D0I:10.13374/1.issnl00103.2009.s1.031 第31卷增刊1 北京科技大学学报 Vol.31 Suppl.1 2009年12月 Journal of University of Science and Technology Beijing Dee.2009 RH冶炼超低碳钢的最优工艺研究 岳峰崔衡李朋欢 包燕平 北京科技大学冶金工程研究院，北京100083 摘要建立了RH碳氧反应模型，计算值和实际测量值吻合较好，可以模拟实际R精炼过程中的碳氧反应·在一定的初 始碳含量范围内，初始碳含量对RH脱碳结束的碳含量基本没有影响，同时，RH脱碳反应达到14m如后其脱碳速度小于 1.5×10-6mi,脱碳反应接近平衡.随着钢包渣TFe含量的增高，RH脱碳反应降低的氧含量和碳含量的比值在降低.当 钢包渣T℉e含量为8%时，实际计算的碳氧线和理论的碳氧线接近 关键词RH:超低碳钢；碳氧反应 Study on the optimum process of refining ULC steel by RH degasser YUE Feng,CUI Heng.LI Peng-huan,BAO Yan-ping Research Institute of Metallurgical Engineering University of Science and Technology Beijing.Beijing 100083.China ABSTRACT A carbon-oxygen reaction model was developed to simulate actual reactions in the RH process,and the calculation re sults were in good agreement with the measurement results.It was found that the initial carbon content had no influence on the car- bon content at the end of decarburization in RH.The carbon-oxygen reaction nearly reached equilibrium due to 14 minutes reaction at a decarburization rate of less than 1.5X10min.The ratio of A0/AC of decarburization in the RH process decreased with the increase in the TFe content of ladle slag,and the ratio was near the theory ratio when the TFe content was 8%. KEY WORDS RH:ULC steel:carbon-oxygen reaction F钢作为无间隙原子钢要求不断降低钢中碳 平衡： 含量，以提高冷轧钢板深冲性能].这就要求RH (1) 处理时，在生产允许的时间内把碳降至极低范围， 9-品(c-6） 另一方面，RH处理同样要求RH脱碳后的氧含量 -a0=品(0-0)-0 (2) 控制在尽可能低的程度，以减少钢中夹杂物，提高 F钢性能].因而必须研究RH的碳氧反应，系 统分析和研究IF钢生产的工艺制度，为此建立RH =-6)+6,-c) dt 脱碳与脱氧模型，通过模型定量分析各工艺参数对 -d=-是(00)+ dt 精炼过程及效果的影响，分析各种因素对于RH碳 氧反应的影响，寻求最优化的生产工艺参数，强化脱 aKo W,(0,-0s)-0kB (4) 碳反应，同时满足F钢对质量的要求， 1g(10-8Cs0s/Po)=-(1160/T+2.003)(5) 1碳氧反应模型的建立 式中，CL=CL十Ccrp' 在Yamaguchi容量平衡模型假设I可的基础上， 假设：(1)顶渣与钢液面处钢一渣中的氧达到平 考虑钢包顶渣向钢液传氧、精炼过程中废钢的加入 衡：(2)传氧速率取决于氧在钢液中的传播速率：（③） 引起钢包碳含量增加，建立钢包、真空室内的碳、氧 渣中只有Fe0被还原，则 收稿日期：2009-08-01 作者简介：岳峰(1969-)男，博士，E-mail:yuefeng@nercar~ustb:cdu:cn
RH 冶炼超低碳钢的最优工艺研究 岳 峰 崔 衡 李朋欢 包燕平 北京科技大学冶金工程研究院北京100083 摘 要 建立了 RH 碳氧反应模型计算值和实际测量值吻合较好可以模拟实际 RH 精炼过程中的碳氧反应．在一定的初 始碳含量范围内初始碳含量对 RH 脱碳结束的碳含量基本没有影响同时RH 脱碳反应达到14min 后其脱碳速度小于 1∙5×10－6min －1脱碳反应接近平衡．随着钢包渣 TFe 含量的增高RH 脱碳反应降低的氧含量和碳含量的比值在降低．当 钢包渣 TFe 含量为8％时实际计算的碳氧线和理论的碳氧线接近． 关键词 RH；超低碳钢；碳氧反应 Study on the optimum process of refining ULC steel by RH degasser Y UE FengCUI HengLI Peng-huanBA O Y an-ping Research Institute of Metallurgical EngineeringUniversity of Science and Technology BeijingBeijing100083China ABSTRACT A carbon-oxygen reaction model was developed to simulate actual reactions in the RH processand the calculation results were in good agreement with the measurement results．It was found that the initial carbon content had no influence on the carbon content at the end of decarburization in RH．T he carbon-oxygen reaction nearly reached equilibrium due to14minutes’reaction at a decarburization rate of less than1∙5×10－6min －1．T he ratio of ΔO／ΔC of decarburization in the RH process decreased with the increase in the TFe content of ladle slagand the ratio was near the theory ratio when the TFe content was8％． KEY WORDS RH；ULC steel；carbon-oxygen reaction 收稿日期：2009-08-01 作者简介：岳 峰（1969－）男博士E-mail：yuefeng＠nercar．ustb．edu．cn IF 钢作为无间隙原子钢要求不断降低钢中碳 含量以提高冷轧钢板深冲性能［1－2］．这就要求 RH 处理时在生产允许的时间内把碳降至极低范围． 另一方面RH 处理同样要求 RH 脱碳后的氧含量 控制在尽可能低的程度以减少钢中夹杂物提高 IF 钢性能［3－5］．因而必须研究 RH 的碳氧反应系 统分析和研究 IF 钢生产的工艺制度为此建立 RH 脱碳与脱氧模型通过模型定量分析各工艺参数对 精炼过程及效果的影响分析各种因素对于 RH 碳 氧反应的影响寻求最优化的生产工艺参数强化脱 碳反应同时满足 IF 钢对质量的要求． 1 碳氧反应模型的建立 在 Yamaguchi 容量平衡模型假设［6］的基础上 考虑钢包顶渣向钢液传氧、精炼过程中废钢的加入 引起钢包碳含量增加建立钢包、真空室内的碳、氧 平衡： － d CL d t ＝ Q WL （CL－CV） （1） － d QL d t ＝ Q WL （ QL－ OV）－ Otopslag （2） － d CV d t ＝－ Q WV （CL－CV）＋ αKCρ WV （CV－CS） （3） － d OV d t ＝－ Q WV （ OL－ OV）＋ αK Oρ WV （ OV－ OS）－ OKTB （4） lg（10－8CS OS／P ∗ CO）＝－（1160／T＋2∙003） （5） 式中CL＝CL＋Cscrap． 假设：（1）顶渣与钢液面处钢－渣中的氧达到平 衡；（2）传氧速率取决于氧在钢液中的传播速率；（3） 渣中只有 FeO 被还原则 第31卷 增刊1 2009年 12月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．31Suppl．1 Dec．2009 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2009．s1．031
.54 北京科技大学学报 2009年增刊1 1 OToL(OL0L). 解.程序的计算框图如图2所示 (开始 TFe 010=L0- 输人真空室压降， eMr(other) 读取设备参数 输人C,O,CvO 温度，Ar流量和 Mother TFe的初始值 废钢加人模式 脱碳反应模型如图1所示 Time=0 Po-KcoCsOs Cs Os Time-time+△r ● aKcp(Cv-Cs) aKoP(Cy-Cs) 联立公式1-7求解time 时刻的C,O,Cv,OTFe值 C O W 输出计算结果 C,O,Cv,OTFe值 Ge N Time>精炼时间 Top slago Y 结束 Dop Q 废钢 图2RH碳氧模型计算程序框图 C QC 应用VB语言，将RH脱碳数学模型编制成RH Q0, 86 真空脱碳模拟软件， 用 用于模型验证的RH设备参数见表1，钢包顶 渣成分见表2，提升气体流量为1200m3/min时，真 图1RH脱碳模型示意图 空室压力和温度随时间的变化见图3. 表1RH设备参数 2模型中主要参数的确定 真空室内径/ 浸渍管高度/ 浸渍管直径/ 钢包容量/ 2.1循环流量Q的确定 mm mm mm t 由于Kuw abara等人[可提出的公式考虑到真空 2138 1725 650 210 室压力对循环流量的影响，故循环流量Q选用 Kuw abara等人提出的公式进行计算： 表2钢包顶渣成分（质量分数） ÷ Q=11.4G1/3 D4/3[In(Po/Py)]1/3 (6) TFe Cao SiO2 Mgo Al203 Mno P205 2.2容积系数的确定 20.81843.9815.4416.31711.8022.3970.345 碳和氧传质的容积系数，aKc、aKo,与气液界 面的面积和真空室钢液的搅拌能有关，Kc/aKo= 1800 0.69.aKc的数值由Yamaguchi等提出的表达式来 1600·· ·温度 1400 确定， 12网 akc=aX10-30°.64s[C]≥100X10-6 1000 800 aKc=a×10-5Q°.64s[C][C]<100X10-6 600 400 (7) 200 真空室压力 在Yamaguchi等的研究中取a=2.6,但是随着 0 5 101520 25 30 时间/min RH设备脱碳能力的增强，aKc的数值成倍增长，在 本模型计算中取a=15.6. 图3真空室压力、温度随时间的变化（提升气体流量为1200 m/min) 3模型计算程序 模型计算值和实测值见图4，由图4可以看出 RH脱碳数学模型由式(1)~(5)来描述，采用 计算值和实际测量值吻合较好，由模型计算的降氧 自适应步长龙格一库塔法求解出常微分方程组的 量与降碳量的比值为0.8835，小于理论值1.33，钢
Otopslag＝ 1 T OL （ OLQ－ OL） OLQ＝ L O TFe TFe＋ MFe （％other） Mother ． 脱碳反应模型如图1所示． 图1 RH 脱碳模型示意图 2 模型中主要参数的确定 2∙1 循环流量 Q 的确定 由于 Kuwabara 等人［7］提出的公式考虑到真空 室压力对循环流量的影响故循环流量 Q 选用 Kuwabara 等人提出的公式进行计算： Q＝11∙4G 1／3D 4／3［ln（P0／PV）］ 1／3 （6） 2∙2 容积系数的确定 碳和氧传质的容积系数αKC、αK O与气液界 面的面积和真空室钢液的搅拌能有关αKC／αK O＝ 0∙69．αKC 的数值由 Yamaguchi 等提出的表达式来 确定． αKC＝α×10－3Q 0∙64S ［ C］≥100×10－6 αKC＝α×10－5Q 0∙64S ［ C］ ［ C］＜100×10－6 （7） 在 Yamaguchi 等的研究中取 α＝2∙6但是随着 RH 设备脱碳能力的增强αKC 的数值成倍增长在 本模型计算中取 α＝15∙6． 3 模型计算程序 RH 脱碳数学模型由式（1）～（5）来描述采用 自适应步长龙格－库塔法求解出常微分方程组的 解．程序的计算框图如图2所示． 图2 RH 碳氧模型计算程序框图 应用 VB 语言将 RH 脱碳数学模型编制成 RH 真空脱碳模拟软件． 用于模型验证的 RH 设备参数见表1钢包顶 渣成分见表2提升气体流量为1200m 3／min 时真 空室压力和温度随时间的变化见图3． 表1 RH 设备参数 真空室内径／ mm 浸渍管高度／ mm 浸渍管直径／ mm 钢包容量／ t 2138 1725 650 210 表2 钢包顶渣成分（质量分数） ％ TFe CaO SiO2 MgO Al2O3 MnO P2O5 20∙818 43∙981 5∙441 6∙317 11∙802 2∙397 0∙345 图3 真空室压力、温度随时间的变化（提升气体流量为1200 m 3／min） 模型计算值和实测值见图4由图4可以看出 计算值和实际测量值吻合较好．由模型计算的降氧 量与降碳量的比值为0∙8835小于理论值1∙33钢 ·54· 北 京 科 技 大 学 学 报 2009年 增刊1
Vol.31 Suppl.I 岳峰等：RH冶炼超低碳钢的最优工艺研究 .55 包顶渣向钢包钢液传入了约99×10一6的氧，工厂实 图6是钢包初始碳含量为400×10-6时钢包碳 际统计的降氧量与降碳量的比值的平均值在0.8一 含量和脱碳速度的变化，从图可以看出，当真空室 0.9之间，说明碳氧模型计算的降氧量与降碳量的 压力降低到一定程度，钢液开始循环，其脱碳速度迅 比值比较符合生产实际情况 速增加，在2min左右，钢液最大脱碳速度为90× 700r 10-6min1,然后逐渐降低，14min后其脱碳速度小 600 于1.5×10-6mim1,钢液中的碳含量在11×10-6 500 左右，此时由于脱碳反应接近平衡，其反应主要在钢 400 300 一碳含量计算值 液表面进行，因而脱碳效率较低，此时若继续脱碳意 碳含量实测值 莲2001 a氧含量计算值 义不大，应及时进行脱氧、合金化等后续工序的处 100 。氧含量实测值 理，这样一方面可缩短总处理时间，提高生产率；另 0 6810121416 一方面，在总处理时间不变的情况下可延长RH纯 时间/min 后搅时间纯脱气时间，减少钢中夹杂物，因而目前 RH的脱碳处理时间为l5min是比较合理的，完全 图4计算值和实测值比较 可以满足F钢较低碳含量的要求. 100 4模型计算结果与讨论 400 一钢水碳含量 脱碳速度 80 4.1合理脱碳工艺的研究 图5是当初始氧含量为600×10-6，吹氩流量 300 60 和压降制度一定情况下，RH自然脱碳时钢包碳含 如200 9 量的变化，从图可以看出，在一定的初始碳含量范 围内，初始碳含量对RH脱碳结束的碳含量基本没 100 有影响，这主要是在RH脱碳后期，钢液中的碳含 量较低，其脱碳速度变化较小，延长时间对脱碳结束 68101214 0 反应时间/min 后的碳含量影响较少，这和前边实际统计分析的结 果一样，即初始碳含量和RH精炼后的碳含量关系 图6初始碳400X10一时钢包碳含量和脱碳速度的变化 不大，某钢厂RH处理初始氧含量大部分在600× 10-6左右，初始碳含量控制在450×10-6以下比较 4.2合理初始氧含量的研究 4.2.1初始氧含量对脱碳的影响 合理，如果初始碳含量过高，自然脱碳达到较低终 当初始碳含量为350×10-6时，不同初始氧含 点碳，就需要延长脱碳时间，减少RH后期纯循环去 量对脱碳的影响如图7所示，在不吹氧的情况下， 除夹杂物的时间，不利于夹杂物的去除；而要求较低 初始氧含量越高，脱碳速率越大，脱碳终点碳含量越 的初始碳含量，会增加转炉的负担，同时使脱碳后保 低.但初始氧含量大于500×10-5时，对终点碳影 持较高的氧含量，恶化钢液的纯净度.因此，就要充 响不大，这和前边RH精炼过程中碳氧关系的结果 分发挥强制脱碳的作用，保证在初始碳含量较高的 是一样的，由此可见，不同的初始碳含量有一个与 情况下仍能在较短时间内完成脱碳任务 之匹配的临界初始氧含量，使脱碳速率达到最大，当 钢中氧含量低于该临界氧含量时，将造成脱碳速率 400 —450×10b 400x10-6 降低，RH终点碳升高，这时需吹氧强制脱碳；当氧 4m4300x106 300 --250×106 含量高于临界氧含量时，氧含量对脱碳速率影响较 小，因而相同处理时间终点碳含量变化也不大，但脱 如 200 碳终点的氧含量将升高，需进行脱氧工作，处理时间 100 延长，生产成本增加，而且影响钢液质量， 4.2.2钢包顶渣对碳氧的影响 8101214 16 碳氧反应的理论原子量的氧碳比为1.33，由于 反应时间min 钢包渣传氧、真空室飞溅的钢液传氧等造成RH反 图5初始碳含量对脱碳的影响 应的氧碳比偏离理论值1.33，如果实际RH初始碳
包顶渣向钢包钢液传入了约99×10－6的氧工厂实 际统计的降氧量与降碳量的比值的平均值在0∙8～ 0∙9之间说明碳氧模型计算的降氧量与降碳量的 比值比较符合生产实际情况． 图4 计算值和实测值比较 4 模型计算结果与讨论 图5 初始碳含量对脱碳的影响 4∙1 合理脱碳工艺的研究 图5是当初始氧含量为600×10－6吹氩流量 和压降制度一定情况下RH 自然脱碳时钢包碳含 量的变化．从图可以看出在一定的初始碳含量范 围内初始碳含量对 RH 脱碳结束的碳含量基本没 有影响．这主要是在 RH 脱碳后期钢液中的碳含 量较低其脱碳速度变化较小延长时间对脱碳结束 后的碳含量影响较少这和前边实际统计分析的结 果一样即初始碳含量和 RH 精炼后的碳含量关系 不大．某钢厂 RH 处理初始氧含量大部分在600× 10－6左右初始碳含量控制在450×10－6以下比较 合理．如果初始碳含量过高自然脱碳达到较低终 点碳就需要延长脱碳时间减少 RH 后期纯循环去 除夹杂物的时间不利于夹杂物的去除；而要求较低 的初始碳含量会增加转炉的负担同时使脱碳后保 持较高的氧含量恶化钢液的纯净度．因此就要充 分发挥强制脱碳的作用保证在初始碳含量较高的 情况下仍能在较短时间内完成脱碳任务． 图6是钢包初始碳含量为400×10－6时钢包碳 含量和脱碳速度的变化．从图可以看出当真空室 压力降低到一定程度钢液开始循环其脱碳速度迅 速增加在2min 左右钢液最大脱碳速度为90× 10－6 min －1然后逐渐降低14min 后其脱碳速度小 于1∙5×10－6 min －1钢液中的碳含量在11×10－6 左右此时由于脱碳反应接近平衡其反应主要在钢 液表面进行因而脱碳效率较低此时若继续脱碳意 义不大应及时进行脱氧、合金化等后续工序的处 理这样一方面可缩短总处理时间提高生产率；另 一方面在总处理时间不变的情况下可延长 RH 纯 后搅时间纯脱气时间减少钢中夹杂物因而目前 RH 的脱碳处理时间为15min 是比较合理的完全 可以满足 IF 钢较低碳含量的要求． 图6 初始碳400×10－6时钢包碳含量和脱碳速度的变化 4∙2 合理初始氧含量的研究 4∙2∙1 初始氧含量对脱碳的影响 当初始碳含量为350×10－6时不同初始氧含 量对脱碳的影响如图7所示．在不吹氧的情况下 初始氧含量越高脱碳速率越大脱碳终点碳含量越 低．但初始氧含量大于500×10－6时对终点碳影 响不大这和前边 RH 精炼过程中碳氧关系的结果 是一样的．由此可见不同的初始碳含量有一个与 之匹配的临界初始氧含量使脱碳速率达到最大当 钢中氧含量低于该临界氧含量时将造成脱碳速率 降低RH 终点碳升高这时需吹氧强制脱碳；当氧 含量高于临界氧含量时氧含量对脱碳速率影响较 小因而相同处理时间终点碳含量变化也不大但脱 碳终点的氧含量将升高需进行脱氧工作处理时间 延长生产成本增加而且影响钢液质量． 4∙2∙2 钢包顶渣对碳氧的影响 碳氧反应的理论原子量的氧碳比为1∙33由于 钢包渣传氧、真空室飞溅的钢液传氧等造成 RH 反 应的氧碳比偏离理论值1∙33如果实际 RH 初始碳 Vol．31Suppl．1 岳 峰等： RH 冶炼超低碳钢的最优工艺研究 ·55·
,56 北京科技大学学报 2009年增刊1 400 RH初始碳含量和氧含量，若初始氧含量低于其对 初始氧含量为400×106 ,初始氧含量为500x10 应的直线，则初始氧含量过低，影响脱碳速度，造成 300 初始氧含量为600x106 初始氧含量为700x10h 终点碳含量偏高，而初始氧含量高于其对应的直线， -…初始氧含量为800x10 200 则初始氧含量过高，对脱碳速率及终点碳含量没有 影响，但是导致脱碳终点氧含量高，需要加更多的铝 100 脱氧，从而降低钢液的纯净度 900F ·一钢包渣中TFe-8%理论碳氧线 200 400 6008001000 时间/s 800 ··钢包渣中TFe-15% 图7初始氧含量对脱碳的影响 如600 500 和氧按照理论的比值计算，就会使脱碳后的钢液中 的氧含量偏高，从而采用大量的AI脱氧，影响钢液 ·,钢包渣中TFe-20% 300 的纯净度，同时在同样的RH精炼时间内原始氧越 ,.钢包渣中TFc-25% 200 高，中间包的全氧就越高，其造成铸坯中纯A203大 250300350400450500 初始碳含量10· 颗粒夹杂物的几率增大，影响冷轧板的表面质量， 从图8可以看出，在初始碳为350×10-6，初始氧为 图9不同TFe含量钢包渣的理想初始氧含量 650X10-6的工艺条件下，随着钢包渣TFe含量的 增高，RH脱碳反应降低的氧含量和碳含量的比值 5结论 在降低，大约钢包渣中的TFe每提高10%，脱碳反 ()建立了RH碳氧反应模型，计算值和实际 应降低的氧含量和碳含量的比值降低0.33，因而为 测量值吻合较好，可以模拟实际RH精炼过程中的 稳定脱碳后的钢液中氧含量，RH处理初始的碳氧 碳氧反应， 含量应和钢包渣中的TFe关联起来. (2)在一定的初始碳含量范围内，初始碳含量 1.3 对RH脱碳结束的碳含量基本没有影响，同时RH 1.2 脱碳反应达到14min后其脱碳速度小于1.5× 10-6min1,脱碳反应接近平衡，因而某钢厂RH的 1.0 脱碳处理时间为l5min是比较合理的，这样可以提 0.9 高生产率，同时延长RH纯后搅时间，减少钢中夹 0.8 杂物 0.7 (3)一定初始碳含量的情况下，初始氧含量越 12 16 20 钢包渣TFe含量/% 高，脱碳速率越大，脱碳终点碳含量越低，但初始氧 含量大于500×10-6时，对终点碳影响不大.随着 图8钢包顶渣对碳氧反应的影响 钢包渣TFe含量的增高，RH脱碳反应降低的氧含 4.2.3合理初始氧含量的确定 量和碳含量的比值在降低，大约钢包渣中的TFe每 通过计算，图9是钢包渣中不同T℉e含量情况 提高10%，脱碳反应降低的氧含量和碳含量的比值 下最优初始氧含量，钢水中氧含量既满足脱碳对氧 降低0.33 含量的要求，又避免了脱碳后剩余过高氧而影响钢 (4)在钢包渣TFe含量为8%时，实际计算的 液质量，从中可以看到，在钢包渣TFe含量为8% 碳氧线和理论的碳氧线接近，在RH实际控制中， 时，实际计算的碳氧线和理论的碳氧线接近，说明钢 结合钢包渣中TFe含量的不同，应利用最佳碳氧含 包中T℉e含量为8%，其渣中的氧势和钢液中的氧 量曲线控制RH合适的初始氧含量和碳含量， 势相当，从而钢包渣不能向钢液中传氧：而钢包渣 符号表 TFe含量大于8%，则向钢液中传氧，造成RH脱氧 CL,0L:钢包内钢液的碳、氧含量，10一5： 量和脱碳量的比值小于理论值.在RH实际控制 Q:RH的循环流量，tmin1; 中，结合钢包渣中TFe含量的不同，图中直线为保 Cv,0:真空室内钢液的碳、氧含量，10-6： 持最大脱碳速度同时脱碳后获得最低氧含量的最佳 WL:钢包内钢液的重量，t;
图7 初始氧含量对脱碳的影响 和氧按照理论的比值计算就会使脱碳后的钢液中 的氧含量偏高从而采用大量的 Al 脱氧影响钢液 的纯净度同时在同样的 RH 精炼时间内原始氧越 高中间包的全氧就越高其造成铸坯中纯 Al2O3 大 颗粒夹杂物的几率增大影响冷轧板的表面质量． 从图8可以看出在初始碳为350×10－6初始氧为 650×10－6的工艺条件下随着钢包渣 TFe 含量的 增高RH 脱碳反应降低的氧含量和碳含量的比值 在降低大约钢包渣中的 TFe 每提高10％脱碳反 应降低的氧含量和碳含量的比值降低0∙33因而为 稳定脱碳后的钢液中氧含量RH 处理初始的碳氧 含量应和钢包渣中的 TFe 关联起来． 图8 钢包顶渣对碳氧反应的影响 4∙2∙3 合理初始氧含量的确定 通过计算图9是钢包渣中不同 TFe 含量情况 下最优初始氧含量钢水中氧含量既满足脱碳对氧 含量的要求又避免了脱碳后剩余过高氧而影响钢 液质量从中可以看到在钢包渣 TFe 含量为8％ 时实际计算的碳氧线和理论的碳氧线接近说明钢 包中 TFe 含量为8％其渣中的氧势和钢液中的氧 势相当从而钢包渣不能向钢液中传氧；而钢包渣 TFe 含量大于8％则向钢液中传氧造成 RH 脱氧 量和脱碳量的比值小于理论值．在 RH 实际控制 中结合钢包渣中 TFe 含量的不同图中直线为保 持最大脱碳速度同时脱碳后获得最低氧含量的最佳 RH 初始碳含量和氧含量．若初始氧含量低于其对 应的直线则初始氧含量过低影响脱碳速度造成 终点碳含量偏高而初始氧含量高于其对应的直线 则初始氧含量过高对脱碳速率及终点碳含量没有 影响但是导致脱碳终点氧含量高需要加更多的铝 脱氧从而降低钢液的纯净度． 图9 不同 TFe 含量钢包渣的理想初始氧含量 5 结论 （1） 建立了 RH 碳氧反应模型计算值和实际 测量值吻合较好可以模拟实际 RH 精炼过程中的 碳氧反应． （2） 在一定的初始碳含量范围内初始碳含量 对 RH 脱碳结束的碳含量基本没有影响同时 RH 脱碳反应达到 14min 后其脱碳速度小于1∙5× 10－6 min －1脱碳反应接近平衡因而某钢厂 RH 的 脱碳处理时间为15min 是比较合理的这样可以提 高生产率同时延长 RH 纯后搅时间减少钢中夹 杂物． （3） 一定初始碳含量的情况下初始氧含量越 高脱碳速率越大脱碳终点碳含量越低．但初始氧 含量大于500×10－6时对终点碳影响不大．随着 钢包渣 TFe 含量的增高RH 脱碳反应降低的氧含 量和碳含量的比值在降低大约钢包渣中的 TFe 每 提高10％脱碳反应降低的氧含量和碳含量的比值 降低0∙33． （4） 在钢包渣 TFe 含量为8％时实际计算的 碳氧线和理论的碳氧线接近．在 RH 实际控制中 结合钢包渣中 TFe 含量的不同应利用最佳碳氧含 量曲线控制 RH 合适的初始氧含量和碳含量． 符号表 CLOL：钢包内钢液的碳、氧含量10－6 ； Q：RH 的循环流量t·min －1 ； CVOV：真空室内钢液的碳、氧含量10－6 ； WL：钢包内钢液的重量t； ·56· 北 京 科 技 大 学 学 报 2009年 增刊1
Vol.31 Suppl.I 岳峰等：RH冶炼超低碳钢的最优工艺研究 .57. 0oplg:钢包顶渣向钢液传氧的速率，10一6. P:真空室压力，Pa; min; S:真空槽的表面积，m2; Wv:真空室内钢液的重量，t; KTB:RH炉的顶吹氧枪， aKc,ko:碳、氧传质的容积系数，m3min-1; 参考文献 p:钢液的密度，tm3; [1]Karlyn D A.Veith R W,Forand J L.Mechanical working and t:时间，min; steel processing M.Trans Met Soc AIME.1969.(7):127 OκTB:强制脱碳时吹入氧气引起的真空室内钢 [2]Zhao H.Wang X J.Development and production of interstitial 液吸氧速率，l0一6min-1; free steel.Res Iron Steel.1993.(1):49 Cs,Os:真空室内反应界面钢液的平衡碳、氧含 (赵辉，王先进。无间隙原子钢的生产与发展.钢铁研究， 量，10-6： 1993,(1):49) [3]Jungreithmeier A,Pissenberger E.Burgstaller K,et al.Produc- Pco:真空室内C0的分压，Pa: tion of ULC IF steel Grades at Voest-Alpine Stahl GmbH.Iron T:钢水温度，K; Steel Technol.1996.(4):41 Ccp:废钢引起的增碳量与钢包钢液重量的比 [4]Lee KK.Park J M.Chung J Y.Choi S H.Ahn S B.The see- 值，10-5： ondary refining technologies for improving the cleanliness of ultra low carbon steel at Kwangyang works.La Revue de ToL:顶渣传氧的时间常数； Metalluregie-CIT.1996.(4):504 010:顶渣与钢液平衡时的氧含量，10-6： [5]Cai KK.Zhang L F.Liu Z Z.Pure steel production technology Lo:反应(Fe0)一[Fe]+[0]的平衡常数； and present situation.Henan Metall,2003.11(3):3 (蔡开科，张立蜂，刘中柱。纯净钢生产技术及现状，河南治 TFe:顶渣中全铁的含量（质量分数），%； 金，2003,11(3)：3) Mre:Fe的原子量，tmol; [6]Yamaguchi K.Kishimoto Y.Effect of refining conditions for ul- %other:顶渣中除全铁外其他组元总的含量 tra low carbon steel on decarburization reaction in RH degasser. (质量分数)，%； ISIJ1m,1992,32(1):126 Mother:顶渣中除全铁外其他组元的原子量，t· [7]Kuwabara T,Umezawa K.Mori K.et al.Investigation of decar- mol; burization behavior in RH-reactor and its operation improvement Trans Iron Steel Inst Jpn.1988.28(4):305 Po:大气压力，Pa;
Otopslag：钢包顶渣向钢液传氧的速率10－6· min －1 ； WV：真空室内钢液的重量t； αKCαK O：碳、氧传质的容积系数m 3·min －1 ； ρ：钢液的密度t·m －3 ； t：时间min； OKTB：强制脱碳时吹入氧气引起的真空室内钢 液吸氧速率10－6·min －1 ； CSOS：真空室内反应界面钢液的平衡碳、氧含 量10－6 ； P ∗ CO：真空室内 CO 的分压Pa； T：钢水温度K； Cscrap：废钢引起的增碳量与钢包钢液重量的比 值10－6 ； T OL：顶渣传氧的时间常数； OLQ：顶渣与钢液平衡时的氧含量10－6 ； L O：反应（FeO） ［Fe］＋［O］的平衡常数； TFe：顶渣中全铁的含量（质量分数）％； MFe：Fe 的原子量t·mol －1 ； ％other：顶渣中除全铁外其他组元总的含量 （质量分数）％； Mother：顶渣中除全铁外其他组元的原子量t· mol －1 ； P0：大气压力Pa； P：真空室压力Pa； S：真空槽的表面积m 2 ； KTB：RH 炉的顶吹氧枪． 参 考 文 献 ［1］ Karlyn D AVeith R WForand J L．Mechanical working and steel processing Ⅶ．T rans Met Soc AIME1969（7）：127 ［2］ Zhao HWang X J．Development and production of interstitial free steel．Res Iron Steel1993（1）：49 （赵辉王先进．无间隙原子钢的生产与发展．钢铁研究 1993（1）：49） ［3］ Jungreithmeier APissenberger EBurgstaller Ket al．Production of ULC IF steel Grades at Voest-Alpine Stahl GmbH．Iron Steel Technol1996（4）：41 ［4］ Lee K KPark J MChung J YChoi S HAhn S B．The secondary refining technologies for improving the cleanliness of ultra low carbon steel at Kwangyang works． L a Rev ue de Métalluregie-CIT1996（4）：504 ［5］ Cai K KZhang L FLiu Z Z．Pure steel production technology and present situation．Henan Metall200311（3）：3 （蔡开科张立峰刘中柱．纯净钢生产技术及现状．河南冶 金200311（3）：3） ［6］ Yamaguchi KKishimoto Y．Effect of refining conditions for ultra low carbon steel on decarburization reaction in RH degasser． ISIJ Int199232（1）：126 ［7］ Kuwabara TUmezawa KMori Ket al．Investigation of decarburization behavior in RH-reactor and its operation improvement． T rans Iron Steel Inst Jpn198828（4）：305 Vol．31Suppl．1 岳 峰等： RH 冶炼超低碳钢的最优工艺研究 ·57·