RH真空炉脱碳冶炼方法

技术领域

本发明涉及钢铁冶金制造技术领域，尤其涉及一种RH真空炉脱碳冶炼方法。

背景技术

RH真空炉具备脱碳、脱气、脱氧、去夹杂、调节钢水温度和化学成分等一系列功能，具有处理周期短、生产能力大、夹杂去除效果好等一系列优点，在炼钢生产中获得了广泛应用，尤其在生产超低碳钢、高品质纯净钢方面表现出了显著的优越性。

随着市场要求超低碳钢中碳含量越来越低，对RH真空深脱碳能力要求越来越高，比如高级别硅钢、IF钢对成品碳含量在15ppm以内甚至10ppm以内。

为了获得超低碳钢，通常在RH真空处理期间通过向钢水中喷吹氮气、氩气、二氧化碳或一氧化碳等气体或向钢水中加入CaCO

发明内容

本发明的目的在于提供一种RH真空炉脱碳冶炼方法，能够在短时间内得到超低碳含量的钢水，解决了现有技术中向钢水中吹气或加入可分解产生气体的粉末，易造成生产成本增加的问题。

为了实现上述发明目的，本发明一实施方式提供一种RH真空炉脱碳冶炼方法，包括如下步骤：

S1：分别切断真空室与真空合金仓、真空系统管路的连通；

S2：打开与真空系统管路连接的第一级水循环泵并将所述第一级水循环泵工作电流设置为300-350A，开始对真空系统管路预抽真空，在设置所述第一级水循环泵工作电流时，盛有钢水的钢包开始上升，钢包上升速度保持6-10m/min；当所述钢包到达钢包上升行程的40-60％时，将所述第一级水循环泵工作电流调整为380-420A，打开与真空系统管路连接的第二级水循环泵并将所述第二级水循环泵工作电流设置为300-350A；当所述钢包到达处理工位时，真空系统管路整体压力在300-450mbar；

S3：打开位于真空室和真空系统管路之间的真空主阀，将所述第二级水循环泵工作电流调整为380-420A，开启与真空系统管路连接的第一级蒸汽泵，自真空室的浸渍管中的上升管向真空室喷吹提升气体，提升气体流量设置为50-80NL/min；当真空室压力降至100mbar、20mbar、5mbar时，分别开启与真空系统管路连接的第二级、第三级、第四级蒸汽泵，当打开第二级蒸汽泵后，提升气体流量调整为150-200NL/min，所述第一级水循环泵打开后10-13min脱碳结束。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述第一级水循环泵打开7-9min后，提升气体调整为混合气体直至脱碳结束，所述混合气体由60-70％氩气和30-40％氢气组成，脱碳结束后将提升气体切换成全氩气。

作为本发明一实施方式的进一步改进，步骤S2中，所述钢包到达处理工位时，钢水的氧含量为0.050-0.075％，碳含量为0.02-0.05％，温度≥1610℃。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述钢包、RH真空炉的浸渍管、真空室内部的耐材的碳含量≤0.05％。

作为本发明一实施方式的进一步改进，步骤S2中，所述第一级水循环泵工作电流设置为300-350A时，抽气速率为15-30mbar/s。

作为本发明一实施方式的进一步改进，步骤S2中，调整所述第一级水循环泵工作电流为380-420A，打开所述第二级水循环泵并将所述第二级水循环泵工作电流设置为300-350A后，总抽气速率为40-60mbar/s。

作为本发明一实施方式的进一步改进，步骤S2中，所述第二级水循环泵工作电流调整为380-420A后，总抽气速率为70-80mbar/s。

作为本发明一实施方式的进一步改进，提升气体调整为所述混合气体前，所述提升气体为全氩气。

作为本发明一实施方式的进一步改进，切断所述真空室和真空合金仓的连通后，将合金自高位料仓加入真空合金仓；打开真空系统管路之间的通气阀使真空系统管路之间连通。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述第一级水循环泵打开后13min内钢水碳含量降低至12ppm以下。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本发明一实施方式通过控制抽真空时的抽气速率和钢包上升速度，使钢包到达处理工位时，真空系统管路的压力达到预期压力，缩短真空主阀打开后抽真空时间，使碳氧反应开始时间提前，减少脱碳反应的时间，减少钢水温度的降低，降低了炼钢生产的成本。同时在脱碳后期，调整提升气体配比，利用氢气泡比表面积大的特点，加速中后期脱碳反应进行，在较短的时间内实现深脱碳处理，使钢水在短时间内达到超低碳含量的钢水。

附图说明

图1是本发明实施例中的RH真空炉的结构示意图。

具体实施方式

以下将结合具体实施方式对本发明进行详细的描述，但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做的反应条件、反应物或原料用量上的变换均包含在本发明的保护范围内。

并且，应当理解的是尽管术语第一级、第二级等在本文中可以被用于描述各种装置，但是这些被描述对象不应受到这些术语的限制。这些术语仅用于将这些描述对象彼此区分开。例如，第一级水循环泵可以被称为第二级水循环泵，并且类似地第二级水循环泵也可以被称为第一级水循环泵，这并不背离本申请的保护范围。

本发明一实施方式提供了一种RH真空炉脱碳冶炼方法，所述冶炼方法包括以下步骤：

S1：分别切断真空室与真空合金仓、真空系统管路的连通。

S2：打开与真空系统管路连接的第一级水循环泵并将所述第一级水循环泵工作电流设置为300-350A，开始对真空系统管路预抽真空，在设置所述第一级水循环泵工作电流时，盛有钢水的钢包开始上升，钢包上升速度保持6-10m/min；当所述钢包到达钢包上升行程的40-60％时，将所述第一级水循环泵工作电流调整为380-420A，打开与真空系统管路连接的第二级水循环泵并将所述第二级水循环泵工作电流设置为300-350A；当所述钢包到达处理工位时，真空系统管路整体压力在300-450mbar。

切断真空室和真空系统管路的连通后，打开位于真空系统管路一侧的水循环泵进行预抽真空，将真空系统管路内的空气排出，缩短了后续脱碳时抽真空时间，使碳氧反应开始时间提前；同时通过控制第一级水循环泵和第二级水循环泵工作电流来控制抽气速率，使抽气速率配合钢包的上升速度，使得钢包到达处理工位时(当RH真空炉的浸渍管浸没在钢水内时即为钢包到达处理工位)，真空系统管路的整体压力达到300-450mbar，若压力预抽过低，当打开真空主阀时，钢水一侧真空室压力高，会造成钢水大喷溅，使真空室内结冷钢严重，同时影响生产安全；若预抽压力过高，则起不到缩短抽真空时间，使碳氧反应开始时间提前的作用。

S3：打开位于真空室和真空系统管路之间的真空主阀，将所述第二级水循环泵工作电流调整为380-420A，开启与真空系统管路连接的第一级蒸汽泵，自真空室的浸渍管中的上升管向真空室喷吹提升气体，提升气体流量设置为50-80NL/min；当真空室压力降至100mbar、20mbar、5mbar时，分别开启与真空系统管路连接的第二级、第三级、第四级蒸汽泵，当打开第二级蒸汽泵后，提升气体流量调整为150-200NL/min，所述第一级水循环泵打开后10-13min脱碳结束。

真空主阀打开后，真空室内气体进入真空系统管路一侧，使真空系统管路一侧压力上升，因此，打开真空主阀时，立即将第二级水循环泵工作电流调整至最大，快速抽气使真空度快速降低。真空室的浸渍管的上升管内连通有向真空室喷吹提升气体的装置，浸渍管浸没于钢水内后，钢包内的钢水在提升气体和气压差的共同作用下，由上升管吸入真空室，打开真空主阀在真空环境下进行碳氧反应脱碳，再由下降管重新流回钢包，如此循环反复达到脱碳的目的。根据真空度的降低，逐步开启蒸汽泵，整个脱碳期匹配水循环泵、蒸汽泵的开启与提升气体的变化，保持高速脱碳速率。

进一步的，所述第一级水循环泵打开7-9min后，提升气体调整为混合气体直至脱碳结束，所述混合气体由60-70％氩气和30-40％氢气组成，脱碳结束后将提升气体切换成全氩气。

在脱碳中后期，钢水碳含量大幅降低，在提升气体中加入氢气，利用氢气泡比表面积大的特点，促进碳在气泡表面发生碳氧反应从而促进脱碳。但氢气在脱碳中后期加入，且加入量相对较少，此时真空压力整体较低，可确保促进脱碳的同时，氢元素不会大量残留，避免后期再延长深真空时间脱氢。

进一步的，步骤S2中，所述钢包到达处理工位时，钢水的氧含量为0.050-0.075％，碳含量为0.02-0.05％，温度≥1610℃；钢包到达处理工位时，碳含量下限值可达0.03％，也即钢包到达处理工位时，碳含量为0.03-0.05％亦能够实现快速脱碳的目的；甚至，钢包到达处理工位时，碳含量为0.04-0.05％亦能够实现快速脱碳的目的。

RH真空炉冶炼超低碳钢时，首先RH进站钢水(当RH真空炉的浸渍管浸没在钢水内时)需要氧含量需要高于碳含量，避免处理过程频繁的吹氧脱碳、吹氧升温等操作，因为吹氧过程会减慢抽真空速率或使真空室压力升高，进而减慢了脱碳速度。

进一步的，所述钢包、RH真空炉的浸渍管、真空室内部的耐材的碳含量≤0.05％。钢水在脱碳的过程中，高温的钢水会侵蚀其接触的钢包、浸渍管、真空室内壁等的耐材，从而使钢包、浸渍管、真空室内壁的耐材部分熔于钢水中，因此，上述耐材需要含碳量很低，避免钢水在脱碳过程中产生多余的碳。

进一步的，步骤S2中，所述第一级水循环泵工作电流设置为300-350A时，抽气速率为15-30mbar/s；步骤S2中，调整所述第一级水循环泵工作电流为380-420A，打开所述第二级水循环泵并将所述第二级水循环泵工作电流设置为300-350A后，总抽气速率为40-60mbar/s；步骤S2中，所述第二级水循环泵工作电流调整为380-420A后，总抽气速率为70-80mbar/s。本发明实施方式通过控制水循环泵的电流来控制抽气速率，使抽气速率与钢包上升速率匹配，达到钢包到达处理工位时真空系统管路压力达到预期压力的目的。

进一步的，提升气体调整为所述混合气体前，所述提升气体为全氩气，惰性气体的加入是真空室内环境更稳定，不会发生多余的反应。

进一步的，切断所述真空室和真空合金仓的连通后，将合金自高位料仓加入真空合金仓；打开真空系统管路之间的通气阀使真空系统管路之间连通。高位料仓用于储存脱氧合金化时所需要的合金，在抽真空前将合金放入真空合金仓备用，待脱碳完成后快速打开真空室和真空合金仓之间的阀门使二者连通，将真空合金仓内的合金加入钢水进行脱氧合金化，然后净循环处理，破空、出钢。

进一步的，所述第一级水循环泵打开后13min内钢水碳含量降低至12ppm以下，实现高效脱碳。

本发明一实施方式通过控制抽真空时的抽气速率和钢包上升速度，使钢包到达处理工位时，真空系统管路的压力达到预期压力，缩短真空主阀打开后抽真空时间，使碳氧反应开始时间提前，减少脱碳反应的时间，减少钢水温度的降低，降低了炼钢生产的成本。同时在脱碳后期，调整提升气体配比，利用氢气泡比表面积大的特点，加速中后期脱碳反应进行，在较短的时间内实现深脱碳处理，使钢水在短时间内达到超低碳含量的钢水。

下面结合一些具体的实施例，对本申请的技术方案进行进一步说明。

实施例1

S1：在抽真空前，关闭真空室与真空合金仓连接管路，将所要冶炼的钢种在脱氧合金化时需要添加的合金称好，自高位料仓加入真空合金仓；打开真空主阀远离真空室一侧的真空系统管路之间的通气阀；RH钢水座包完成后，关闭RH真空炉的真空主阀以切断真空室与真空系统管路的连通。

S2：打开第一级水循环泵开始抽真空，第一级水循环泵工作电流设置为300A，抽气速率保持15mbar/s，第一级水循环泵工作电流设置时，盛有钢水的钢包开始上升，钢包上升速度保持6m/min；待钢包上升至钢包上升行程的60％时，将第一级水循环泵工作电流调整为380A，打开第二级水循环泵并设置工作电流为300A，抽气速率保持40mbar/s；当钢包上升至处理工位时，氧含量为0.05％，碳含量为0.02％，钢水温度为1610℃，真空系统管路整体压力在450mbar。

S3：打开真空主阀，将第二级水循环泵工作电流调整为380A，开启第一级蒸汽泵，自上升管向真空室喷吹氩气，氩气流量设置80NL/min；当真空室压力降至100mbar、20mbar、5mbar时，分别开启第二级、第三级、第四级蒸汽泵，当打开第二级蒸汽泵后，氩气流量调整为150NL/min；第一级水循环泵打开9min后，将作为提升气体的氩气调整为由60％氩气和40％氢气组成的混合气体直至RH脱碳结束，脱碳结束后将混合气体调整为全氩气；抽真空13min后脱碳结束，打开真空室和真空合金仓之间的阀门使二者连通，真空合金仓内的合金加入钢水脱氧合金化，然后进行净循环处理及破空出钢，运至连铸浇注。

该炉次钢包、RH浸渍管、真空室内部的耐材碳含量0.05％；RH真空处理13min内将钢水碳含量脱至5ppm。

实施例2

S1：在抽真空前，关闭真空室与真空合金仓连接管路，将所要冶炼的钢种在脱氧合金化时需要添加的合金称好，自高位料仓加入真空合金仓；打开真空主阀远离真空室一侧的真空系统管路之间的通气阀；RH钢水座包完成后，关闭RH真空炉的真空主阀以切断真空室与真空系统管路的连通。

S2：打开第一级水循环泵开始抽真空，第一级水循环泵工作电流设置为350A，抽气速率保持30mbar/s，第一级水循环泵工作电流设置时，盛有钢水的钢包开始上升，钢包上升速度保持10m/min；待钢包上升至钢包上升行程的40％时，将第一级水循环泵工作电流调整为420A，打开第二级水循环泵并设置工作电流为350A，抽气速率保持60mbar/s；当钢包上升至处理工位时，氧含量为0.075％，碳含量为0.05％，钢水温度为1615℃，真空系统管路整体压力在300mbar。

S3：打开真空主阀，将第二级水循环泵工作电流调整为420A，开启第一级蒸汽泵，自上升管向真空室喷吹氩气，氩气流量设置50NL/min；当真空室压力降至100mbar、20mbar、5mbar时，分别开启第二级、第三级、第四级蒸汽泵，当打开第二级蒸汽泵后，氩气流量调整为200NL/min；第一级水循环泵打开7min后，将作为提升气体的氩气调整为由70％氩气和30％氢气组成的混合气体直至RH脱碳结束，脱碳结束后将混合气体调整为全氩气；抽真空10min后脱碳结束，打开真空室和真空合金仓之间的阀门使二者连通，真空合金仓内的合金加入钢水脱氧合金化，然后进行净循环处理及破空出钢，运至连铸浇注。

该炉次钢包、RH浸渍管、真空室内部的耐材碳含量0.05％；RH真空处理10min内将钢水碳含量脱至12ppm。

实施例3

S1：在抽真空前，关闭真空室与真空合金仓连接管路，将所要冶炼的钢种在脱氧合金化时需要添加的合金称好，自高位料仓加入真空合金仓；打开真空主阀远离真空室一侧的真空系统管路之间的通气阀；RH钢水座包完成后，关闭RH真空炉的真空主阀以切断真空室与真空系统管路的连通。

S2：打开第一级水循环泵开始抽真空，第一级水循环泵工作电流设置为320A，抽气速率保持24mbar/s，第一级水循环泵工作电流设置时，盛有钢水的钢包开始上升，钢包上升速度保持8m/min；待钢包上升至钢包上升行程的50％时，将第一级水循环泵工作电流调整为400A，打开第二级水循环泵并设置工作电流为320A，抽气速率保持50mbar/s；当钢包上升至处理工位时，氧含量为0.065％，碳含量为0.032％，钢水温度为1621℃，真空系统管路整体压力在380mbar。

S3：打开真空主阀，将第二级水循环泵工作电流调整为400A，开启第一级蒸汽泵，自上升管向真空室喷吹氩气，氩气流量设置70NL/min；当真空室压力降至100mbar、20mbar、5mbar时，分别开启第二级、第三级、第四级蒸汽泵，当打开第二级蒸汽泵后，氩气流量调整为180NL/min；第一级水循环泵打开8min后，将作为提升气体的氩气调整为由65％氩气和35％氢气组成的混合气体直至RH脱碳结束，脱碳结束后将混合气体调整为全氩气；抽真空12min后脱碳结束，打开真空室和真空合金仓之间的阀门使二者连通，真空合金仓内的合金加入钢水脱氧合金化，然后进行净循环处理及破空出钢，运至连铸浇注。

该炉次钢包、RH浸渍管、真空室内部的耐材碳含量0.05％；RH真空处理12min内将钢水碳含量脱至8ppm。

以上实施例可以看出，控制第一级水循环泵和第二级水循环泵的电流达到控制抽气速率，从而配合钢包上升的速度，使钢包到达处理工位时，真空主阀远离真空室一侧的整体压力在300-450mbar，此压力既不会造成钢水喷溅，又可使脱碳反应提前进行从而缩短脱碳时间，使RH真空处理13min内碳含量可降低至12ppm以下。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。