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1、RH炉冶炼低碳钢的碳氧反应控制高超英 【摘要】为降低低碳钢的冶炼成本，通过优化RH工艺参数，充分利用碳氧反应，加入 碳粒，去除部分游离氧以代替铝脱氧，减少了钢水中Al2O3夹杂的含量，提高了钢水 纯净度，降低了吨钢成本;通过改变预抽模式，优化驱动气体的操作工艺，减少喷溅，有 效保护了设备，降低了维修成本.【期刊名称】天津冶金 【年(卷)，期】2016(000)005 【总页数】3页(P1-3) 【关键词】碳氧反应;低碳钢;真空度;脱氧;喷溅;纯净度 【作者】高超英【作者单位】天津天铁集团热轧板有限公司，河北涉县056404【正文语种】中文 在天铁热轧板有限公司的产品结构中，低碳钢是其中的主要品
2、种。低碳钢的原生产 工艺为：钢水首先在转炉进行粗低碳出钢，并在转炉出钢时加入中碳锰铁进行预脱 氧，之后到LF炉进行升温作业，最后到RH炉进行深脱碳、铝脱氧和钢水合金化 等处理。如果能在RH处理过程中充分利用碳氧反应，不只是单纯的采用铝粒或脱 氧剂进行钢水脱氧处理和利用铝氧反应对钢水升温处理，能够有效地减少铝粒或脱 氧剂及合金的使用量，降低低碳钢的冶炼成本。通过优化工艺，还能减少钢水中的 夹杂物含量，提高钢水的纯净度。同时能正确合理地应用好碳氧反应，合理控制真 空度，减少喷溅，避免喷溅的渣钢将摄像孔粘死、热弯管内积聚的钢渣影响抽气功 能和脱碳效果等问题。根据碳氧反应热力学方程式：其中的反应平衡常
3、数：冶炼低碳钢时，使钢水中碳和氧的浓度降到很小，则fC和f0可以看作1，公式变 为：当温度不变时，K为常数，如果PCO是定值，则WC与WO乘积也是定值。这说 明当钢水在RH真空室内循环时，钢水中的碳与游离氧作用发生碳氧反应，并且碳 氧反应的能力随真空度的提高而增强因此在RH碳脱氧的能力超过了铝脱氧的能力， 并且产生的。随废气排出，大大减少了 Al2O3的夹杂量，提高了钢水纯净度， 降低了成本。3.1工艺流程热轧板公司低碳钢以CC03WL为例的生产工艺流程是：高炉铁水-倒灌站-脱硫 铁水预处理-180 t转炉顶底复吹冶炼-LF精炼炉钢水升温-RH真空炉精炼处理 -连铸。3.2主要设备热轧板公司炼
4、钢作业部炼钢系统装备主要包括：1座1 300 t的混铁炉及1座倒灌 站，接收高炉到厂的铁水；有两个处理位的脱硫站对铁水中的硫进行预处理，提供 高品质铁水；两座180 t顶底复吹转炉，对铁水进行冶炼，高拉碳，低硫，高游离 氧出钢；两座LF精炼炉对钢水进行升温，保证到RH的温度符合要求；一座三车 五位RH精炼炉，对钢水进行脱碳和脱氧合金化等处理，净化钢水，提高钢水纯净 度，生产出高质量钢水。这些设备都为冶炼出高附加值产品提供了保障。3.3钢种成分参数以低碳钢CC03WL为例（%），钢种成分参数见表1。低碳钢CC03WL转炉的终点要求碳含量控制在0.04% 0.06%，终点氧控制在 500x10-6
5、-700x10-6。温度控制数据为 RH 进站 1 6101 620C, RH 出站 1 5901 600C。RH炉的处理周期在2530 min，要求各级真空泵的启动必须平 稳、缓慢，不要启动的过快过猛，防止碳氧反应过于激烈造成喷溅。根据到站钢水 确定脱碳时间，脱碳结束确保碳含量0.01%。脱碳结束测温定氧，根据实际情况 进行碳脱氧或者补氧，保证钢水温度的出站温度，并且使脱碳后的富余游离氧控制 在0.025%左右。此过程中，充分合理利用碳氧反应，补碳粒或利用钢水自身碳与 氧反应，起到代替部分铝脱氧的作用，节省脱氧剂，降低了炼钢成本。4.1 RH处理过程中碳含量变化低碳钢CC03WL的成品碳含量
6、内控范围在0.008% 0.02%，目标为0.01%。在实际生产过程中，此钢种在转炉采用高拉碳(0.04% 0.06% )出钢，到RH炉 冶炼结束，由于钢水基本没有接触到碳质材料，因此没有进碳源。根据RH碳氧反 应方程式：C + O=CO(g)理论上，在RH碳氧反应前期，每消耗0.013 3%的游离氧可以脱去0.01%的碳。 在实际生产中，考虑到真空度的波动，钢渣、空气等都含有大量的氧，在碳氧反应 时不断向钢水中进氧，因此碳氧反应的耗氧达不到理论水平，通过RH炉前期的大 量实验总结，目前热轧板公司的RH炉，平均消耗0.008 5%的游离氧可以脱去 0.01%的碳。实际冶炼时，RH的到站钢水碳含
7、量一般在0.045%左右，含量稳定，氧含量范围 偏大在600x 10-6 900x10-6。RH炉进行轻处理，真空度达到kPa左右开始计 时，真空脱碳时间28 min，或者观察废气量的数据变化，当废气量降到450 m3/h，说明前期碳氧反应结束。此时对钢水测温定氧，根据钢水的温度、游离氧 含量实际情况进行操作。如果温度、氧含量在合适范围，接着对钢水进行脱氧合金 化处理。如果钢水温度偏高或游离氧含量偏高就需要用碳脱氧，根据冶炼经验，每 20 kg碳粒可脱去大约70x10-6的游离氧，采用少量多批次的投碳方法将氧含量 控制到所需要的范围，此碳粒的加入量少，且与氧在低真空度充分反应，不会对钢 水增碳
8、。RH碳含量变化，CC03WL到RH平均碳含量0.047%，出RH平均碳含量为 0.008%。碳含量变化见图1。4.2 RH处理过程中氧含量变化冶炼低碳钢CC03WL转炉的终点氧控制在500x10-6-700x10-6。实际生产中， 到站氧含量都在600x10-6-900x10-6。RH两个工位在处理钢水前都会有长时 间的真空槽升温处理，利用顶枪吹氧、吹煤气，氧气和煤气燃烧升高真空槽内温度。 槽内壁结有钢渣，在处理钢水时会增加钢水氧含量。则RH真空脱氧反应前期氧含 量不低，脱碳结束钢水氧含量平均在500x10-6。根据钢水实际情况，确定是否需要加入碳粒，利用碳氧反应去除部分游离氧。后期 对钢水
9、脱氧合金化，保证钢种成分。CC03WL钢种到RH平均氧含量750x10-6，脱碳结束平均氧含量523x10-6 , 出RH平均氧含量3.7x10-6。4.3 RH处理过程喷溅控制4.3.1产生喷溅的原因分析及危害在RH炉真空作用下，原本在常压下已经处于平衡状态的碳与氧发生剧烈的碳氧反 应。在冶炼过程中，应用真空技术，当过程中有气相参加并且反应生成物中的气体 克分子数大于反应物克分子数时，就会引起反应平衡的移动。根据碳氧反应方程式: C + O=CO, RH真空脱碳时，C与O反应生成CO气体，真空泵抽气降低了 真空室内CO分压，迫使C与O的反应向生成CO气体的方向进行，C与。的 剧烈反应造成了钢
10、水喷溅。真空炉粘渣钢部位见图2。过强的喷溅危害有：渣钢将摄像孔粘死，操作人员无法 看到真空槽内冶炼情况、顶枪孔粘渣钢使顶枪升降受阻，难以进行吹氧作业、枪头 积渣导致氧枪点火困难、热弯管内积聚渣钢多影响抽气功能和脱碳效果等。4.3.2喷溅的控制控制喷溅从真空度、驱动气体等方面入手。真空泵系统控制直接影响RH真空脱碳期间钢水喷溅程度，同时也关系到真空脱碳 的速度。因此，真空泵系统的控制原则不但要机制钢水过分喷溅，还必须保证脱碳 速度。热轧板公司RH真空炉的两个工位在处理各自第一包钢水时，由于槽内有大 量残留氧，发生过分喷溅的可能性很大，因此真空泵可以不做预抽真空操作，先开 启主阀，再平稳缓慢的开启
11、各级泵。之后再处理钢水可以先预抽真空，缩短RH处 理周期，但真空度也不要过低，通过多次试验观察，只需手动操作开启5a、5b， 使预抽真空度控制在30 kPa左右即可。以CC03WL为例RH全程真空度控制在8 kPa，真空泵只需开启4a 4b、5a、5b。驱动气体是RH炉钢水循环动力源，驱动气体流量的大小直接影响钢水循环状态和 真空脱碳效果。由于碳氧反应过程产生大量CO气体，必然加剧钢水的喷溅程度。 因此，要根据钢水反应实际情况对驱动气体流量进行优化。在RH钢水处理前期反 应热力学条件较好，可采用较小的驱动气体流量，不仅控制住了喷溅，还减少了插 入管耐火材料的浸蚀。热轧板公司RH炉驱动气体控制方法是前期调节为60 m3/h，观察钢水反应情况，待平稳后调节到100 m3/h即可。冶炼后期如需加入 碳粒脱氧或者对钢水进行升温操作，还应将驱动气体调节为80 m3/h。通过分析和合理利用碳氧反应，优化了热轧板公司RH工艺参数和操作方法。由于 转炉出钢氧含量普遍偏高，利用碳氧反应，通过加入碳粒的方法去除部分游离氧以 代替铝脱氧，降低了冶炼成本并提高了纯净度。改变预抽模式，采用手动操作真空泵来控制真空度的模式，优化驱动气体的操作工艺，合理控制碳氧反应程度，减少 喷溅，降低了设备的维修费用。
