超低碳钢RH精炼脱碳速度

超低碳钢RH精炼脱碳速度摘要：研究在实际运行条件下超低碳钢在210-tRH真空容器中的脱碳行为。根据明显的脱碳速率常数（KC）在从热熔胶在钢包在1-2分钟间隔的样品碳含量计算，它是观察到的总脱碳反应期间在Rh可分为快速脱碳期和停滞的脱碳期，这是完全不同的传统的三阶段。在这项研究中，平均表观脱碳速率快速脱碳期常数为0.306min−1，，停滞期是0.072分钟−1。增加初始碳含量、提高排气量可以增加明显的脱碳速率在快速脱碳时间常数。脱碳反应进入停滞期时脱碳钢水碳含量小于14×10−6脱碳后10分钟。关键字：精炼；脱碳；超低碳钢；真空1、简介作为一个二次精炼技术，对于生产高质量、高品级如超低碳通过bof-rh线钢，RH真空容器变得越来越重要。随着超低碳钢铁需求的增加，建立超低碳钢的一种有效的精炼过程已变得很必要。然而，超低碳钢的bof-rh过程有个重要的一点即它需要一个相当长的时间处理脱碳的钢液的一个主要问题，则因此延长工作时间。所以RH脱碳速率成为了重要的工艺参数。根据Higuchi、Kang等人的研究，根据不同的明显的脱碳速率常数（KC），常规RH脱碳反应周期分为三个阶段。无论是第一阶段具有较高的气压还是最后阶段具有较低的碳含量的都有较小的KC值；而中间阶段的KC值最大，表明中间阶段是RH脱碳时的主要步骤。一些方法已被采用，以获得更高的脱碳速率，如血管压力的降低，在真空容器的Ar气的注入，和通气管的内径增大。为了实现高效脱碳和满足对钢质量的提高的最终用户的需求，一个新的210-tRH真空精炼装置在迁安钢铁公司成立。因此，本研究的目的是通过实验探讨在RH真空处理脱碳行为，探讨初始碳含量，初始氧含量，和压力在真空容器对脱碳速度的影响。此外，数学脱碳模型由Yamaguchi等人报道。用于模拟脱碳反应。2、实验对于用RH设备，钢包容量为210吨，较低的真空容器的直径为2.144米，该通气管的内径为0.65m，排气量为750千克/小时，67Pa的压力最小，循环气流量为浮潜1200-2000升/分钟。对RH钢水初始组合物，实验的碳含量为200×10−6和360×10−6之间，与氧含量为460×10−6和840×10−6之间。RH精炼温度约为1600-1630ºC.。所有的RH脱碳处理，采用天然无注氧脱碳的方法。在脱碳过程中，从RH开始到超低碳采样设备测试脱碳结束，钢水取样每隔1-2分钟一次，并记录在真空容器的压力值的变化。样品中碳的分析是采用吸收由电阻炉产生的燃烧红外。3、结果及讨论3.1表面的脱碳速率常数的计算在RH脱碳过程的反应通常表达是[C]+[O]=CO（g）明显的脱碳速率常数的值可以计算如下：[C]T=[C]0•exp（−KC•T）KC=−LN（[C]/[C]0）/用[C]表示在钢水中的碳含量是10−6；[C]0表示最初的碳含量；[C]t表示随时间变化的碳含量；脱碳时间min。在实验中[C]0为250*10-6。最初的氧含量（O）为660*10-6，RH中的温度最开始为1630ºC.脱碳反应可以分为两个不同的阶段：阶段1----快速脱碳阶段阶段；2----停滞脱碳阶段。这种现象发生在任一高温试验中，如图1所示Kc1在第一阶段有明显的脱碳速率；Kc2在第二阶段有明显的脱碳速率。无论在哪个阶段，−ln([C]t/[C]0)与时间呈线性关系，从而证明了脱碳反应服从第一个反应式。由Eq.(3)清晰可见，Kc可以从图表1的直线的斜率获得，Kc被认为是RH脱碳速率的重要表征参数，尽管Kc值一般是个常数，但在实践中是个变量值。在1阶段，碳含量高导致强脱碳反应，KC，1值更大。总含碳量的大约90wt%以上在这个阶段去除，这表明了这个阶段是RH脱碳过程中的主要一步。当熔体中的碳含量小于12×10−6，直线的斜率降低，表明脱碳反应进入2阶段。显而易见的是，Kc2的只在阶段2比阶段1更小。在实验中，KC1的平均值是0.306/min，KC2是0.072/min。3.2Co和Oo对脱碳速率的影响。1阶段定义为快速脱碳期为总脱碳过程中最重要的，这决定了总脱碳时间的效果图表2展示了Co和Oo的关系，并且计算了第一阶段的Kc1的值，当Kc1在450×10−6以上时，KC1值随[C]0呈线性增加，而[O]0受KC1值的影响很小。为了分析各因素对脱碳速率的影响，一个脱碳数学模型通过山口等人报道。为模拟RH脱碳过程。在加热实验中会测量用于计算本实验的所有样品参数值，如在真空容器的压力，提升气体流量，等，除了一些特别假设参数。它假定[O]0是一个常数660×10−6和[C]0之间变化150×10−6和450×10−6100106×−区间研究[C]0对脱碳速率的影响值。表2显示了在t=12分钟时不同[C]0的平均脱碳率（∆[C]/T，∆[C]=[C]0−[C]T）。这表明脱碳速率随着Co的增加而增加。当Co为150*10-6时，在12min的精炼时间内平均脱碳速率为11.2*10-6/min。当Co为450*10-6时，平均脱碳速率变为33.8*10-6/min。所以通过数学模型计算得出脱碳的结论是，KC与[C]0增加1值呈线性增加，这与观察到的一个实验结果一致。图3显示了由脱碳模型表现出的[C]含量及脱碳时间在不同[O]0时的关系。[C]0被假定为常数300×10−6，[O]变化400*10-6和800×10−6之间。Oo的增加导致了脱碳速率的增加从而脱碳结束后更低的碳含量。然而，当Oo在600/10-6以上时，[O]0对脱碳反应速率和最终[C]含量的影响变小。当Oo从600*10-6增加到800*10-6时，每增加100*10-6，最红碳含量都会减少2*10-6在大多数实验加热中测量的[C]含量在RH脱碳结束均低于13×10−6，但相关[O]含量达到425×10−6的平均值使后来的脱氧操作困难。因此，热条件下熔体到达RH装置必须控制在一定的水平来获得脱碳效果好，尤其是初始[C]含量和初始[O]含量。有研究表明，[C]0在300×10−6-400×10−6范围为RH自然脱碳过程中产生超低碳钢的最佳值。在实验中，平均初始[C]含量为270×10−6这是比较低的。因此，根据观测和计算结果，提高初始[C]含量大约到300×10−6，在现有的技术下合理控制初始O含量在600×10−6，这样可以满足超低碳钢生产的要求。3.3、真空容器的压力对脱碳速率的影响图4显示了在熔体中的碳含量和实验加热真空室压力的变化曲线。比较图4（b）和图4（a），在4和9分钟的脱碳处理期间，压力有一个较低的反应速率和一个个停滞期，而在同一时期，脱碳速率明显降低，表明容器压力是脱碳速度的重要因素之一。图5（a）显示的容器压力和脱碳时间在两种不同的压力模式下的变化，其值给出了人为的计算。与模式1相比，模式2与RH过程类似，具有较高的扩散速率，而且没有压力变化平缓期出现在压力降低时。图5（b）显示在两种不同的压力模式下通过数学模型在计算熔体中的[C]含量的变化。压力模式2的条件下，碳的含量可降低至6.4×10−6脱碳结束时的初始[C]含量为250×10−6；但在压力模式1的条件下，同一时期碳的含量只能达到13.1×10−6。排气能力被认为是影响阶段一的Kc1值的参数。真空容器的排气能力控制着真空容器的压力，从而影响脱碳速率。更大的排气能力可以在短时间内创造更低的压力。容器压力变化的趋势被认为是服从一个由Higuchi想出排气速度常数所估计的方程式−dP/dt=R⋅PP-----------容器压力，Pa；t---------------脱碳时间，minR-----------排气速度常数，min-1表6显示了阶段1的排气速度常数和Kc1值得关系，当R增加时Kc1值出现增长，这表明Kc1值会在一氧化碳在气相中的压力部分减少时增加，这是由于容器压力变低的原因。3.4.转折点时间在阶段一和阶段二之间有一个转折点。当脱碳进程从阶段一进入阶段二时，表面脱碳速率常数定义为Kc2，它的值比阶段一小很多。图表7显示了转折点的时间和[C]含量在那个时间的关系。RH处理不同的温度中，转折点出现在当脱碳过程大约在9.5和11分钟之间,平均10分钟。同时，碳含量在12*10-6到20*10-6之间，平均值为14*10-6.这种现象表明T与熔体中的碳含量有关系。一些研究认为，主要的RH脱碳机理为CO在金属中进行自发沸腾，被惰性气体排出并进入到液态金属中，飞溅的金属液滴通过气泡炸裂注入真空容器中。在超低碳范围内（特别是10×10−6以下）RH整体脱碳率确实很大程度上受飞溅机理。注入的气体是RH钢水环流的驱动力，它的体积影响的循环状态和冶金反应如脱碳反应。提高脱碳末期注入气体特别是流量可以加强钢液的搅拌，防止传质系数的下降，因此，抑制脱碳速率下降。事实上，当脱碳进入阶段2，排气能力使得容器压力接近最小值。因此，扩大注入气体的流量获得更多的溅滴大反应区是增加2期脱碳速率的有效途径。4、总结1）.总的RH脱碳工艺在齐安钢铁公司可以分为两个阶段：快速脱碳期和脱碳停滞期。2）.第一阶段，阶段1----快速脱碳期，这是在RH脱碳过程的主要步骤，是由于更大表面反应速率常数----Kc1值。3）.在阶段1在一定温度范围内，提高初始碳含量和排气量，减少容器的压力，可以增加KC1值。4）.在10分钟左右脱碳后的碳含量约为14×10−6，表示脱碳过程进入2阶段-------停滞的脱碳期。参考目录[1]Y.Higuchi,H.Ikenaga,andY.Shirota,Effectof[C],[O]andpressureonRHvacuumdecarburization,TetsutoHagane,84(1998),No.10,p.21.[2]S.C.Kang,K.C.Kim,J.M.Park,etal.,Improvementofde-carburizationcapacityofRHdegasserbyrevampingatKwangyangWorks,POSCO,[in]ProceedingofSteelmakingConference,Pittsburgh,2000,p.99.[3]Y.Kishimoto,K.Yamaguchi,T.Sakuraya,etal.,Decarburi-zationreactioninultra-lowcarbonironmeltunderreducedpressure,ISIJInt.,33(1993),No.3,p.391.[4]K.Harashima,S.Mizoguchi,M.Matsuo,etal.,Ratesofni-trogenandcarbonremovalfromliquidironinlowcontentre-gionunderreducedpressures,ISIJInt.,32(1992),No.1,p.111.[5]M.Yano,S.Kitamura,K.Harashima,etal.,ImprovementofRHrefiningtechnologyfortheproductionofultralowcarbonandlownitrogensteel,[in]ProceedingofSteelmakingCon-ference,Chicago,1994,p.117.[6]K.Higashi,InvestigationofdecarburizationinRH-reactoranditsoperationimprovement,CAMP-ISIJ,3(1990),No.1,p.168.[7]S.Inoue,Y.Furuno,T.Usui,etal.,Accelerationofdecar-burizationinRHvacuumdegassingprocess,ISIJInt.,32(1992),No.1,p.120.[8]Y.Kato,T.Fujii,S.Suetsugu,etal.,Effectofgeometryofvacuumvesselondecarburizati