CN1034591C - 钢水的真空脱气处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明是不采用大规模的电阻发热体，能防止真空处理中钢水温度降低、防止真空槽内附着凝钢的对钢水进行真空处理的方法及其装置。
把可以将氧气6和燃料气体8分别设定为所需流量进行吹喷的顶吹吹氧管1可升降地配置在真空处理槽9的顶部，把顶吹吹氧管1的下端配置在钢水液面2.0m以下，从顶吹吹氧管向钢水只吹氧气这一工序与把顶吹吹氧管下端配置在钢水液面1.0m以上、从顶吹吹氧管喷出氧气和燃料气体的工序进行适当组合。该顶吹吹氧管1有氧气吹出部和燃料供给孔4，氧气吹出部由设在轴芯上的喉部2和与喉部2下方连接的逐渐扩大部3组成，燃料供给孔4设在逐渐扩大部3上。

Description

钢水的真空脱气处理方法
本发明涉及采用RH真空处理槽、DH真空处理槽、由容纳浇包的本体和隔断外气的上盖组成的浇包真空处理槽、浸渍在浇包内的处理槽等真空处理槽的钢水的真空脱气处理方法及其装置和钢水的二次精炼工序中使用的真空脱气装置。
近年来，大量生产的高级钢，采用真空槽的二次精炼进行处理日渐增多，其中较多使用的作业是向RH真空处理槽内的钢水供氧，使钢水积极脱碳成积极加热钢水。但是在进行这样的真空处理时，存在着钢水温度下降的问题，还存在着大量的凝钢附着在RH真空处理槽内壁面上的问题。
虽然也有在RH真空处理槽内配置电阻发热体的做法，但以往的电阻发热体不能充分地防止钢水温度下降和凝钢的附着，另外，以往的电阻发热体的设备费用、电极原单位及耗电费用都很高，所以脱碳处理的费用较高。
根据本发明者的观点，如果使未处理钢水的待机状态的RH真空处理槽内部充分地预热，则可以减少钢水温度降低和凝钢的附着。但是以往的电阻发热体的加热能力不足，电极及耗电费用高，所以RH真空处理费用高。
日本专利公报特开昭53-81416号中揭示了一种向钢水中添加Al、Si等并向真空处理槽内的钢水吹氧来加热钢水的方法。但这种方法须使用高价的Al、Si等，而且该方法也存在着大量凝钢附着在真空处理槽内的问题。
美国专利497983号揭示了一种向真空处理槽内的钢水表面吹氧、利用该氧气使真空处理槽内的钢水放出的CO气体燃烧的方法。但这种方法由于仅将钢水放出CO气体作为热源使用，所以钢种只限于脱碳钢，而且其加热量受CO气体放出量的限制，有时不能充分地防止钢水温度降低，另外，由于热源小，所以难以有效地防止真空处理槽的凝钢附着。
日本专利公报特开昭64-217号中揭示了一种往真空处理槽内的钢水中吹入可燃性气体、同时从真空槽内的钢水液面上方供氧的加热升温钢水的方法。但该方法中，由于往钢水中吹入可燃气体，造成钢水中的C、H等上升的问题，另外，向钢水中吹入可燃性气体的装置的构造以及维修都很复杂。本发明者认为，由于向钢水中吹入可燃性气体的流量有限制。所以，这种方法也难以有效地防止真空处理槽的凝钢附着。
日本专利公报特开平1-95239号中揭示了一种专用于防止真空处理槽凝钢附着和熔化除去附着的凝钢的若干个气体燃烧器和装着若干个燃烧器的吹氧管。但这种若干个气体燃烧器及装有若干燃烧器的吹氧管的操作是很麻烦的。另外，该公报揭示的技术很难用于980帕以下，所以很难使钢水或槽壁的耐火物充分升温。
本发明的目的在于提供一种能以高效率真空处理钢水的真空处理方法，在由脱碳处理工序或脱氢处理工序及必要时进行的脱氧处理工序及成分调整处理工序组成的钢水真空脱气处理工序中，本发明的方法不采用大规模的电阻发热体，也不用Al、Si等高价的合金铁，而能防止真空处理中的钢水温度降低，并能防止真空处理槽内壁面附着凝钢。
本发明的目的还在于提供一种真空脱气装置，本发明的装置在真空处理中，仅用一根顶吹吹氧管单独吹氧或吹含氧气体，便可有效地进行脱碳处理。使燃料气体和氧气或含氧气体燃烧，能有效地加热钢水及防止真空处理槽内壁附着凝钢，能以足够的高温加热待机中的真空处理槽(常压)内壁或熔化已附着的凝钢。
本发明的目的还在于提供一种无需高价的电极、电力、通电设备而能降低处理成本的真空脱气装置。
本发明的上述目的通过后述的钢水真空脱气处理方法及其装置得以实现。
(1)一种钢水真空脱气处理方法在钢水真空脱气处理中，其特征是，在真空处理槽内压力为490帕以下状态，把可以将氧气或含氧气体和燃料气体分别设定为所需流量进行吹喷的顶吹吹氧管可升降地配置在真空处理槽的顶部，将顶吹吹氧管的下端配置在钢水液面1.0m以上，进行使氧气或含氧气体和燃料气体喷出的处理工序，使钢水升温和防止真空槽内的凝钢附着。
(2)一种钢水真空脱气处理方法，在钢水真空脱气处理中，其特征是，把可以将氧气或含氧气体和燃料气体分别设定成所需流量进行吹喷的顶吹吹氧管可升降地配置在真空处理槽的顶部，使顶吹吹氧管的下端配置在钢水液面1.0m以上，使其进行喷出氧气或含氧气体和燃料气体的处理工序，从钢水的环流起始压力以下开始进行钢水升温和防止真空槽内凝钢附着的处理，并将该处理持续在真空脱气处理中。
(3)一种钢水真空脱气处理方法，在钢水真空脱气处理中，其特征是，将顶吹吹氧管的下端配置在钢水液面2m以下处，在从顶吹吹氧管向钢水只吹氧的脱碳处理之后，把可以将氧气或含氧气体和燃料气体分别设定成所需流量进行吹喷的顶吹吹氧管可升降地配置在真空处理槽顶部，将顶吹吹氧管的下端配置在钢水液面1.0m以上处，使其进行喷出氧气或含氧气体和燃料气体的处理工序，使钢水升温和防止真空槽内附着凝钢。
(4)一种钢水真空脱气处理方法，在钢水真空脱气处理中，其特征是，将顶吹吹氧管的下端配置在钢水液面2m以下处，在从顶吹吹氧管向钢水只吹氧的脱碳处理之后，进行脱氧处理，接着再把可以将氧气或含氧气体和燃料气体分别设定成所需流量进行吹喷的顶吹吹氧管可升降地配置在真空处理槽的顶部，将顶吹吹氧管的下端配置在钢水液面1.0m以上处，进行喷出氧气或含氧气体和燃料气体的处理工序，使钢水升温和防止真空槽内附着凝钢。
(5)一种钢水真空脱气处理方法，其特征是，把可以将氧气和燃料气体分别设定成所需流量进行吹喷的顶吹吹氧管可升降地配置在真空处理槽的顶部，将顶吹吹氧管的下端配置在钢水液面2m以下处，将为脱碳处理而进行的从顶吹吹氧管向钢水只吹氧的处理工序和把顶吹吹氧管的下端配置在钢水液面1.0m以上、进行从顶吹吹氧管喷出氧气和燃料气体的处理工序适当组合，促进钢水的脱碳，使钢水升温和防止真空槽内附着凝钢。
(6)根据第5项中所述方法，其特征是，在向未脱氧钢水仅吹氧、促进脱碳的处理工序中，当钢水中的含碳量达到目标重量百分比时，停止吹氧，接着进行喷出氧气和燃料气体的处理工序，使钢水加热和防止真空处理槽内附着凝钢。
(7)根据第6项中所述方法，其特征是，当钢水中含碳量达到0.02～0.005重量％时，停止向未脱氧钢水吹氧。
(8)根据第7项中所述方法，其特征是，当钢水中含碳量达到0，01重量％时，停止向未脱氧钢水吹氧。
(9)根据第5项中所述方法，其特征是，向未脱氧钢水吹氧、促使脱碳的处理工序中，当钢水中含碳量达到结束吹氧的目标重量百分数时，停止吹氧，在该工序之后，在钢水中含碳量达到真空脱碳处理的最终目标重量百分数之前，以停止吹氧的状态进行真空脱碳处理，防止真空度恶化，在该脱碳处理工序后的脱氧处理及必要时进行的成分调整处理中，进行喷出氧气和燃料气体的处理工序，促使钢水脱碳和钢水升温及防止真空处理槽内附着凝钢。
(10)根据第9项中所述方法，其特征是，当钢水中的含碳量达到0.02～0.005重量％时，停止向未脱氧钢水吹氧。
(11)根据第10项中所述方法，其特征是，当钢水中的含碳量达到0.01重量％时，停止向未脱氧钢水吹氧。
(12)根据第9-11项中任一项所述方法，其特征是，当钢水含碳量达到0.0005～0.020重量％时，结束真空脱碳处理。
(13)根据第5项中所述方法，其特征是，把可以将氧气和燃料气体分别设定成所需流量进行吹喷的顶吹吹氧管可升降地配置在真空处理槽的顶部，将顶吹吹氧管的下端配置在钢水液面2.0m以下，从顶吹吹氧管向未脱氧钢水只吹氧，直到钢水含碳量达到0.02～0,005重量％，再将顶吹吹氧管的下端配置在钢水液面1.0m以上，从顶吹吹氧管喷出氧气和燃料气体，直到脱碳处理结束及脱氧后的成分调整真空处理结果，促使钢水脱碳、升温和防止真空槽内附着凝钢。
(14)根据第5项中所述方法，其特征是，在第五种方法中，把可以特氧气和燃料气体分别设定成所需流量进行吹喷的顶吹吹氧管可升降地配置在真空处理槽顶部，将顶吹吹氧管的下端配置在钢水液面2.0m以下，从顶吹吹氧管向未脱氧钢水只吹氧，直到钢水含碳量达到0.02～0.005重量％，以停止吹氧的状态进行真空脱碳处理，直到脱碳处理结果，防止真空度恶化，从顶吹吹氧管喷射氧气和燃料气体，直到脱氧处理及成分调整的真空处理结束，促使钢水脱碳、升温，防止真空槽内附着凝钢。
(15)一种真空脱气装置，其特征是，包括真空处理槽及可上升下降地配置在该真空处理槽内的垂直的顶吹吹氧管，该顶吹吹氧管具有氧气吹出部和燃料气体供给孔，氧气吹出部由设在轴芯上的喉部和连接在喉部下方的逐渐扩大部构成，燃料气体供给孔设在该逐渐扩大部的逐渐扩大面的中途。
(16)根据第15项中所述的装置，其特征是，在顶吹吹氧管的轴芯上对称地设有若干个燃料气体供给孔。
(17)根据第16项中所述的装置，其特征是，在顶吹吹氧管的轴芯上对称地设有3～6个燃料气体供给孔。
(18)根据第15-17项中所述的装置，其特征是，真空处理槽是从由RH真空处理槽、DH真空处理槽及浇包真空处理槽形成的群中选择出的真空处理槽。
(19)根据第15项中所述的装置，其特征是，具有从RH真空处理槽、DH真空处理槽、钢水浸渍处理槽及浇包真空处理槽形成的群中选择出来的真空处理槽和能上升下降地配置在该真空处理槽内的垂直的顶吹吹氧管，该顶吹吹氧管具有氧气吹出部和3～6个燃料气体供给孔，氧气吹出部由设在轴芯上的喉部和喉部下方连接的逐渐扩大部构成，燃料气体供给孔相对于顶吹吹氧管轴芯对称地设在逐渐扩大部的逐渐扩大面中途的顶吹吹氧管轴芯上，逐渐扩大部的倾斜角θ1为1°～20°，其下端部的真径D1与上端的直径D2之比(D1/D2)为1～40，燃料气体供给孔设在这样的位置：在燃料供给孔位置处的从喉部喷出的氧气压力等于燃料气体喷出压力的位置下方及逐渐扩大部下端5mm以上范围的逐渐扩大面的中途。
图1是本发明中的顶吹吹氧管的吹出部附近的说明图，图1(a)是纵断面图，图1(b)是底面图，图1(c)是表示氧气吹出部中喷出气体压力变化的模式说明图；
图2是本发明中的顶吹吹氧管的配置及支承的说明图，图2(a)是纵断面图，图2(b)是将真空处理槽顶部和顶吹吹氧管1密封安装时的说明图；
图3是表示处理时间与真空度关系图；
图4(a)是表示在大气中从顶吹吹氧管吹出的氧气的火焰状况的断面图，图4(b)是表示在真空中从顶吹吹氧管吹出的氧气的火焰状况的断面图；
图5是表示真空处理槽内各吹氧管高度产生的燃烧热在何处消耗了多少百分比的图；
图6是表示钢水中氧浓度和脱碳速度的关系图；
图7是表示吹氧管高度与顶吹的氧气在钢水中溶解的比例关系图。
以下，以具有代表性的真空处理方法即RH真空脱气法为例，说明本发明。
本发明中，采用可将氧气或含氧气体和燃料气体分别设定成所需流量进行吹喷的顶吹吹氧管。图1是该顶吹吹氧管的吹出端部附近的说明图，图1(a)是纵断面图，图1(b)是底面图，图1(c)是表示图1(a)的氧气吹出部中的喷出氧气压力变化的模式说明图。本发明者采用将氧气的流路配置在顶吹吹氧管的轴芯、在氧气流路喉部2的下方设逐渐扩大部3、在逐渐扩大部3的中途相对于轴芯对称地设有若干个燃料气体供给(喷出)孔4的顶吹吹氧管1。图中5为水冷部，6为氧气或含氧气体，7为燃料气体(LNG、COG、LPG、LDG)，8为冷却水。
逐渐扩大部使得气体以超音速吹出，是为了提高由硬吹产生的钢水的着氧效率(钢水的溶存氧的增加量以及脱碳消耗的氧之和相对吹氧量的比率)和防止堵塞及为了在490帕以下也能使火焰确实地产生而设置该逐渐扩大部的。逐渐扩大部的倾斜角θ1最好为1°～20°，如不满1°得不到超音速，如超过20°则引起气流的剥离于管内壁面而成为亚音速，降低喷出流速。
图1(c)中，P1是喉部的喷出气体压力，P2是逐渐扩大部3下端的喷出气体压力。喷出气体压力随着该气体往逐渐扩大部3下端行进而降低。本发明的顶吹吹氧管1设计成在真空处理槽内的低压力下，例如490帕以下，吹入氧气或含氧气体，或者吹入氧气或含氧气体和燃料。因此，逐渐扩大部3下端的喷出气体压力小于1个气压，在吹入氧气时，例如为98～294帕，吹入氧气和燃料时，例如为19.6～98帕。
在顶吹吹氧管1中，逐渐扩大部下端的直径D1与上端部直径D2的比(D1/D2)最好为1～40，如果D1/D2大于40，则初压过高，在工业上不能实现。
本发明者认为，图1(a)中的顶吹吹氧管逐渐扩大部倾斜角θ最好为5°～10°，D1/D2最好为3～5。因为这样的吹氧管在只吹氧时，氧气以足够的超音速喷出，所以能够有效地使钢水脱碳。另外，在将氧气和燃料气体一起吹入时，逐渐扩大部的氧气和燃料气体充分混合，可得到高温的火焰，由于点火性能好，可有效地加热钢水和真空槽内壁。
在顶吹吹氧管1上，燃料气体供给孔4设在逐渐扩大部3的逐渐扩大面上。图1(c)中，在喉部2的位置，因为由氧气构成的喷出气体压力P1很大，所以燃料气体也以相应高的压力供给。但是，如果将燃料气体的压力调整成与P1一致供给时，则容易使点火不稳定，而且这种调整也很麻烦。如将燃料气体供给孔4设在逐渐扩大部3下端的位置上，则难以与氧气充分混合。
如果将燃料供给孔设置在图1(a)的范围内，该范围在喉部2的喷出气体即氧气的压力等于燃料气体喷出口压力的位置以下及下端以上5mm，在该范围位置的喷出气体即氧气的压力例如为图1(c)中的P3，由于它低于燃料气体的喷出压力，所以燃料气体能够稳定地供给，真空槽内压力即使在490帕，也能稳定点火。如果将燃料气体供给孔设在从下端往上5mm范围内，则由于钢水的飞溅附着，会造成燃料气体供给孔堵塞。
燃料气体供给孔下端部的直径D3是这样设定的，即，使得燃料气体供给部的压力高于其位置处的氧气压力。
根据本发明，从顶吹吹氧管1供给所需量的燃料气体和燃烧该燃料气体所必需流量的氧气或含氧气体，本发明的顶吹吹氧管如图1(c)所示，逐渐扩大部下端的喷出气体压力小，因而形成稳定的长火焰，有效地加热钢水。
图1(a)、(b)中，表示了设置2个燃料供给孔的实施例，若在以轴芯为对称的位置上设置3个以上的燃料气体供给孔，则形成火焰在顶吹吹氧管1的轴芯前后左右更为对称，则更好。
所谓以轴芯对称的位置，是指通过各燃料气体供给孔中心并与顶吹吹氧管1的轴芯垂直的各直线在轴芯交叉形成的各角度相等的位置。
本发明中，顶吹吹氧管可升降地配置在真空处理槽的顶部。
图2是本发明中的顶吹吹氧管的配置和支承的纵断面图，以具有代表性的处理装置即RH真空脱气处理装置为例。如图2(a)所示，顶吹吹氧管1设在真空处理槽9的顶部，如箭头10所示可上升下降地垂在真空处理槽内。图2(b)是将真空处理槽的顶部和顶吹吹氧管1密封安装例的说明图。例如，将密封夹板12气密地安装在真空处理槽9顶部的铁皮11上。13是辊式支承装置。松开密封夹板12的夹卡，转动辊式支承装置的辊14，使顶吹吹氧管1上升、下降，设在予定位置上。然后拧紧密封夹板12的夹卡，由密封夹板12气密地握持住顶吹吹氧管1。通过该操作使得顶吹吹氧管1气密地被支承在所需位置，垂在真空处理槽内。图中15为浇包，16为钢水，17为环流用气体吹入孔，18为连接真空排气系统的排气管。
当停止供给图1(a)中的燃料气体7时，本发明的顶吹吹氧管就只吹出氧气或含氧气体6，可用单独吹氧进行脱碳处理。另外，用吹氧进行脱碳并加热钢水时，在从喉部2喷出大量氧气的同时，从燃料供给孔4供给所需量的燃料气体。虽然逐渐扩大部内的压力渐渐降低，但如果燃料气体供给孔位置处的喷出气体即氧气的压力低于燃料气体喷出压力，则可从燃料气体供给孔4无障碍地同时供给所需量的燃料气体。这时，供给的氧气中的一部分使燃料气体燃烧，燃烧热被吹喷到钢水上，加热钢水和真空槽内壁，剩余的氧气使处理中的钢水脱碳。
本发明者发现，在真空槽内的压力为490帕时，使钢水升温及防止凝钢附着的真空处理槽壁加热是非常经济和有效的。
图3是关于脱氢钢种的真空脱气处理，表示RH真空槽压力和处理时间的关系图。真空脱气处理开始后，1分钟达到(2940帕)，钢水的环流开始。3分钟达到490帕，5分钟达到294帕，10分钟达到9.8帕。全部处理时间为20分钟。这时，从环流开始的2940帕到490帕的处理时间仅为2分钟，而在490帕以下的处理时间为18分钟，相当于前者的9倍。
如果采用本发明的吹氧管，即使在490帕以下也能形成稳定的火焰。例如，处理钢水100t的RH内，从环流开始的2940帕到真空处理终了之间，从本发明的吹氧管喷出氧气和燃料气体(LNG：114〔Nm3/hr〕)，使之燃烧。从2940到490帕的2分钟内的温度降低与不作燃烧处理的情形相比，只得到1℃的温度改善。而从490帕到真空处理结束之间的燃烧处理与不作燃烧处理的情形相比，钢水温度可改善9℃。
真空处理中采用本发明的吹氧管使钢水升温时，如果钢水不环流，即，在真空处理槽内钢水没有吸上来，则不能使钢水升温，因此从钢水环流开始的压力(2940帕)到真空处理结束之间如果使燃料燃烧，可以最大限度地使钢水升温。
根据本发明，是在真空处理槽内压力为490帕以下的状态使燃料燃烧，加热钢水，所以在脱气处理的同时，或者在脱气处理后的环流处理中进行成分调整处理的同时，可以使钢水升温，而且，因为采用处理时间长的490帕以下的状态，所以非常经济。
根据本发明，是在真空处理槽内压力为490帕以下的状态使燃料燃烧，可以进行真空处理槽壁的加热，以防止钢水或凝钢附着。这时，最好将吹氧管下端位于钢水液面1.0m以上，这是因为火焰依存于吹氧管供给的燃料量，例如在LNG114Nm3/hr条件下，在50托以下，使燃料燃烧形成的火焰从吹氧管下端约1.0m下方产生的缘故。
由于无法观察真空槽内低压力时的火焰状况，在图4中表示火焰形成的模拟结果。图4是将向后述实施例所示的吹氧管供给LNG：288〔Nm3/hr〕、氧气：508〔Nm3/hr〕使之燃烧时的火焰模拟化的结果，(a)表示在大气压下，(b)表示49帕。从该结果可知，火焰在减压及LNG288Nm3/hr情形下，从喷咀下端1.5m以下形成。
实际上，为了使钢水升温，将吹氧管下端配置在钢水液面上2～5m即可，最好配置在钢水液面上约4m处。
图5是表示在进行钢水100t处理的RH内，真空槽内压力为49帕状态下，插入实施例所示的本发明吹氧管，对于从液面起算的吹氧管高度分别为2m、3m、4m、5m、6m的各种情形，供给LNG：288〔Nm3/hr〕、氧气：508〔Nm3/hr〕使之燃烧时，其燃烧热消耗在何处及消耗了多少百分数的图。钢水的受热量、吹氧管冷却水的吸热量、排气的吸热量、耐火物的传热量分别下按下述方法求得。
钢水的受热量：用通常采用的白金热电耦探测器温度测定法实测燃烧器加热中的钢水温度。为了比较，再测定无燃烧器加热时的温度的变化，将两者的差别作为钢水温度补偿量。因此，钢水温度补偿量和钢水量及钢水比热的积为加热钢水的热量。
吹氧管冷却水的吸热量：测出燃烧器加热中的吹氧管冷却水入口侧与出口侧的温度差，该温度差和冷却水量及水的比热的积为冷却水吸收的热量。
排气的吸热量：排气的吸热是测定排气的流量及其温度和成分，从成分中推定的比热和气体流量及温度的积为传热量。排气量从C物质平衡中求出。具体地说，从燃料气体即LNG的流量和钢水中C的变化计算产生的C流量，另一方面从排气的CO和CO2浓度中求出C比例，从上述C流量和该C比例换算排气的总流量。
耐火物的传热量：从排气成分中计算由燃烧器吹入的LNG的燃烧率，再求出产生的热量。该值是产生的全部热量，从该值中扣除上述钢水的受热量、吹氧管冷却水的吸热量、排气的吸热量，剩下的就是耐火物的传热量。
从该结果可见，欲使钢水升温，将吹氧管下端配置在钢水液面上2～5m即可，最好配置在钢水液面上4m。
据模拟结果，火焰的下端在喷咀下约3.3m处，液面到达此处时可最有效地使钢水升温。
另外，为防止凝钢附着而进行真空处理槽壁的加热时，最好尽量提起吹氧管使燃料燃烧。这是为了极力抑制吹氧管本身占用燃烧热。从图5的结果中也可见这一点。
在脱氧钢的真空脱氢处理等场合下，将顶吹吹氧管的下端配置在钢水液面1.0m以上，从顶吹吹氧管喷出氧气或含氧气体和燃料气体，在真空槽内实施使其燃烧发热的处理，并且，真空脱气处理的待机状态也从顶吹吹氧管喷出氧气或含氧气体和燃料气体，使之在真空槽内燃烧发热，可使真空槽内的壁面维持高温，钢水温度也因辐射传热而上升。
本发明者还发现，增大钢水中的氧浓度对促使脱碳是有利的。图6是钢水中的氧浓度与脱碳速度的关系。图中“○”和“●”标记表示碳浓度为100ppm和20ppm的情形。图6中，脱碳速度常数用下式求出：脱碳速度常数： ln ( [ C ] 1 / [ C ] 2 ) t 2 - t 1 式中，时间t1时的〔C〕：〔C〕1，
时间t2时的〔C〕：〔C〕2，
〔C〕＝100ppm时的脱碳速度为图示通过100ppm的脱碳速度，
〔C〕＝20ppm时的脱碳速度为图示通过20ppm的脱碳速度，
ln＝自然对数。图6中，由于增大氧浓度，脱碳速度变大。同时，为了供氧，从顶吹吹氧管持续吹氧气，则真空处理槽内的压力上升，真空脱气速度本身下降。因此，从顶吹吹氧管向钢水只吹喷氧气促使脱碳时，必须使顶吹吹氧管的下端靠近钢水液面，在短时间内积极地向钢水中供氧，其后停止吹氧。
在本发明中，图2(a)的H表示的顶吹吹氧管下端与钢水液面的距离(以下称为吹氧管高度)设定为2m以下，从顶吹吹氧管向钢水只吹氧气促使脱碳。图7是吹氧管高度与顶吹的氧气溶存在钢水中比例的关系图。图中吹氧管高度为2m以下时，顶吹的氧气在钢水中溶存的比例，与从钢水液面下直接向钢水吹入氧气时，氧气溶存在钢水中的比例几乎相等，能使钢水中的氧浓度迅速上升。此外，如果顶吹的氧气在钢水中溶存的比例与只吹入氧气时的比例相等，则吹氧管高度也可以在2.0m以上。
因此，在对脱氧钢水进行真空脱气处理、熔炼脱氧钢种(厚板等)时，只要在脱气处理的同时，使燃料燃烧，加热钢水即可，在用真空处理对未脱氧钢水进行脱碳、熔炼低碳素钢时，首先要将本发明的吹氧管下端放在钢水液面2m以下，用吹氧管只吹氧气进行有效的脱碳处理，接着该处理后，将吹氧管下端配置在钢水液面1.0m以上(LNG114Nm3/hr以上)或1.5m以上(LNG228Nm3/hr以上)，使燃料燃烧，对钢水和/或真空槽壁耐火物在真空下(为了脱氢或成分调整，一般都设定有该时期)进行加热，上述处理方式称为2级处理，具有很好的效率。
熔炼低碳素钢时，采用上述的脱碳及火焰加热这样的2级处理。
如果将吹氧管高度设定为2m以下，往钢水内只吹喷氧气，则真空处理槽内的钢水飞溅剧烈，因此凝钢很可能会附着在真空处理槽内壁上。但是，本发明者已证实，如果在真空下用火焰使真空处理槽内的耐火物表面保持高温，则不会附着凝钢。
此外，吹氧停止时期因所制造的钢水规格及RH真空脱气条件不同不而相同，一般，从处理前的氧浓度和碳浓度的关系看，当氧气不足时，实施吹氧操作，用通常的顶底吹转炉的条件处理熔炼的钢水时，可设定为钢水的碳浓度达0.02～0.005重量％，例如达到0.01重量％时停止吹氧。
在脱碳处理后，在真空下进行火焰加热，最好在脱碳处理后用Al等进行脱氧处理后进行，这是因为如果在脱氧处理前使燃料燃烧，真空度会有些恶化而影响脱气效果。但是，真空脱气处理前的钢水温度低，脱氧处理后由顶吹吹氧管使氧气或含氧气体和燃料气体燃烧而受热没有达到所需温度时，在脱碳期的吹氧后、接着脱碳处理的后半期，也可以加入由顶吹吹氧管进行的氧气和燃料气体的燃烧处理。另外，在脱碳处理后的脱氧处理中，进行吹入O2和LNG的作用效果，与实施例(表2)所示脱氢处理中，吹入O2和LNG的效果是同等的。
由以上所述可知，在脱碳结束后的脱氧和成分调整处理工序中，将顶吹吹氧管下端配置在钢水液面1.0m以上，从顶吹吹氧管喷出氧气或含氧气体和燃料气体，进行在真空处理槽内燃烧发热处理时，可有效地脱碳、加热钢水，而且能防止凝钢附着。另外，在真空脱气处理的待机状态也从顶吹吹氧管喷出氧气或含氧气体和燃料气体，在真空处理槽内燃烧发热，可以使真空处理槽内的壁面保持高温。再者，通过将顶吹吹氧管的高度配置在1.0m以上，或在1.0m以上的范围内升降，则真空槽内壁面高度方向的温度分布均匀，可以防止槽内所有位置上附着凝钢。
待机中的真空处理槽内壁的加热或者熔化除去已附着的凝钢多在大气压下进行。如在大气压下采用图1(a)所示的顶吹吹氧管，则逐渐扩大部的下端为大气压。因此，从逐渐扩大部下端喷出的气体混合良好。
其结果，形成长度比减压时短的极高温火焰。真空处理槽内的内壁由于该极高温火焰的辐射热而被加热，附着凝钢由于该极高温火焰的辐射热而被熔化除去。本发明中，顶吹吹氧管可以上升或下降。形成长度比减压时短的极高温火焰，使顶吹吹氧管上升、下降，使该高温火焰上升、下降，火焰附近的附着凝钢熔化，可更有效地除去附着在真空处理槽上的凝钢。
以上就采用RH脱气法的钢水真空脱气处理进行了描述。在DH脱气法、VOD(Vacuum Oxygen Decarburization)脱气法等其它真空脱碳处理中，本发明也能取得与RH脱气法同样的作用效果。
实施例
采用具有图1(a)、(b)所示顶吹吹氧管的100吨RH真空脱气装置，用表1所示的条件，对用100吨转炉熔炼的钢水(成分：C：0.032～0.051wt％，O：0.0216～0.0355wt％)进行脱碳处理，或者用表2所示条件进行脱气处理。另外，本实施例中，在不进行RH真空脱气处理的待机状态，也从顶吹吹氧管吹入氧气和LNG，使其在真空槽内燃烧，将真空处理槽内加热保温。所采用吹氧管的喉部直径D2为17mm，出口直径D1为81mm。逐渐扩大部长度为225mm，逐渐扩大部倾料角θ1为8°。燃料气体供给孔直径D3为11.5mm，共三孔。从逐渐扩大部下端到燃料气体供给孔之间的逐渐扩大部长度为107mm，燃料气体供给孔的倾斜角θ2为15°。
表1内记载的试验号1至2是以脱碳钢种为对象的本发明实施例。该实施例中，在脱碳处理前半期，下降吹氧管高度，在短时间内只吹喷氧气，接着吹入氧气和LNG，使其一直燃烧到RH真空脱气处理时间终了。这时，RH真空脱气处理中的温度下降比不吹喷任何气体的情形(表1中的8)大幅度减轻，真空槽内的凝钢附着也几乎没有。最终C降低，具有促使脱碳的效果。
如试验号9所示，也作了在脱碳处理的前半期进行吹氧、用二次燃烧来发热和促使脱碳的试验。从脱碳量和二次燃烧量计算得到的钢水温度补偿量约3℃左右，试验结果也证实了温度补偿量是很小的。另外，发热量少，真空槽内有凝钢附着。
表1中的试验号3至7也是以脱碳钢种为对象的本发明实施例的其他形式。该例中，在脱碳处理前半期降下吹氧管高度，在短时间内只吹氧，在吹氧结束后接着进行脱碳工序中，停止从吹氧管吹喷气体，在脱氧处理后再从吹氧管吹入氧气和LNG，使其一直燃烧到RH真空脱气处理时间终了。这时，脱碳被促进进行，最终C变得极低，而且，与不喷吹任何气体的例(表1中的8)及在脱碳初期只吹喷氧气的例(表1中的9)相比，RH处理中的温度下降可减轻，真空槽内的凝钢附着也几乎没有。
表2中的1号至5号是以脱氧钢水为对象的以脱氧为目的的真空脱气处理的实施例。都是从吹氧管吹喷氧气和LNG，使其一直燃烧到RH真空脱气处理时间终了。这时，RH真空脱气处理中的温度下降与不吹喷任何气体的例(表2中的6)相比可以减轻，真空槽内的凝钢附着几乎没有，脱氢达到水平也无显著差别。
表1 RH处理时间为28分钟(固定，内脱碳时间为19分钟)
试验号     处理前(PPM)   处理前温度(℃)     单独吹氧条件     吹喷氧气+燃料条件
  〔C〕   〔O〕   吹氧管高度(M)       时间(分)   槽内压力 氧气流量   吹氧管 时间  分)       槽内压力变化(MPa)     流量(Nm3/hr)
   开始 终了 变化(MPa) (Nm3/hr)   高度(M)   开始  终了    氧气     LNG
本发明   1     420     255     1610     1.5     0.5   5   2.94～0.4     1000     3.0     5   28 0.40～2.5×103     254     114
  2     435     230     1608     2.0     0.5   6   2.94～0.35     1000     2.0     6   28 0.35～5×103     254     114
  3     494     225     1605     2.0     0.5   5   2.94～0.35     1000     3.0     19   28 0.10～5×103     254     114
  4     421     237     1612     2.0     0.5   6   2.94～0.35     1000     2.0     19   28 0.10～2.5×103     254     114
  5     510     216     1620     2.0     0.5   5   2.94～0.35     1000     1.5     19   28 0.10～5×103     254     114
  6     482     256     1613     2.0     0.5   5   2.94～0.35     1000     2～4     19   28 0.10～5×103     254     114
  7     485     290     1615     2.0     0.5   6   2.94～0.35     1000     1.0     19   28 0.10～5×103     254     114
对照例   8     320     355     1610     -     -   -   -     -     -     -   -           -     -     -
对照例   9     453     251     1608     3.0     0.5   6   2.94～0.4     1000     -     -   -          -     -     -
处理后钢水温度℃ 处理中温度下降量(℃) 最终(C)(PPM) 真空槽内所附凝钢目标 吹氧管前端损耗程度     备注
  下部   中部   上部
    1592     18     13     ◎     ◎   ◎     无损伤
    1589     19     14     ○     ◎   ◎     无损伤
    1581     24     11     ○     ◎   ○     无损伤
    1589     23     10     ◎     ○   ○     无损伤
    1598     22     9     ◎     ○   ○     无损伤
    1598     22     9     ◎     ◎   ◎     无损伤 19分钟后吹氧管在2～4m范围内升降
    1590     25     11     ◎     ○   ○     有些损伤
    1580     35     17     ×     ×   ×
    1575     33     13     △     ×   ×      无损伤
○无附着○附着轻微△附着量中×附着量多续
表2  RH处理时间为19分(固定)
试验号 处理前温度(℃) 吹喷氧气+燃料的条件 处理后钢水温度(℃) 处理中温度下降量(℃) 真空内 吹氧管前端损耗程度 〔H〕(ppm)
吹氧管高度(M) 时间(分) 槽内压力变化(MPa) 流量(Nm3/hr) 所附凝 处理前 处理后
开始 终了 氧气 LNG 钢目标
本发明   1     1603     1.5    0.5   19 3～2.5×10-3   254   114   1583     20     ◎ 无损伤     6.0     0.9
  2     1509     3.0    0.5   19 3～2.5×10-3   254   114   1576     23     ◎ 无损伤     5.0     0.8
  3     1610     4.5    0.5   19 3～2.5×10-3   254   114   1588     22     ◎ 无损伤     6.2     1.0
  4     1615     3.0    0.5   19 3～5×10-3   508   228   1603     12     ◎ 无损伤     6.5     1.1
  5     1612     1.0    0.5   19 3～2.5×10-3   254   114   1591     21     ◎ 有些损伤     4.9     0.7
对照例   6     1604   1574     30     ×     5.4     0.9
◎无附着    ○附着轻微    △附着量中    ×附着量多

Claims (13)

1.一种在钢水真空处理过程中的钢水真空脱气处理方法，所说方法包括：
把可以将氧或一含氧气体和一气体燃料进行吹喷的顶吹吹氧管配置在真空处理槽顶部；
把顶吹吹氧管的下端配置在所说处理槽的钢水液面1.0m以上；
在钢水真空处理过程中，当真空槽内压力为490帕以下时吹喷氧或含氧气体和气体燃料。
2.一种在钢水真空处理过程中的钢水真空脱气处理方法，所说方法包括：
把可以将氧或一含氧气体和一气体燃料进行吹喷的顶吹吹氧管配置在真空处理槽顶部；把顶吹吹氧管的下端配置在所说处理槽的钢水液面1.0m以上；
在钢水真空处理过程中，当真空槽内压力低于钢水环流开始压力时吹喷氧或含氧气体和气体燃料，使气体燃料燃烧。
3.一种在钢水真空处理过程中的钢水真空脱气处理方法，所说方法包括：
把可以特氧或一含氧气体和一气体燃料进行吹喷的顶吹吹氧管配置在真空处理槽顶部，所说顶吹吹氧管被支承，以便能相对真空处理槽升降；
把顶吹吹氧管的下端配置在真空处理槽的钢水液面2.0m以下，从顶吹吹氧管仅将氧吹喷入钢水中，进行钢水脱碳处理；
随后，把顶吹吹氧管的下端配置在钢水液面1.0m以上；
当该顶吹吹氧管的下端配置在钢水液面1.0m以上时，往真空处理槽内吹喷氧或含氧气体和气体燃料，使气体燃料燃烧。
4.一种在钢水真空处理过程中的钢水真空脱气处理方法，所说方法包括：
把可以将氧或一含氧气体和一气体燃料进行吹喷的顶吹吹氧管配置在真空处理槽顶部，所说顶吹吹氧管被支承，以便能相对真空处理槽升降；
把顶吹吹氧管的下端配置在真空处理槽的钢水液面2.0m以下，从顶吹吹氧管仅将氧吹喷入钢水中，进行钢水脱碳处理；
随后，进行钢水脱氧处理，把顶吹吹氧管的下端配置在钢水液面1.0nm以上；
当该顶吹吹氧管的下端配置在钢水液面1.0m以上时，往真空处理槽内吹喷氧或含氧气体和气体燃料，使气体燃料燃烧。
5.一种钢水真空脱气处理方法，其包括：
把可以将氧和一气体燃料吹喷的顶吹吹氧管配置在真空处理槽顶部，所说顶吹吹氧管被支承，以便能相对真空处理槽升降；
把顶吹吹氧管的下端配置在真空处理槽的钢水液面2.0m以下，从顶吹吹氧管仅将氧吹喷入钢水中，进行钢水脱碳处理；
当顶吹吹氧管的下端配置在钢水液面1.0m以上时，从顶吹吹氧管往真空处理槽内吹喷氧和气体燃料，使气体燃料燃烧。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，只将氧吹喷入未脱氧钢水中，直到钢水的含碳量达到目标重量百分数。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，当钢水中的含碳量达到0.02～0.005重量％时，停止向未脱氧钢水吹氧。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，当钢水中的含碳量达到0.01重量％时，停止向未脱氧钢水吹氧。
9.如权利要求5所述的方法，其特征在于，向未脱氧钢水吹氧促使脱碳的处理工序中，当钢水中含碳量达到目标重量百分数时，停止吹氧，在该工序后，以停止吹氧的状态进行真空脱碳处理防止真空度恶化，直到钢水中的含碳量达到目标重量百分数，在该脱碳处理工序后往真空处理槽内吹喷氧气和燃料气体。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，当钢水中含碳量达到0.02～0.005重量％时，停止向未脱氧钢水吹氧。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，当钢水中的含碳量达到0.01重量％时，停止向未脱氧钢水吹氧。
12.如权利要求9所述的方法，其特征在于，真空脱碳处理一直进行到钢水中的含碳量达到0.0005～0.020重量％时。
13.如权利要求5所述的方法，其特征在于，从顶吹吹氧管向未脱氧钢水只吹氧，直到钢水中的含碳量达到0.02～0.005重量％；以停止吹氧的状态进行未脱氧钢水的真空脱碳处理，防止真空处理槽中真空度恶化；再从顶吹吹氧管喷射氧和气体燃料，直到钢水的真空处理结束。
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