本发明涉及冶金技术，具体地指一种超低碳铝镇静钢真空加碳预脱氧工艺。
背景技术：
钢水脱氧的工艺一直是钢水精炼过程中一个重要的环节，好的钢水脱氧工艺不仅可以降低脱氧剂的消耗、降低生产成本，而且有利于减少脱氧产物，减少铸坯夹杂物，提高产品质量。常用的脱氧合金主要包括Al，Si，Mn，由于Si，Mn脱氧不完全，且有成分要求，一般铝镇静钢采用Al脱氧，当钢种氧含量较高时，会消耗大量铝丸，增加成本，且生成较多的Al2O3夹杂，造成钢水纯净度降低，大部分钢种的产品质量问题都是由氧化夹杂物造成的，我国冶金工作者做了许多工作，以解决钢水脱氧，成本及夹杂物去除之间的矛盾；对于中低碳钢种，可以通过真空碳脱氧反应，利用钢水中的富余碳脱除一部分钢中氧，但由于中低碳钢种脱碳过程真空度的要求不高，碳氧积没有达到最低，反应不够彻底；而对于超低碳(成品C＜20ppm)铝镇静钢(成品O＜20ppm)，真空结束碳含量控制困难，但如何利用超低碳钢种高的真空度，在控制好碳含量的基础上，开发合适的脱氧工艺及控制措施非常有意义。
超低碳铝镇静钢常规工艺流程为:钢水到RH(真空处理)工位—提高真空度脱碳—加铝丸脱氧—至目标成分.由于对[C]，[O]含量要求严格，真空处理脱碳期要求达到极限真空度(小于67pa)脱碳，真空处理脱碳期结束钢水氧在400-500ppm范围，脱氧期要加入大量铝脱氧，由此带来铝丸的大量消耗，另外生成的大量Al2O3夹杂虽然部分能上浮但还有大量存在于钢液中，造成水口堵塞，铸坯裂纹及成品质量问题。
综上所述，超低碳铝镇静钢脱氧工艺需要解决的问题：
1)脱碳期结束钢水C＜20ppm，O＜200ppm；
2)降低钢水处理结束氧含量O＜20ppm；
3)铝丸消耗高，夹杂物含量高；
所以，开发出一种铝镇静钢脱氧工艺，能够利用脱碳期的极限真空度，能够降低铝丸消耗，降低夹杂物含量对于铸坯及成品质量有着非常重要的意义。
技术实现要素：
本发明的目的提供了一种超低碳铝镇静钢真空加碳预脱氧工艺，该工艺在保证超低碳，超低氧的基础上，降低了铝丸消耗，减少了夹杂物，提高了铸坯质量。
为解决上述目的，本发明提供的一种超低碳铝镇静钢真空加碳预脱氧工艺，包括以下步骤：
1)真空处理前取钢样测钢水氧含量和温度，保证氧的富余，保证处理后浇铸温度；
2)测量到站氧量、渣中返氧量计算预脱氧所需碳粉量；再将碳粉分批加入钢水中进行脱氧；
3)脱碳期结束前3～5min(加完碳粉需要一定时间的混匀和反应)加完最后一批碳粉，每批间隔1～2min(保证C-O反应平稳)，自动程序逐步开启下一级泵；
4)最后一批碳粉加入完成后3～5min，取样定氧，控制氧含量为150～250ppm；
5)根据定氧结果计算加入铝丸的量，加入铝丸量通过铝氧平衡反应式及烧损量计算100kg铝丸脱氧100ppm；
6)加铝后5～7min(真空钢水循环3次以上)取样，对钢水氧、锰、碳、T调整；
7)20～25min后定氧、取样、完成整个脱氧处理。
进一步地，所述步骤1)中，钢水氧含量为500～1000ppm，温度为1610～1720℃。
再进一步地，所述步骤2)中，计算预脱氧所需碳粉量的方法以中脱碳期结束终点氧为150～250ppm，渣中返氧量按100～150ppm计算，得出碳粉加入量计算公式为：
脱氧碳＝[(到站氧量+真空室返氧量)/133-到站碳量]×22kg
对加碳粉数量进行回归分析后(通过多炉数据统计，真空室返氧量按100～150ppm计算，到站碳按400～500ppm计算，下式回归可舍去这两个变量，合金化前氧控制在150-250ppm)
碳粉加入量＝-97+0.26×到站氧-0.18×合金化前氧。
再进一步地，所述步骤2)中，每批碳粉加入量5～25kg，每批碳粉加入时间为1～2分钟，碳粉分批加入时真空度为5-10kpa。
再进一步地，所述步骤4)中加完最后一批碳粉后，抽气直至真空度≤67pa。
本发明的原理
在真空处理过程中，据脱碳氧反应的热力学方程：[C]+[O]＝CO↑
其反应平衡常数为K＝Pco/(fc×wc×fo×wo)当钢液中碳和氧的浓度很小时，fc和fo可以看做1，公式变为：K＝Pco/(wc×wo)
当温度一定时K为常数，随着Pco降低，wc与wo之积迅速降低。即在真空室内，钢液中碳可与氧作用发生碳氧反应，而使钢液的氧变成CO排除，这时碳在真空下成为脱氧剂，它的脱氧能力随真空度的提高而迅速增强。在真空处理的工作压力下，碳的脱氧能力就超过了硅或铝的脱氧能力。真空状态下碳脱氧在气－液相界面上，脱氧产物CO能从液面上去除到气相中，不会对钢水造成夹杂物影响。
从动力学方面，真空处理过程中的C-O反应剧烈还加强了钢水的搅拌，加速了钢水在处理过程中的混匀，提高了钢水纯净度，同时，C-O反应带来的搅拌效果让C-O反应更加完全，进一步降低了钢水中[C]和[O]的含量。所以利用相对廉价的碳粉对钢液预脱氧来降低铝丸的消耗效益明显，效果显著。
本发明的有益效果在于：
1)现有工艺中转炉吹炼结束时，为了达到脱磷目的，钢水都过氧化严重，为了达到后工序对温度的要求，转炉出钢温度要求较高，在真空处理过程脱碳结束时氧含量大量富余，需要消耗大量铝丸进行脱氧，带来成本的增加和钢水夹杂物的增加；本发明利用转炉出钢氧的富余，采用在真空过程加入部分碳粉预脱氧，并控制好真空度，加碳时机，处理时间等参数，达到同时降低钢水碳，氧的目的，减少铝丸消耗，同时降低钢中夹杂物含量。
2)本发明应用可降低夹铝丸消耗，降低成本，平均铝耗降低0.23kg/t，降成本3.45元/t；同时减少钢水夹杂物含量Al2O3夹杂降低5％以上。
3)本发明利用真空碳氧反应：[C]+[O]＝CO↑(高真空度下碳脱氧的能力超过Si，Al)及碳氧反应的搅拌混匀效果进行超低碳铝镇静钢的脱氧，时降低了钢水的碳氧含量C＜20ppm，O＜20ppm降低了钢水的Al2O3夹杂，真空处理过程中的参数控制非常重要，不当的参数控制会导致终点钢水碳，氧含量达不到目标值，失去效果。同用本发明方法进行超低碳铝镇静钢的脱氧，较常规工艺，铝丸消耗平均降低0.23kg/t，Al2O3夹杂减少5％，大大降低了成本，提高了钢水纯净度。
附图说明
图1为本发明工艺流程图。
具体实施方式
为了更好地解释本发明，以下结合具体实施例进一步阐明本发明的主要内容，但本发明的内容不仅仅局限于以下实施例。
一种超低碳铝镇静钢真空加碳预脱氧工艺，包括以下步骤：
1)真空处理前取钢样测钢水氧含量和温度，保证氧的富余，保证处理后浇铸温度；
2)测量到站氧量、渣中返氧量计算预脱氧所需碳粉量；再将碳粉分批加入钢水中进行脱氧；
3)脱碳期结束前3～5min(加完碳粉需要一定时间的混匀和反应)加完最后一批碳粉，每批间隔1～2min(保证C-O反应平稳)，自动程序逐步开启下一级泵；
4)最后一批碳粉加入完成后3～5min，取样定氧，控制氧含量为150～250ppm；
5)根据定氧结果计算加入铝丸的量，加入铝丸量通过铝氧平衡反应式及烧损量计算100kg铝丸脱氧100ppm；
6)加铝后5～7min(真空钢水循环3次以上)取样，对钢水氧、锰、碳、T调整；
7)20～25min后定氧、取样、完成整个脱氧处理。
所述步骤1)中，钢水氧含量为500～1000ppm，温度为1610～1720℃。
所述步骤2)中，计算预脱氧所需碳粉量的方法
以中脱碳期结束终点氧为150～250ppm，渣中返氧量按100～150ppm计算，得出碳粉加入量计算公式为：
脱氧碳＝[(到站氧量+真空室返氧量)/133-到站碳量]×22kg
对加碳粉数量进行回归分析后(通过多炉数据统计，真空室返氧量按100～150ppm计算，到站碳按400～500ppm计算，下式回归可舍去这两个变量，合金化前氧控制在150-250ppm)
碳粉加入量＝-97+0.26×到站氧-0.18×合金化前氧。
所述步骤2)中，每批碳粉加入量5～25kg，每批碳粉加入时间为1～2分钟，碳粉分批加入时真空度为5-10kpa。
所述步骤4)中加完最后一批碳粉后，抽气直至真空度≤67pa。
实施例1
根据上述进行超低碳铝镇静钢真空加碳预脱氧工艺，具体步骤如下：钢水到达真空处理工位取样[O]671ppm、[C]410ppm，温度1612℃：
1)计算加碳量为45.5kg，真空抽气，分批加入碳粉，5min加第一批20kg，7min第二批20kg，9min第三批5.5kg，真空度6.7kpa；
2)逐步提高真空度至极限真空度≤67pa，12min定样取样[O]196ppm，[C]12ppm，加铝丸202kg脱氧至目标，23min处理结束[C]13ppm，[O]18ppm.温度1572℃；较常规铝丸消耗降低0.2kg/t。
实施例2
钢水到达真空处理工位取样[O]720ppm，[C]380ppm，温度1620℃：
1)计算加碳量为54.2kg，真空抽气，分批加入碳粉，5min加第一批20kg，7min第二批20kg，9min第三批14.2kg，真空度8.1kpa；
2)逐步提高真空度至极限真空度≤67pa，12min定样取样[O]214ppm，[C]12ppm，加铝丸210kg脱氧至目标，22min处理结束[C]16ppm，[O]20ppm.温度1576℃；较常规铝丸消耗降低0.22kg/t。
实施例3
钢水到达真空处理工位取样[O]862ppm，[C]362ppm，温度1634℃：
1)计算加碳量为91kg，真空抽气，分批加入碳粉，4min加第一批25kg，6min第二批25kg，8min第三批25kg，10min第四批16kg真空度7.8kpa；
2)逐步提高真空度至极限真空度≤67pa，13min定样取样[O]226ppm，[C]12ppm，加铝丸217kg脱氧至目标，24min处理结束[C]15ppm，[O]21ppm.温度1580℃；较常规铝丸消耗降低0.24kg/t。
实施例4
钢水到达真空处理工位取样[O]562ppm，[C]397ppm，温度1624℃：
1)计算加碳量为10kg，真空抽气，分批加入碳粉，8min加一批10kg，真空度9kpa；
2)逐步提高真空度至极限真空度≤67pa，11min定样取样[O]175ppm，[C]14ppm，加铝丸182kg脱氧至目标，20min处理结束[C]15ppm，[O]17ppm，温度1586℃；较常规铝丸消耗降低0.18kg/t。
其它未详细说明的部分均为现有技术。尽管上述实施例对本发明做出了详尽的描述，但它仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，人们还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例，这些实施例都属于本发明保护范围。