专利名称：钢水真空精炼增氢深脱碳装置和方法
技术领域：
本发明属于金属精炼领域，特别涉及一种钢水真空精炼增氢深脱碳装置和方法。
背景技术：
为了适应汽车板钢对冷轧板延伸率和深冲性能的更高要求，人们在生产超低碳 钢技术方面进行了大量开发和研究，目的就是以较低的成本生产这种超深冲冷轧钢板。 目前采用RH精炼装置已能生产碳[C]含量在20X10—6以上的钢水，但是在RH钢水中 [C] <20X 10_6时，脱碳反应速度大幅度下降，造成在工业上大量生产[C] <20X10_6的超 低碳钢很困难。在RH中超低碳区的脱碳反应[C] +
= [CO]主要取决于溶解在钢液中的 碳元素的传质速度和气相中CO分压。在惰性气体或氢气的气泡中对于CO气体来说是真空 状态，从热力学上有利于脱碳反应。但是在低碳下，钢水中的碳以及氧传质速度慢，造成脱 碳反应速度慢。要提高低碳下钢水中碳氧向反应界面的传质速度主要措施就是加强搅拌和 增大反应截面积。对于气泡反应界面来说，当气泡越小其反应截面积越大。在钢水中溶入 氢，在高真空下，溶入钢水的氢在钢液中析出形成微小氢气泡，钢液中产生的微小氢气泡内 的CO分压低反应截面积大有利低碳钢水的碳脱除，从而实现超低碳([C] <20X10_6)钢的 生产。相关的现有技术报道有日本川崎钢铁公司的千叶钢厂开发出了在RH上升浸管内的原吹氩喷管中喷吹氢 气的方法，处理前期提高钢水氢含量，后期增大真空度，在脱氢产生大量微细气泡的同时加 强超低碳钢水的脱碳反应。(参见Koji Yamaguchi等，用吹氢法提高RH脱气装置中超低碳 钢的脱碳速度，武钢技术，1995，Vol33, No4, PP34-38)。该方法实现了对低碳钢水深脱碳目 的，能生产[C] ( IOX 10_6的超低碳钢水。但是该方法存在最大不足就是在RH上升浸管内 随氩气喷入氢气，气体在上升钢液流中上浮速度很快，氢气在钢水中停留时间短，从而被钢 水完全吸收的效率不是很高。NKK(日本钢管公司)的Keihin(扇岛)厂采用通过底吹透气砖或插入式喷枪 向钢水包内钢水喷吹氢气的方法使钢水增氢，然后在RH精炼炉抽高真空，使氢从低碳钢 液中析出产生大量微小气泡，从而加快低碳钢水中碳氧反应，实现超低碳钢生产。(参见 N. Sumida, T.Fujii, Y.Oguchi, H. Morishita and F. Sudo,"Production of Ultra-low Carbon Steel by Combined Process of Bottom-Blown Converter and RH Degasser". Kawasaki Steel Technical Report, No. 8, September, 1983, pp. 69-76。)然而该方法存在 其缺点，主要体现在从插入式喷枪吹入氢气，喷枪寿命比较低从而其成本比较高，在RH精 炼处理中从钢水包底部吹入氢气增氢，对RH精炼处理影响大，底吹产生的气液两相流对RH 插入的上升与下降浸管冲刷严重，影响上升下降浸管的寿命。
发明内容
本发明的目的在于得到一种简便、低成本的钢水真空精炼与深脱碳装置和方法， 向钢水中吹入氢(氩)气，实现高效低成本的生产超低碳钢。
为实现上述目的，本发明的第一方面是提供一种钢水真空精炼增氢深脱碳装置， 它包括钢水包(1)和真空室(6)，真空室(6)上部设有顶吹氧枪(5)和抽真空管道，真 空室(6)底部设有上升浸管( 和下降浸管(9)；上升浸管( 连有上升浸管吹氩管(3)， 其特征在于下降浸管(9)下部布置一环状气体喷吹元件(11)，该环状气体喷吹元件(11) 通过气体分配环管(10)与下降浸管吹氩管(7)和吹氢管(8)连通。环状气体喷吹元件(11)设有10-100根径向分布的不锈钢毛细管(14)；所述毛细 管(14)管径为l_3mm，间距大于10mm，并与气体分配环管(10)固定连接且气体连通。毛细管(14)外部包有高致密高强抗热震耐火材料(1 ，并外设保护套砖(12)。环状气体喷吹元件(11)安装于距下降浸管(9)底部150mm以上的位置处，并与其 固定连接。为了进一步实现本发明的目的，本发明还提供了一种钢水真空精炼增氢深脱碳的 方法，包括如下步骤a.在钢水包(1)进站后顶升钢水包(1)或下降真空室(6)；b.将上升浸管(2)和下降浸管(9)插入钢水中，抽真空到8_15KPa，以提升真空室 (6)内钢水液位；c.通过上升浸管吹氩管(3)向上升浸管O)内喷吹氩气，在气泡产生的气液两相 流作用下，钢水包(1)内的钢水与真空室(6)内的钢水产生循环流动，促进钢水搅拌混勻；d.顶吹氧枪(5)吹氧，同时升温，达到脱碳要求后停止吹氧；e.逐步提高真空室(6)内的真空度，在1-310 下保持5-6min，再将真空度提升到 67Pa，直到钢水中碳含量下降到20X 10_6 30X 10_6 ；f.再将真空度回到l_3KPa，同时从下降浸管(9)的环状气体喷吹元件(11)吹入 混合气体，持续4-5min ；g.当钢水中氢含量升到4-5X 10_6以后，停止喷吹混合气体，将真空度再次提升到 67 左右，保持处理10-15min ；直到钢水中氢含量降低到2X10—6以下。通过环状气体喷吹元件(11)吹入的混合气体为氩气、氢气或氩氢混合气体；其流 量为上升浸管(2)提升钢水喷吹气体流量的1/20 1/3。下降浸管(9)的喷吹气体通过下降浸管(9)下部的环状气体喷吹元件(11)喷出 给钢水增氢，使得在高真空下，钢水中氢析出产生大量微细小气泡，对钢水进行深脱碳。本发明相对于现有技术的改进之处在于1.在RH精炼前期(深脱碳以前)从RH精炼装置的下降浸管中吹入氩气、氢气或 氩氢混合气体，由于下降浸管中钢液流向与喷入的微小气泡运动方向相反，气泡在钢水中 停留时间大大增加，实现高效增氢；2.在钢水碳含量达到20X10_6后，在抽高真空下将钢水中氢析出，产生大量微 小气泡，由于氢气泡内CO分压很低，大量微小气泡与钢水之间界面积很大，为钢水中的 [c]+
-> [CO]反应创造了很好的热力学和动力学条件；3.延长了装置使用寿命，并进一步降低了钢水中的碳含量，实现生产碳含量小于 10X10—6的超低碳钢。
图1是本发明中RH精炼炉喷吹氢气深脱碳装置的系统图；图2是图1中A-A处的剖面图；图3是图2中B-B处的剖面图。附图标记1钢水包2上升浸管3上升浸管吹氩管4抽真空管道5顶吹氧枪6真空室7下降浸管吹氩管8吹氢管9下降浸管10气体分配环管11环状气体喷吹元件12保护套砖13高致密高强抗热震耐火材料14毛细管
具体实施例方式下面根据附图对本发明作进一步说明。如图1、图2、图3所示，本发明的钢水真空精炼增氢深脱碳装置包括钢水包1和 真空室6，真空室6上部设有顶吹氧枪5和抽真空管道4，真空室6底部设有上升浸管2和 下降浸管9 ；上升浸管2连有上升浸管吹氩管3，下降浸管9下部布置一环状气体喷吹元件 11，该环状气体喷吹元件11通过气体分配环管10与下降浸管吹氩管7和吹氢管8连通。所述环状气体喷吹元件11设有10根以上管径为l_3mm的毛细管14，本实施例为 不锈钢毛细管；所述毛细管14间距大于10mm，并与气体分配环管10固定连接且气体连通， 本实施例为焊接。所述环状气体喷吹元件11安装于距下降浸管9底部150mm以上的位置处，并与其 固定连接，本实施例为打结烧制在一起。下降浸管与真空室6之间焊接连接。所述的装置完成钢水真空精炼增氢深脱碳的方法，包括如下步骤a.在钢水包1进站后顶升钢水包1或下降真空室6 ；b.将两个浸管(上升浸管2和下降浸管9)插入钢水中，抽真空到8_15KPa ；提升 真空室6内钢水液位；c.上升浸管吹氩管3向上升浸管2内喷吹氩气，在气泡产生的气液两相流作用下， 钢水包1内的钢水与真空室6内的钢水产生循环流动，促进钢水搅拌混勻；d.顶吹氧枪5吹氧，同时升温，达到脱碳要求后停止吹氧；
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e.逐步提高真空室6内的真空度，在l_3KPa下保持5-6min，再将真空度提升到 671 ，直到钢水中碳含量下降到20X 10_6 30X 10_6 ；f.再将真空度回到l_3KPa，同时从环状气体喷吹元件11吹入混合气体，持续 4-5min ；由于喷入产生的含氢气泡在钢液中停留的时间很长，其增氢效率很高；g.当钢水中氢含量升到4-5X 10_6以后，停止喷吹混合气体，将真空度再次提升到 67Pa左右，保持处理10-15min ；在钢水中将产生大量的氢气微细小气泡，在脱氢的同时强 化钢水深脱碳；直到钢水中氢含量降低到2X10—6以下，实现钢水中碳含量下降到IOX 10_6 以下的超低碳钢精炼。其中，通过环状气体喷吹元件11吹入的混合气体为氩气、氢气或氩氢混合气体； 其流量为上升浸管2提升钢水喷吹气体流量的1/20 1/3。
权利要求
1.一种钢水真空精炼增氢深脱碳装置，包括钢水包(1)和真空室(6)，真空室(6)上部 设有顶吹氧枪(5)和抽真空管道G)，真空室(6)底部设有上升浸管(2)和下降浸管(9)； 上升浸管( 连有上升浸管吹氩管(3)，其特征在于下降浸管(9)下部布置一环状气体喷 吹元件(11)，该环状气体喷吹元件(11)通过气体分配环管(10)与下降浸管吹氩管(7)和 吹氢管⑶连通。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于所述环状气体喷吹元件(11)设有10-100根 径向分布的不锈钢毛细管(14)；所述毛细管(14)管径为l_3mm，间距大于10mm，并与气体 分配环管(10)固定连接且气体连通。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于所述毛细管(14)外部包有高致密高强抗热 震耐火材料(13)，并外设保护套砖(12)。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于所述环状气体喷吹元件(11)安装于距下降 浸管(9)底部150mm以上的位置处，并与其固定连接。
5.一种如权利要求1所述的装置完成钢水真空精炼增氢深脱碳的方法，其特征在于， 它包括如下步骤a.在钢水包(1)进站后顶升钢水包(1)或下降真空室(6)；b.将上升浸管(2)和下降浸管(9)插入钢水中，抽真空到8-15KPa，以提升真空室(6) 内钢水液位；c.通过上升浸管吹氩管(3)向上升浸管O)内喷吹氩气，在气泡产生的气液两相流作 用下，钢水包(1)内的钢水与真空室(6)内的钢水产生循环流动，促进钢水搅拌混勻；d.顶吹氧枪(5)吹氧，同时升温，达到脱碳要求后停止吹氧；e.逐步提高真空室(6)内的真空度，在1-310 下保持5-6min，再将真空度提升到 67Pa，直到钢水中碳含量下降到20X 10_6 30X 10_6 ；f.再将真空度回到l_3KPa，同时从下降浸管(9)的环状气体喷吹元件(11)吹入混合 气体，持续4-5min ；g.当钢水中氢含量升到4-5X 10_6以后，停止喷吹混合气体，将真空度再次提升到67 左右，保持处理10-15min ；直到钢水中氢含量降低到2X10_6以下。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于通过环状气体喷吹元件(11)吹入的混合气 体为氩气、氢气或氩氢混合气体；其流量为上升浸管( 提升钢水喷吹气体流量的1/20 1/3。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于所述下降浸管(9)的喷吹气体通过下降浸 管(9)下部的环状气体喷吹元件(11)喷出给钢水增氢，使得在高真空下，钢水中氢析出产 生大量微细小气泡，对钢水进行深脱碳。
全文摘要
本发明涉及金属精炼领域，特别涉及一种钢水真空精炼增氢深脱碳装置和方法。该装置包括钢水包(1)和真空室(6)，真空室(6)上部设有顶吹氧枪(5)和抽真空管道(4)，真空室(6)底部设有上升浸管(2)和下降浸管(9)；上升浸管(2)连有上升浸管吹氩管(3)，下降浸管(9)下部布置一环状气体喷吹元件(11)，该环状气体喷吹元件(11)通过气体分配环管(10)与下降浸管吹氩管(7)和吹氢管(8)连通。本发明延长装置使用寿命，方法简单实用，实现了生产碳含量小于10×10-6的超低碳钢低成本高效生产。
文档编号C21C7/068GK102127618SQ20111004809
公开日2011年7月20日 申请日期2011年2月28日 优先权日2011年2月28日
发明者何平, 刘浏, 李相臣, 贺庆 申请人:钢铁研究总院