低碳鋼在RH工序碳粒脫氧的生產實踐

張素芳，史湘東，秦建亮

（天津天鐵冶金集團熱軋板公司，河北涉縣056404）

低碳鋼在RH工序碳粒脫氧的生產實踐

張素芳，史湘東，秦建亮

（天津天鐵冶金集團熱軋板公司，河北涉縣056404）

對低碳鋼RH工序碳粒脫氧工藝進行了論述。通過理論分析與實際工藝方案的設計，對RH工序碳粒脫氧工藝過程的到站溫度、真空度、環流氣體流量、吹氧等環節進行了有效控制。與原單純使用鋁脫氧的工藝比較，有效降低了合金成本，減少了夾雜物含量，提高了鋼水純凈度。

真空脫碳；碳脫氧；真空度；富余氧

1 引言

低碳鋼是天鐵熱軋板公司產品結構的主要品種之一，該鋼種的原生產工藝為在轉爐進行低碳出鋼，轉爐出鋼后采用少量中碳錳鐵進行預脫氧，LF爐進行溫度調整，RH爐利用鋁制品脫除富余氧后再進行脫氧合金化。生產過程中完全采用鋁進行鋼渣脫氧控制，沒有充分利用鋼中的碳氧關系，因此脫氧劑及合金使用量較大，鋼種冶煉成本較高，通過工藝優化，采用在RH工序進行碳粒脫氧的生產實踐，降低了合金成本，減少了夾雜物含量，提高了鋼水純凈度。

2 低碳鋼生產工藝流程及主要裝備

2.1 工藝流程

天鐵熱軋RH低碳鋼的生產工藝流程為：高爐鐵水→鐵水預處理→180 t頂底復吹轉爐冶煉→LF加熱→RH真空精煉處理→板坯連鑄。

2.2 主要裝備

天鐵熱軋煉鋼系統裝備主要包括：1座1 300 t的混鐵爐和1座倒罐站為煉鋼供應鐵水。2座鐵水脫硫設施對鐵水硫含量進行控制，為下一道工序提供優質的鐵水，減輕煉鋼的負荷。2座180 t頂底復吹轉爐，進行冶煉（粗煉）作業。2座LF精煉爐和1座三車五位RH精煉爐，對粗煉的鋼水進行凈化，不斷提高鋼水質量和鋼水純凈度，為冶煉高附加值產品提供了設備方面的保障。

3 RH工序碳粒脫氧實施方案

低碳鋼轉爐采用高拉碳（0.05%～0.07%）出鋼，RH工序在脫碳后的富余游離氧采用碳粒進行脫除至0.025%，然后進行脫氧合金化，RH工序通過加入碳粒與鋼水自身的氧充分反應，起到碳粒代替部分鋁脫氧的作用，達到節省脫氧劑的目的，從而降低煉鋼成本。

3.1 RH處理前的碳氧含量

考慮到真空度波動，過程補氧及升溫等異常情況時的鋼種煉成率，因此對RH脫碳終點的節點控制在鋼中碳為0.01%。

RH脫碳過程反應方程：

理論上每脫碳0.01%需要消耗0.0133%的氧。在實際生產中，由于與鋼水接觸基本沒有碳質材料，因此沒有進碳源。但與鋼水接觸的鋼渣及空氣等都含有大量的氧，會在反應過程中不斷向鋼中進氧，因此實際上RH脫碳碳粒耗氧量并未達到理論水平，目前熱軋公司實際生產中RH脫碳0.01%，平均耗氧量為0.0085%，進入RH前，到RH平均氧含量為576.42×10-6，到RH平均碳含量為0.045%。

3.2 RH處理工藝方案

RH處理是指在開啟增壓泵的條件下使RH真空室保持在較低的真空度，在真空條件下，由于一氧化碳的分壓降低，鋼水中的平衡碳氧積變低，在常壓下達到平衡的碳氧反應繼續進行，從而達到碳粒脫氧的目的。

根據到站的鋼水碳氧含量確定是否進行吹氧操作，若需要首先進行吹氧操作，然后進行RH處理操作，循環氣體調整至40 m3，開啟增壓泵保持真空度在8 kPa以下，循環氣體由40 m3調整至120 m3，保持6 min以上后進行定氧操作；根據鋼水的游離氧含量進行碳粒脫氧，加入碳粒進行碳粒脫氧操作，調整真空度在8 kPa，循環氣體調整至80 m3，加入碳粒采用少批量多批次的方法進行，每批加入量在15～20 kg。一批加完后，待反應平穩后加入下一批碳粒，保證碳粒脫氧至終點游離氧在0.025%；根據工藝要求調整溫度后，進行脫氧合金化操作；保持真空度在8 kPa以下，循環氣體調整至120 m3，保持純脫氣操作不小于6 min，保證鋼水成分、溫度均勻；冶煉結束破空，加入保溫劑保溫，將鋼包車開至吊包位，等待上連鑄澆注。

4 RH工序碳粒脫氧工藝的過程控制

在進行碳粒脫氧過程中，碳粒脫氧與到站溫度、真空度、環流氣體流量和吹氧控制有關。

4.1 溫度控制

考慮到RH的生產過程和等待時間的溫降和鋁脫氧的升溫情況，要求達到RH的溫度控制在1 620°C比較合適。當到達RH時的溫度低于要求的溫度時，采用吹氧的方法，熱軋RH吹氧100 m3能夠升溫10°，為了保證鋼水質量，要求吹氧量不得超過200 m3。RH工序向鋼水中吹氧100 m3能夠向鋼中提供0.055%的游離氧，要求鋼水中的游離氧控制在 0.08%以下，當吹氧后的游離氧超過了0.08%時，可以適當加入部分鋁進行脫除，防止游離氧過多，反應過于激烈，產生事故，當溫度高于RH溫度時，可以利用廢鋼進行調整溫度。

4.2 吹氧量控制

鋼中存在的游離氧對脫碳的影響非常大，如果鋼中的游離氧不足，達到目標碳含量所需的脫碳時間會很長。如果脫碳后鋼中游離氧低，雖然低碳含量也能被達到，但脫碳驅動力將下降，脫碳反應將變得很慢，因此脫碳后鋼中0.02%～0.04%的游離氧是必需的。如果鋼中沒有足夠的游離氧，則額外的氧必須被吹入以補充鋼中游離氧。補充游離氧按照吹氧100 m3能夠向鋼種提供0.055%的游離氧來控制。在進行碳粒脫氧的過程中，脫出0.01%碳需要0.0085%游離氧量來進行計算。

4.3 真空度控制

真空度是在處理過程中，真空室內可以達到并且能夠保持的最低壓力。對于低碳鋼種輕處理來說，進行脫碳過程中，循環氣體流量為40 m3，當真空度達到8 kPa以下時，循環氣體調整至120 m3；進行碳粒脫氧過程中，防止反應激烈，真空度調整至8 kPa，循環氣體流量調整到60 m3，進行碳粒脫氧操作；脫氧合金化完成后，真空度調整至8 kPa以下，環氣體流量調整到120 m3。

4.4 環流量控制

在RH處理時,特別是真空度快速下降的脫碳初期,循環氣體流量設定值為40 m3/h。若設定值太大，一方面將妨礙真空度上升的速度，另一方面鋼水飛濺嚴重，易粘冷鋼；真空度穩定后，適當增加環流氣流量至120 m3/h，以增加反應的界面積，從而提高脫碳的速度；脫碳結束后，再將環流氣流量至60 m3/h，進行碳粒脫氧操作，分批加入所需碳粒進行脫氧，然后進行脫氧合金化，最后適當增加環流氣流量至120 m3/h，以加速成分的均勻及夾雜物的有效上浮去除。根據作業標準和實際工藝要求，不同處理階段采用不同的流量設定。

5 碳粒脫氧工藝的實施效果

5.1 碳粒脫氧工藝的實施情況

實際生產過程中RH脫碳后游離氧含量對比見圖1。通過圖1可以看出，RH脫碳后的氧含量在0.035%以上，RH碳粒脫氧后的游離氧含量在0.025%左右，真空精煉中采用碳粒進行脫氧操作時，當需要加入碳粒較多時，一次加入會使真空內鋼水液面上漲較快，不注意時液面會超過合金下料口，還會造成噴濺造成事故，因此在操作過程中要小批量多批次加入。加入一批碳粉后，待液面恢復正常后再加入第二批。經過實際生產總結出每批量碳粉加入量為15～20 kg較為合適。

5.2 提高了轉爐終點碳含量

在轉爐操作方面，由于中碳鋼冶煉數量相對較多，終點碳含量在0.07%時命中率相對較高，采用碳粒脫氧工藝后，可以使低碳鋼終點碳含量與中碳鋼的終點碳含量控制水平一致，提高了終點命中率。將生產過程實際統計數據取平均值進行對比，如表1所示。

圖1 生產過程中各工藝脫碳后氧含量

表1 原脫氧工藝與現脫氧工藝轉爐終點與到RH前的變化/%

對于碳含量變化，采用現工藝與原工藝相比，轉爐終點碳提高0.020%，但RH處理前碳含量僅提高了0.005%。這主要是因為提高出鋼碳含量后，在出鋼及LF爐加熱過程中，由于環境進氧使碳氧積加大，因此在此過程中一直存在脫碳反應。

5.3 碳粒脫氧工藝降低生產過程Al2O3

鋁脫氧的脫氧產物Al2O3為高熔點物質，在鋼液中呈固態。雖然大部分脫氧產物會上浮，但會有部分脫氧產物殘留在鋼中形成夾雜物。脫氧產物生成量越大，鋼中所殘余的Al2O3夾雜物越多，因此減少脫氧鋁量是提高鋼水純凈度的有效措施。

中包的全氧絕大部分是Al2O3中的氧，而中包全氧與鑄坯內的夾雜物含量的關系見圖2。采用碳脫氧工藝與原脫氧工藝相比，每爐約減少100 kg鋁量，平均每爐減少脫氧產物近146 kg，較大幅度地提高了鋼水純凈度。

圖2 中包全氧與鑄坯中夾雜物的關系

5.4 碳粒脫氧工藝成本情況

通過碳粒脫氧工藝的實施，鋼中錳含量的配加由低碳錳鐵改用中碳錳鐵，降低成本16.5元/t，平均每爐減少用鋁151 kg，增加碳粉37 kg，降低成本7.11元/t。

表2和表3為冶煉過程中隨意抽取的現工藝和原工藝連續數據。

從隨意抽取的數據可以看出碳粒用量比原工藝增加了37 kg，鋁的用量減少了151 kg，而且鋁粉的價格遠高于碳粒的價格，說明采用部分碳粒脫氧成本運行良好。

6 結束語

RH工序碳粒脫氧工藝的實施，使得低碳鋼的生產成本得到了較大幅度的降低，同時由于脫氧鋁量的減少使鋼水純凈度有了很大的提高，生產工藝穩定，產品質量提升，主要體現在以下幾方面：

表2 碳粒脫氧現工藝生產連續數據 /kg

轉爐出鋼氧含量偏高爐次，在RH爐進行碳粒脫氧處理。在低真空條件下，利用碳粒消耗鋼水中多余游離氧進行碳氧反應，保證了處理結束氧含量降至0.025%，用碳粒脫氧產物不會污染鋼水，提高了鋼水的純凈度。

利用RH輕處理的脫碳能力，有效提高了轉爐終點碳含量，基本不改變轉爐的操作模式，提升了煉鋼轉爐的終點命中率。

RH脫碳后采用碳粒進行脫氧至0.025%，降低了鋁制品的消耗，同時錳含量配加由低碳錳鐵改用中碳錳鐵，降低了合金消耗。

由于采用碳粒氧工藝可極大地減少采用鋁質材料的脫氧劑，因此鋼中Al2O3的降低可有效降低中包水口堵塞的幾率。

表3 僅用鋁脫氧原工藝生產連續數據 /kg

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《天津冶金》編輯部

Production Practice of Granulated Carbon Deoxidization for Low Carbon Steel during RH Process

ZHANG Su-fang,SHI Xiang-dong and QIN Jian-liang
(Plate Hot Rolling Co.,Ltd.,Tianjin Tiantie Metallurgy Group,She County,Hebei Province 056404,China)

The granulated carbon deoxidization process for low carbon steel at RH process is expounded. Theoretical analysis is made and actual process plan designed.Critical links of granulated carbon deoxidization process at RH process are effectively controlled such as arriving temperature,vacuum degree, circulation gas flow and oxygen blowing.Compared with original decarburization process only with aluminum, alloy cost is effectively lowered and inclusion content reduced.Steel cleanliness is improved as well.

RH vacuum decarburization;carbon deoxidization;vacuum degree;enriched oxygen

10.3969/j.issn.1006-110X.2014.06.001

2014-06-12

2014-06-24

張素芳（1983—），女，工程師，主要從事技術質量工作。