VD精炼脱碳过程的工艺因素分析

基于质量守恒、动量守恒和能量守恒原理,并结合脱碳动力学,建立了真空精炼(VD)处理过程中钢液流动和脱碳过程相耦合的数学模型.用该模型模拟研究了各工艺因素对VD精炼脱碳过程的影响.模拟结果可为VD精炼脱碳工艺的制定和优化提供指导依据.     

RH-TB精炼脱碳过程数学模型

根据冶金热力学及动力学理论,建立了RH-TB真空脱碳过程数学模型,同时分析了钢水初始碳含量、初始氧含量以及浸渍管内径对脱碳过程的影响.利用Microsoft Visual.Basic.net程序设计软件和Microsoft SQL Server 2000数据库软件,建立了RH-TB精炼脱碳模型的离线数据库.采用RH-TB实际生产数据对模型进行离线测试,针对121炉IF钢的RH-TB处理过程,模型预测的精炼过程中及终点钢水w(C)误差在0.001 %以内的炉次达到80 %以上.     

RH真空精炼过程的动态模拟

建立了描述RH真空精炼装置内钢液动态脱碳（脱气）模型。对RH真空精炼时的脱碳、脱氧、脱氮和脱氢过程进行了动态模拟研究，考察了浸渍管直径、循环流量、吹氩量、氧含量和真空度对脱碳和脱气过程的影响。动态脱碳（脱气）模型考虑了反应机理，认为脱碳是通过上升管中Ar气泡表面、真空室中钢液的自由表面和真空室钢液内部脱碳反应生成的CO气泡表面进行的，并且考虑了精炼处理时的抽真空制度。该模型能全面描述RH精炼过程中不同时刻钢液中碳、氧、氮和氢的含量，能较好预测实际过程，可用于RH真空精炼过程的优化和新工艺开发。     

复吹转炉炼钢过程脱碳模型

通过分析复吹转炉脱碳过程的冶金机理,应用冶金热力学、动力学和传输理论,建立描述转炉脱碳过程的动力学模型,确定了模型的有关参数.模型的关键在于正确计算并比较钢液中[C]和[O]的传质速度,找到转炉冶炼脱碳过程的限制环节,并通过一系列热力学计算得到进入钢液的氧在各元素间的分配比例,从而得到转炉中脱碳反应的速度方程.将模型应用于本钢150 t转炉冶炼过程,模型在不同时刻的计算结果与现场实测值吻合较好.     

转炉吹炼后期碳含量预报的改进指数模型

介绍了几种主要的转炉烟气分析碳含量预报模型,并分析了其中的指数衰减模型及其三种改进算法的基本原理和优缺点。在综合三种模型优点的基础上,提出了基于“极限碳含量拟合+曲线同步更新”算法的改进指数模型。首先,利用历史炉次吹炼后期的脱碳氧效率和碳含量数据,通过指数拟合得到“历史脱碳曲线”和极限碳含量参数;其次,使用当前炉次吹炼中期的最大脱碳氧效率值对“历史脱碳曲线”的特征参数进行替换,得到当前炉次吹炼后期的“参考脱碳曲线”,再对其进行归一化处理,得到归一化的“参考脱碳曲线”;然后,采用多点校正的方法,计算当前炉次吹炼至各等距离校正点时“参考脱碳曲线”的脱碳量,并根据计算脱碳量与转炉实际脱碳量的偏差,对熔池碳含量及脱碳曲线参数进行计算与校正,得到“计算脱碳曲线”;最后,通过逐次迭代计算对“参考脱碳曲线”和“计算脱碳曲线”进行同步更新,进而实现对转炉吹炼后期熔池碳含量的精准预报。研究表明,改进的指数模型具有较高的准确率,终点碳含量预报误差在±0.02%范围内的命中率达到90%。      

高效RH脱碳工艺参数的优化

基于RH脱碳数学模型,研究了210tRH精炼装置的脱碳行为,分析了真空度、提升气体流量及浸渍管内径等因素对脱碳过程的影响;在自然脱碳条件下,根据实际取样分析结果,计算出脱碳速率常数K_C,发现整个脱碳过程分为两个阶段,即快速脱碳阶段和脱碳停滞阶段。提高真空度可提高脱碳速率和降低终点[C];提高气体流量不能显著提高脱碳速率,应选择合适的浸渍管内径;快速脱碳阶段的脱碳速率常数可达0.287min^-1。     

42CrMo钢表面脱碳行为研究

利用S60/58507型高温热重分析仪研究了加热温度对42CrMo钢脱碳的影响，分析了脱碳组织形貌规律，对传统脱碳模型进行了修正。结果表明，总脱碳深度随加热温度的升高而增加。当加热温度为900℃时，42CrMo钢表面出现完全脱碳层和部分脱碳层，当温度为950℃及以上温度时，42CrMo钢表面只出现部分脱碳层。部分脱碳层中铁素体沿晶界分布，形成网状铁素体组织。由于合金元素的作用，传统的脱碳模型不能适用于42CrMo，修正之后的模型能够较为准确地预测42CrMo钢的总脱碳深度。     

RH MFB精炼过程脱碳数学模型及工艺研究

 为研究RH MFB精炼工艺对脱碳过程的影响，将脱碳机理确定为钢液本体脱碳与CO克服静压力上浮、氩气泡表面脱碳和飞溅液滴脱碳，根据脱碳反应动力学和质量守恒原理建立了RH MFB脱碳数学模型。计算结果表明：降低初始碳含量、增大初始氧含量可使脱碳终点碳含量降低；提高压降速率和吹氩流量、增大浸渍管内径使得脱碳速率增大；在固定氧气流量下，随着吹氧时间的延长，脱碳终点碳含量降低，但脱碳终点氧含量升高。     

RH-MFB生产超低碳钢的工艺优化

在RH脱碳静态模型的基础上对RH脱碳理论进行了分析,分析结果表明,涟钢RH的实际脱碳水平还有待提高.针对影响RH脱碳速率的主要因素进行分析,结果表明:为获得最佳脱碳效果,处理时应消除压降平台,全程真空度在400 Pa以下保持16 min以上,同时在钢水循环开始后的3~4 min控制吹氩流量为80~100 m3/h;真空度达8 kPa以后(即3 min左右时)为吹氧的最佳时机,此时应将氧枪高度控制在250~400 cm,氧气流量控制在1 200~1 600 m3/h.实践证明,通过这些优化措施,可使处理后碳质量分数稳定在0.003%以下.     

废气分析在RH脱碳过程中的应用

根据RH废气分析系统对废气流量及其中CO、CO2气体含量的测量,建立了废气分析脱碳数学模型。经验证,模型计算值与实际测量值吻合较好。对于成品碳的质量分数小于等于20×10-6的超低碳钢,模型计算的RH自然脱碳终点碳的质量分数误差在±3×10-6之间。废气流量修正系数δ采用分段取值更能符合实际情况,RH精炼开始3 min内,δ为0.35,3 min后δ为0.6。在RH自然脱碳后期,当废气中CO的质量分数由峰值降低到5%时,钢水中碳的质量分数的平均值达到13×10-6,已经低于RH终点碳含量的要求值,可以判定RH脱碳过程结束。     

Kinetic Model of Decarburization and Denitrogenation in Vacuum Oxygen Decarburization Process for Ferritic Stainless Steel

The characteristics and classification of decarburization and denitrogenation in the vacuum vessel for stainless steel production are analyzed. Based on the analysis of movements of the liquid steel and bubbles, the kinetics of decarburization and denitrogenation in the vacuum oxygen decarburization (VOD) process has been studied. A kinetic model of decarburization and denitrogenation has been developed to simulate the VOD process, considering each reaction zone as oxygen blowing crater, bottom blowing plume, steel/slag interface, and plume eye. As a result, it is possible to quantify the contribution of each reaction zone in decarburization and denitrogenation rate at a different stage in the VOD process. Specific trials at a vacuum induction furnace were performed to refine stainless steel in vacuum carbon deoxidation (VCD) and VOD style, respectively. The trial results are in good agreement with the model calculation. Combining the trials and the model calculation and the influence of temperature control, critical carbon content selection on the terminal total [C] + [N] content can be discussed further to provide a reasonable proposal for high-quality ferritic stainless steel production. This article is based on a presentation given at the International Symposium on Liquid Metal Processing and Casting (LMPC 2007), which occurred in September 2007 in Nancy, France.     

CSP工艺对锯片钢SKS51脱碳层的影响

用金相显微组织法研究了SKS51钢在不同工艺条件下的脱碳行为,比较与分析了薄板坯连铸连轧流程与传统流程的脱碳规律,以及热轧SKS51钢带在不同的加工条件下所发生脱碳的程度以及影响因素.结果表明:高碳钢单面脱碳层深度小于板带厚度的0.5%,为传统流程的30%~60%.     

Investigation of Decarburization in Spring Steel Production Process – Part II: Simulation

In part I of this paper, the decarburization and oxidation behavior of spring steel during simulated thermal cycles resembling the conventional production process have been investigated experimentally. In part II, the results obtained from part I are studied theoretically and numerically by various computational methods. The phenomena discussed in this study include the influence of composition on phase transformation and on diffusion behavior of carbon, decarburization process calculations by simulations of diffusion controlled phase transformations with the software DICTRA, and the development of a simple integrated model to describe simultaneously the decarburization and oxidation kinetics. The simulations show good agreement with experimental results. Moreover, the simulation methodologies can be used to optimize processing parameters and steel composition.     

H2/H2O气氛下Fe?C合金薄带气固脱碳反应动力学

为对H₂/H₂O气氛下Fe?C合金薄带的气固反应脱碳进行动力学研究,在保证快速脱碳而铁不氧化的前提下,利用可控气氛高温管式脱碳炉,研究了不同的脱碳温度、薄带厚度、脱碳时间对Fe?C合金薄带脱碳效果的影响。结果表明延长脱碳时间、提高脱碳温度、减少薄带厚度均可提高脱碳效果。当脱碳温度为1353 K,在脱碳过程中,薄带可以分成明显的3层,由表面到内部依次是完全脱碳层、部分脱碳层和未脱碳层。完全脱碳层的组织为铁素体,此部分碳含量最低;部分脱碳层由铁素体、渗碳体和少量石墨相组成,未脱碳层由珠光体和大量石墨相组成,此部分碳含量最高。脱碳层的厚度随着脱碳时间的延长而增加,脱碳层的厚度y与时间t平方根满足良好的线性关系,可用函数y =kt0.5描述,碳原子扩散所需扩散激活能为122.36 kJ?mol?1,脱碳反应为表观一级反应,表观活化能为153.79 kJ?mol?1。      

2 mm铁碳合金薄带固态脱碳试验

 为了探究2 mm厚的铁碳合金薄带固相脱碳规律。试验以Ar-H2-H2O为脱碳气氛,在可控气氛管式炉内对Fe-C合金薄带进行脱碳。把初始碳质量分数为4.15%和3.20%的2 mm铁碳合金薄带分别放入加热场中,然后控制不同加热温度和脱碳时间进行脱碳研究。结果表明,碳向反应界面的扩散是脱碳反应的限制性环节,脱碳温度的升高和脱碳保温时间的延长均有利于脱碳,初始碳质量分数不同的铁碳合金薄带前期脱碳速率相同。由于薄带较厚,恒温脱碳不能达到脱碳要求,从而提出了分段加热脱碳法,脱碳效果良好,初始碳质量分数为4.15%的铁碳合金薄带70 min可脱到0.28%,初始碳质量分数为3.20%的铁碳合金薄带50 min可脱到0.23%。     

AOD冶炼脱碳反应模型与计算机模拟

AOD冶炼中,终点碳和终点温度的命中率是提高生产率和产品质量的关键。由初始温度,初始成分及补加合金量等原始数据,通过本模型可预报要达到目标终点碳所需要的脱碳时间以及相应的终点温度。本模型计算得到的终点碳与实际终点碳,在同等条件下,两者极为接近,可作为一般AOD冶炼中预报终点碳与脱碳时间关系之用。通过分级调整O2、Ar、N2气比例得到最佳脱碳效果,终点碳命中率可提高到98％以上,最高温度可以控制不超过1750℃,延长炉衬寿命。     

RH-MFB精炼过程钢包内钢液流动与碳浓度分布的模拟研究

根据某厂RH-MFB的生产实际,采用CFX软件建立钢包内钢液流动与碳浓度分布的耦合数学模型,对钢液的流动特性以及碳浓度的分布情况进行研究,利用现场数据验证所建模型,分析了脱碳后期钢液碳浓度的分布情况,考察了工艺设备等因素对脱碳处理过程的影响,为超低碳钢的工艺优化提供理论依据和指导.     

Mathematical Modelling of Non‐equilibrium Decarburization Process during Vacuum Circulation Refining of Molten Steel: Application of the Model and Results (I) ‐ Decarburization Process and Influences of Some Technological Factors

A novel three‐dimensional mathematical model proposed and developed for the non‐equilibrium decarburization process during the vacuum circulation (RH) refining of molten steel has been applied to the refining process of molten steel in a 90‐t multifunction RH degasser. The decarburization processes of molten steel in the degasser under the conditions of RH and RH‐KTB operations have been modelled and analysed, respectively, using the model. The results demonstrate that the changes in the carbon and oxygen contents of liquid steel with the treatment time during the RH and RH‐KTB refining processes can be precisely modelled and predicted by use of the model. The distribution patterns of the carbon and oxygen concentrations in the steel are governed by the flow characteristics of molten steel in the whole degasser. When the initial carbon concentration in the steel is higher than 400 · 10⁻⁴ mass%, the top oxygen blowing (KTB) operation can supply the oxygen lacking for the decarburization process, and accelerate the carbon removal, thus reaching a specified carbon level in a shorter time. Moreover, a lower oxygen content is attained at the decarburization endpoint. The average contributions at the up‐snorkel zone, the bath bulk and the free surface with the droplets in the vacuum vessel in the refining process are about 11, 46 and 42% of the overall amount of decarburization, respectively. The decarburization roles at the gas bubble‐molten steel interface in the up‐snorkel and the droplets in the vacuum vessel should not be ignored for the RH and RH‐KTB refining processes. For the refining process in the 90‐t RH degasser, a better efficiency of decarburization can be obtained using an argon blow rate of 417 I(STP)/min, and a further increase in the argon blowing rate cannot obviously improve the effectiveness in the RH refining process of molten steel under the conditions of the present work.