VD炉真空过程铝控制技术探讨.pdf

VD炉真空过程铝控制技术探讨 毕殿阁 夏保卫 李慧勇 舞阳钢铁有限责任公司 摘 要 通过采集相关生产数据 利用统计技术分析 确定影响真空过程铝收得率的主要因素及各因素与 铝收得率的函数关系 并通过实践检验 大幅度提高了铝的内控成分达标率 关键词 真空过程 铝收得率 控制 统计技术 D iscussion on A l Content Control Technology during Vacuum Degassing Treatment atVD BiDiange Xia Baowei and Li Huiyong Wuyang Iron and Steel Co Ltd Abstract By collecting relevantproduction data and utilizing statistic technique for analysis the functional rela2 tionship bet ween main factors individual factor affectingAl yield during vacuum degassing treatment and Al yield has been determined Through production practices and tests the up to standard rate of in plant control Al content has been greatly improved Keyworbs Vacuum degassing treat ment process Al yield Control Statistic technique 1 前言 舞钢采用优于国家或行业标准的企业内部钢 种成分设计 并在炼钢过程中据此加以控制 以确 保获得良好的实物性能 由于钢种内控成分严 格 因而大大增加了炼钢过程对钢中成分的控制 难度 尤其是对铝元素而言 因其自身具有易氧 化性 要控制好最终钢中铝元素的含量 其难度就 更大 加之 在实际生产中 炼钢工人往往是依据 经验 对最终钢中铝含量进行粗略控制 造成最终 钢中铝含量超内控的情况特别严重 为此 需要 从技术分析的角度入手 采取一定的技术措施 以 提高钢中铝的内控成分达标率 2 铝元素在VD过程中的作用 为获得优异的实物质量 要求绝大多数钢种 进行真空处理 舞钢真空比高达99 以上 真空 过程喂铝 主要有两个方面的作用 终脱氧和合金 化 2 1 终脱氧 精炼过程钢液脱氧的任务主要包括把钢中氧 含量降至要求水平 以获得良好的钢坯 锭 的内 在和表面质量 使成品钢中脱氧产物含量少 分布 均匀 形态合理 得到细晶粒钢 以确保钢的各项 性能 此外 脱氧良好的钢有利于提高合金元素 收得率 从而确保合金钢的成分稳定和成本降低 一般情况下 精炼结束时 钢中氧含量已降至较低 水平 约为10 10 6左右 在真空处理过程喂入 铝线进行终脱氧 钢中氧含量进一步降低到2 0 10 6甚至更低 真空处理过程喂铝所起到的终脱氧作用 实 际上是以两种方式进行的 1 直接与钢中残余氧发生反应 其脱氧反应 式为 2 3 Al O 1 3Al2O3 G 0 158 07 kJ mol 2 以置换炉渣中SiO2 MnO等相对不稳定氧 化物中的硅 锰等合金元素的间接方式 实现与氧 的结合 以硅 铝间反应为例 其反应式为 1 2 Si 1 3Al2O3 1 2SiO2 2 3 Al 41 第14卷第1期 2008年2月 宽厚板 W I DE AND HEAVY PLATE Vol 14 No 1 February 2008 G 0 111 23 0 019T kJ mol 2 2 合金化 真空处理过程喂铝在完成终脱氧任务的同 时 钢中多余的铝会起到合金化的作用 理论表 明 随着钢中铝含量的增加 与之平衡的氧含量下 降 但当钢中铝含量达到某一数值后 随着钢中铝 含量的增加 相应的平衡氧含量反而增大 因而 应把最终钢中铝含量控制在一个合理的范围内 3 影响真空过程铝收得率的因素 影响真空过程铝收得率的因素主要有 1 精 炼过程扩散脱氧用脱氧剂的种类 2 精炼过程脱 氧的好坏 3 精炼毕钢中残余铝含量的高低 4 真空处理渣量的大小 5 真空处理炉渣的粘度 6 真空处理过程氩气流量的大小 7 真空处理时 间的长短 上述影响真空过程铝收得率的因素 只是为 真空过程铝的控制定性地提供了判断依据 具体 到生产实践 对影响真空过程铝收得率的各因素 与铝收得率的关系需做进一步的定量研究 则更 具现实意义 为此 我们采集了100组16Mn系 列钢的相关生产数据 并运用统计技术 对所得数 据进行了分析 3 1 真空前定氧值和炉渣粘度的影响最大 二 者与铝收得率之间的关系见图1 图1 定氧值和炉渣粘度与铝收得率的关系 从图 1 a 可以看出 真空前定氧值和铝收得 率之间存在反比例关系 即真空前定氧值越高 铝 的收得率就越低 说明精炼过程钢液脱氧的好 坏 直接影响着真空过程铝收得率的高低 而且 由于初炼炉出钢条件的优劣与精炼过程钢液脱氧 的好坏密切相关 所以 稳定的初炼炉出钢条件对 确保真空过程铝收得率的稳定至关重要 假若初 炼炉出钢过程下渣或初炼钢液存在严重过氧化现 象 则势必对精炼过程的脱氧带来一定的困难 也 极有可能导致精炼钢液脱氧不良现象的发生 这 无疑增加了真空过程中对最终成品铝含量的控制 难度 而且对最终产品质量也是不利的 从图 1 b 可以看出 炉渣粘度和铝收得率之 间存在正比例关系 即炉渣粘度越大 铝的收得率 就越高 由于硅 铝间反应过程进行的顺利与 否 与其所受到的动力学条件有很大关系 比如炉 渣粘度和渣量等 如果炉渣稠 粘度很大 那么将 在一定程度上抑制硅 铝间反应的顺利进行 使 用于还原硅的铝量减少 有利于提高真空过程铝 的收得率 但炉渣过稠 硅 铝间反应的动力学 条件恶化 会不利于吸附钢中夹杂物 对最终产品 质量产生负面影响 3 2 真空处理渣量和真空处理时间对铝的收得 率也有较大影响 二者与铝收得率之间的关系见 图2 从图2 a 可以看出 真空处理渣量与铝收得 率之间存在反比例关系 即真空处理渣量越大 铝 的收得率就越低 其原因主要是 在渣量大的情 况下 等于渣中二氧化硅 氧化锰等相对不稳定氧 化物的绝对数量增加了 从而增大了钢中铝与渣 中不稳定氧化物接触并与之发生置换反应的几 率 即钢中铝与渣中不稳定氧化物发生反应的动 51 第1期毕殿阁等 VD炉真空过程铝控制技术探讨 力学条件 渣量 得到改善 使钢中铝的消耗增 多 从而使铝的收得率降低 造成合金成本的浪 费 但这并不意味着 真空处理渣量越少越好 因 为没有足够的渣量做保证 很难实现对钢中夹杂 物的有效吸附和去除 所以 应在确保质量和降 低成本之间求得一个平衡 对真空处理渣量进行 合理控制 图2 真空渣量和时间与铝收得率的关系 从图 2 b 可以看出 真空处理时间与铝收得 率之间也存在反比例关系 即真空处理时间越长 铝的收得率就越低 其原因与渣量对铝收得率的 影响是一致的 即真空处理时间延长 相当于增加 了钢中铝与渣中不稳定氧化物发生反应的机会 不过 需要指出的是 钢种对真空处理时间长短的 影响几乎是固定的 而不确定的是真空处理温降 的判断与把握 如果这个问题得到很好的解决 就 可以把真空处理时间稳定在一个较窄的范围内 进而稳定铝的收得率 3 3 相对而言 精炼毕钢中残余铝含量和真空处 理过程氩气流量对铝收得率的影响则较小 二者 与铝收得率之间的关系如图3所示 图3 残余铝含量和氩气流量与铝收得率的关系 从图 3 a 可以看出 精炼毕钢中残余铝含量 和铝收得率之间呈正比例关系 即精炼毕钢中残 余铝含量越高 铝的收得率就越高 但这种线性 正比例关系有一个前提条件 就是精炼过程钢液 脱氧良好 假若遇到生产事故 导致精炼脱氧任 务未充分完成 即进入VD工序 在这种情况下 即使钢中残余铝含量高 由于脱氧不彻底 而加重 了真空过程终脱氧的负担 也会导致铝的收得率 降低 但总体上 由于精炼过程钢液脱氧良好 且 精炼操作比较规范 能够把精炼毕钢中残余铝含 量稳定控制在一定范围内 所以 钢中残余铝含量 对铝收得率的影响力减弱 61 宽厚板第14卷 从图3 b 可以看出 真空处理过程氩气流量 对铝收得率的影响呈反比例关系 即氩气流量越 大 铝的收得率越低 这是因为底吹氩搅拌强度 增大 加快了1 2 Si 1 3Al2O3 1 2SiO2 2 3 Al 之间界面反应的进行 使单位时间内的铝耗 量增大 并最终造成铝收得率的降低 但由于真 空处理过程氩气控制操作严格执行规范 十分稳 定 因而真空处理过程氩气流量对铝收得率的影 响微乎其微 但在事故状态下 如初炼炉出钢温 度过低或吹氩砖质量问题引起的钢包吹氩不良等 状况 也容易导致真空过程铝的收得率失控 对上述各影响因素综合进行数据统计分析 得出真空处理后铝收得率与各影响因素之间存在 如下函数关系 X 76 807 131 a 1 16 b 0 019 c 4 076 d 1 327 e 0 551 f 式中 X 铝收得率 a 精炼毕钢中残余铝含量 b 真空前定氧值 10 6 c 真空处理渣量 kg d 炉渣粘度 泊 e 氩气流量 Nm 3 h f 真空时间 min 运用铝收得率与各影响因素之间的关系式 对真空过程最终成品铝含量进行试验性控制 试 验炉数50炉 试验结果为 根据关系式计算出的 铝控制目标值 0 032 与实际值之间的最大偏 差为0 015 最小偏差为0 正负偏差的平均值 为0 002 有7炉成品铝含量超出内控 内控达 标率为86 比此前的平均水平提高了21 这 说明铝收得率与各影响因素之间的关系式具有很 大的应用价值 4 技术保证措施及效益预测 根据数据分析结果 要想获得稳定的铝收得 率 就必须设法保证影响铝收得率的各因素状况 稳定 为此 采取的提高成品钢中铝成分内控达 标率的技术措施有 4 1 稳定初炼炉出钢条件 若出钢过程下渣 则 必须除渣 然后精炼 对于钢液过氧化情况 则在 精炼环节采取选用合理脱氧剂种类这一措施加以 补救 4 2 精炼过程加强脱氧操作 在精炼结束时测 定钢中氧含量 以此对钢液脱氧情况进行把关 从 而确保脱氧良好的钢液进入VD工序 一旦出现 精炼毕定氧值高的情况 则必须继续精炼 直到脱 氧良好为止 4 3 扒渣工必须到精炼位确认炉渣状况 包括脱 氧好坏 炉渣稀稠 渣量大小等 保证真空处理炉 渣粘度适中 稀稠合适 以及将真空处理渣量控制 在一定范围内 4 4 VD工序加强对真空处理过程的温度控制 包括根据钢种特点 钢包状况 精炼时间长短等 合理控制精炼毕吊包温度 把握好真空过程温降 稳定真空处理时间 提高VD毕温度的命中率 4 5 按既有规定对精炼毕钢中残余铝含量和真 空处理过程的氩气流量进行合理控制 严格执行上述技术措施 可使最终钢中铝成 分内控达标率稳定在85 以上 加上因减少成品 钢