RH真空精炼炉气体控制

RH真空精炼炉气体控制

马超

河钢集团宣钢公司二钢轧厂河北省张家口市075100

摘要：为满足钢材需求，宣钢针对冶炼GCr15气体含量进行严格控制，并进行数据分析，充分发挥RH真空精炼炉作用，生产出更优质品种钢。同时在日趋激烈的钢铁市场竞争下，宣钢为了提升产品竞争力，保证钢材质量水平，也需要控制冶炼成本，减少因气体含量超出规定范围而造成的钢坯甩废、不合格的情况发生。

关键词：GCr15;气体含量.

0前言

钢中包含着一定量的元素，它们在通常状态下，是以气态形式出现的，这些元素是氢、氧、氮，通常称为钢中的气体。钢中气体可少量溶于钢中形成固溶体，部分也可以存在于钢坯的气泡或气孔中，也可与钢中其他元素形成氧化物、氮化物等以夹杂物形态出现。钢中的气体在绝大多数情况下将导致钢材性能恶化乃至报废。因而现代钢铁生产中，必须把气体去除到规定数值之下。

1气体控制

1.1氢含量控制

对于RH真空精炼来讲，最主要的是对于氢含量的控制。氢能微量溶解于铁中，其溶解量主要取决于温度及压力，在常压常温下其最大溶解度约为1.5ppm，当实际的溶解量超过其溶解度时，氢将析出，形成“白点”等缺陷。

白点在200℃左右形成，含Mn、Cr、Ni较高的合金钢，对白点极为敏感，而一般的低碳钢则不易形成。含白点的钢材，由于内部包含无数细微裂缝，使钢塑性急剧下降，大部分将报废。

1.2氧含量控制

氧可少量溶于钢中，但大部分以非金属夹杂物形态存在于钢中，钢中氧的存在将导致钢的冲击韧性、耐磨性、塑性、耐腐蚀性及加工性能等下降，因而在炼钢阶段，须将氧降至尽可能低的水平。

在RH精炼过程中，碳作为最理想的脱氧剂，其脱氧能力大于铝的脱氧能力，但是在实际生产过程，由于钢水与炉渣及耐材等相接触，后者会不断的向钢水中供氧，使氧含量增高，并且达到平衡值需要很长时间。因此，要求在生产节奏允许的情况下，以最快的速度将氧含量降至最低。

RH初始氢含量与脱氢量的关系

RH初始氢含量与脱氢量平均值得关系

1.3氮含量控制

氮主要以化合物形态存在于钢中，溶解状态的氮很少。当氮含量超过一定限度时，在钢中形成气泡和苏松，并使钢的塑性降低。

RH真空精炼过程中，一般钢液经过3-4个循环，钢液中的氢含量可以达到1.5ppm左右。与脱氢相比，脱氮要困难的多，如RH处理[N]为40ppm左右的钢水时，脱碳率为5%-10%，几乎不能脱氮。这主要是因为：

（1）、氮主要以化合物的形式存在于钢中，钢中合金元素的存在，氮在钢液中于许多元素形成稳定的氮化物；

（2）、不分自由状态的氮也能扩散，但氮在钢中的溶解度比氢约高15倍，氮的离子半径为1.1×10-10cm，在钢液中，氮的扩散速度比氢小的多。

就RH真空处理而言，由于脱氮效率远低于脱氢效率。因此，对于氮含量的控制，要靠其前工序即转炉出钢氮含量控制、LF精炼过程中精炼渣及覆盖剂的合理使用，并在RH处理过程中保持少量脱氮或避免增氮。

2技术措施

2.1氢含量控制技术措施

（1）、使用干燥的原材料、合金和耐火材料：

宣钢地处河北西北方，夏冬两季温差大，同时空气中的水分也不同。对于原材料、合金及耐材严格要求使用干燥洁净的。

（2）、在脱气过程中增加反应界面积：

气泡直径越小，数量越多，沸腾越激烈，其反应界面积就越大，脱氢速度就越高。由此，实际生产中为提高脱氢速度，常通过增加环流气流量增加其反应界面积。

（3）、控制初始氢含量：

通过实际生产过程中，多炉次数据采集与分析，RH脱氢量的大小与初始含氢量有强正相关性，如图所示。

（4）、适当延长脱气时间：

如图所示，RH脱氢量与深真空时间成负相关性，随着深真空时间越长，钢中终点氢含量越低。

深真空时间与终点氢含量关系

（5）、合理使用精炼渣和覆盖剂；

（6）、规范定氢操作

2.2氧含量控制技术措施

控制进RH钢水碳含量，最好在中上限上加1-2个碳，使其在RH处理过程可以参与碳氧反应。既可以脱除钢水中多余的氧，也可以将碳降到合适的范围内。延长真空处理时间，RH真空处理14min的氧受初始氧的影响比真空处理25min的大，真空处理时间延长到25min，有利于稳定控制氧含量。采用低真空度脱氧，软吹时间≥30min，通过对2017年全年后多炉次的进站氧和出站氧数据统计，终点氧含量可以到达小于4.0ppm。如图所示：

2.3氮含量控制技术措施

（1）、氮在钢中与其他合金元素形成稳定的氮化物，这些氮化物在炼钢温度下，分解压都很低。在RH处理过程中，增大环流气流量，可加速氮向气泡内扩散，加快脱气速度；

（2）、适当延长处理时间，脱氮效率提高；

（3）、控制钢中硫含量，对脱氮效果有明显影响；

（4）、保证真空系统密封，防止漏气；

（5）、环流气体和底吹采用氩气，防止处理过程中增氮。

3效果

GCr15生产中采用LF-RH双联工艺的时间流、温度流进行系统优化，双联工艺冶炼钢种的可浇性得到极大改善，铸坯缺陷得到有效控制，氢含量控制在1.4ppm以下，氧含量控制在2.1±0.2ppm，氮含量控制在40ppm以下。使宣钢生产的GCr15高碳轴承钢在同类产品中达到集团内部先进水品。

4结论

通过对气体控制的稳步提升，合金的使用量以及烧损降低。钢水成分稳定，成本降低。对氧含量的控制，减少了浸渍管耐材及真空槽耐材的侵蚀，大大增加了浸渍管和真空槽的使用寿命。同时，减少了夹杂物数量，保证连铸机顺行生产，避免造成非计划停机事故的发生。

参考文献

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