RH和VD真空处理脱气效果

张兰格

钢包内真空处理钢水过程的主要目的是尽可能最大量地去除钢中的气体。循环(RH)，批量(DH)和钢包(VD)真空处理方法在世界生产实践中得到了最广泛的推广应用。白俄罗斯钢铁厂电冶炼车间钢水炉外处理车间包括循环和钢包真空处理装置，以及钢包炉。用100t电弧炉炼钢。优质钢种包括合金结构钢、碳钢和调质钢。两个真空装置由1个泵系统控制，保证残余应力＜100Pa。真空泵系统由5级蒸汽喷射泵和2个水环式泵组成。系统功率相当于70Pa时为300kg/h，20kPa时为120kg/h。利用水口装置确保VD和RH真空装置的有序应用。比较两种装置处理钢水效果具有实际意义。

很显然，由于碳的强烈氧化和渗入钢水的气泡数量明显增加。非脱氧钢的真空处理效果要好于脱氧钢。鉴于此，本文研究了非脱氧碳钢和合金钢的脱气状况。熔体的真空脱气效果要通过氢的行为精确评定，因为与氧和氮不同，氢含量与复杂的脱氧物理-化学过程无关，与非金属夹杂的形成和清除无关，而由合金元素带入的氢可以根据对照平衡图准确计算。

在去除熔体中溶解气体的过程中，将氢作为清除气体，因为只有氢溶解在钢水中，且不与熔体中的其它存在元素反应。第一种机制相当与氢从钢水中直接转入熔体上方的空间或者真空处理过程中氢分解成液滴时包围熔体的空间。第二种机制相当于熔体中自动形成气泡或所谓的均匀形成坯晶时的理论脱气状况。第三种机制，均匀形成坯晶，在钢水与固态耐材砌体界面上产生气泡时进行；分离后，气泡由钢水中上浮。第四种机制的特点是钢水喷吹惰性气体时脱气，惰性气体经炉底透气砖或喷嘴进入熔体。钢水中的溶解气体被喷嘴喷吹气体包围和送达钢水表面。

在钢水工业脱气装置中通常同时采用几种机制。它们可能相互影响，而其作用效果可能在处理过程中变化。此时，通常将不同的机制应用于熔体，不能单独评定不同机制对熔体脱气的作用，以及确定其在规定中间时间内的共同作用。试验中采用了通过Elektro-Nite公司Hidris系统的氢含量快速测量方法。

用RH循环真空处理装置处理时脱气。循环真空装置设有内径320mm的连接管。氮以400～500l/min的强度供入吸气管。钢水经连接管的线性循环速度为100m/s，相当于平均35t/min的常规速度。因此，真空处理循环时间不超过30min，在这个时间内，100t重的冶炼完全通过真空装置。研究表明，在5个真空处理循环期间(15min),氢含量下降为初始含量的85～90%。此时立刻向真空装置加入材料后氢含量的增长不明显，原因是随着含碳材料和铁合金进入一定数量的湿度。因此，从向真空装置加入材料时起到真空处理结束的时间应当不低于67min。根据工艺合理性，在真空的作业真空出端立刻真空脱氧后，必须在57min内供入材料，可以利用气体分析仪根据废气曲线图记录真空脱氧情况。

分析曲线图表明，真空处理前17～20min、加入全部增碳剂和脱氧剂后，CO和CO2数量迅速下降，接近于零。从20min开始，真空处理只是有助于钢水移动一均匀平稳以前喂入的材料。根据上述，非脱氧调质钢(用RH装置真空处理时)不超过25min，而按电弧炉→钢包炉→RH→钢包炉工艺流程真空处理时的温度下降为45～60℃。根据真空处理过程中氢的测量结果比较以下钢中脱过程的动力学方程：

对于调质钢：ln([H]/[H0])=－0.082t－0.020

对于合金化钢：ln([H]/[H0])=－0.078t－0.031

式中[H]和[H0]—相应为t时间内和加入铁合金前钢中的氢含量(ppm)。

在VD钢包真空处理装置内处理。采用标准工艺流程在电弧炉→钢包炉→VD→钢包炉以及必须在真空处理前除渣作为VD脱气装置内处理钢水的基本工艺流程。处理时钢水吹Ar，裸露钢液面。用VD装置处理钢水后，为了屏敝电弧用钢包炉加热钢水时加入了300～400kg石灰和80～100kg萤石。按照电弧炉→VD→钢包炉工艺流程处理钢水作为保证连铸系统的储备工艺。真空处理后调整钢的化学成份和在钢包炉内造渣。将冶炼炉次转至连铸机前钢中的平均氢含量为2.0和2.1ppm,与工艺流程相一致。根据盛钢桶从炼钢到VD和从VD到盛钢桶的重新布置时间，扒渣时间，VD装置中处理钢水的平均时间相当于工艺流程的63min和48min。真空处理时(根据浇铸包重新布置和扒渣时间)钢水温度下降为70～80℃。

对于VD真空装置中钢水脱气条件而言，动力学方程如下：

对于调质钢：ln(［H］/［H0］)=－0.028t－0.004

对于合金化钢：ln(［H］/［H0］)=－0.041t－0.011

根据动力学方程，全部条件RH真空装置下的脱气反应速度系数明显高于VD钢包真空装置。

此外，研究表明，加入150kg石灰和40kg萤石导致氢含量增加1ppm，而喂入硅钙包芯丝则导致其增加0.51ppm。根据获取数据比较了钢中氢含量增长与加入铁合金数量关系的经验方程：ln(［H］/［H0］)=－0.0003m－0.027,式中［H］和［H0］—相应为加入铁合金前后钢中的氢含量(ppm)。

分析试炼轧材处理结果表明，当碳钢中的氢含量4ppm和合金钢中的氢含量2.0和2.5ppm情况下超声波检测时的废品出现几率明显增加。当钢中的氢含量高于上述值时必须在缓冷起坑中进行轧坏的抗白点处理。与此同时，用RH/VD真空处理时总是可以达到规定的最低氢含量，调质钢中的氢＜4.0ppm常规碳钢＜2.0ppm合金钢＜2.5ppm。

结语

⒈循环真空脱气时钢水高速脱气是由于钢水与真空相接触表面比钢包真空脱气大，原因是钢中大量CO气泡和惰性气体上浮。

⒉用RH和VD装置真空脱气时钢中的最终氢含量是可以比较的，但是在真空中长时间保温和用VD处理情况下钢包中无炉渣情况下可以保证这种终含量。循环真空装置内的完全处理过程持续30-40min，而用VD处理时则要求50-70min。