120噸VD爐脫氫工藝優(yōu)化與實(shí)踐

2016-06-04 08:18:17姜靜宇舞陽鋼鐵有限責(zé)任公司二煉鋼廠河南舞鋼462500

山東工業(yè)技術(shù) 2016年11期

姜靜宇（舞陽鋼鐵有限責(zé)任公司二煉鋼廠，河南　舞鋼　462500）

姜靜宇
（舞陽鋼鐵有限責(zé)任公司二煉鋼廠，河南舞鋼462500）

摘要：鋼板氫含量是影響鋼板內(nèi)部質(zhì)量以及探傷合格率的主要因素，為進(jìn)一步改善VD脫氫效果，通過對(duì)影響脫氫因素如真空度、氬氣流量、LF終渣特性、保持時(shí)間等的研究，優(yōu)化能源介質(zhì)蒸汽流量在0.9-1.0Mpa，蒸汽穩(wěn)定在180℃以上、縮短真空泵清理周期、合理控制氬氣流量使VD后氫含量穩(wěn)定在1.8PPm以下，探傷合格率穩(wěn)定在98.7%以上。

關(guān)鍵詞：探傷合格率；VD；氫含量

1　前言

氫在鋼中會(huì)產(chǎn)生氫脆即在鋼熱加工過程中，鋼中含有氫氣的氣孔會(huì)沿加工方向被拉長(zhǎng)形成發(fā)裂，進(jìn)而引起鋼材的強(qiáng)度、塑性、沖擊韌性的降低現(xiàn)象；也會(huì)產(chǎn)生白點(diǎn)（（又稱發(fā)紋）如對(duì)鋼材取樣打斷口樣，在縱向斷面上呈現(xiàn)出的圓形或橢圓形的銀白色斑點(diǎn)。產(chǎn)生白點(diǎn)的主要原因有兩點(diǎn)第一鋼中的氫在小孔隙中析出的壓力和鋼相變時(shí)產(chǎn)生的組織應(yīng)力的綜合力超過了鋼的強(qiáng)度極限，就會(huì)破裂形成裂紋。我廠針對(duì)探傷不合鋼板缺陷處取樣經(jīng)過酸洗多數(shù)缺陷為微小裂紋，在拉伸試驗(yàn)斷口處發(fā)現(xiàn)有銀灰色斑點(diǎn)，因此降低鋼中氫含量是提高鋼板探傷合格率的有效途徑。

2　真空脫氫原理

氣體在鋼液中溶解時(shí)服從平方根定律，即氣體的溶解度與鋼液上方該氣體的分壓力的平方根成正比［1］：公式1：?H2（g）=［H］，；公式2：KH=aH/√Ph2=fH［H%］/√Ph2；公式3：［H%］=KH√Ph2/fH公式中aH為氫的活度；Ph2為真空狀態(tài)下氫的分壓；fH為氫的活度系數(shù)；［H%］為氫含量（百分比）；KH為氫的反應(yīng)平衡常數(shù)。由上述公式3可以看出在其他條件不變情況下降低蒸汽中氫分壓可以降低鋼液中氫含量。

3　影響VD脫氫因素的優(yōu)化

3.1真空保持時(shí)間與初始?xì)浜康谋ＷC

從理論上來講，延長(zhǎng)VD真空保持時(shí)間VD脫氫率會(huì)提高［1］。但是延長(zhǎng)真空時(shí)間，必將影響生產(chǎn)節(jié)奏、增加精煉周期、增加耐材消耗，增加生產(chǎn)成本。因此從生產(chǎn)成本和生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)真空保持時(shí)間控制在12-15min，以下研究均以真空時(shí)間12-15分鐘為定量對(duì)其他影響因素進(jìn)行優(yōu)化和實(shí)踐。原始?xì)浜窟^高必將增加VD爐脫氫負(fù)擔(dān)，延長(zhǎng)VD處理時(shí)間，因此必須控制初始?xì)浜浚瑲浜恐饕獊碓慈霠t原輔材料，我廠通過嚴(yán)格控制入爐原輔材料的干燥度來保證入VD前氫含量小于等于4.5PPm。

3.2真空度對(duì)脫氫率的影響

根據(jù)脫氫熱力學(xué)可知［3］，降低［H］分壓有利于鋼液中氫的去除，而且真空度越低越有利于氫含量的去除，提高脫氫率。隨真空度的下降VD的脫氫率顯著提高，真空后的氫含量穩(wěn)定在1.8PPm以下，在優(yōu)化前的生產(chǎn)中我們隨機(jī)抽取400爐進(jìn)行根據(jù)真空度不同按重量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析探傷合格率。真空度在67Pa以下者原合同探傷合格率達(dá)到99.06%，67-100Pa之間原合同探傷合格率達(dá)到98.89%，真空度在100-150Pa之間者探傷合格率為97.5%，大于150Pa者探傷合格率僅有96%左右。因此在生產(chǎn)中保證VD爐真空度是提高脫氫率的首要條件也是必要條件，我廠VD爐作業(yè)率為100%真空度低于67pa的達(dá)標(biāo)率只有70%左右，因此我們?cè)谀茉唇橘|(zhì)、VD泵清理周期方面做如下優(yōu)化，蒸汽壓力由0.8-0.9MPa提高至0.9-1.0MPa；蒸汽穩(wěn)定由175-185℃，提高至180-190℃，清灰周期有170爐減少至140爐，實(shí)踐證明優(yōu)化后低于67Pa真空度達(dá)標(biāo)率可達(dá)到95%以上。

3.3吹氬流量的影響和優(yōu)化

真空吹氬是脫氫的主要有效手段，氬氣泡中氫氣分壓低，向鋼液中吹氬后，鋼中氫會(huì)向氬氣泡內(nèi)擴(kuò)散，并隨氬氣泡的上浮而排出。氬氣泡在上浮過程中對(duì)鋼液進(jìn)行強(qiáng)烈攪拌，加快了鋼中H向鋼渣界面和氬氣泡內(nèi)的擴(kuò)散，極大的改善了脫氫的動(dòng)力學(xué)條件。因此增大氬氣流量可以有效的提高氫在鋼液中的擴(kuò)散速度。但是氬氣流量過大勢(shì)必會(huì)造成鋼液處理過程中溫降過大，增加精煉升溫時(shí)間和電耗；在壓渣過程中氬氣流量過大會(huì)造成鋼水、鋼渣外溢嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成損壞鋼包設(shè)備以及VD設(shè)備等生產(chǎn)事故。因此根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際和總結(jié)，制定和優(yōu)化出VD處理過程吹氬制度，在壓渣處理階段氬氣流量控制在100-200NL/Min （3-5分鐘），真空保持前期氬氣流量控制在200-300NL/Min（持續(xù)時(shí)間8分鐘），真空保持后期流量調(diào)至100-200NL/Min（持續(xù)時(shí)間4-7分鐘）真空破壞后軟吹流量控制在80-150NL/Min（持續(xù)時(shí)間4-8分鐘）。

3.4LF終渣對(duì)VD脫氫的影響

LF終渣特性和渣量對(duì)脫氫率也有一定影響，從理論上講，LF終渣堿度越大，氫在渣中的溶解度越高［3］，綜合考慮脫氧和脫氫效果優(yōu)化爐渣堿度在3.5-4.5之間。增大鋼包渣量不利于鋼液脫氫，因此根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際優(yōu)化精煉石灰用量在10-12Kg/t鋼，占鋼水比約為1.2%左右。