RH生产超低碳钢的工艺优化

D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1999.05.030 第21卷第5期 北京科技大学学报 Vol.21 No.5 1999年10月 Journal of University of Science and Technology Beijing 0ct.1999 RH生产超低碳钢的工艺优化 方 东 刘中柱 蔡开科 北京科技大学冶金学院，北京100083 摘要通过建立RH真空处理脱碳数学模型，研究了[C]。、[O、吹氩流量、浸入管内径对脱碳 效果的影响.模型计算结果表明，针对某厂RH处理工艺，若适当提高转炉出钢[C],降低出钢 [O],既可满足钢中[C]的要求，又可降低脱碳终点[O],从而减少脱氧合金的消耗. 关键词RH真空处理：脱碳：数学模型 分类号TF131.4;TF704.5 某厂利用LD一RH一CC工.艺生产超低碳 akp(C、-C,)/M=ak plO,-O,)/M。 (5) 钢，RH真空处理主要承担脱碳、脱氧与合金化、 1og(10-8C,O/P)=-(1160/T+2.003) (6) 成分微调等任务，为满足钢中碳<0.002%的要 1.3参数的确定 求，实际生产中转炉出钢碳控制在 (1)钢水循环流量 0.02%0.03%,氧在0.07%0.1%，经RH真空处 RH真空处理钢水循环流量Q的计算公式： 理碳降到0.002%以下，脱碳结束时氧在0.04 e10.9xGxD() (7) %-0.07%之间，因而需要消耗大量的合金进行 (2)容积系数. 脱氧，使生产成本增加，同时脱氧产物对钢水污 碳的容积系数ak与真空室搅拌能e有关， 染严重.针对这种现状，我们结合此厂现行生产 即：akxe”.同时，碳的容积系数还随气一液界面 工艺，建立了RH真空处理脱碳的数学模型，旨 面积等的变化而变化，因而本文假设n=a+bt,则 在为提出更合理的RH真空处理工艺提供依据， 有ak=r,n,a,b均为系数， 根据Higbie's的穿透理论，即(ak,/ak)= 1RH脱碳数学模型的建立 (DJD)°-0.69，Suzuki等人用试验证明了此结 11模型的假设 论的可靠性，所以ak,=0.69ak. 在建立脱碳数学模型时，考虑RH内的碳、 1.4模型的验证 氧传质，作如下假设”：(1)真空室和钢包内钢水 利用Runge-Kutta法求解微分方程组.根据 完全混合：(2)脱碳反应只在真空室内进行：(3) 我们试验所取的数据，当取常数时无法用模型 气一钢液界面上的碳、氧浓度与气相中C0分 准确模拟整个脱碳过程，因此取n=a+bt.通过调 压平衡：(4)脱碳速率由碳、氧的传质控制. 整a和b的值来模拟生产过程，当a=0.5,b=-0.35 1.2模型方程 时，模型计算与试验实测值吻合很好，见图1：b 根据以上假设，利用质量守恒原理，RH真 为负值表明了搅拌能对碳氧的容积系数的影响 空处理脱碳模型可用以下方程描述. 250+ e-品c-c) 一模型计算 1) 200 试验 9-号0-0) (2) 150 dC-2(C-C.)-ake(C.-C.) 100 dt w w (3) 50 0-20-0）20-0) (4) 0 0 10 15 20 t/min 1999-03-19收稿 方东男，27岁，硕士 图1脱碳过程模型计算与试验实测的比较

第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 生 产 超 低碳钢 的工 艺 优 化 方 东 刘 中柱 蔡开 科 北 京科技大学冶 金学院 ， 北 京 摘 要 通过 建立 真 空 处 理 脱碳 数 学模型 ， 研 究 了【 。 、 。 、 吹氢 流量 、 浸 入 管 内径对 脱 碳 效 果 的 影 响 模型 计 算 结果 表 明 ， 针对 某厂 处 理 工 艺 若 适 当提 高转 炉 出钢 【 ， 降低 出 钢 【 ， 既 可 满 足钢 中【 的要 求 ， 又 可 降低 脱碳 终 点 【 ， 从而 减 少脱 氧 合 金 的消耗 关键词 真 空 处 理 脱碳 数 学模型 分 类号 某 厂 利 用 一 工 艺 生 产 超 低 碳 钢 ， 真空 处 理 主 要 承担 脱碳 、 脱氧与合 金化 、 成 分微 调 等任 务 为满足钢 中碳 的要 求 ， 实 际 生 产 中 转 炉 出 钢 碳 控 制 在 一 ， 氧在 一 ， 经 真 空 处 理 碳 降到 以下 ， 脱 碳 结 束 时氧 在 一 之 间 ， 因 而 需要 消耗 大量 的合 金 进行 脱氧 ， 使生 产 成 本增 加 ， 同 时脱 氧产 物对 钢水污 染 严 重 针 对 这 种现状 ， 我们 结 合此 厂 现 行 生 产 工 艺 ， 建立 了 真 空 处 理 脱 碳 的数 学模 型 ， 旨 在 为提 出更 合 理 的 真空 处 理 工 艺提供 依据 脱 碳 数 学模 型 的建 立 模 型 的 假 设 在 建 立 脱 碳 数 学 模 型 时 ， 考 虑 内 的碳 、 氧 传 质 ， 作 如 下 假 设 真 空 室 和 钢 包 内钢 水 完 全 混 合 脱 碳 反 应 只 在 真 空 室 内进行 气一钢 液 界 面 上 的碳 、 氧浓 度 与 气 相 中 分 压 平 衡 脱碳 速 率 由碳 、 氧 的传 质 控 制 模型 方 程 根 据 以上 假 设 ， 利用 质 量 守恒 原 理 ， 真 空 处 理 脱 碳模 型 可 用 以下 方 程 描 述 一 从丈 户 、 一 从式 一 ， 护立 一 参数 的确定 钢 水 循环 流 量 真空 处 理 钢 水 循环 流 量 的计 算 公 式队 。 一 · 」· 。 · 会 ” 容积 系数 碳 的 容 积 系数 与 真 空 室 搅 拌 能 有 关 ， 即 二 扩 同 时 ， 碳 的容积 系数还 随气一液界 面 面 积 等 的变化 而 变化 ， 因而 本文 假 设 二 ， 则 有 二了 份 ， ， ， 均 为系数 根 据 ’ 的 穿 透 理 论 ， 即 二 女 二 ， 等人 川 用 试 验 证 明 了此 结 论 的 可 靠 性 ， 所 以 二 模 型 的验 证 利 用 一 法 求解 微 分 方 程 组 根据 我 们 试 验所 取 的数 据 ， 当 取 常 数 时无 法用 模 型 准 确模拟 整个脱 碳过程 ， 因 此 取 通 过 调 整 和 的值 来模 拟 生 产 过 程 ， 当 ， 一 时 ， 模 型 计算与试验 实测 值 吻合 很 好 ， 见 图 为负值表 明 了搅 拌 能对 碳 氧 的容积 系数 的 影 响 等 一 篇 。 一 。 等 一 号 口 、 一 口 —模型计算 试验 ︸一﹃勺 一、︶︸ 门甘曰 三 。 。 三 等 一 令 。 一 。 卜粤 。 一 。 孚 一 子 一 卜粤 、 一 。 、 心︸，气 ‘ 斗 ‘尹、 一 一 收稿 方 东 男 ， 岁 ， 硕 士 图 脱 碳 过 程 模型 计算 与试 验 实测 的 比较 DOI ：10．13374／j ．issn1001—053x．1999．05．030

ISSN1001-053X CODEN BKOXE2 雕京确技大学学报 死送以 眼 北东 ISSN1001-053X 1999 第21卷S Vol.21 No.5 9"771001 n5300 BELIING KEJI DAXUE XUEBAO 班京48头学学报，21：417~52

筑 诊彝卫一沥 工 熟鼓妙 蔷京祷杖大兮摩抓 毓籍雾雾 八 纂摊辫 一 蜘… 梦梦 第 邹 卷 第 苏奢 场乳 犷 撇 卜乡 艺鲜 扮 工 忿八介 彝凳砖找大檬兮报 ， 封 幻 汗 一 之 八︺卜引引卜旧旧旧陌︹︺ ‘ ‘ 朴””目“， 川日日日， 门了几，口卜

Vol.21 No.5 方东等：RH生产超低碳钢的工艺优化 427 23吹氩流量对脱碳速率的影响 量([C])要求达到0.002%时，由图8可查出合适 吹氩流量对脱碳速率的影响见图6，随吹氩 的[C为0.039%、[O]为0.065%和吹氩流量为 流量的增加，脱碳速率增加，终点碳降低.可见 640 L/min. 增加吹氩流量可提高脱碳速率 H=0.65m G/L'min 440 D=0.30m 1-300;2-400 100 0=0.085%3500:4600: 420 4 5-700:6-800 立4 2 009 7-1000 380 6 360 [C,/10-% 10 750700650600550 16i8 22242628 [0310% 0 10 15 20 600 t/min 图6吹氩量对脱碳的影响 700 2.4浸入管内径对脱碳速率的影响 8001 浸入管内径对脱碳速率的影响见图7.由图 图8RH处理工艺优化 可见，随浸入管内径的增加，脱碳速率增加，终 3 结论 点碳含量降低.由于浸入管主要通过钢水循环 流量来影响脱碳速率，因而此结果也表明：增加 (1)影响RH脱碳速率的因素主要有：初始 钢水循环流量可提高脱碳速率，缩短脱碳时间. 氧含量、初始碳含量、吹氩流量、浸入管内径 12.5 (2)由模型计算可知，RH处理超低碳钢时， 目12.0 如果转炉出钢碳控制在0.035%-0.075%，氧可 G=400L/min 11.5 H=0.65m 控制在0.065%~0.075%，处理过程中吹氩流量 ,-01) 11.0 C0-0.025% 增加到700L/min,则RH处理15min后，钢中碳 型 10.5 [0=0.085% 可达到0.0018%-0.0021%，这样既能满足RH 搭 10.0 处理终点碳含量的要求，又可减少脱氧合金消 9.5 .10.20.3 0.40.50.60.7 耗量，减少脱氧产物对钢水的污染 D im 图7浸入管内径对脱碳的影响 参考文献 2.5合理的处理工艺 I Koji Yamaguchi,超低碳钢的精炼条件对RH脱气装 置脱碳反应的影响，解世海译，武钢技术，1993(8)：40 结合图3、图5和图6的分析，利用模型计 2区铁.RH真空处理钢水循环流量的研究.炼钢，1993， 算了在H=0.65m,D=0.3m条件下，RH处理不 91):56 同钢种（对RH终点碳含量要求不同）所采用的 合适的工艺，见图8.例如，当H处理终点碳含 符号表 C,C,C一钢包、真空室、气一液反应界面碳的 O,O,0.一钢包、真空室、气-一液反应界面氧的 质量分数，104%： 质量分数，10+% ak,ak。一碳，氧传质的容积系数，mmin: t一脱碳时间，min: D一浸入管内径，m: c一真空室搅拌能，W/min: G一氩气流量，L/min: T一钢水温度，K: Q-钢水循环流量，tmin: ,W一真空室、钢包内钢水质量，： P-大气压力，1.01325×10Pa: H一浸渍管提升高度，m: P、一真空室压力，Pa: p-钢水密度，7.0×10kg/m: [C,[O一初始碳，初始氧质量分数，10%： M,M。一碳，氧相对原子量，M.=I2,M=16 (下转435页)

方 东等 生 产超低 碳 钢 的工 艺优化 一 吹 氨 流 量 对 脱 碳速 率 的 影 响 吹 氢流量 对 脱碳速率 的影 响见 图 ， 随吹氢 流 量 的增 加 ， 脱碳 速 率 增 加 ， 终 点碳 降低 可 见 增 加 吹氢 流 量 可 提 高脱 碳 速 率 量 【 〕要 求达 到 时 ， 由 图 可 查 出合 适 的 。 为 、 。 为 和 吹氢流 量 为 罗，、一切一 图 吹 氨量对脱碳 的影 响 、 月一肠” 酬 一 ’ 、 认 · ‘一， “一 戈月习 。一 · 吕 一 “ 飞攀 。 件 一 ， 浸 入 管 内径 对 脱碳 速 率 的影 响 浸入 管 内径对 脱碳速率 的影响见 图 由图 可 见 ， 随浸 入 管 内径 的增加 ， 脱 碳 速 率增 加 ， 终 点碳含量 降低 由于 浸 入 管主 要通过 钢 水循环 流量来影 响脱碳速 率 ， 因而 此 结果也表 明 增加 钢 水循环 流量可提 高脱碳速率 ， 缩短脱碳 时间 户 ’ · ， 刀一 刃 一 一 一 一爪厂 【 。 一 ‘ ， 巴 已 乏 切 刀 〔 。 刃 「 。 二 刀 图 处 理 工 艺 优化 结论 影 响 脱碳 速 率 的 因 素主 要 有 初始 氧 含 量 、 初 始 碳含 量 、 吹 氢 流 量 、 浸 入 管 内径 由模 型 计 算可 知 ， 处 理 超低碳 钢 时 ， 如 果 转 炉 出钢 碳控 制 在 一 ， 氧 可 控 制 在 一 ， 处 理 过 程 中 吹 氢流 量 增 加 到 ， 则 处 理 巧 后 ， 钢 中碳 可 达 到 一 ， 这 样 既 能 满 足 处 理 终 点碳 含 量 的要 求 ， 又 可 减 少 脱氧 合 金 消 耗 量 ， 减 少脱 氧 产 物 对 钢 水 的污 染 层岁手 ，侧澎到盔。一︾ 图 浸入 管内径 对 脱碳 的影响 合理 的处 理 工 艺 结合 图 、 图 和 图 的分 析 ， 利 用 模型 计 算 了在刀‘ ， 条 件 下 ， 处 理 不 同钢 种 对 终 点碳 含 量 要 求 不 同 所 采 用 的 合适 的工 艺 ， 见 图 例 如 ， 当 处 理 终 点碳 含 参 考 文 献 超 低 碳 钢 的精炼 条件 对 脱气 装 置 脱碳 反 应 的影 响 解 世 海 译 武钢 技术 ， 区 铁 真 空 处 理钢 水 循环 流量 的研究 炼钢 ， ， 符号表 二 ， 、 ， 一钢 包 、 真 空室 、 气一液反 应 界面 碳 的 质量 分数 ， 一 ‘ ， 一碳 ， 氧传质的容积 系数 ， 一浸入 管 内径 ， 一氢气流 量 ， 口一 钢 水 循环 流量 ， 灯 尸一 弋气 压 力 ， ， 只一真 空 室 压 力 ， 【 。 ， 【 】 。一初始碳 ， 初始氧质量 分数 ， 一 ，以刀 ， 一钢 包 、 真 空 室 、 气一液 反 应 界 面氧 的 质量 分数 ， 一 ‘ 脱碳 时 间 ， 。一真 空 室 搅拌 能 ， 飞一 钢 水 温 度 ， 声不仁一 真 空 室 、 钢 包 内钢 水质量 ， 了手一 浸渍管提 升 高度 ， 户一钢 水 密度 ， ， ， 从 ， 一碳 ， 氧 相 对 原子 量 ， ，从 二 下 转 页

Vol.21 No.5 逯洲威等：薄板坯连铸液芯铸轧铸坯变形特点 ·435 纵向伸长不能忽略 Continuously Cast Slabs with Liquid Core.Ironmaking (3)压下率一定时，铸坯纵向伸长随坯壳厚 and Steelmaking,1993,20(4):264 度的增加而增加；坯壳厚度一定时，铸坯纵向伸 5 Kelly J E,Michalek K P.O'connor T G,et al.Initial De- 长随压下率的增加而增加， velopment of Thermal and Stress Fields in Continuously Cast Steel Billets.Metall Trans,1988,19A:2589 参考文献 6 Tszeng TC.Kobayashi S.Stress Analysis in Solidification 1 Wunnenberg K,Schwerdtfeger K.Principles in Thin Slab Processes:Application to Continuous Casting.Interna- Casting.Iron&Steel Maker,1995,22(4):25 tional Joural of Machine Tools and Manufacturing. 2 Gosio G,Morando M,Manini L.The First Minimill for 1989,29(1):121 Quality Hot Strip Production in Comparison with Other 7 Meroni U,Filippi P.Soft Reduction System in Danieli's Hot Strip Production Lines.MPT,1992,15(2):66 Thin Slab Caster.Danieli News (News in Flat Products) 3田乃媛薄板坏连铸及热装直接轧制.北京：冶金工业 1995,5:14 出版社，1995 4 Cremer B,Pawelski O,Rasp W.Rolling Characteristics of Rolling Characteristics of Continuous Cast Slabs with Liquid Core Lu Zhouwei,Cai Kaike,Zhang Jiaquan Metallurgy School,UST Beijing.Beijing 100083,China ABSTRACT Rolling characteristics of continuous cast slabs with liquid core is studied with the aid of elas- tic-plastic and thermal-mechanical coupled FEM.The studies show that the longitudinal tensile strain of strand can be ignored for thin shell,but it can not be ignored for thick shell.The effects of shell thickness and related height reduction on the longitudinal tensile strain of strand are analyzed. KEY WORDS thin slab casting;cast-rolling;longitudinal tensile strain 米米米米※*米米米米米※米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米 (上接427页) Optimum Process of RH Treatment for Ultra-low Carbon Steel Fang Dong.Liu Zhongzhu.Cai Kaike Metallurgy School.UST Beijing,Beijng 100083.China ABSTRACT A mathematical model was established and applied to simulate the decarburization in RH de- gasser and to study the effects of [C]o,[O]o,flow amount of Ar and diameter of the snorkels on the decarburiza- tion.The results obtained by using the model showed that as considering the RH process in the plant,the oxy- gen in the melt at the end of decarburization can be reduced by increasing the original carbon and decreasing the original oxygen without unacceptable carbon content.Thus the consumption of deoxidizing alloy can be reduced,and the inclusions produced in deoxidizing process can be reduced. KEY WORDS RH treatment;decarburization

运 洲威 等 薄板 坯连 铸液 芯 铸轧铸坯 变 形特 点 纵 向伸长 不 能 忽 略 压 下 率一 定 时 ， 铸坯纵 向伸长 随坯 壳厚 度 的增 加而 增 加 坯 壳厚度一 定 时 ， 铸坯纵 向伸 长 随压 下 率 的增加 而 增 加 参 考 文 献 ， ， ， ， ， · 、 ， ， 田 乃 媛 薄板坯连铸及热装直接轧制 北 京 冶金工 业 出版 社 ， ， ， ， ， ， ， ’ ， ， ， ， ， ， ， ’ ’ 困 ， ， ， ， ， ， 一 一 ， 一 半 米 米 带 来 来 米 米 来 米 来 兴 兴 米 米 来 来 来 米 来 来 来 米 条 米 来 米 来 来 来 来 来 米 来 米 带 米 来 来 来 来 来 来 来 上接 页 一 ’ ， ， ， ， 街 【 。 ， 【 。 ， ， ， · 月