日本钢公司开发出一种新二次精炼工艺,能够显著地改善脱气操作而且对脱碳操作也有明显地改进。
二次精炼可以进行有效地脱碳使碳含量达到相当低的程度,重要的是降低CO分压,增加气体——液体界面面积。
增加气体——液体界面面积就是让少量的氩气泡在减压下上升至宽的熔池表面,我们注意到了真空脱气器的形状并着手于开发新的真空脱气器形状,缩写为REDA,即革命性的脱气激励器。
REDA是局部真空操作,有一个大的连通管。其特点是底部吹氩,以便最大限度地加速惰性气体的扩散。
REDA和罐式脱气器都是从底部向熔池吹氩。随着氩气上升,氩气泡明显地增加了气体——液体表面面积。
局部真空REDA比罐式脱气器所具有的优势是熔池表面暴露于真空下,增加了表面面积。
水模型和175t钢包试验鉴定了REDA的优势后,一台350tDH真空脱气器于1995年被改造成REDA脱气器。
水模型试验的目的是通过与其它三种脱气器相比评定新REDA 脱气器的脱碳性能。以苯甲酸的溶解速度为依据评定表面脱碳特性。
REDA水模型是以350tDH脱气器为基础制成比例为1/7的模型。真空罐的直径为430mm。RH水模型有直径为120mm的连通管。采用RH工艺,仅在真空罐下降并处于下部时才吹氩。
REDA的完全混合时间接近于其它脱气器。无论罐式脱气器的测定是在熔池表面,中间还是接近底部进行的,趋势都是相同的。在熔池表面附近,REDA的完全混合时间接近于RH脱气操作。
REDA实现了最佳的脱气脱碳,不受氩气流速的影响。气泡脱碳特性几乎与完全混合时间成反比。REDA比罐头式脱气器具有更好的气泡脱碳特性,尽管它的完全混合时间较长。
REDA也具有最佳的表面脱碳特性。
试验在增加气泡体积和气体——液体界面面积时几乎没有考虑减压的影响。
当考虑减压的作用时,假设增加的气泡体积很重要。假设压力降至1/100时气体—液体界面面积增加20倍,要求的氩气流速下降了相同的程度。这意味着REDA可以用较低的氩气流速进行令人满意的表面脱碳。
在气泡和表面脱碳方面,REDA和罐式脱气器的性能都好于RH和DH,这也许是因为氩气的效率。
虽然REDA操作的完全混合时间较长,但是比钢包脱气具有较好的内部和表面脱碳特性。原因是氩气效率的差异。
改造了有连通管的175tDH脱气器并用于REDA的大规模试验。
确定了连通管直径以便在暴露于真空气氛下的熔池表面最大限度地扩散氩气。氩气是从底部吹入的,稍稍偏离中心,防止流出真空罐。
通过喷吹100—450NL/min的氩气进行了最初的脱碳试验。首批试验结果与水模型结果完全符合。可以肯定经过20min的脱气,碳含量降至4—6ppm。脱碳极限是4ppm。
第二批试验时,真空罐中替换了连通管,大约20天内生产了53炉。试验是以中碳、铝和硅镇静钢为基础,目的是研究真空罐的金属结壳以及工业生产之前要解决的其它问题。可以肯定经过20min的抽气,REDA可以使中间包中的[C]达到10ppm。增碳极限比首批试验记录高出1—2ppm,可能是受真空罐金属结壳的影响。
REDA的一个特点是从开始脱气,脱碳就明显地改善。在雾滴分离器之后安装了一台废气分析仪用于检测废气成份的变化。最初抽气过程中的脱碳行为与DH操作进行了比较。对于RH操作,废气中的CO2浓度慢慢升高,在脱气6min后,最多达到8%。对于REDA、CO2浓度更早地达到峰值。
这意味着REDA在抽气开始后比其它局部真空工艺更早地开始脱碳,这样可防止喷溅。
在低碳区REDA工艺产生的废气中CO含量高,这证明它有很强的脱碳能力。
脱碳过程中低碳钢的氮含量发生变化,脱碳后稍稍降低。
脱气过程中,中碳钢、铝镇静钢中的氮含量降低。随着脱气时间的延长,脱氮效率提高。
八幡厂350tDH脱气器改造成REDA装置。因为只更换底罐所以在较短的时间内就完成了改造。没有改造真空排气系统。底部氩气流速很低,因而使用了现有的多孔塞。
按照原来的预想,脱气性能得到了改善。在1乇压力下,排气能力为16000kg/h,就脱碳速度和最终碳含量而言,脱碳效果很好。正常操作时最终碳含量为3ppm。
脱气后真空罐内几乎没有金属结壳。真空下,距熔池表面大约900mm没有观察到金属结壳。
在REDA操作中从位于真空罐和气体冷却器之间的除尘孔排出的烟尘量很少。
由于氩气流速低,氩气泡上升并且在宽的自由熔池表面上分离,所以认为从真空罐带出的金属量相当少。
脱气过程中的钢水温度降可与DH工艺相比。根据钢水和耐火衬的接触面积,REDA和DH工艺的钢水温度降实际上是相同的。
真空罐的形状很简单,所以耐火衬的磨损很容易修补。REDA连通管的寿命和DH工艺的连通管近似。制造真空罐需要的耐火材料量很少,和DH工艺比,降低了耐火材料成本。
综上所述,REDA是一种很简单的脱气工艺,适于大规模地生产超低碳钢。
其良好的操作特点包括减少真空罐金属结壳都得以证明。