專利名稱：對(duì)具有高鉻含量的鋼水脫碳的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在吹氧的情況下對(duì)用于制備高鉻鋼的鋼水脫碳的方法，其中對(duì)脫碳速度不斷地進(jìn)行測(cè)量并且根據(jù)測(cè)量值調(diào)整吹氧量，其中根據(jù)廢氣中的CO和CO2的含量和廢氣流量確定脫碳速度。
在DE 3311232 C2中記載了一種對(duì)鋼水脫碳的方法，其中在表述鋼水中脫碳過程的理論模型的基礎(chǔ)上計(jì)算出過程參數(shù)，根據(jù)過程參數(shù)對(duì)脫碳過程進(jìn)行控制。其中將氧和稀釋氣體吹入鋼水中并且根據(jù)脫碳變化利用可調(diào)整的氣體流量控制裝置對(duì)吹入量進(jìn)行控制。對(duì)吹入量的控制采用如下方式加以實(shí)現(xiàn)，根據(jù)模型計(jì)算出熔煉過程中脫碳的程度和鋼水的碳含量并與預(yù)定值進(jìn)行比較。在計(jì)算出的值與預(yù)定的值一致的時(shí)刻，以預(yù)定方式改變稀釋氣體份額和吹入鋼水中的氣體量。在采用本方法時(shí)還將輸入模型中，即輸入計(jì)算程序的參數(shù)與實(shí)際測(cè)量值進(jìn)行比較并通過預(yù)定額定值與測(cè)出的實(shí)際值的比較對(duì)脫碳過程進(jìn)行控制，以使過程的實(shí)際變化與在計(jì)算機(jī)中模擬出的過程變化盡可能相符。采用此計(jì)算機(jī)控制的脫碳方法將會(huì)對(duì)脫碳過程進(jìn)行精確地控制。
該方法雖然適用于對(duì)鋼水的脫碳，但由于所采用的模型之故，而不適用于精確地確定到達(dá)由脫碳反應(yīng)至金屬氧化的過渡點(diǎn)的時(shí)間點(diǎn)。
由此將會(huì)導(dǎo)致增大的鉻氧化損失量并且因此附加需要的諸如硅鐵和石灰石等作為熔渣中的硅含量的堿性中和劑的還原物質(zhì)量，以及最后將會(huì)造成鋼包或轉(zhuǎn)爐耐久性的降低。
本發(fā)明的任務(wù)在于，對(duì)為制備高鉻鋼通過向鋼水吹氧對(duì)鋼水脫碳進(jìn)行精確地控制，從而尤其避免不希望出現(xiàn)的鉻氧化并且盡管如此仍能實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼水充分的脫碳和最小程度的金屬渣化。
就本發(fā)明的方法而言，該任務(wù)的解決方案的特征在于在權(quán)利要求1中給出的特征。通過從屬權(quán)利要求2至5的特征部分的特征，可有益地進(jìn)一步設(shè)計(jì)本方法。
依照本發(fā)明，利用計(jì)算機(jī)根據(jù)測(cè)量值或預(yù)定值計(jì)算出下述調(diào)節(jié)參數(shù)至脫碳過程開始時(shí)的Al-Si-氧化階段的持續(xù)時(shí)間、緊接Al-Si-氧化階段的主脫碳階段直至達(dá)到由脫碳反應(yīng)到金屬氧化的過渡點(diǎn)持續(xù)時(shí)間、主脫碳階段中的脫碳速度，其中脫碳速度又根據(jù)廢氣中的CO和CO2含量和廢氣流量測(cè)定出。
本方法的實(shí)施方式如下，緊接Al-Si-氧化階段將吹氧量快速增大到某氧量上，直至調(diào)節(jié)到計(jì)算出的脫碳速度。接著在主脫碳階段持續(xù)時(shí)間內(nèi)通過改變吹氧量將脫碳速度基本保持在恒定狀態(tài)。在緊接主脫碳階段的后臨界階段內(nèi)以這樣的方式連續(xù)減少吹氧量，從而使脫碳速度以預(yù)定的時(shí)間常數(shù)連續(xù)地降低。
因此實(shí)現(xiàn)了在預(yù)定條件下的最大脫碳和最小金屬渣化，尤其是最低的不希望出現(xiàn)的鉻氧化。本發(fā)明用于制備高鉻鋼的方法利用了如下認(rèn)識(shí)，在過程變化中有一個(gè)臨界的脫碳狀況，即一個(gè)由脫碳反應(yīng)向金屬氧化的過渡點(diǎn)，該過渡點(diǎn)根據(jù)特定模型可以預(yù)先充分精確地計(jì)算出，并且最佳過程實(shí)施取決于對(duì)該狀況的及時(shí)識(shí)別，當(dāng)超過該狀況時(shí)在鋼水中的金屬氧化，尤其是鉻氧化將不利于脫碳反應(yīng)。
就過程實(shí)施而言，只有確定出臨界脫碳狀況才能預(yù)測(cè)出隨時(shí)間的過程變化。在已知預(yù)熔鐵水(Vormetall)，尤其是化學(xué)組成、溫度和重量的起始數(shù)據(jù)，以及給定與起始數(shù)據(jù)相同方式的鋼水所需最終數(shù)據(jù)的情況下，可根據(jù)模型預(yù)先計(jì)算出過程實(shí)施的對(duì)調(diào)控重要的參數(shù)。
方程式(1)至(5)對(duì)用于確定臨界脫碳狀況的模型的具體設(shè)計(jì)做了說明，該模型可實(shí)現(xiàn)對(duì)Al-Si-氧化階段的持續(xù)時(shí)間ΔtAl-Si、主脫碳階段的持續(xù)時(shí)間Δtkr和主脫碳階段中的脫碳速度的確定。該模型的基礎(chǔ)在于，在主脫碳階段存在有一近乎恒定的脫碳速度，該主脫碳階段在到達(dá)由脫碳反應(yīng)至金屬氧化的過渡點(diǎn)后過渡到緊接著的后臨界階段。其中已與吹氧管的效率相乘的氧流入量在主脫碳階段保持恒定。
可以采用如下方式實(shí)現(xiàn)很低量的Cr-氧化損失，隨著降低的脫碳速度，以利用方程式(1)至(5)計(jì)算出的時(shí)間常數(shù)τkr連續(xù)地減少氧流入量。
利用可控氣體流量控制裝置吹氧可以非常簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)控制。
在實(shí)施此脫碳方法時(shí)應(yīng)在Al-Si-氧化階段持續(xù)時(shí)間內(nèi)將吹氧量調(diào)整到預(yù)定的流量上，從而使熔渣的發(fā)泡不致超過確定的強(qiáng)度。
下面將對(duì)照附圖對(duì)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例做進(jìn)一步說明。圖中示出

圖1基礎(chǔ)模型的脫碳動(dòng)力學(xué)和圖2圖1的脫碳動(dòng)力學(xué)的氧平衡。
圖1示出基礎(chǔ)模型的脫碳動(dòng)力學(xué)。其中y軸表示脫碳速度并且x軸表示鋼水的含碳量。如圖1所示，主脫碳階段的特征在于一恒定的脫碳速度，其在到達(dá)由脫碳反應(yīng)至金屬氧化的臨界的過渡點(diǎn)后連續(xù)地過渡到后臨界的階段。出于此點(diǎn)考慮，臨界過渡點(diǎn)既屬于主脫碳階段又屬于后臨界階段。據(jù)此，脫碳反應(yīng)的適用于這兩個(gè)階段的不同的動(dòng)力學(xué)是相同的，即ΔCkr/Δtkr＝Ckr/τkr(1)式中ΔCkr直至臨界點(diǎn)的碳氧化損失，以％計(jì)Δtkr主脫碳階段的持續(xù)時(shí)間CKr臨界碳含量，以％計(jì)τkr工作反應(yīng)時(shí)間常數(shù)，單位分鐘在主脫碳階段，即在Al-Si-氧化損失后直至達(dá)到臨界過渡點(diǎn)期間進(jìn)行真正的脫碳。在碳氧化的同時(shí)，已知還進(jìn)行金屬的氧化，主要是鉻、錳和鐵的氧化。由此對(duì)氧平衡得出下式ΔO2，C+ΔO2，Me＝ηHQO2，HΔtkr(2)式中ΔO2，C直至臨界點(diǎn)的碳氧化損失所需的氧量，單位Nm3/分鐘ΔO2，Me直至臨界點(diǎn)的金屬氧化所需的氧量，單位Nm3/分鐘ηH在主脫碳階段中噴氧管的效率QO2，H在主脫碳階段中的吹氧量，單位Nm3/分鐘鋼水的能量平衡如下，鋼水的瞬時(shí)能量容量由預(yù)熔鐵水的初始能量容量和與能量輸入與能量損耗的差相等的、存儲(chǔ)的能量構(gòu)成。另外其出發(fā)點(diǎn)在于，曾經(jīng)在臨界點(diǎn)達(dá)到的鋼水的額定溫度在后臨界階段的繼續(xù)處理中僅稍有升高。在該設(shè)想的基礎(chǔ)上形成所建議的過程控制，采用該過程控制在后臨界階段中僅出現(xiàn)低量的鉻渣化。碳-和鉻氧化損失時(shí)的能量釋放的絕大部分是由產(chǎn)生的能量損耗補(bǔ)償?shù)?。因此能量平衡用下式示出CTP(GA/1000)ΔT額定＝+CTP(GA/1000)常數(shù)1ΔSi/0，1++CTP(GA/1000)常數(shù)2ΔAl/0，1++CTP(GA/1000)常數(shù)3+λ常數(shù)4)ΔCkr/0，1++CTP(GA/1000)常數(shù)5ΔCkr/0，1++CTP(GA/1000)常數(shù)6ΔFekr/0，1++CTP(GA/1000)常數(shù)7ΔMnkr/0，1+-(CGP/1000)(常數(shù)8GAΔCkr/100+QAr，Al-SiΔtAl-Si+QAr，HΔtkr)(To+T額定/2)-CTPΔTwΔQw(ΔtAl-Si+Δtkr)-CSP(ΔtAl-Si+Δtkr)/60-∑(Gi/1000)Ci(3)式中GA鋼水重量，單位KgΔSi以常數(shù)1＝25至40K/0.1％Si-氧化損失時(shí)的Si-氧化損失ΔAl以常數(shù)2＝25至45K/0.1％Al-氧化損失時(shí)的Al-氧化損失ΔCkr以常數(shù)3＝5至20K/0.1％C-氧化損失和CO-再燃燒為λ份額(常數(shù)4＝20至40)時(shí)的C-氧化損失ΔCrkr以常數(shù)5＝5至20K/0.1％Cr-氧化損失的Cr-氧化損失ΔFekr以常數(shù)6＝1至10K/0.1％Fe-氧化損失的Fe-氧化損失ΔMnkr以常數(shù)7＝5至20K/0.1％Mn-氧化損失的Mn-氧化損失CTP鋼水的比熱容量，單位KWh/K/tλ釜內(nèi)CO-再燃燒份額CGP廢氣的比熱容量，單位KWh/Nm3/K
QAr，Al；Si，QAr，H在Al-Si-和主脫碳階段的Ar-惰性氣體流量，單位Nm3/分鐘CWP冷卻水比熱容量，單位Kwh/l/kΔTw入口/出口溫差，單位KQw平均冷卻水流量，單位l/分鐘CSP壁的輻射功率，單位KWGi添加料“i”單位KgCi合金“i”的熱含量，單位KWh/tTo預(yù)熔鐵水的溫度，單位℃能量平衡方程式(3)右側(cè)具有多個(gè)帶有“+”號(hào)的項(xiàng)，這些項(xiàng)考慮了由金屬氧化釋放出的熱能。對(duì)于各種金屬的金屬氧化強(qiáng)度由常數(shù)K1至K7表征。這些常數(shù)涉及的是對(duì)熔煉爐和鋼水典型的參數(shù)。方程式(3)中的帶有“-”號(hào)的項(xiàng)涉及的是由于廢氣排放、水冷卻、熱輻射造成的能量損耗和用于熔化合金和熔渣所需要的能量。
由方程式(4)得出與過程相關(guān)的溫度的相互關(guān)系T額定＝TSkr-To(4)式中Tskr臨界點(diǎn)上鋼水的額定溫度，單位℃ΔT額定臨界點(diǎn)上的鋼水的額定溫度的升高，單位℃To在處理開始時(shí)的鋼水溫度，單位℃由解方程式組(1)、(2)和(3)得出的主要參數(shù)是臨界的碳氧化損失ΔCkr。用此參數(shù)得出臨界碳含量ΔCkr，ΔCkr是由下式計(jì)算出的在圖1所示的鋼水過渡點(diǎn)上的碳含量Ckr＝CA-ΔCkr(6)其中CA是鋼水的初始碳含量。
考慮到下式根據(jù)圖1計(jì)算出脫碳速度(-dC/dt)＝ΔCkr/Δtkr＝Ckr/τkr(5).
除臨界碳含量Ckr外，通過解方程式組(1)-(4)求出對(duì)調(diào)控非常重要的過程時(shí)間tkr和tAl-Si。由方程式組求出作為第四個(gè)未知數(shù)的參數(shù)(To+ΔT額定/2)。將此值代入方程式(4)中，得出TSkr-臨界點(diǎn)上的鋼水額定溫度。
方程式(1)至(5)對(duì)用于確定臨界脫碳狀況的模型做了明確的表述并可確定出與脫碳過程相關(guān)的控制參數(shù)Al-Si-氧化階段的持續(xù)時(shí)間ΔtAl-Si、主脫碳階段的持續(xù)時(shí)間Δtkr和主脫碳階段中的脫碳速度。
脫碳方法的實(shí)施過程如下，在脫碳開始時(shí)利用方程式(1)至(5)計(jì)算出相關(guān)控制參數(shù)。圖2中示出接著的過程。在Al-Si-氧化階段調(diào)整預(yù)定的氧流量和預(yù)定的惰性氣體流量(例如氬氣)并使之穿流過鋼水。預(yù)定的值在金屬熔渣發(fā)泡不超過允許值的范圍內(nèi)。緊接Al-Si-氧化階段中斷惰性氣體的輸送并快速增大輸送的氧量，直至調(diào)整到為主脫碳階段計(jì)算出的脫碳速度，所述脫碳速度是根據(jù)廢氣中的CO和CO2含量和廢氣流量確定出。在主脫碳階段通過調(diào)整送氧將脫碳速度基本保持恒定不變。當(dāng)達(dá)到臨界過渡點(diǎn)tkr時(shí)以時(shí)間常數(shù)tkr與時(shí)間成比例地減少送氧量。
本發(fā)明的特點(diǎn)在于確定臨界點(diǎn)上的化學(xué)元素的金屬浴濃度、金屬浴溫度和臨界點(diǎn)出現(xiàn)的時(shí)刻。另外還計(jì)算出在臨界過渡點(diǎn)金屬浴中進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)的化學(xué)-熱動(dòng)力比例關(guān)系。就最大瞬時(shí)脫碳和最小金屬渣化而言，該反應(yīng)過程是最佳的。在后臨界的脫碳階段通過如下方式保持最佳的反應(yīng)進(jìn)程，將根據(jù)模型對(duì)臨界過渡點(diǎn)計(jì)算出的過程參數(shù)用于控制后臨界階段，從而可以最大限度地減少所不希望出現(xiàn)的鉻氧化、對(duì)氧的消耗和對(duì)還原物料，尤其是硅的消耗。與主脫碳階段一樣，通過脫碳速度對(duì)氧流量進(jìn)行控制。
根據(jù)模型對(duì)臨界狀況的確定另外還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼水的最佳起始數(shù)據(jù)進(jìn)行確定。本方法基本適用于所有這樣的工藝，其中該工藝在碳對(duì)鉻氧化作用減少的情況下進(jìn)行。具有各種技術(shù)衍變的真空精煉過程(Vakuumfrischprocess)(VOD)以及AOD(氬氧脫碳)轉(zhuǎn)爐冶煉過程都屬于此列。
權(quán)利要求
1.在吹氧的情況下對(duì)用于制備高鉻鋼的鋼水脫碳的方法，其中對(duì)脫碳速度連續(xù)地進(jìn)行測(cè)量并且根據(jù)測(cè)量值調(diào)整吹氧量，其特征在于-計(jì)算出下述調(diào)節(jié)參數(shù)a)至脫碳過程開始時(shí)的Al-Si-氧化階段的持續(xù)時(shí)間，b)緊接Al-Si-氧化階段的主脫碳階段直至達(dá)到由脫碳反應(yīng)至金屬氧化的過渡點(diǎn)的持續(xù)時(shí)間，c)主脫碳階段中的脫碳速度和-緊接Al-Si-氧化階段將吹氧量快速增大到主脫碳階段的氧量，直至調(diào)整到根據(jù)c)計(jì)算出的脫碳速度，-在主脫碳階段的持續(xù)時(shí)間內(nèi)通過吹氧量將脫碳速度基本保持在恒定狀態(tài)，和-緊接主脫碳階段以這樣的方式連續(xù)減少吹氧量，以使以預(yù)定時(shí)間常數(shù)連續(xù)地降低脫碳速度。
2.依照權(quán)利要求1的方法，其特征在于Al-Si-氧化階段的持續(xù)時(shí)間ΔtAl-Si，主脫碳階段的持續(xù)時(shí)間Δtkr和主脫碳階段的脫碳速度根據(jù)由下述方程式(1)至(5)表述的模型計(jì)算出ΔCkr/Δtkr＝Ckr/τkr(1)式中ΔCkr至臨界點(diǎn)的碳氧化損失，以％計(jì)Δtkr主脫碳階段的持續(xù)時(shí)間Ckr臨界碳含量，以％計(jì)τkr工作反應(yīng)時(shí)間常數(shù)，單位分鐘ΔO2，C+ΔO2，Me＝ηHQO2，HΔtkr(2)式中ΔO2，C直至臨界點(diǎn)的碳氧化損失所需的氧量，單位Nm3/分鐘ΔO2，Me直至臨界點(diǎn)的金屬氧化損失對(duì)氧的需求量，單位Nm3/分鐘ηH主脫碳階段中噴氧管的效率QO2，H在主脫碳階段中的吹氧量，單位Nm3/分鐘CTP(GA/1000)ΔT額定＝+CTP(GA/1000)常數(shù)1ΔSi/0，1++CTP(GA/1000)常數(shù)2ΔAl/0，1++CTP(GA/1000)(常數(shù)3+λ常數(shù)4)ΔCkr/0，1++CTP(GA/1000)常數(shù)5ΔCkr/0，1++CTP(GA/1000)常數(shù)6ΔFekr/0，1++CTP(GA/1000)常數(shù)7ΔMnkr/0，1+-(CGP/1000)(常數(shù)8GAΔCkr/100+QAr，Al-SiΔtAl-Si+QAr，HΔtkr)(To+T額定/2)-CTPΔTwΔQw(ΔtAl-Si+Δtkr)-CSP(ΔtAl-Si+Δtkr)/60-∑(Gi/1000)Ci(3)式中ΔSi以常數(shù)1＝25至40K/0.1％Si-氧化損失時(shí)的Si-氧化損失ΔAl以常數(shù)2＝25至45K/0.1％Al-氧化損失時(shí)的Al-氧化損失ΔCkr以常數(shù)3＝5至20K/0.1％C-氧化損失和CO-再燃燒為λ份額(常數(shù)4＝20至40)時(shí)的C-氧化損失ΔCrkr以常數(shù)5＝5至20K/0.1％Cr-氧化損失的Cr-氧化損失ΔFekr以常數(shù)6＝1至10K/0.1％Fe-氧化損失的Fe-氧化損失ΔMnkr以常數(shù)7＝5至20K/0.1％Mn-氧化損失的Mn-氧化損失CTP鋼水的比熱容量，單位KWh/K/tλ在釜中的CO-再燃燒份額CGP廢氣的比熱容量，單位KWh/Nm3/KQAr，Al；Si，QAr，H在Al-Si-和主脫碳階段的Ar-惰性氣體流量，單位Nm3/分鐘CWP冷卻水的比熱容量，單位Kwh/l/kΔTw入口/出口溫差，單位KQw平均冷卻水流量，單位l/分鐘CSP壁的輻射功率，單位KWGi添加料“i”，單位KgCi合金“i”的熱含量，單位KWh/tTo處理開始時(shí)的鋼水溫度，單位℃ΔT額定＝TSkr-To (4)式中TSkr在臨界點(diǎn)上鋼水的額定溫度，單位℃ΔT額定在臨界點(diǎn)上的鋼水的額定溫度的升高，單位℃其中在考慮到下式(-dC/dt)＝ΔCkr/Δtkr＝Ckr/τkr(5).的情況下得出脫碳速度。
3.依照權(quán)利要求2的方法，其特征在于在到達(dá)臨界點(diǎn)后以時(shí)間常數(shù)τkr降低脫碳速度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在吹氧的情況下對(duì)用于制備高鉻鋼的鋼水脫碳的方法,其中對(duì)脫碳速度連續(xù)地進(jìn)行測(cè)量并且根據(jù)測(cè)量值調(diào)整吹氧量,其特征在于:－計(jì)算出下述調(diào)節(jié)參數(shù):a)至脫碳過程開始時(shí)的Al－Si－氧化階段的持續(xù)時(shí)間,b)緊接Al－Si－氧化階段的主脫碳階段直至達(dá)到由脫碳反應(yīng)至金屬氧化的過渡點(diǎn)的持續(xù)時(shí)間,c)主脫碳階段中的脫碳速度和－緊接Al－Si－氧化階段將吹氧量快速增大到主脫碳階段的氧量,直至調(diào)整到根據(jù)c)計(jì)算出的脫碳速度,－在主脫碳階段的持續(xù)時(shí)間內(nèi)通過吹氧量將脫碳速度基本保持在恒定狀態(tài),和－緊接主脫碳階段以這樣的方式連續(xù)減少吹氧量,以使以預(yù)定時(shí)間常數(shù)連續(xù)地降低脫碳速度。
文檔編號(hào)C21C7/068GK1200768SQ96197803
公開日1998年12月2日 申請(qǐng)日期1996年10月14日 優(yōu)先權(quán)日1995年10月23日
發(fā)明者J·雷切爾 申請(qǐng)人:曼內(nèi)斯曼股份公司