冶煉低碳鋼RH爐環(huán)節(jié)的碳氧反應(yīng)研究

裘文 李寶龍 常軍 羅洪彥 劉真海 劉全生

摘 要：為降低低碳鋼的冶煉成本，提高低碳鋼冶煉質(zhì)量，可通過(guò)優(yōu)化RH工藝參數(shù)，充分利用碳氧反應(yīng)，加入碳粒，去除部分游離氧以代替鋁脫氧，減少鋼水中Al2O3夾雜的含量，提高鋼水純凈度，降低噸鋼成本；通過(guò)改變預(yù)抽模式，優(yōu)化驅(qū)動(dòng)氣體的操作工藝，有效保護(hù)設(shè)備，降低維修成本，并為冶煉優(yōu)質(zhì)低碳鋼水打下基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：碳氧反應(yīng)；低碳鋼；真空度；脫氧；純凈度

STUDY ON THE CARBON OXYGEN REACT OF LOW-CARBON STEEL IN RH FURNACE

Qiu Wen? ? Li Baolong? ? Chang Jun? ? Luo Hongyan? ? Liu Zhenhai? ? Liu Quansheng

（Beiying Steel-making plant of BX Steel.? ? Benxi? ? 117017，China）

Abstract：In order to lower melting cost for low carbon steel， RH process parameters were optimized. Carbon oxygen reaction was fully utilized and carbon particles were added to remove partial free oxygen to substitute aluminum to deoxidize. The content of Al2O3 inclusion was reduced and steel cleanliness improved， reducing tonnage steel cost. Through changing pre-vacuuming style and optimizing the operation process of driving gas， splashing was curbed and equipment effectively protected， reducing maintenance cost.

Key words： carbon oxygen reaction；low carbon steel；vacuum；deoxidize；cleanliness

0? ? 引? ? 言

低碳鋼具有優(yōu)秀的塑、韌性，一般可軋成鋼管、鋼帶、鋼板或角鋼、槽鋼、工字鋼等復(fù)雜斷面結(jié)構(gòu)件，用于制作各種建筑構(gòu)件、容器、箱體、爐體和農(nóng)機(jī)具等。優(yōu)質(zhì)低碳鋼軋成薄板，制作汽車(chē)駕駛室、發(fā)動(dòng)機(jī)罩等深沖制品，還可軋成棒材，用于制作強(qiáng)度要求不高的機(jī)械零件。過(guò)去由于低碳鋼固有的特性，使其使用范圍大受局限，隨著國(guó)內(nèi)一些新技術(shù)在鋼鐵行業(yè)的應(yīng)用，低碳鋼的許多新興用途得到了很好的開(kāi)發(fā)利用，目前國(guó)內(nèi)一些大型鋼廠或鋼鐵貿(mào)易公司都積極與國(guó)內(nèi)的大型吊索具企業(yè)密切合作，共同開(kāi)發(fā)高技術(shù)高精密高質(zhì)量的索具產(chǎn)品，在國(guó)內(nèi)乃至全球的索具行業(yè)，起到了很好的技術(shù)推動(dòng)作用。這也對(duì)低碳鋼的綜合利用，指明了新的道路。

若能在RH處理過(guò)程中充分利用碳氧反應(yīng)，不只是采用鋁?；蛎撗鮿┻M(jìn)行鋼水脫氧處理和利用鋁氧反應(yīng)對(duì)鋼水升溫處理，能夠有效減少鋁?；蛎撗鮿┘昂辖鸬氖褂昧?，降低低碳鋼的冶煉成本。通過(guò)優(yōu)化工藝，還能減少鋼水中的夾雜物含量，提高鋼水的純凈度，冶煉出質(zhì)量合格甚至優(yōu)異的低碳鋼水。

1? ? 碳氧反應(yīng)理論依據(jù)

根據(jù)碳氧反應(yīng)熱力學(xué)方程式：

[C] + [O] = CO

其中的反應(yīng)平衡常數(shù)：K=PCO/（fC×WC×fO×WO）冶煉低碳鋼時(shí)，使鋼水中碳和氧的濃度降到很小，則fC和f0可以看作1，公式變?yōu)椋篕=PCO/（WC×WO）當(dāng)溫度不變時(shí)，K為常數(shù)，如果PCO是定值，則WC與WO乘積也是定值。這說(shuō)明當(dāng)鋼水在RH真空室內(nèi)循環(huán)時(shí)，鋼水中的碳與游離氧作用發(fā)生碳氧反應(yīng)，并且碳氧反應(yīng)的能力隨真空度的提高而增強(qiáng)。因此在RH碳脫氧的能力超過(guò)了鋁脫氧的能力，并且產(chǎn)生的CO隨廢氣排出，大大減少了Al2O3的夾雜量，提高了鋼水純凈度，降低了成本。

2? ? 低碳鋼生產(chǎn)工藝流程和主要設(shè)備

2.1? ? 工藝流程

本文研究目標(biāo)低碳低硅鋁鎮(zhèn)靜鋼以DQ1J為例，生產(chǎn)工藝流程：鐵水魚(yú)雷罐→倒罐站→鐵水預(yù)處理→120 t頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐→鋼包底吹氬→RH爐精煉→板坯連鑄

2.2? ? 主要設(shè)備

本廠煉鋼作業(yè)部煉鋼系統(tǒng)裝備主要包括：1座混鐵爐及2座倒灌站，接收高爐到廠的鐵水；2座脫硫站對(duì)鐵水中的硫進(jìn)行預(yù)處理，提供高品質(zhì)鐵水；三座120? t頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐，對(duì)鐵水進(jìn)行冶煉，高拉碳、低硫、高游離氧出鋼；三座LF精煉爐對(duì)鋼水進(jìn)行升溫，保證到RH的溫度符合要求；一座RH精煉爐，對(duì)鋼水進(jìn)行脫碳和脫氧合金化等處理，凈化鋼水，提高鋼水純凈度，生產(chǎn)出高質(zhì)量鋼水。這些設(shè)備都為冶煉出高附加值產(chǎn)品提供了保障。

2.3? ? 鋼種成分參數(shù)

以低碳鋼DQ1J為例，鋼種成分參數(shù)見(jiàn)表1。

3? ? 碳氧反應(yīng)在RH爐冶煉過(guò)程的應(yīng)用

低碳鋼DQ1J轉(zhuǎn)爐的終點(diǎn)要求碳含量控制在0.03%～0.06％，終點(diǎn)氧控制在 400×10-6～ 900×10-6。

溫度控制數(shù)據(jù)為RH進(jìn)站1 611～1 625℃，RH出站1 580～1 590℃。RH爐的處理周期在25～30 min，要求各級(jí)真空泵的啟動(dòng)必須平穩(wěn)、緩慢，不要啟動(dòng)的過(guò)快過(guò)猛，防止碳氧反應(yīng)過(guò)于激烈造成噴濺。根據(jù)到站鋼水確定脫碳時(shí)間，脫碳結(jié)束確保碳含量≤0.01％。脫碳結(jié)束測(cè)溫定氧，根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行碳脫氧或者補(bǔ)氧，保證鋼水溫度的出站溫度，并且使脫碳后的富余游離氧控制在0.015％左右。此過(guò)程中，充分合理利用碳氧反應(yīng)，補(bǔ)碳?；蚶娩撍陨硖寂c氧反應(yīng)，起到代替部分鋁脫氧的作用，節(jié)省脫氧劑，降低煉鋼成本。

3.1? ? RH處理過(guò)程中碳含量變化

低碳鋼DQ1J的成品碳含量?jī)?nèi)控范圍在0.01％～0.03％，目標(biāo)為0.02％。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，此鋼種在轉(zhuǎn)爐采用高拉碳（0.03％～0.06％）出鋼，到RH爐冶煉結(jié)束，由于鋼水基本沒(méi)有接觸到碳質(zhì)材料，因此沒(méi)有進(jìn)碳源。根據(jù)RH碳氧反應(yīng)方程式：

[C]+[O]=CO（g）

理論上，在RH碳氧反應(yīng)前期，每消耗0.013 3％的游離氧可以脫去0.01％的碳。在實(shí)際生產(chǎn)中，考慮到真空度的波動(dòng)，鋼渣、空氣等都含有大量的氧，在碳氧反應(yīng)時(shí)不斷向鋼水中進(jìn)氧，因此碳氧反應(yīng)的耗氧達(dá)不到理論水平，通過(guò)RH爐前期的大量試驗(yàn)總結(jié)，目前本廠的RH爐，平均消耗0.007 0％的游離氧可以脫去0.01％的碳。實(shí)際冶煉時(shí)，RH的到站鋼水碳含量一般在0.045％左右，含量穩(wěn)定，氧含量范圍一般在400×10-6～500×10-6之間。如果鋼水溫度偏高或游離氧含量偏高，就需要用碳脫氧，根據(jù)冶煉經(jīng)驗(yàn)，每10 kg碳?？擅撊ゴ蠹s70×10-6的游離氧，采用少量多批次的投碳方法將脫碳結(jié)束后氧含量控制到所需要的范圍，此碳粒的加入量少，且與氧在低真空度充分反應(yīng)，不會(huì)對(duì)鋼水增碳。RH爐進(jìn)行輕處理，真空度達(dá)到6 kPa左右開(kāi)始計(jì)時(shí)，真空脫碳時(shí)間≥8 min，或者觀察廢氣量的數(shù)據(jù)變化，當(dāng)廢氣量降到450 m3/h，說(shuō)明前期碳氧反應(yīng)結(jié)束。此時(shí)對(duì)鋼水測(cè)溫定氧，根據(jù)鋼水的溫度、游離氧含量實(shí)際情況進(jìn)行操作。如果溫度、氧含量在合適范圍，接著對(duì)鋼水進(jìn)行脫氧合金化處理。RH碳含量變化，DQ1J到RH平均碳含量0.047％，RH脫碳結(jié)束后平均碳含量為0.008％。具體碳含量變化值見(jiàn)圖1。

3.2? ? RH處理過(guò)程中氧含量變化

冶煉低碳鋼DQ1J轉(zhuǎn)爐的終點(diǎn)氧控制在400×10-6～900×10-6。實(shí)際生產(chǎn)中，到站氧含量都在400×10-6～500×10-6。RH兩個(gè)工位在處理鋼水前都會(huì)有長(zhǎng)時(shí)間的真空槽升溫處理，利用頂槍吹氧、吹煤氣，氧氣和煤氣燃燒升高真空槽內(nèi)溫度。槽內(nèi)壁結(jié)有鋼渣，在處理鋼水時(shí)會(huì)增加鋼水氧含量，則RH真空脫氧反應(yīng)前期氧含量不低，脫碳結(jié)束鋼水氧含量平均在280×10-6。

根據(jù)鋼水實(shí)際情況，確定是否需要在脫碳過(guò)程中加入碳粒，利用碳氧反應(yīng)去除部分游離氧。后期對(duì)鋼水脫氧合金化，保證鋼種成分。DQ1J鋼種到RH平均氧含量450×10-6，用補(bǔ)碳脫氧的方法處理后，脫碳結(jié)束平均氧含量150×10-6。

4? ? 結(jié)? ? 論

通過(guò)分析和合理利用碳氧反應(yīng)，優(yōu)化本廠RH工藝參數(shù)和操作方法。由于轉(zhuǎn)爐出鋼氧含量普遍偏高，利用碳氧反應(yīng)，通過(guò)加入碳粒的方法，去除部分游離氧以代替鋁脫氧，可降低冶煉的成本，并提高鋼水純凈度。

參考文獻(xiàn)

[1]? ? 張嘉華， 孫昕歆， 劉亞雄. RH爐超低碳鋼生產(chǎn)實(shí)踐[J]. 包鋼科技， 2015， 41 （6）： 29-32.

[2]? ? KANG S ，KIM K ，艾立群. RH爐內(nèi)脫碳反應(yīng)及氧行為特征[A]. 中國(guó)金屬學(xué)會(huì). 1999中國(guó)鋼鐵年會(huì)論文集（上）[C]. 中國(guó)金屬學(xué)會(huì)： 中國(guó)金屬學(xué)會(huì)， 1999： 6.

[3]? ? 黃宗澤， 朱苗勇， 許海虹. RH真空精煉過(guò)程的動(dòng)態(tài)模擬[J]. 材料與冶金學(xué)報(bào)， 2002， 1 （3）： 189-194.

[4]? ? 張素芳， 史湘東， 秦建亮. 低碳鋼在RH工序碳粒脫氧的生產(chǎn)實(shí)踐[J]. 天津冶金， 2014 （6）： 1-4.