專利名稱：利用真空脫氣和脫碳處理生產(chǎn)低碳鋼水的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用真空脫氣設(shè)備對鋼水的脫氣和脫碳處理，特別是涉及利用改善鋼水的循環(huán)或攪拌氣體的真空脫氣和脫碳處理，在生產(chǎn)成本和高生產(chǎn)率方面有利的生產(chǎn)低碳鋼水的方法。
通過利用真空處理設(shè)備(如，RH、DH等)將鋼水暴露于低壓中的作為現(xiàn)有技術(shù)的使鋼水脫氣和脫碳的方法是已知的。這種方法是通過降低壓力來促進反應(yīng)的脫碳處理方法。該真空處理設(shè)備包括用于將Ar氣吹入鋼水以便使鋼水循環(huán)或?qū)⑵鋽噭?，從而引起這種處理的噴槍和或噴咀，一個用于同時吹入氧化所需的氧用來使之冷卻的Ar的雙層噴咀，一支噴槍和/或噴咀，其用來將Ar吹入鋼水，借助形成細小的氣泡從而攪動鋼水，及通過增加反應(yīng)界面的面積來促進此處理。
圖8以舉例的方式展示了RH真空處理設(shè)備的這些組件。在該圖中，標號27表示Ar氣噴槍，它用于使鋼水在鋼水包21和真空脫氣罐29之間循環(huán)，標號28表示攪動鋼水的Ar氣噴咀，標號24表示使鋼水在鋼水包21和真空脫氣罐29之間循環(huán)的Ar氣噴咀，標號30表示一雙層噴咀，它用于同時將脫碳所需的氧自內(nèi)管吹入及將用于冷卻此內(nèi)管及內(nèi)管周圍的耐火材料的Ar氣自外管吹入。因為從這些噴槍和/或噴咀吹入了Ar氣，所以真空脫氣和脫碳得以進行。
然而，仍存有這樣的問題，由于Ar極為昂貴，所以鋼水的生產(chǎn)成本很高。
可是日本專利未審申請(公開)No.56—44711公開了一種作為用雙層套管通過同時噴吹在真空處理設(shè)備內(nèi)使鋼水脫碳所需的氧及使之冷卻的Ar氣來降低成本的方法的一種方法，該法通過利用單管來替代雙層管于處理過程中吹入CO2。這是一種通過吸熱反應(yīng)使鋼水脫碳的方法。然而據(jù)本發(fā)明的發(fā)明人的觀察，發(fā)現(xiàn)，低于鋼水的某一碳濃度時，即使往鋼水中吹CO2，該脫碳反應(yīng)也不進行，而且碳濃度低于50ppm的低碳鋼生產(chǎn)不出來。還發(fā)現(xiàn)，當將脫氧氣合金如Al或Si加入真空處理設(shè)備內(nèi)的鋼水中時，當連續(xù)將CO2吹入鋼水中時，即使在加合金之后，氧濃度反而升高，從而必須加過量的合金以去除氧，而且形成的鋼水的氧化物使鋼水的清潔度惡化。
從上述問題來看，本發(fā)明已經(jīng)完成，而本發(fā)明的要點在以下各點1.在利用設(shè)有能將氣體吹入鋼水的噴槍和/或噴咀的真空處理設(shè)備及通過從此噴槍和/或噴咀噴吹氣體對鋼水真空脫氣和脫碳的處理方法中，生產(chǎn)低碳鋼水的方法的特征在于，自起始階段噴吹CO2氣體，以該CO2氣體的分解而產(chǎn)生的CO氣體使鋼水循環(huán)并對之攪動而進行真空脫氣和脫碳處理，然后在鋼水的碳濃度達到脫碳變慢的范圍時立即將CO2氣體切換成Ar氣體。
2.在利用設(shè)有能將氣體吹入鋼水的噴槍和/或噴咀的真空處理設(shè)備及通過從此噴槍和/或噴吹A(chǔ)r氣對鋼水真空脫氣和脫碳的方法中，生產(chǎn)碳濃度不大于50ppm的低碳鋼水的方法的特征在于，將來自該噴槍和/或噴咀的欲被噴吹的Ar氣，在鋼水碳濃度高于50ppm階段的一段時間內(nèi)切換成CO2氣體，然后在鋼水碳濃度不大于50ppm的階段，僅吹A(chǔ)r氣來進行鋼水的真空脫氣和脫碳處理。
3.在利用設(shè)有能將氣體噴入鋼水的噴槍和/或噴咀的真空處理設(shè)備及通過此噴槍和/或噴咀噴吹氣體的對鋼水真空脫氣和脫碳處理的方法中，生產(chǎn)低碳鋼水的方法的特征在于，自鋼水的真空脫氣和脫碳處理開始，通過從該噴槍和/或噴咀將CO2氣體吹入鋼水，然后在鋼水碳濃度達到50ppm之前將CO2氣體切換成Ar氣體來進行鋼水的真空脫氣和脫碳處理。
4.在利用設(shè)有能將氣體噴入鋼水的噴槍和/或噴咀的真空處理設(shè)備及通過此噴槍和/或噴咀噴吹氣體的對鋼水真空脫氣和脫碳處理的方法中，生產(chǎn)低碳鋼水的方法的特征在于，自鋼水的真空脫氣和脫碳開始，通過從該噴槍和/或噴咀將CO2氣體吹入鋼水，然后在該鋼水和碳濃度在150—50ppm之間時將CO2氣體切換成Ar氣體來進行真空脫氣和脫碳處理。
5.在利用設(shè)有能將氣體噴入鋼水的噴槍和/或噴咀的真空處理設(shè)備及通過從此噴槍和/或噴咀噴吹A(chǔ)r氣的對鋼水的真空脫氣和脫碳處理的方法中，生產(chǎn)低碳鋼水的方法的特征在于，自鋼水真空脫氣和脫碳處理開始至向此鋼水加脫氧合金止，于某一段預(yù)定的時間內(nèi)將欲從此噴槍和/或噴咀噴吹的Ar氣切換成CO2氣體，然后在加該脫氧合金后從此噴槍和/或噴咀將Ar氣吹入鋼水來進行此鋼水的真空脫氣和脫碳處理。
6.在利用設(shè)有能將氣體噴入鋼水的噴槍和/或噴咀的真空處理設(shè)備及通過從此噴槍和/或噴咀噴吹氣體的對鋼水的真空脫氣和脫碳處理的方法中，生產(chǎn)低碳鋼水的方法的特征在于，通過自鋼水的真空脫氣和脫碳處理開始，直至向此鋼水加脫氧劑止從該噴槍和/或噴咀噴吹CO2氣體，而在加該脫氧劑之后，從該噴槍和/或噴咀將Ar氣吹入此鋼水來進行鋼水的真空脫氣和脫碳處理。


圖1是在使用一種真空脫氣設(shè)備，以CO2氣體作為使RH真空脫氣容器內(nèi)的鋼水循環(huán)和攪動時的說明性的圖。
圖2是展示鋼水碳濃度和脫碳處理時間之間關(guān)系的曲線。
圖3是展示實施例1中的脫碳處理時間，真空度、氧濃度和碳濃度間關(guān)系的曲線。
圖4是展法實施例2中的脫碳時間、真空度、氧濃度和碳濃度間關(guān)系的曲線。
圖5是展示脫碳處理時間、真空度、氧濃度和碳濃度間關(guān)系的曲線。
圖6是展示脫碳處理時間、真空度、氧濃度和碳濃度間關(guān)系的曲線。
圖7是展法脫碳處理時間、添加合金、真空度、氧濃度和碳濃度間關(guān)系的曲線。
圖8是用現(xiàn)有技術(shù)的真空脫氣設(shè)備真空脫氣脫碳的說明性的圖。
在一種通過從裝在真空處理設(shè)備中的，并可將一種氣體吹入鋼水中噴槍和/或噴咀將Ar氣吹入鋼水中而進行的鋼水真空脫氣和脫碳處理方法中，本發(fā)明所涉及的是一種經(jīng)濟的，然而沒有任何麻煩的生產(chǎn)鋼水的方法，該法是通過用一種經(jīng)濟的氣體部分地代替昂貴的Ar氣進行的。
本發(fā)明的發(fā)明人通過各種實驗檢驗了CO2氣體和鋼水脫碳速度間的關(guān)系，該類實驗是將CO2氣體用作RH真空脫氣容器內(nèi)循環(huán)和攪動鋼水的氣體時，用真空脫氣設(shè)備進行的。
如圖1中所示，RH真空脫氣容器9的浸入管3被浸于鋼水包1內(nèi)的鋼水2中，而CO2氣和Ar氣體作為使鋼水循環(huán)的氣體從設(shè)在浸入管3下部的噴槍5的噴射咀4吹入。進而，Ar氣作為攪動氣體從攪動氣體管8吹入鋼水2，從而使鋼水2在鋼水包1內(nèi)循環(huán)，結(jié)果攪動了鋼水2并使之脫碳。
圖2展示了在這種情況下鋼水2的碳濃度的時間變化(粗線)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與鋼的碳濃度為150ppm時吹A(chǔ)r氣的情況(1點的點劃線)相比，當吹CO2氣體時脫碳速度下降，而且通過CO2氣體進一步持續(xù)脫碳處理時，脫碳速度繼續(xù)下降，并且在碳濃度低于50ppm時停止脫碳。換言之，當用CO2氣體時脫碳反應(yīng)在鋼水碳濃度在150—50ppm之間變慢。
假設(shè)該反應(yīng)速度下降是由于吹入的CO2氣體的熱分解，該反應(yīng)表達為下式(1)和(2)(1)(2)換言之，吹入的CO2氣體分解成C和O，而生成的(C)溶入鋼水2，當鋼水2的碳濃度為150—300(ppm)相當高時，溶入鋼水的C的量相當小，所以它的影響幾乎不存在，而且脫碳以與用Ar氣體的情況下一樣的方式迅速進行。當碳濃度達到50—150ppm時，其影響顯出來，而且脫碳速度下降。當鋼水2的碳濃度變?yōu)?0ppm左右時，由于CO2氣體產(chǎn)生的C溶入鋼水2的量與脫碳量平衡，從而脫碳停止。
因此，按本發(fā)明的第二技術(shù)特性規(guī)定，從脫氣處理開始至鋼水2的碳濃度達到50ppm內(nèi)的一段時間，用CO2氣體代替Ar氣體噴吹時，可使脫碳經(jīng)濟地進行到所需的碳濃度而不招致脫碳停止。
進而，如按本發(fā)明第三技術(shù)特性規(guī)定，通過從脫氣處理一開始就將CO2氣體吹入鋼水，可使脫碳更經(jīng)濟地進行到所需碳濃度而不招致脫碳停止，從而使鋼水經(jīng)受真空脫氣脫碳處理，然后在鋼水2的碳濃度達到50ppm之前將該氣體由CO2氣體換成Ar氣體。
在50—150ppm之間的低的碳濃度時切換氣體時，氣體的費用下降，但處理時間變得像低濃度時—樣長。因此，當在RH脫氣容器9中進行長時間處理時，最好如本發(fā)明第三技術(shù)特性所規(guī)定那樣，在碳濃度達到50ppm之前將CO2氣體換成Ar氣體，而當不能進行長時間處理時，最好按本發(fā)明第四技術(shù)特性的規(guī)定，在碳濃度于150—50ppm之間時將CO2氣體換成Ar氣。
另—方面，當即使在鋼水2中加了脫氧合金后仍繼續(xù)吹CO2氣體時，由反應(yīng)式(1)和(2)所表示的反應(yīng)分解出來的氧溶于鋼水2中，因而必需加更大量的合金以便去除這種溶解氧。結(jié)果合金費用增加。當脫氧合金，如Al或Si在鋼水2的碳濃度達到50ppm前加入鋼水2時，那么為此最好在將脫氧合金加到鋼水中之前吹CO2氣，在加了脫氧合金后吹A(chǔ)r氣。順便說一下，保護不浸于鋼水中的噴槍或噴咀的氣體，在真空處理之前或之后(開始抽氣前和完成抽氣后)都可以是CO2氣，因為它不產(chǎn)生任何問題。因此，最好是用CO2氣代替昂貴的Ar氣來降低成本。在將CO2氣換成Ar氣之后，鋼水可通過加脫氧劑，如Al或Si被適當?shù)丶訜帷?br> 當鋼水的處理氣體不從噴咀4，而從設(shè)在浸入管3中的循環(huán)氣體管7吹出時，得到的結(jié)果與從噴咀4次氣的結(jié)果相同。當該真空處理設(shè)備內(nèi)脫碳所需的氧自內(nèi)管，而冷卻此內(nèi)管及其周圍的耐火材料的Ar氣同時自該雙層套管的外管同時吹入鋼水中時，在鋼水碳含量至少為50ppm的階段，再次用CO2氣替代Ar氣吹一段預(yù)定的時間。另一方面，在碳濃度低于50ppm的階段，只用Ar氣，而CO2氣最好是從鋼水的脫碳處理開始直至鋼水碳濃度為150—50ppm止吹入。當碳濃度于150—50ppm間時，將CO2氣換成Ar氣。以這種方法，脫碳可經(jīng)濟地進行到所需的碳濃度。
圖1展示了在RH真空處理中吹A(chǔ)r和CO2氣體時的噴槍和噴咀。在該圖中，標號7表示使鋼水在鋼水包1和真空脫氣容器9間循環(huán)的氣體噴咀，標號8表示攪動鋼水的氣體噴咀，標號4表示使鋼水和鋼水包1和真空脫氣容器9之間循環(huán)的氣體噴咀，標號10表示一種雙層噴咀，脫碳所需的氧從內(nèi)管吹，同時從外管吹冷卻此內(nèi)管及其周圍的耐火材料的氣體。
本發(fā)明的發(fā)現(xiàn)的用途并非特定地限于有兩支浸入管的RH真空處理裝置，而可類似地用于只有一支浸入管的DH真空處理設(shè)備，以及用于鋼水包置于真空室中，而鋼水在該包中被真空處理的場合中。
在按本發(fā)明運行時，還可能適當增加通過往鋼水中加Al和Si及供氧而使之升溫的操作。
下面將參照實施例更詳細地解釋本發(fā)明。
實施例1
在RH真空脫氣容器中控制和處理欲被處理的鋼水2，它盛放在鋼水包1中，其量為340(t)而碳濃度為310ppm，以使該RH真空脫氣容器中的最終目標真空度不大于2乇。
在此時，如圖3所示，通過使用欲從噴咀4吹的2.5Nm3/分的CO2氣作循環(huán)氣體，及用欲從攪動氣體管8吹的4.5Nm3/分的CO2氣作攪動氣體開始處理。在被處理的鋼水2的碳濃度估計達到150ppm時(自處理開始6分鐘)將此2種CO2氣切換成Ar氣(其量與每種CO2氣的量相同)。作為一對比例，通過單吹同量的Ar氣類似地進行此操作。
結(jié)果，約42Nm3的Ar氣被CO2替代，而未因此CO2使脫碳速度下降，而且脫碳時間與全部氣量與僅使用Ar氣時的脫碳時間相等。在該圖中，就本發(fā)明而言，碳濃度的變化基本相同，而對比例只出現(xiàn)一條線。通過CO2氣代替等量的Ar氣可使成本下降。
順便提一下，根據(jù)以下的日本未審定專利(公開)No.61—19726中所公開的公式(5)和(6)估計鋼水2的碳濃度InCt-C*C0-C*=kt----(5)]]>式中Ct在處理時間t時的碳濃度C0開始處理時碳濃度C*當量碳濃度k脫碳速度常數(shù)t處理時間Ct＝(C0—C*)×exp(-kt)＋C(6)實施例2
如圖1所示，鋼水包1中的量為342t，碳濃度為320ppm的欲被處理的鋼水2在RH真空脫氣容器中經(jīng)控制和處理，從而至最終目標真空度為不高于2乇。
于此時，用欲從噴咀4吹的2.5Nm3/分的CO2氣作循環(huán)氣體，用欲從攪動氣體管8吹的CO2氣作攪動氣體使此處理開始，見圖4。在被處理的鋼水2的碳含量估計為100ppm時將此二種CO2氣切換成Ar氣(其量與每種CO2氣體的量同)。作為對比例，通過單獨地吹入同量的Ar類似地進行此操作。
結(jié)果，與圖4中以1點點劃線表示的僅用Ar的情況相比，CO2氣體替換了70Nm3的Ar氣，雖然脫碳時間延長了兩分鐘。
實施例3如圖1所示，鋼水包1中的欲被處理的鋼水2的量為345t，碳含量為303ppm，它在RH真空脫氣容器9中被控制和處理，以致最終真空度不大于2乇。
如圖5所示，于此時，將欲從噴咀4吹的2.5Nm3/分的CO2用作循環(huán)氣體，將欲從攪動氣體管8吹的Ar氣用作攪動氣體，使此處理開始。在被處理的鋼水2的碳濃度估計為100ppm時(開始處理9分鐘后)，欲從噴咀4吹的該循環(huán)CO2氣被換成Ar氣。作為對比例，通過單獨地吹入同量的Ar來類似地進行此操作。
結(jié)果，與僅用Ar氣的情況相比(圖5中的一點點劃線)，雖然脫碳時間延長了1分鐘，但CO2替代了約22.5Nm3的Ar氣。
實施例4如圖1所示，在鋼水包1中的量為353t，碳濃度為313ppm的鋼水2在RH真空脫氣容器中被控制和處理，以致最終目標真空度不大于2乇。
如圖6所示，在此時，將欲從噴咀4吹的2.5Nm3/分的Ar氣作循環(huán)氣體，用欲從攪動氣體管8吹的4.5Nm3/分的CO2氣體作攪動氣體開始此處理。在被處理的鋼水2的碳含量估計為100ppm時，將欲從攪動氣體管8吹的攪動CO2氣切換成Ar氣(其量與CO2氣量同)。作為對比例，通過單吹同量的Ar類似地進行此操作。
結(jié)果，盡管脫碳時間延長了1.5分鐘，但與僅用Ar氣體的情況相比(圖6中的一點點劃線)CO2氣替代了約40.5Nm3的Ar氣。
實施例5如圖1所示，鋼水包1為的欲被處理的，量為353t，碳濃度為560ppm的鋼水在RH真空脫氣容器9中被控制和處理，以致最終目標真空度不大于2乇。
如圖7所示，于此時欲從噴咀4吹的2.5Nm3/分的CO2氣被用作循環(huán)氣體，而4.5Nm3/分的從攪動氣體管8吹的CO2氣被用作攪動氣體，然后開始此處理。在將Al作為脫氣合金被加入前(從處理開始后6分鐘)，從噴咀4和攪動氣體管8吹的CO2立即換成Ar氣。
結(jié)果，通過加入與僅用Ar時同量的合金使該鋼水完全脫氧，約42Nm3的Ar氣被CO2氣所替代而又未延長RH脫氣處理時間。
如上所述，本發(fā)明從處理開始，或于一段預(yù)定的時間內(nèi)用CO2作循環(huán)氣體和攪動氣體，然后根據(jù)鋼水的碳濃度或脫氧合金的加入，在此工藝過程中將CO2換成Ar氣。以此方法，本發(fā)明可通過用更經(jīng)濟的CO2實行鋼水的真空脫氣處理，而又不招致脫碳停止及脫氧合金添加量的增加，而且還可降低真空處理的氣體的費用。
權(quán)利要求
1.以一種用裝有能將氣體吹入鋼水的噴槍和/或噴咀的真空處理設(shè)備及通過從所述的噴槍和/或噴咀吹氣體的使鋼水真空脫氣和脫碳的處理方法生產(chǎn)低碳鋼水的方法，其特征在于，從起始階段就吹CO2氣，由該CO2的分解產(chǎn)生的CO氣使鋼水循環(huán)和攪動進行真空脫氣和脫碳處理，在鋼水碳濃度一達到脫碳變慢的范圍時立即將該CO2氣換成Ar氣。
2.以一種用裝有能將氣體吹入鋼水的噴槍和/或噴咀的真空處理設(shè)備及通過從所述的噴槍和/或噴咀吹A(chǔ)r氣使鋼水真空脫氣和脫碳的處理方法生產(chǎn)碳濃度不高于50ppm的低碳鋼水的方法，其特征在于，在碳濃度高于50ppm的某一段時間內(nèi)通過將欲從所述噴槍和/或噴咀吹的Ar氣換成CO2氣進行鋼水的真空脫氣和脫碳處理，然后在鋼水碳濃度不高于50ppm的階段通過僅吹A(chǔ)r來進行此處理。
3.以一種用裝有能將氣體吹入鋼水的噴槍和/或噴咀的真空處理設(shè)備及通過從所述的噴槍和/或噴咀吹氣體使鋼水真空脫氣和脫碳的處理方法，生產(chǎn)低碳鋼水的方法，其特征在于，通過自鋼水的真空脫氣和脫碳處理一開始就從所述噴槍和/或噴咀將CO2氣吹入鋼水中進行此真空脫氣和脫碳處理，而在鋼水碳濃度達到50ppm之前時將CO2氣換成Ar氣。
4.以一種裝有能將氣體吹入鋼水的噴槍和/或噴咀的真空處理設(shè)備，及通過從所述噴槍和/或噴咀吹氣而使鋼水真空脫碳和脫氣的處理方法，生產(chǎn)低碳鋼的方法，其特征在于，從鋼水的真空脫氣和脫碳一開始就從所述的噴槍和/或噴咀將CO2氣吹入鋼水中，而當鋼水碳濃度在150—50ppm之間時將CO2氣換成Ar氣。
5.以一種用裝有能將氣體吹入鋼水的噴槍和/或噴咀的真空處理設(shè)備，及通過從所述的噴槍和/或噴咀吹A(chǔ)r氣使鋼水真空脫氣和脫碳的處理方法，生產(chǎn)低碳鋼水的方法，其特征在于，通過從鋼水的真空脫氣和脫碳開始直至往鋼水加脫氧合金之間的一段預(yù)定時間將欲從所述噴槍和/或噴咀吹入的Ar氣換成CO2氣來進行鋼水的真空脫氣和脫碳處理，而加了所述脫氧合金后將Ar氣從所述的噴槍和/或噴咀吹入鋼水。
6.以一種用裝有能將氣體吹入鋼水的噴槍和/或噴咀的真空處理設(shè)備，及通過從所述噴槍和/或噴咀吹氣來使鋼水真空脫氣和脫碳的處理方法，生產(chǎn)低碳鋼水的方法，其特征在于，通過從鋼水的真空脫氣和脫碳開始直至將脫氧合金加于此鋼水止從所述噴槍和/或噴咀吹入CO2氣來進行鋼水的真空脫氣和脫碳處理，在加入所述脫氧合金之后，從所述噴槍和/或噴咀將Ar氣吹入鋼水。
全文摘要
在真空脫氣和脫碳處理時，本發(fā)明用CO
文檔編號C21C7/10GK1126497SQ94192631
公開日1996年7月10日 申請日期1994年6月6日 優(yōu)先權(quán)日1993年6月4日
發(fā)明者尾花保雄, 遠藤公一, 森口誠, 加來敏彥, 矢倉重范, 林文雄 申請人:新日本制鐵株式會社