1、RH 真 空 脱 气 装 置 脱 气 效 果 研 究 X陶 镳(南 京 钢 铁 联 合 有 限 公 司 , 江 苏 南 京 210035)摘 要 : 介 绍 了 南 钢 150 t RH 真 空 脱 气 装 置 在 处 理 低 碳 钢 水 时 不 同 气 体 在 钢 水 中 含 量 的 变 化 情 况 。关 键 词 : RH 装 置 ; 真 空 脱 气中 图 分 类 号 : T F131+ . 3引 言近 年 来 , 市 场 对 高 质 量 钢 板 的 需 求 在 不 断 增 加 ,其 中 高 强 度 、 高 韧 性 钢 种 占 有 的 比 重 越 来 越 大 , 因 钢中 O 、 H 、 N
2、 对 该 类 钢 种 的 性 能 有 较 大 的 负 面影 响 , 所 以 客 户 对 其 中 气 体 含 量 的 要 求 越 来 越 高 , 脱除 这 些 气 体 成 为 炼 钢 工 序 中 生 产 高 质 量 钢 种 的 一 个重 要 环 节 。RH 真 空 脱 气 装 置 是 高 效 生 产 该 类 钢 种 的 较 好工 具 , 弄 清 不 同 气 体 在 真 空 条 件 下 的 脱 气 规 律 , 对 保证 产 品 质 量 、 更 经 济 地 使 用 RH 真 空 设 备 有 着 重 要意 义 。1 原 始 条 件试 验 所 需 的 钢 种 为 低 合 金 高 强 度 钢 种 , 该
3、钢 种生 产 的 工 艺 路 线 为 : BO F2RH 2CC 工 艺 。转 炉 出 钢 条 件 : 出 钢 碳 C 0107% , 出 钢 温度 : T 1 680 C, 出 钢 后 钢 水 到 达 RH 工 位 的 温 度 平均 为 1 606 C。 实 际 试 验 炉 次 钢 水 碳 C 含 量 和 钢 水RH 所 测 温 度 如 图 1、 2 所 示 。图 1 钢 水 到 达 RH 工 位 进 含 碳 量 的 变 化 情 况图 2 钢 水 到 达 RH 工 位 时 温 度 情 况钢 水 中 的 M n 控 制 在 : 018% 110% ; Si 控 制在 : 0112% 0125%
4、。2 钢 水 脱 气211 钢 水 脱 氧 O 采 用 RH 真 空 脱 氧 工 艺 是 利 用 钢 中 的 C 与 钢中 O 进 行 反 应 来 脱 氧 的 过 程 , 该 脱 氧 产 物 是 CO 气体 , 能 从 钢 水 中 完 全 排 除 , 不 会 产 生 传 统 硅 、 铝 脱 氧所 产 生 的 非 金 属 夹 杂 物 , 因 此 , 该 脱 氧 工 艺 对 生 产 高质 量 的 纯 净 钢 水 非 常 有 利 , 该 反 应 如 下 :C + O COK c = P co (acao) = P co (f c C % ao) (1)在 温 度 1 600 C的 较 窄 范 围 内
5、 , 万 谷 志 郎 在 1962年 提 出 了 关 系 式 为lgK c = 1160 T + 21003 (2)若 取 冶 炼 温 度 为 1 580 C, 则 lgK c= 21629。也 即 lgP co (f c C % ao) = 21629, 由 炼 钢 手 册相 关 数 据 可 计 算 得 到 该 钢 液 成 分 的 lgf c= 01013 4,则第 36 卷 第 4 期2008 年 8 月 江 苏 冶 金J iangsu M etallu rgy V o l. 36 N o. 4A ug. 2008X 收 稿 日 期 : 2008202218作 者 简 介 : 陶 镳 (1
6、966 ) , 男 , 高 级 工 程 师 。 电 话 : 13382071997lgP co = 21642 + lg C % + lg (ao) (3)若 RH 的 真 空 度 为 1197 10- 9M Pa、 钢 水 含 碳量 0105% 时 , 由 式 (3)计 算 可 得 钢 水 氧 活 度 ao= 0189 10- 6。在 实 际 生 产 中 , 该 类 钢 种 在 真 空 度 200 Pa 左 右处 理 15 m in 后 , 最 终 平 均 钢 水 氧 活 度 可 达 ao= 2106 10- 6, 见 图 3 所 示 。图 3 RH 处 理 后 钢 水 中 含 氧 量 状
7、况从 以 上 情 况 可 以 看 出 , 碳 在 真 空 条 件 下 脱 氧 能力 是 很 强 的 , 钢 中 氧 活 度 平 均 值 可 达 2106 10- 6, 最大 值 不 超 过 3 10- 6, 这 个 氧 含 量 已 完 全 满 足 纯 净 钢对 氧 含 量 的 要 求 。 实 际 情 况 钢 水 所 能 达 到 的 氧 活 度与 理 论 相 比 还 有 一 定 的 差 距 的 , 其 原 因 是 实 际 钢 水中 碳 脱 氧 是 在 钢 水 熔 池 中 进 行 , 其 中 CO 的 分 压 与真 空 室 的 真 空 度 并 不 相 等 , 另 外 在 钢 液 中 碳 原 子 的
8、扩 散 速 度 不 够 快 , 在 一 定 的 冶 炼 时 间 内 并 不 能 达 到反 应 平 衡 。 由 此 可 以 认 为 , 低 碳 高 强 度 钢 在 真 空 条 件下 脱 氧 , 钢 水 中 氧 含 量 可 达 非 常 低 的 水 平 , 完 全 达 到纯 净 钢 水 对 氧 的 质 量 要 求 。212 钢 水 脱 氢氢 对 钢 的 性 能 影 响 较 大 , 尤 其 对 高 强 度 钢 种 更是 明 显 , 在 冶 炼 过 程 中 由 于 加 入 的 原 材 料 所 带 的 水分 的 影 响 , 钢 中 所 溶 解 的 H 含 量 可 达 较 高 水 平 , 尤其 对 于 已
9、进 行 脱 氧 的 钢 水 其 吸 氢 能 力 大 大 增 强 , 对于 在 1 600 C的 钢 水 中 氢 的 含 量 可 达 2615 m g kg,而 在 常 温 固 态 钢 中 其 溶 解 度 急 剧 下 降 只 能 到 01310- 6以 下 , 因 此 , 在 钢 的 凝 固 过 程 中 氢 的 析 出 给 钢 的结 构 造 成 较 大 的 破 坏 。 在 真 空 条 件 下 其 溶 解 及 脱 氢过 程 符 合 平 方 根 定 律 :1 2H 2 H (4)lgK H = - 1670 T - 1168 (5)aH = K H (p H ) 1 2 (6)式 中 K H 是 氢
10、 在 铁 液 中 溶 解 平 衡 常 数 , aH 是 氢 在铁 液 中 的 活 度 , p H 是 气 相 中 氢 的 分 压 以 大 气 压 为 单位 。 若 钢 水 真 空 度 为 200 Pa, 钢 水 温 度 为 1 580 C, 经上 述 公 式 计 算 可 得 氢 的 活 度 aH = 1116 10- 6。实 际 生 产 中 , 处 理 前 钢 水 中 氢 的 活 度 平 均 在 416 10- 6, 在 经 最 低 真 空 度 200 Pa, 处 理 时 间 在 1012 m in 后 , 钢 水 中 氢 的 活 度 平 均 达 aH = 1166 10- 6,平 均 脱 氢
11、 率 达 : 64% , 见 图 4 所 示 。图 4 RH 真 空 处 理 后 钢 水 中 氢 活 度 的 情 况由 上 述 分 析 及 实 际 生 产 数 据 可 以 看 出 , 氢 在 真空 处 理 后 其 活 度 可 达 较 低 含 量 的 水 平 , 且 理 论 分 析值 与 实 际 所 能 达 到 的 数 值 相 差 不 大 , 最 终 所 达 到 的氢 含 量 完 全 满 足 不 同 钢 种 的 质 量 要 求 。213 钢 水 脱 氮 N 钢 水 的 氮 N 通 常 也 是 钢 中 的 有 害 元 素 , 高 质量 钢 种 对 其 含 量 也 有 要 求 , 如 管 线 钢 X
12、70, 一 般 客 户要 求 钢 中 的 N 含 量 要 低 于 60 m g kg 有 的 甚 至 更低 , 因 此 , 对 于 炼 钢 过 程 中 氮 的 控 制 也 是 一 项 重 要 任务 , 真 空 脱 氮 的 研 究 更 有 其 实 际 意 义 。 理 论 研 究 认 为真 空 脱 氮 及 钢 水 吸 氮 过 程 与 氢 的 行 为 相 同 , 符 合 平方 根 定 律 :1 2N 2 N (7)lgK N = - 564 T - 11095 (8)aN = K N (pN ) 1 2 (9)式 中 K N 是 氮 在 铁 液 中 溶 解 平 衡 常 数 , aN 是 氮 在铁 液
13、 中 的 活 度 , pN 是 气 相 中 氮 的 分 压 以 大 气 压 为 单位 。 若 钢 水 真 空 度 为 200 Pa, 钢 水 温 度 为 1 580 C, 经上 述 公 式 计 算 可 得 氮 的 活 度 aN = 1716 10- 6。通 过 一 批 生 产 数 据 的 分 析 , 实 际 南 钢 RH 处 理前 钢 水 平 均 N 含 量 为 3916 m g kg, 经 大 于 10 m in低 于 200 Pa 的 真 空 处 理 后 , 其 平 均 含 氮 量 为 3015m g kg, 平 均 脱 氮 率 只 有 23% , 见 图 5 所 示 , 从 实 际钢 水
14、 处 理 后 钢 水 中 的 含 氮 量 的 情 况 可 以 看 出 , 其 实际 值 与 理 论 值 相 比 有 较 大 差 距 , 其 原 因 主 要 是 氮 扩散 的 动 力 学 条 件 较 氢 相 差 较 远 , 因 此 在 较 短 的 时 间 内脱 氮 量 较 少 ; 另 外 从 图 中 可 以 看 出 其 脱 氮 率 稳 定 性 较35 第 4 期 陶 镳 : RH 真 空 脱 气 装 置 脱 气 效 果 研 究 差 , 也 说 明 不 同 钢 水 成 分 对 氮 的 扩 散 影 响 较 大 。图 5 RH 处 理 钢 水 前 后 钢 水 中 氮 含 量 的 变 化 情 况3 结
15、论(1) RH 真 空 脱 气 装 置 对 不 同 气 体 的 脱 除 情 况有 较 大 差 别 , 其 中 对 钢 水 中 的 O 和 H 脱 除 能 力 较强 , 而 对 氮 的 脱 除 能 力 较 弱 。(2)真 空 处 理 后 钢 水 中 的 O 和 H 含 量 可 达 到微 量 水 平 , 完 全 满 足 生 产 纯 净 优 质 钢 水 的 需 求 。参 考 文 献 :1 张 鉴 . 炉 外 精 炼 的 理 论 与 实 践 M . 北 京 : 冶 金 工 业 出版 社 , 1993.2 徐 曾 启 , 炉 外 精 炼 M . 北 京 : 冶 金 工 业 出 版 社 , 1994.3
16、陈 稼 祥 , 炼 钢 手 册 M . 北 京 : 冶 金 工 业 出 版 社 , 1989.4 Kang Soo2Chang, K IM Kw ang2Chun. RH 炉 内 脱 碳反 应 及 氧 行 为 特 征 A . 1999 中 国 钢 铁 年 会 论 文 集(上 ) C . 1999, 34 (10): 3522355.5 H arash im a K, et al, R ates of N itrogen and Carbon re2moval from liquid iron in low content region under re2duced p ressures J . IS IJ Intern, 1992, 32 (1): 1112119.45 江 苏 冶 金 第 36 卷
