1.前言
真空炉生产超低碳钢，最难控制的过程是前期的脱碳和后期的快速铝脱氧和合金化。针对宏发炼钢厂真空炉，在设备性能基本稳定的前提下，通过优化脱碳工艺操作过程，总结分析碳氧反应的利用系数以及铝脱氧和合金化时的收得率，摸索出一些经验公式，大大缩短了真空处理时间，加快了生产节奏，提高了产品质量。RX2热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE
2.真空炉生产超低碳钢的工艺过程
转炉过来的钢水→测温定氧取样→轻处理7分钟→再测温定氧→进行8 分钟的深脱碳处理→测温定氧取样→加铝脱氧及合金化→循环3 分钟后→测温定氧取样→净循环5 分钟后出钢。RX2热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE
针对这一过程，难点控制主要有两个方面，第一，如何在15 分钟内将碳脱到最低范围；第二，如何根据15 分钟脱碳后所定的钢液中残余氧含量，将铝一次性加到位，既能保证铝脱氧，又能保证铝合金化。这样，冶炼时间就能控制在25到30分钟之间。否则的话，真空处理时间就大大延长。在超低碳钢的生产过程中，随着冶炼时间的延长，耐材与钢液之间的接触也要导致钢水回碳，另外，超低碳钢由于铝的加入量比较大，产生的Al2O3夹杂很多，所以，铝加入的越早，越有利于Al2O3夹杂的上浮，越有利于后道工序的操作及产品质量的提高。RX2热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE
3.碳的控制
生产超低碳钢时，转炉钢水是不经过脱氧而直接上真空炉进行脱碳处理的，所以，对转炉过来的钢水，我们必须要知道钢水中的碳和氧的含量。根据实践经验，100ppm 碳大约需要150ppm 的氧，若要把碳脱到极低范围，还必须要保证钢水中有富余的200ppm 以上的氧含量。例如，转炉钢水碳为300ppm，要想将碳脱到极低范围，需要的氧含量为：3×150+200＝650 ppm．当然，富余氧含量越高，越有利于脱碳，但是，过高的富余氧含量必将需要更多的铝来脱氧，这将造成原料浪费，还将影响到钢水的纯净度。图（一）是超低碳钢在生产过程中真空脱碳处理时间与钢水中含碳量的变化曲线图。从图中我们可以看出，在前6 分钟的脱碳过程中，碳含量降的快，在随后的9 分钟，碳的幅度降的就少啦！但是能降到15ppm 左右。为了便于分析，我们将15 分钟的脱碳过程分为两个阶段来讨论，前6分钟为轻处理，后9分钟为深脱碳处理。RX2热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE
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3.1.轻处理RX2热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE
开始阶段，由于碳，氧含量比较高，反应比较激烈，易喷溅，所以我们要控制碳氧反应速度，避免一些事故的发生。在刚处理时，将提升气体流量设为80Nm3/h，并要控制抽真空速度，一般情况下1000mbar抽至400mbar用时2分钟，400mbar抽至150mbar用时2分钟，再保持150mbar约2分钟，在氧含量较高的情况下，轻处理结束，钢水中的碳含量基本能降到30ppm左右。RX2热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE
3.2深脱碳处理RX2热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE
随着钢水中碳含量的降低，脱碳速率变慢，碳的扩散成为限制性环节，要想继续进行脱碳，必须采取其他措施。此时，要根据轻处理结束后所定的氧含量来决定。第一，当钢水中富余的氧含量仍然很高（大于300ppm），就要提高提升气体流量到150Nm3/h，并打开E3，E2，E1增压泵，将真空度降到1mbar左右，保证9分钟的循环脱碳时间，可将碳降到15ppm左右。第二，若钢水富余氧含量较低，可结合第一次碳含量和氧含量，根据经验公式100ppm碳大约需要150ppm的氧，再加上富余的200ppm氧，算出还需要增加的氧含量。最后利用T-COB氧枪进行吹氧深脱碳。生产实践表明，在枪位为4220mm，氧压为14到16bar，氧流量为1800 Nm3/h时，每吹100Nm3氧气时，可使钢水中增加氧550ppm。由此可以计算出吹氧的体积。RX2热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE
4.加铝量的计算
真空炉生产超低钢，铝脱氧和铝合金化是同步进行的，为了便于分析计算，我们可以人为假设，将其分为一部份铝先脱氧，另一部分铝再合金化。RX2热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE
4.1 先计算合金化所消耗的铝量RX2热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE
根据宏发炼钢厂真空炉所生产的铝镇静钢实践分析，铝合金化时铝的收得率大约88%，这样，钢液中每增加0.001%[Al]时，所需加入的铝量为（按钢水装入量为180 吨，Al 的含量为99%计算）：RX2热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE
0.001% ×180×1000÷88%÷99%＝2RX2热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE
也就是说，在真空炉生产中，每加入2 kg 铝进行合金化，钢液中的铝含量增加0.001%。RX2热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE
4.2 再计算用于脱氧所消耗的铝量RX2热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE
宏发炼钢真空炉在进行深脱碳之后，用铝脱氧时铝的收得率大约在68%，按装入量180t 计算，根据方程：RX2热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE
2［Al］＋3［Ｏ］→ （Al2O3）RX2热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE
得出每脱100ppm 的氧所需加入的铝量为：0.01125% ×180×1000÷68%÷99%＝30（kg)RX2热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE
也就是说，在真空条件下，每30 kg 铝能脱去钢液中100ppm 的氧。RX2热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE
4.3 总结出加铝量的经验公式为：RX2热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE
2 × [成品成份上限] + 30 × [脱C 后定的氧含量]%RX2热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE
注意：在开炉第一炉，由于真空槽被长时间烘烤，槽内的钢渣氧化性比较强。在这种情况下，加铝量应适当增加15 到20 kg。下表和图（二）是真空炉所生产SPHE 钢种中有关数据，经检验比较，基本符合。RX2热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE
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5.结论
5.1 在真空炉正常生产超低碳的过程中，影响脱碳反应的主要因素有：原始钢水中的碳含量和氧含量及其比例，提升气流量，真空度和脱碳时间。RX2热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE
5.2 通过优化脱碳操作过程，总结碳氧反应的利用系数，在15 分钟之内将碳脱到15ppm 左右，满足了各种超低碳钢的生产需要。RX2热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE
5.3 宏发炼钢厂真空炉生产超低碳钢时，铝脱氧时铝的收得率约为68%，合金化用铝的收得率约为88%。总结出加铝量的经验公式为：RX2热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE
2 * [成品成份上限] + 30 * [脱碳后定的氧含量]%RX2热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE
5.4 在生产实践中，超低碳钢的冶炼时间基本能控制在25到30分钟之间，缩短了真空处理时间，提高了生产节奏，同时也保证了钢水的纯净度和产品的质量。RX2热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE
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