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RH精炼夹杂物去除模拟与工业应用王爱敏;陈豪卫;白光厚;许荣昌【摘要】夹杂物对钢的力学性能有害,特别是对韧性的削弱作用较大.本文以物理模拟的方式再现了RH精炼装置中夹杂物碰撞长大的过程,并通过改变实验参数,分析时间、提升气量、浸渍深度等因素对RH精炼过程中夹杂物去除的影响,找到了适合莱钢生产高纯净钢的RH最佳工艺组合.【期刊名称】《内蒙古科技大学学报》【年(卷),期】2013(032)004【总页数】5页(P325-329)【关键词】RH精炼;夹杂物;物理模拟;提升气量【作者】王爱敏;陈豪卫;白光厚;许荣昌【作者单位】莱芜钢铁集团有限公司,山东莱芜271104;莱芜钢铁集团有限公司,山东莱芜271104;莱芜钢铁集团有限公司,山东莱芜271104;莱芜钢铁集团有限公司,山东莱芜271104【正文语种】中文【中图分类】TF769.2随着市场对钢产品品质要求的不断提高，RH以精炼效率，适合批量处理等优点在实际生产中获得了广泛应用［1］.RH精炼在防止钢水二氧化的前提下，强烈搅拌钢水以促进夹杂物上浮，具有良好的脱氧和去除夹杂物效果［2－3］.RH真空精炼技术逐渐成为提高产品质量、降低成本、扩大品种，提高炼钢生产能力，优化炼钢生产工艺的重要手段［4］.国内外研究者对RH装置内夹杂物的行为及去除机理的研究较少，且主要集中在对钢液取样分析(如扫描电镜法、金相显微镜观察法、图像分析法等)和数学描述上. 本文以莱钢银山型钢厂RH真空精炼装置为原型，采用物理模拟的方法对该真空装置去夹杂行为进行研究.1 实验过程及方案模拟夹杂物除了要保证与原型夹杂物的运动相似外，还要能模拟钢液中夹杂物的碰撞长大这一重要的物理行为.本实验采用一种无色、不溶于水、常温下不挥发且稳定的乳状油脂来模拟夹杂物.由于该乳状液不会被水润湿，在水中的两个或多个乳状液滴一旦相碰，在界面张力的作用下就可以形成由两个或多个乳状液滴组成的簇状物;这与钢液中非金属夹杂物碰撞并形成簇状物的过程非常相似，因此该乳状液滴能较好地模拟钢液中夹杂物的碰撞聚合行为，且其物理性质亦可满足这一模拟行为.实验时，分别将30 ml的乳状液通过特定的方法均匀加入RH实验装置(如图1)所示内，并给上升管送气，同时从钢包底缓缓注入与钢包内密度相同的水，这样随着溢出的溶液，钢包内上浮至表面的乳状液也随之流出，每隔一定时间收集溢出的乳状液和水的混合物，通过特定的处理得到纯乳状液.于是，某一时刻夹杂物的去除率之和可由式(1)可得:式中，ti为第i个时间间隔，V0为初始加入的乳状液的体积，Vti为第i个时间间隔内去除的乳状液的体积.图1 夹杂物去除实验装置示意图Fig.1 Schematic diagram of the experimental device for inclusion removal(1)空气压缩机;(2)阀门;(3)流量计;(4)压力表;(5)真空室模型;(6)钢包模型;(7)排水管;(8)收集槽;(9)真空泵;(10)水箱具体实验方案如下:方案1，在不同时间区间内测定RH精炼装置内夹杂物的去除率.浸渍管浸渍深度为500 mm，采用双层12孔吹气方式，在提升气体流量为50～130 Nm3/h(间隔5 Nm3/h)下，研究夹杂物在第 1，2，3，4，5，6，7 个4 min内的去除率，考察时间对夹杂物去除效果的影响.方案2，在不同提升气量下测定RH精炼装置内夹杂物的去除率:浸渍管浸渍深度为500 mm，采用双层12孔吹气方式，提升气体流量分别调到50～130 Nm3/h(间隔5 Nm3/h)，考察提升气体流量对夹杂物去除效果的影响. 方案3，在不同浸渍管浸渍深度下测定RH精炼装置内夹杂物的去除率:提升气体流量分别调到60Nm3/h和90 Nm3/h，采用双层12孔吹气方式，浸渍管浸渍深度分别为350，500和650 mm，考察不同的浸渍深度对夹杂物去除效果的影响.2 实验结果及分析2.1 夹杂物聚合形态分析从RH装置的冶金功能来看，它不仅在脱碳方面起着重要作用，而且在夹杂物的去除方面同样起着至关重要的作用.模拟夹杂物除了要保证与原型夹杂物的运动相似外，还要能模拟钢液中夹杂物的碰撞长大这一重要的物理行为.本实验采用一种无色、不溶于水、常温下不挥发且稳定的乳状油脂来模拟夹杂物.由于该乳状液不会被水润湿，在水中的两个或多个乳状液滴一旦相碰，在界面张力的作用下就可以形成由两个或多个乳状液滴组成的簇状物，这与钢液中非金属夹杂物碰撞并形成簇状物的过程非常相似，因此该乳状液滴能较好地模拟钢液中夹杂物的碰撞聚合行为，且其物理性质亦可满足这一模拟行为.图2为RH水模实验过程中拍摄到的2个和3个不同粒径夹杂物碰撞聚合的放大图片.图2(a)，(b)为三个粒径相近夹杂物的碰撞长大图，图2(a)，(b)的具体碰撞长大方式是不相同的，图2(a)为三个夹杂物几乎同时碰撞产生由它们凝聚成的簇状物;而图2(b)中夹杂物的碰撞长大分为两个过程:首先，相距比较近的夹杂物颗粒(如图2(d)示)先发生碰撞形成簇状物，然后单体夹杂物颗粒再与夹杂物簇状物发生碰撞并形成一个由三个夹杂物颗粒组成的簇状物.由于先聚合的夹杂物颗粒在最终簇状物形成之前已经以簇状物的形式存在并进行了一段时间的凝并，因此在最终的簇状物中后聚合的夹杂物颗粒凝并的程度要比先聚合夹杂物颗粒的凝并的程度大，这也说明了该簇状物是经由上述两个过程产生的.由此可以看出，本实验所选择的模拟夹杂物能较好地模拟钢液中不同形式的夹杂物碰撞长大行为.图2 夹杂物碰撞聚合示意图Fig.2 Diagram of inclusion collision and coalescence(a)三个粒径不同的夹杂物的碰撞;(b)三个粒径相近的夹杂物的碰撞;(c)两个粒径不同的夹杂物的碰撞;(d)夹杂物碰撞聚合示意图2.2 不同因素对夹杂物去除的影响图3为不同提升气量(50～130 Nm3/h)分别在第1，2，3，4，5，6，7 个4 min 内夹杂物的去除率 . 从图中可以看出，夹杂物的去除行为主要发生在前8 min内，RH处理12 min可将绝大部分的夹杂物去除，且0～4 min是去夹杂最快的时间段;当吹气至第7个4 min时，该段吹气区间内，夹杂物的去除率均小于5%，这意味着:从去夹杂方面考虑，吹气28 min后能够去除的夹杂物几乎已经全部去除，若吹气处理更长时间，则意义不大.图3 不同时间区间内夹杂物的去除率Fig.3 Inclusion removal in different time interval图4给出的是在不同提升气量下夹杂物的去除率随时间的变化关系.从图中可以看出，提升气量对夹杂物去除的影响较大，存在两个最佳的去夹杂气量，即:60Nm3/h和90 Nm3/h，在这两个气量前后夹杂物去除率均随气量的增加先增大后减小;对比这两个气量的去夹杂效果，以60 Nm3/h的气量为最优;此外，大于120 Nm3/h的提升气量的去夹杂效果均较差.图4 不同提升气量条件下夹杂物的去除率Fig.4 Inclusion removal under the condition of different lifting gas图5(a)是提升气量为60 Nm3/h时不同浸渍深度下夹杂物的去除率随时间变化的情况.随着浸渍深度的增加夹杂物去除率先增大后减小，存在一个最佳值，对于60 Nm3/h的提升气量，浸渍深度为500 mm时去夹杂效果最佳.图5(b)是提升气量为90 Nm3/h时不同浸渍深度下夹杂物的去除率随时间变化的情况.整体上，随浸渍深度的增加，夹杂物去除率呈增大的趋势，但500和650 mm的浸渍深度下夹杂物去除率相差不大.图5 不同浸渍深度条件下夹杂物的去除率Fig.5 Inclusion removal under the condition of different impregnation depth综上所述，针对本实验研究的RH精炼装置，能有效提高夹杂物去除效果的措施为:RH处理8 min可将绝大部分的夹杂物去除，RH处理28 min后夹杂物几乎全部去除;采用60 Nm3/h的提升气体气量;采用500 mm的浸渍管浸渍深度.3 工业应用为了检验其应用效果，对采用优化的RH精炼工艺参数后的冶金效果进行了现场试验及取样分析.结合莱钢银山型钢厂RH的实际情况，选择试验钢种为GK5294F3. 表1，2分别为GK5294钢采用优化的RH精炼工艺参数后的全氧含量及氮含量结果.从表中看出，优化方案的精炼效果有明显提高，其各试样的Σ(O+N)均小于50×10－6.可见，采用优化方案工艺参数后有很好的夹杂物控制效果及气体氮的控制效果.综上所述，综合考虑各工艺参数对RH混匀效果、钢水处理能力(循环流量)及夹杂物去除效果的影响，并考虑实际，提出如下优化工艺参数:在RH精炼初期，为防止喷溅RH提升气量应控制在60～70 Nm3/h;而后为获得较大的循环流量、较快的传质速度来加速脱碳并使RH有较好的混匀效果，提升气体流量应控制在90 Nm3/h;后期为获得较好的去夹杂效果应采用60 Nm3/h的提升气量;浸渍管的浸渍深度应控制在500 mm.表1 原方案下全氧含量及氮含量Table 1 Total oxygen content and nitrogen content of the original scheme?表2 优化方案下全氧含量及氮含量Table 2 Total oxygen content and nitrogen content of the optimization scheme?4 结论(1)夹杂物的去除行为主要发生在前8 min，RH处理8 min可将绝大部分的夹杂物去除，且0～4 min是去夹杂最快的时间段;吹气28 min后夹杂物几乎已经全部去除;(2)提升气量对夹杂物去除的影响较大，大小气量范围内，分别存在一个最佳的去夹杂气量，即:60 Nm3/h和90 Nm3/h;且大于120 Nm3/h的提升气量的去夹杂效果均较差;(3)提升气量为60 Nm3/h时，随着浸渍深度的增加夹杂物去除率先增大后减小，存在一个最佳值，即为500 mm;提升气量为90 Nm3/h时，随浸渍深度的增加，夹杂物去除率呈增大的趋势，但500和650 mm的浸渍深度下夹杂物去除率相差不大.参考文献:［1］耿佃桥，雷洪，赫冀成，等.影响RH循环流量的行波磁场工艺参数分析［J］.钢铁，2009，44(6):32－37.［2］殷瑞钰，王新华.适用于冷轧薄板类钢种的合理炉外精炼工艺的探讨［J］.钢铁，2007，42(5):1.［3］艾新港，包燕平，吴华杰，等.RH工艺生产轴承钢脱氧和去除夹杂物研究［J］.钢铁，2009，44(7):43－46.［4］吴燕萍，凌国胜.RH快速精炼工艺与设备选型［J］.中国冶金，2011，21(2):11－14.。
专利名称：一种提高超低碳钢夹杂物去除率的RH精炼方法专利类型：发明专利
发明人：邓小旋,李海波,朱国森,初仁生,季晨曦,潘宏伟,刘柏松,邵肖静,张宏艳,尹娜,刘国梁,罗衍昭,吕迺冰
申请号：CN202011332919.2
申请日：20201123
公开号：CN112646954A
公开日：
20210413
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明实施例提供了一种提高超低碳钢夹杂物去除率的RH精炼方法，包括如下步骤：将钢包底吹孔与RH浸渍上升管的中心布置于同一纵轴线；通过所述RH浸渍管和真空室钢水循环对所述钢包中的钢水进行脱碳，获得超低碳钢水；对所述超低碳钢水加铝进行脱氧，脱氧后进行钢包底吹氩去除夹杂物，获得部分洁净钢水；对所述部分洁净钢水进行合金化，后进行纯循环进一步去除夹杂物，关闭钢包底吹，破真空完成RH精炼。
通过在脱氧后进行钢包底吹氩，一方面可以利用气泡捕获氧化铝夹杂物，使其有效聚集成大尺寸夹杂物，快速上浮去除，减少成品中Al‑Ti复合类夹杂物的数量；另一方面还可与提升气体流量效应叠加，提高钢水循环速率8％，缩短RH处理时间1‑2min。
该方案可使超低碳钢中间包钢水T.0含量从0.0018％降至0.0015％，降幅达17％，有效提高了钢产品质量。
申请人：首钢集团有限公司
地址：100041 北京市石景山区石景山路68号
国籍：CN
代理机构：北京华沛德权律师事务所
代理人：王瑞琳
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