120噸VD爐脫氫工藝優(yōu)化與實踐

姜靜宇（舞陽鋼鐵有限責(zé)任公司二煉鋼廠，河南　舞鋼　462500）

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120噸VD爐脫氫工藝優(yōu)化與實踐

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，為進一步改善VD脫氫效果，通過對影響脫氫因素如真空度、氬氣流量、LF終渣特性、保持時間等的研究，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

氫在鋼中會產(chǎn)生氫脆即在鋼熱加工過程中，鋼中含有氫氣的氣孔會沿加工方向被拉長形成發(fā)裂，進而引起鋼材的強度、塑性、沖擊韌性的降低現(xiàn)象；也會產(chǎn)生白點（（又稱發(fā)紋）如對鋼材取樣打斷口樣，在縱向斷面上呈現(xiàn)出的圓形或橢圓形的銀白色斑點。產(chǎn)生白點的主要原因有兩點第一鋼中的氫在小孔隙中析出的壓力和鋼相變時產(chǎn)生的組織應(yīng)力的綜合力超過了鋼的強度極限，就會破裂形成裂紋。我廠針對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，在拉伸試驗斷口處發(fā)現(xiàn)有銀灰色斑點，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真空保持時間與初始?xì)浜康谋ＷC

從理論上來講，延長VD真空保持時間VD脫氫率會提高［1］。但是延長真空時間，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)實踐經(jīng)驗總結(jié)真空保持時間控制在12-15min，以下研究均以真空時間12-15分鐘為定量對其他影響因素進行優(yōu)化和實踐。原始?xì)浜窟^高必將增加VD爐脫氫負(fù)擔(dān)，延長VD處理時間，因此必須控制初始?xì)浜?，氫含量主要來源入爐原輔材料，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)中我們隨機抽取400爐進行根據(jù)真空度不同按重量進行統(tǒng)計分析探傷合格率。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，因此我們在能源介質(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，鋼中氫會向氬氣泡內(nèi)擴散，并隨氬氣泡的上浮而排出。氬氣泡在上浮過程中對鋼液進行強烈攪拌，加快了鋼中H向鋼渣界面和氬氣泡內(nèi)的擴散，極大的改善了脫氫的動力學(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散速度。但是氬氣流量過大勢必會造成鋼液處理過程中溫降過大，增加精煉升溫時間和電耗；在壓渣過程中氬氣流量過大會造成鋼水、鋼渣外溢嚴(yán)重時會造成損壞鋼包設(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)時間8分鐘），真空保持后期流量調(diào)至100-200NL/Min（持續(xù)時間4-7分鐘）真空破壞后軟吹流量控制在80-150NL/Min（持續(xù)時間4-8分鐘）。

3.4LF終渣對VD脫氫的影響

LF終渣特性和渣量對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。

4　工藝優(yōu)化前后效果對比

（1）VD后氫含量明顯降低。通過優(yōu)化VD爐蒸汽穩(wěn)定壓力、優(yōu)化氬氣攪拌等工藝參數(shù)，VD處理后氫含量明顯降低。在優(yōu)化后氫含量測定結(jié)果見表1，比優(yōu)化前平均真空后氫含量1.3PPm降低約30%。

表1

（2）通過對LF終渣、蒸汽溫度、壓力優(yōu)化后VD抽真空保持開始到低于67Pa時間可以控制在3-5分鐘，平均縮短2-5分鐘，有效的增加了高真空狀態(tài)（小于67Pa）下的保持時間，見圖1；對真空過程脫氫十分有利。

圖1　優(yōu)化后達(dá)到67Pa最短時間對比

（3） VD后氫含量降低后鋼板探傷合格率得到明顯提高；針對優(yōu)化前后各三個月的探傷合格率進行對比，探傷合格率平均提高0.5%左右；穩(wěn)定在98.7%以上。

參考文獻：

［1］張鑒 .爐外精煉的理論與實踐［M］.北京:冶金工業(yè)出版社，1999.

［2］黃希祜.鋼鐵冶金原理［J］.北京:冶金工業(yè)出版社，1981.

［3］唐利民.120TVD脫氫影響因素分析及工藝參數(shù)優(yōu)化［J］.山東冶金，2007，25（07）:43-45.

DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.11.024