RH生产超低碳钢的工艺优化.pdf_大学文库

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

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