件下，真空处置延伸率平均提高5%，-20℃高温冲击平均提高近50J。

D级、E级钢真空处置后，功用合格率大幅提高。

2　真空自然氧脱碳2.1　基本原理

真空自然氧脱碳是依据真空碳脱氧原理反推出来的一种新的脱碳工艺，它听从以下热力学规律：

　　[C]+[O]=CO

真空下[O]与[C]的反响才干随真空度的提高而降低，从实际上剖析，当真空度到达1Torr以下时，[C]与[O]的亲和力大于[Al]与[O]的亲和力[3]。

电炉冶炼氧化期强化供氧，出钢后钢中总[O]含量在1000×10-6以上，加上吹Ar的作用，真空条件下，完成氧脱碳是完全能够的。

同时真空氧脱碳产物是CO气体，不会污染钢液，且具有一定的去处气体和粘附夹杂的作用。

2.2　真空自然氧脱碳操作

2.2.1　电炉冶炼

显然，氧化期强化吹氧，添加钢中氧含量，对保证真空自然氧脱碳的冶炼效果是有利的，同时，为了提高冶炼速度，初炼炉操作做了如下调整：

1）降低炉料配碳量，增加生铁配入量，同时，增加炉料中的易氧化元素。

2）氧化期加大供氧量，保证氧压不小于1.0MPa。

3）[C]<0.08%允许出钢；提高出钢温度，保证出钢后大包测温在1600℃以上，用以增大氧在钢液中的溶解度；出钢不加任何脱氧剂与渣料。

2.3　VD操