CO及真空度对RH真空脱碳的影响.docx

［C］、［O］及真空度对RH真空脱碳的影响

（日）木通口善彦等
摘要为了调查250tRH脱气装置的脱碳行为，用CO气泡形成模型，研究了［C］、［O］及真空度对脱碳速度常数(Kc)的影响。Kc在脱碳过程的初期和后期较小，中期较大。Kc在脱碳初期小是因为环流速度小，在脱碳后期小是因为CO气泡形成的速度低；在脱碳中后期,脱碳的有效反应面积、脱碳反应容量系数(ak)和Kc与［C］·［O］有很好的相关性，此关系式可由CO气泡形成模型导出；在脱碳初期真空槽内的压力对环流速度Q有影响，用经验式计算的Q恰好与用实测的Kc和推定的ak所获得的实绩RH值一致；建立了新的RH脱碳模型，［C］模型计算结果与实测的［C］吻合，用此模型还可评价排气速度对Kc的影响程度。
关键词二次精炼钢包冶金脱碳动力学RH
1前言
近年来，随着以汽车用钢为代表的超低碳钢需求量的增加及目标碳浓度低于10ppm的苛刻要求，必须提高RH精炼的脱碳速度并降低脱碳终了的碳浓度。但是在低碳区域，因为脱碳速度的下降，RH处理超低碳钢所需的时间比普通低碳钢长。处理时间的延长势必导致RH处理成本的增加及生产能力的下降，因此确立有效的脱碳模式成了一项重要的课题。
根据许多的研究报告，RH的脱碳大致可分为钢水自由表面的CO生成反应（表面脱碳）、环流Ar等气泡对CO的吸附反应（气泡脱碳）及钢水内部的CO气泡产生的反应（内部脱碳）。胜田、岸本等人进行了表面脱碳方面的研究，得出表面脱碳所带来的影响极小。气泡脱碳对整个脱碳过程带来的影响比例为5％～100％（不同研究者的研究结果差异很大）。
内部脱碳模型是由Kuwabara等倡导的，虽然模型的决定因子并不明确，但其得出的气泡发生容量系数K值为相差两个数量级的8.3×10－3～0.17(s－1）和20（s－1）。因此，对于RH的脱碳反应机理，不清楚的地方还很多。而且，脱碳初期真空度变化很大，这一过程中几乎没有有关钢水环流速度的认识，这阻碍了对脱碳初期的分析和研究。
因此本文借助内部脱碳模型，通过对实绩RH的脱碳行为的分析，定量地研究了钢水中［C］、［O］及真空度对RH脱碳速度的影响。
2试验装置及方法2．1实绩脱碳速度的测定
在250t转炉，停吹碳控制在0.025%～0.065%，炉后不进行脱氧直接到RH进行真空脱碳处理。取样采用铁制空样模，同时记录处理中真空槽内真空度的实时变化情况。RH的试验条件：为浸渍管径0.66m、下部槽内径3.2m、真空度133Pa、环流气流量恒定在0.05m3/s。
3试验结果3.1脱碳处理中［C］、［O］及真空度的变化
处理中钢包内碳浓度CL随时间的变化如图1所示。

脱碳初期及碳浓度低下的脱碳后期脱碳速度慢，在中期脱碳速度快。CL为0.01%时，钢包内游离氧浓度OL越高其脱碳速度越大。
处理中CL和OL的关系如图2所示。

由于转炉终点Pco约为0.81～1.01×105Pa，可知RH处理前CL越高的炉次处理前其OL越低。根据碳、氧的等摩尔反应（C＋O＝CO），图中CL/OL的斜率比预想的1.33（16/12）要小约为0.6，从脱碳处理中渣中（FeO）、（MnO）的降低可看出是钢渣向钢水中传氧所造成的。
处理中的真空槽内压力P的实时变化如图3所示。初期P的下降速度较大，随着处理的进行P的下降速度逐渐降低。

3.2碳浓度和氧浓度对脱碳速度的影响
采用CL时间序列数据中相邻的值，由下式求出脱碳处理中的脱碳速度常数KC（s-1）。－dCL/dt=KC·CL………（1）
所求得的KC与CL的关系如图4所示。CL在0.01%以下，CL越大，OL越大，KC值越高。另外，根据脱碳初期的KC都较低，可以看出KC和CL、OL二者的相关性，因此可用CL·OL与KC的关系来表示，其结果如图5所示。CL、OL的差异很大，但二者乘积CL·OL与KC有很好的相关性。

4分析4.1脱碳速度常数及槽内脱碳容量系数
据住田报导，假设钢包和真空槽内的钢水为完全混合，钢包和真空槽内的碳浓度可用（2），（3）式来表示：W（dCL/dt）=Q（CV－CL）……(2)w（dCV/dt）=Q（CL－CV）－ρ·ak（CV－CE）……(3)
式中：W、w分别为钢包内和真空槽内的钢水量（kg），Q为钢水环流速度（kg/s），C为碳浓度（%），ρ为钢水密度（kg/m3），ak为脱碳反应容量系数（m3/s）。（下标L，V，E分别代表为钢包内，真空槽内，反应界面）
在w/W<<1的条件下，脱碳反应速度常数KC可用式（4）表示：
KC＝（Q/W）·ρ·ak/（Q＋ρ·ak）……(4)
另外环流速度Q通常用Kuwabara等在真空度13～2.7×103（Ｐa）范围内提出的（5）式来计算：
Q＝η·D4/3G1/3·T·ln(P0/P)……（5）
式中：D为R