本發(fā)明涉及冶金技術(shù)，具體地指一種超低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼真空加碳預(yù)脫氧工藝。
背景技術(shù)：
鋼水脫氧的工藝一直是鋼水精煉過(guò)程中一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，好的鋼水脫氧工藝不僅可以降低脫氧劑的消耗、降低生產(chǎn)成本，而且有利于減少脫氧產(chǎn)物，減少鑄坯夾雜物，提高產(chǎn)品質(zhì)量。常用的脫氧合金主要包括Al，Si，Mn，由于Si，Mn脫氧不完全，且有成分要求，一般鋁鎮(zhèn)靜鋼采用Al脫氧，當(dāng)鋼種氧含量較高時(shí)，會(huì)消耗大量鋁丸，增加成本，且生成較多的Al2O3夾雜，造成鋼水純凈度降低，大部分鋼種的產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題都是由氧化夾雜物造成的，我國(guó)冶金工作者做了許多工作，以解決鋼水脫氧，成本及夾雜物去除之間的矛盾；對(duì)于中低碳鋼種，可以通過(guò)真空碳脫氧反應(yīng)，利用鋼水中的富余碳脫除一部分鋼中氧，但由于中低碳鋼種脫碳過(guò)程真空度的要求不高，碳氧積沒(méi)有達(dá)到最低，反應(yīng)不夠徹底；而對(duì)于超低碳(成品C＜20ppm)鋁鎮(zhèn)靜鋼(成品O＜20ppm)，真空結(jié)束碳含量控制困難，但如何利用超低碳鋼種高的真空度，在控制好碳含量的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)合適的脫氧工藝及控制措施非常有意義。
超低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼常規(guī)工藝流程為:鋼水到RH(真空處理)工位—提高真空度脫碳—加鋁丸脫氧—至目標(biāo)成分.由于對(duì)[C]，[O]含量要求嚴(yán)格，真空處理脫碳期要求達(dá)到極限真空度(小于67pa)脫碳，真空處理脫碳期結(jié)束鋼水氧在400-500ppm范圍，脫氧期要加入大量鋁脫氧，由此帶來(lái)鋁丸的大量消耗，另外生成的大量Al2O3夾雜雖然部分能上浮但還有大量存在于鋼液中，造成水口堵塞，鑄坯裂紋及成品質(zhì)量問(wèn)題。
綜上所述，超低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼脫氧工藝需要解決的問(wèn)題：
1)脫碳期結(jié)束鋼水C＜20ppm，O＜200ppm；
2)降低鋼水處理結(jié)束氧含量O＜20ppm；
3)鋁丸消耗高，夾雜物含量高；
所以，開(kāi)發(fā)出一種鋁鎮(zhèn)靜鋼脫氧工藝，能夠利用脫碳期的極限真空度，能夠降低鋁丸消耗，降低夾雜物含量對(duì)于鑄坯及成品質(zhì)量有著非常重要的意義。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的提供了一種超低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼真空加碳預(yù)脫氧工藝，該工藝在保證超低碳，超低氧的基礎(chǔ)上，降低了鋁丸消耗，減少了夾雜物，提高了鑄坯質(zhì)量。
為解決上述目的，本發(fā)明提供的一種超低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼真空加碳預(yù)脫氧工藝，包括以下步驟：
1)真空處理前取鋼樣測(cè)鋼水氧含量和溫度，保證氧的富余，保證處理后澆鑄溫度；
2)測(cè)量到站氧量、渣中返氧量計(jì)算預(yù)脫氧所需碳粉量；再將碳粉分批加入鋼水中進(jìn)行脫氧；
3)脫碳期結(jié)束前3～5min(加完碳粉需要一定時(shí)間的混勻和反應(yīng))加完最后一批碳粉，每批間隔1～2min(保證C-O反應(yīng)平穩(wěn))，自動(dòng)程序逐步開(kāi)啟下一級(jí)泵；
4)最后一批碳粉加入完成后3～5min，取樣定氧，控制氧含量為150～250ppm；
5)根據(jù)定氧結(jié)果計(jì)算加入鋁丸的量，加入鋁丸量通過(guò)鋁氧平衡反應(yīng)式及燒損量計(jì)算100kg鋁丸脫氧100ppm；
6)加鋁后5～7min(真空鋼水循環(huán)3次以上)取樣，對(duì)鋼水氧、錳、碳、T調(diào)整；
7)20～25min后定氧、取樣、完成整個(gè)脫氧處理。
進(jìn)一步地，所述步驟1)中，鋼水氧含量為500～1000ppm，溫度為1610～1720℃。
再進(jìn)一步地，所述步驟2)中，計(jì)算預(yù)脫氧所需碳粉量的方法以中脫碳期結(jié)束終點(diǎn)氧為150～250ppm，渣中返氧量按100～150ppm計(jì)算，得出碳粉加入量計(jì)算公式為：
脫氧碳＝[(到站氧量+真空室返氧量)/133-到站碳量]×22kg
對(duì)加碳粉數(shù)量進(jìn)行回歸分析后(通過(guò)多爐數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，真空室返氧量按100～150ppm計(jì)算，到站碳按400～500ppm計(jì)算，下式回歸可舍去這兩個(gè)變量，合金化前氧控制在150-250ppm)
碳粉加入量＝-97+0.26×到站氧-0.18×合金化前氧。
再進(jìn)一步地，所述步驟2)中，每批碳粉加入量5～25kg，每批碳粉加入時(shí)間為1～2分鐘，碳粉分批加入時(shí)真空度為5-10kpa。
再進(jìn)一步地，所述步驟4)中加完最后一批碳粉后，抽氣直至真空度≤67pa。
本發(fā)明的原理
在真空處理過(guò)程中，據(jù)脫碳氧反應(yīng)的熱力學(xué)方程：[C]+[O]＝CO↑
其反應(yīng)平衡常數(shù)為K＝Pco/(fc×wc×fo×wo)當(dāng)鋼液中碳和氧的濃度很小時(shí)，fc和fo可以看做1，公式變?yōu)椋篕＝Pco/(wc×wo)
當(dāng)溫度一定時(shí)K為常數(shù)，隨著Pco降低，wc與wo之積迅速降低。即在真空室內(nèi)，鋼液中碳可與氧作用發(fā)生碳氧反應(yīng)，而使鋼液的氧變成CO排除，這時(shí)碳在真空下成為脫氧劑，它的脫氧能力隨真空度的提高而迅速增強(qiáng)。在真空處理的工作壓力下，碳的脫氧能力就超過(guò)了硅或鋁的脫氧能力。真空狀態(tài)下碳脫氧在氣－液相界面上，脫氧產(chǎn)物CO能從液面上去除到氣相中，不會(huì)對(duì)鋼水造成夾雜物影響。
從動(dòng)力學(xué)方面，真空處理過(guò)程中的C-O反應(yīng)劇烈還加強(qiáng)了鋼水的攪拌，加速了鋼水在處理過(guò)程中的混勻，提高了鋼水純凈度，同時(shí)，C-O反應(yīng)帶來(lái)的攪拌效果讓C-O反應(yīng)更加完全，進(jìn)一步降低了鋼水中[C]和[O]的含量。所以利用相對(duì)廉價(jià)的碳粉對(duì)鋼液預(yù)脫氧來(lái)降低鋁丸的消耗效益明顯，效果顯著。
本發(fā)明的有益效果在于：
1)現(xiàn)有工藝中轉(zhuǎn)爐吹煉結(jié)束時(shí)，為了達(dá)到脫磷目的，鋼水都過(guò)氧化嚴(yán)重，為了達(dá)到后工序?qū)囟鹊囊?，轉(zhuǎn)爐出鋼溫度要求較高，在真空處理過(guò)程脫碳結(jié)束時(shí)氧含量大量富余，需要消耗大量鋁丸進(jìn)行脫氧，帶來(lái)成本的增加和鋼水夾雜物的增加；本發(fā)明利用轉(zhuǎn)爐出鋼氧的富余，采用在真空過(guò)程加入部分碳粉預(yù)脫氧，并控制好真空度，加碳時(shí)機(jī)，處理時(shí)間等參數(shù)，達(dá)到同時(shí)降低鋼水碳，氧的目的，減少鋁丸消耗，同時(shí)降低鋼中夾雜物含量。
2)本發(fā)明應(yīng)用可降低夾鋁丸消耗，降低成本，平均鋁耗降低0.23kg/t，降成本3.45元/t；同時(shí)減少鋼水夾雜物含量Al2O3夾雜降低5％以上。
3)本發(fā)明利用真空碳氧反應(yīng)：[C]+[O]＝CO↑(高真空度下碳脫氧的能力超過(guò)Si，Al)及碳氧反應(yīng)的攪拌混勻效果進(jìn)行超低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼的脫氧，時(shí)降低了鋼水的碳氧含量C＜20ppm，O＜20ppm降低了鋼水的Al2O3夾雜，真空處理過(guò)程中的參數(shù)控制非常重要，不當(dāng)?shù)膮?shù)控制會(huì)導(dǎo)致終點(diǎn)鋼水碳，氧含量達(dá)不到目標(biāo)值，失去效果。同用本發(fā)明方法進(jìn)行超低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼的脫氧，較常規(guī)工藝，鋁丸消耗平均降低0.23kg/t，Al2O3夾雜減少5％，大大降低了成本，提高了鋼水純凈度。
附圖說(shuō)明
圖1為本發(fā)明工藝流程圖。
具體實(shí)施方式
為了更好地解釋本發(fā)明，以下結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的主要內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi)容不僅僅局限于以下實(shí)施例。
一種超低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼真空加碳預(yù)脫氧工藝，包括以下步驟：
1)真空處理前取鋼樣測(cè)鋼水氧含量和溫度，保證氧的富余，保證處理后澆鑄溫度；
2)測(cè)量到站氧量、渣中返氧量計(jì)算預(yù)脫氧所需碳粉量；再將碳粉分批加入鋼水中進(jìn)行脫氧；
3)脫碳期結(jié)束前3～5min(加完碳粉需要一定時(shí)間的混勻和反應(yīng))加完最后一批碳粉，每批間隔1～2min(保證C-O反應(yīng)平穩(wěn))，自動(dòng)程序逐步開(kāi)啟下一級(jí)泵；
4)最后一批碳粉加入完成后3～5min，取樣定氧，控制氧含量為150～250ppm；
5)根據(jù)定氧結(jié)果計(jì)算加入鋁丸的量，加入鋁丸量通過(guò)鋁氧平衡反應(yīng)式及燒損量計(jì)算100kg鋁丸脫氧100ppm；
6)加鋁后5～7min(真空鋼水循環(huán)3次以上)取樣，對(duì)鋼水氧、錳、碳、T調(diào)整；
7)20～25min后定氧、取樣、完成整個(gè)脫氧處理。
所述步驟1)中，鋼水氧含量為500～1000ppm，溫度為1610～1720℃。
所述步驟2)中，計(jì)算預(yù)脫氧所需碳粉量的方法
以中脫碳期結(jié)束終點(diǎn)氧為150～250ppm，渣中返氧量按100～150ppm計(jì)算，得出碳粉加入量計(jì)算公式為：
脫氧碳＝[(到站氧量+真空室返氧量)/133-到站碳量]×22kg
對(duì)加碳粉數(shù)量進(jìn)行回歸分析后(通過(guò)多爐數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，真空室返氧量按100～150ppm計(jì)算，到站碳按400～500ppm計(jì)算，下式回歸可舍去這兩個(gè)變量，合金化前氧控制在150-250ppm)
碳粉加入量＝-97+0.26×到站氧-0.18×合金化前氧。
所述步驟2)中，每批碳粉加入量5～25kg，每批碳粉加入時(shí)間為1～2分鐘，碳粉分批加入時(shí)真空度為5-10kpa。
所述步驟4)中加完最后一批碳粉后，抽氣直至真空度≤67pa。
實(shí)施例1
根據(jù)上述進(jìn)行超低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼真空加碳預(yù)脫氧工藝，具體步驟如下：鋼水到達(dá)真空處理工位取樣[O]671ppm、[C]410ppm，溫度1612℃：
1)計(jì)算加碳量為45.5kg，真空抽氣，分批加入碳粉，5min加第一批20kg，7min第二批20kg，9min第三批5.5kg，真空度6.7kpa；
2)逐步提高真空度至極限真空度≤67pa，12min定樣取樣[O]196ppm，[C]12ppm，加鋁丸202kg脫氧至目標(biāo)，23min處理結(jié)束[C]13ppm，[O]18ppm.溫度1572℃；較常規(guī)鋁丸消耗降低0.2kg/t。
實(shí)施例2
鋼水到達(dá)真空處理工位取樣[O]720ppm，[C]380ppm，溫度1620℃：
1)計(jì)算加碳量為54.2kg，真空抽氣，分批加入碳粉，5min加第一批20kg，7min第二批20kg，9min第三批14.2kg，真空度8.1kpa；
2)逐步提高真空度至極限真空度≤67pa，12min定樣取樣[O]214ppm，[C]12ppm，加鋁丸210kg脫氧至目標(biāo)，22min處理結(jié)束[C]16ppm，[O]20ppm.溫度1576℃；較常規(guī)鋁丸消耗降低0.22kg/t。
實(shí)施例3
鋼水到達(dá)真空處理工位取樣[O]862ppm，[C]362ppm，溫度1634℃：
1)計(jì)算加碳量為91kg，真空抽氣，分批加入碳粉，4min加第一批25kg，6min第二批25kg，8min第三批25kg，10min第四批16kg真空度7.8kpa；
2)逐步提高真空度至極限真空度≤67pa，13min定樣取樣[O]226ppm，[C]12ppm，加鋁丸217kg脫氧至目標(biāo)，24min處理結(jié)束[C]15ppm，[O]21ppm.溫度1580℃；較常規(guī)鋁丸消耗降低0.24kg/t。
實(shí)施例4
鋼水到達(dá)真空處理工位取樣[O]562ppm，[C]397ppm，溫度1624℃：
1)計(jì)算加碳量為10kg，真空抽氣，分批加入碳粉，8min加一批10kg，真空度9kpa；
2)逐步提高真空度至極限真空度≤67pa，11min定樣取樣[O]175ppm，[C]14ppm，加鋁丸182kg脫氧至目標(biāo)，20min處理結(jié)束[C]15ppm，[O]17ppm，溫度1586℃；較常規(guī)鋁丸消耗降低0.18kg/t。
其它未詳細(xì)說(shuō)明的部分均為現(xiàn)有技術(shù)。盡管上述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做出了詳盡的描述，但它僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部實(shí)施例，人們還可以根據(jù)本實(shí)施例在不經(jīng)創(chuàng)造性前提下獲得其他實(shí)施例，這些實(shí)施例都屬于本發(fā)明保護(hù)范圍。