专利名称：利用真空脱气和脱碳处理生产低碳钢水的方法
技术领域：
本发明涉及用真空脱气设备对钢水的脱气和脱碳处理，特别是涉及利用改善钢水的循环或搅拌气体的真空脱气和脱碳处理，在生产成本和高生产率方面有利的生产低碳钢水的方法。
通过利用真空处理设备(如，RH、DH等)将钢水暴露于低压中的作为现有技术的使钢水脱气和脱碳的方法是已知的。这种方法是通过降低压力来促进反应的脱碳处理方法。该真空处理设备包括用于将Ar气吹入钢水以便使钢水循环或将其搅动，从而引起这种处理的喷枪和或喷咀，一个用于同时吹入氧化所需的氧用来使之冷却的Ar的双层喷咀，一支喷枪和/或喷咀，其用来将Ar吹入钢水，借助形成细小的气泡从而搅动钢水，及通过增加反应界面的面积来促进此处理。
图8以举例的方式展示了RH真空处理设备的这些组件。在该图中，标号27表示Ar气喷枪，它用于使钢水在钢水包21和真空脱气罐29之间循环，标号28表示搅动钢水的Ar气喷咀，标号24表示使钢水在钢水包21和真空脱气罐29之间循环的Ar气喷咀，标号30表示一双层喷咀，它用于同时将脱碳所需的氧自内管吹入及将用于冷却此内管及内管周围的耐火材料的Ar气自外管吹入。因为从这些喷枪和/或喷咀吹入了Ar气，所以真空脱气和脱碳得以进行。
然而，仍存有这样的问题，由于Ar极为昂贵，所以钢水的生产成本很高。
可是日本专利未审申请(公开)No.56—44711公开了一种作为用双层套管通过同时喷吹在真空处理设备内使钢水脱碳所需的氧及使之冷却的Ar气来降低成本的方法的一种方法，该法通过利用单管来替代双层管于处理过程中吹入CO2。这是一种通过吸热反应使钢水脱碳的方法。然而据本发明的发明人的观察，发现，低于钢水的某一碳浓度时，即使往钢水中吹CO2，该脱碳反应也不进行，而且碳浓度低于50ppm的低碳钢生产不出来。还发现，当将脱氧气合金如Al或Si加入真空处理设备内的钢水中时，当连续将CO2吹入钢水中时，即使在加合金之后，氧浓度反而升高，从而必须加过量的合金以去除氧，而且形成的钢水的氧化物使钢水的清洁度恶化。
从上述问题来看，本发明已经完成，而本发明的要点在以下各点1.在利用设有能将气体吹入钢水的喷枪和/或喷咀的真空处理设备及通过从此喷枪和/或喷咀喷吹气体对钢水真空脱气和脱碳的处理方法中，生产低碳钢水的方法的特征在于，自起始阶段喷吹CO2气体，以该CO2气体的分解而产生的CO气体使钢水循环并对之搅动而进行真空脱气和脱碳处理，然后在钢水的碳浓度达到脱碳变慢的范围时立即将CO2气体切换成Ar气体。
2.在利用设有能将气体吹入钢水的喷枪和/或喷咀的真空处理设备及通过从此喷枪和/或喷吹Ar气对钢水真空脱气和脱碳的方法中，生产碳浓度不大于50ppm的低碳钢水的方法的特征在于，将来自该喷枪和/或喷咀的欲被喷吹的Ar气，在钢水碳浓度高于50ppm阶段的一段时间内切换成CO2气体，然后在钢水碳浓度不大于50ppm的阶段，仅吹Ar气来进行钢水的真空脱气和脱碳处理。
3.在利用设有能将气体喷入钢水的喷枪和/或喷咀的真空处理设备及通过此喷枪和/或喷咀喷吹气体的对钢水真空脱气和脱碳处理的方法中，生产低碳钢水的方法的特征在于，自钢水的真空脱气和脱碳处理开始，通过从该喷枪和/或喷咀将CO2气体吹入钢水，然后在钢水碳浓度达到50ppm之前将CO2气体切换成Ar气体来进行钢水的真空脱气和脱碳处理。
4.在利用设有能将气体喷入钢水的喷枪和/或喷咀的真空处理设备及通过此喷枪和/或喷咀喷吹气体的对钢水真空脱气和脱碳处理的方法中，生产低碳钢水的方法的特征在于，自钢水的真空脱气和脱碳开始，通过从该喷枪和/或喷咀将CO2气体吹入钢水，然后在该钢水和碳浓度在150—50ppm之间时将CO2气体切换成Ar气体来进行真空脱气和脱碳处理。
5.在利用设有能将气体喷入钢水的喷枪和/或喷咀的真空处理设备及通过从此喷枪和/或喷咀喷吹Ar气的对钢水的真空脱气和脱碳处理的方法中，生产低碳钢水的方法的特征在于，自钢水真空脱气和脱碳处理开始至向此钢水加脱氧合金止，于某一段预定的时间内将欲从此喷枪和/或喷咀喷吹的Ar气切换成CO2气体，然后在加该脱氧合金后从此喷枪和/或喷咀将Ar气吹入钢水来进行此钢水的真空脱气和脱碳处理。
6.在利用设有能将气体喷入钢水的喷枪和/或喷咀的真空处理设备及通过从此喷枪和/或喷咀喷吹气体的对钢水的真空脱气和脱碳处理的方法中，生产低碳钢水的方法的特征在于，通过自钢水的真空脱气和脱碳处理开始，直至向此钢水加脱氧剂止从该喷枪和/或喷咀喷吹CO2气体，而在加该脱氧剂之后，从该喷枪和/或喷咀将Ar气吹入此钢水来进行钢水的真空脱气和脱碳处理。
图1是在使用一种真空脱气设备，以CO2气体作为使RH真空脱气容器内的钢水循环和搅动时的说明性的图。
图2是展示钢水碳浓度和脱碳处理时间之间关系的曲线。
图3是展示实施例1中的脱碳处理时间，真空度、氧浓度和碳浓度间关系的曲线。
图4是展法实施例2中的脱碳时间、真空度、氧浓度和碳浓度间关系的曲线。
图5是展示脱碳处理时间、真空度、氧浓度和碳浓度间关系的曲线。
图6是展示脱碳处理时间、真空度、氧浓度和碳浓度间关系的曲线。
图7是展法脱碳处理时间、添加合金、真空度、氧浓度和碳浓度间关系的曲线。
图8是用现有技术的真空脱气设备真空脱气脱碳的说明性的图。
在一种通过从装在真空处理设备中的，并可将一种气体吹入钢水中喷枪和/或喷咀将Ar气吹入钢水中而进行的钢水真空脱气和脱碳处理方法中，本发明所涉及的是一种经济的，然而没有任何麻烦的生产钢水的方法，该法是通过用一种经济的气体部分地代替昂贵的Ar气进行的。
本发明的发明人通过各种实验检验了CO2气体和钢水脱碳速度间的关系，该类实验是将CO2气体用作RH真空脱气容器内循环和搅动钢水的气体时，用真空脱气设备进行的。
如图1中所示，RH真空脱气容器9的浸入管3被浸于钢水包1内的钢水2中，而CO2气和Ar气体作为使钢水循环的气体从设在浸入管3下部的喷枪5的喷射咀4吹入。进而，Ar气作为搅动气体从搅动气体管8吹入钢水2，从而使钢水2在钢水包1内循环，结果搅动了钢水2并使之脱碳。
图2展示了在这种情况下钢水2的碳浓度的时间变化(粗线)。结果发现，与钢的碳浓度为150ppm时吹Ar气的情况(1点的点划线)相比，当吹CO2气体时脱碳速度下降，而且通过CO2气体进一步持续脱碳处理时，脱碳速度继续下降，并且在碳浓度低于50ppm时停止脱碳。换言之，当用CO2气体时脱碳反应在钢水碳浓度在150—50ppm之间变慢。
假设该反应速度下降是由于吹入的CO2气体的热分解，该反应表达为下式(1)和(2)(1)(2)换言之，吹入的CO2气体分解成C和O，而生成的(C)溶入钢水2，当钢水2的碳浓度为150—300(ppm)相当高时，溶入钢水的C的量相当小，所以它的影响几乎不存在，而且脱碳以与用Ar气体的情况下一样的方式迅速进行。当碳浓度达到50—150ppm时，其影响显出来，而且脱碳速度下降。当钢水2的碳浓度变为50ppm左右时，由于CO2气体产生的C溶入钢水2的量与脱碳量平衡，从而脱碳停止。
因此，按本发明的第二技术特性规定，从脱气处理开始至钢水2的碳浓度达到50ppm内的一段时间，用CO2气体代替Ar气体喷吹时，可使脱碳经济地进行到所需的碳浓度而不招致脱碳停止。
进而，如按本发明第三技术特性规定，通过从脱气处理一开始就将CO2气体吹入钢水，可使脱碳更经济地进行到所需碳浓度而不招致脱碳停止，从而使钢水经受真空脱气脱碳处理，然后在钢水2的碳浓度达到50ppm之前将该气体由CO2气体换成Ar气体。
在50—150ppm之间的低的碳浓度时切换气体时，气体的费用下降，但处理时间变得像低浓度时—样长。因此，当在RH脱气容器9中进行长时间处理时，最好如本发明第三技术特性所规定那样，在碳浓度达到50ppm之前将CO2气体换成Ar气体，而当不能进行长时间处理时，最好按本发明第四技术特性的规定，在碳浓度于150—50ppm之间时将CO2气体换成Ar气。
另—方面，当即使在钢水2中加了脱氧合金后仍继续吹CO2气体时，由反应式(1)和(2)所表示的反应分解出来的氧溶于钢水2中，因而必需加更大量的合金以便去除这种溶解氧。结果合金费用增加。当脱氧合金，如Al或Si在钢水2的碳浓度达到50ppm前加入钢水2时，那么为此最好在将脱氧合金加到钢水中之前吹CO2气，在加了脱氧合金后吹Ar气。顺便说一下，保护不浸于钢水中的喷枪或喷咀的气体，在真空处理之前或之后(开始抽气前和完成抽气后)都可以是CO2气，因为它不产生任何问题。因此，最好是用CO2气代替昂贵的Ar气来降低成本。在将CO2气换成Ar气之后，钢水可通过加脱氧剂，如Al或Si被适当地加热。
当钢水的处理气体不从喷咀4，而从设在浸入管3中的循环气体管7吹出时，得到的结果与从喷咀4次气的结果相同。当该真空处理设备内脱碳所需的氧自内管，而冷却此内管及其周围的耐火材料的Ar气同时自该双层套管的外管同时吹入钢水中时，在钢水碳含量至少为50ppm的阶段，再次用CO2气替代Ar气吹一段预定的时间。另一方面，在碳浓度低于50ppm的阶段，只用Ar气，而CO2气最好是从钢水的脱碳处理开始直至钢水碳浓度为150—50ppm止吹入。当碳浓度于150—50ppm间时，将CO2气换成Ar气。以这种方法，脱碳可经济地进行到所需的碳浓度。
图1展示了在RH真空处理中吹Ar和CO2气体时的喷枪和喷咀。在该图中，标号7表示使钢水在钢水包1和真空脱气容器9间循环的气体喷咀，标号8表示搅动钢水的气体喷咀，标号4表示使钢水和钢水包1和真空脱气容器9之间循环的气体喷咀，标号10表示一种双层喷咀，脱碳所需的氧从内管吹，同时从外管吹冷却此内管及其周围的耐火材料的气体。
本发明的发现的用途并非特定地限于有两支浸入管的RH真空处理装置，而可类似地用于只有一支浸入管的DH真空处理设备，以及用于钢水包置于真空室中，而钢水在该包中被真空处理的场合中。
在按本发明运行时，还可能适当增加通过往钢水中加Al和Si及供氧而使之升温的操作。
下面将参照实施例更详细地解释本发明。
实施例1
在RH真空脱气容器中控制和处理欲被处理的钢水2，它盛放在钢水包1中，其量为340(t)而碳浓度为310ppm，以使该RH真空脱气容器中的最终目标真空度不大于2乇。
在此时，如图3所示，通过使用欲从喷咀4吹的2.5Nm3/分的CO2气作循环气体，及用欲从搅动气体管8吹的4.5Nm3/分的CO2气作搅动气体开始处理。在被处理的钢水2的碳浓度估计达到150ppm时(自处理开始6分钟)将此2种CO2气切换成Ar气(其量与每种CO2气的量相同)。作为一对比例，通过单吹同量的Ar气类似地进行此操作。
结果，约42Nm3的Ar气被CO2替代，而未因此CO2使脱碳速度下降，而且脱碳时间与全部气量与仅使用Ar气时的脱碳时间相等。在该图中，就本发明而言，碳浓度的变化基本相同，而对比例只出现一条线。通过CO2气代替等量的Ar气可使成本下降。
顺便提一下，根据以下的日本未审定专利(公开)No.61—19726中所公开的公式(5)和(6)估计钢水2的碳浓度InCt-C*C0-C*=kt----(5)]]>式中Ct在处理时间t时的碳浓度C0开始处理时碳浓度C*当量碳浓度k脱碳速度常数t处理时间Ct＝(C0—C*)×exp(-kt)＋C(6)实施例2
如图1所示，钢水包1中的量为342t，碳浓度为320ppm的欲被处理的钢水2在RH真空脱气容器中经控制和处理，从而至最终目标真空度为不高于2乇。
于此时，用欲从喷咀4吹的2.5Nm3/分的CO2气作循环气体，用欲从搅动气体管8吹的CO2气作搅动气体使此处理开始，见图4。在被处理的钢水2的碳含量估计为100ppm时将此二种CO2气切换成Ar气(其量与每种CO2气体的量同)。作为对比例，通过单独地吹入同量的Ar类似地进行此操作。
结果，与图4中以1点点划线表示的仅用Ar的情况相比，CO2气体替换了70Nm3的Ar气，虽然脱碳时间延长了两分钟。
实施例3如图1所示，钢水包1中的欲被处理的钢水2的量为345t，碳含量为303ppm，它在RH真空脱气容器9中被控制和处理，以致最终真空度不大于2乇。
如图5所示，于此时，将欲从喷咀4吹的2.5Nm3/分的CO2用作循环气体，将欲从搅动气体管8吹的Ar气用作搅动气体，使此处理开始。在被处理的钢水2的碳浓度估计为100ppm时(开始处理9分钟后)，欲从喷咀4吹的该循环CO2气被换成Ar气。作为对比例，通过单独地吹入同量的Ar来类似地进行此操作。
结果，与仅用Ar气的情况相比(图5中的一点点划线)，虽然脱碳时间延长了1分钟，但CO2替代了约22.5Nm3的Ar气。
实施例4如图1所示，在钢水包1中的量为353t，碳浓度为313ppm的钢水2在RH真空脱气容器中被控制和处理，以致最终目标真空度不大于2乇。
如图6所示，在此时，将欲从喷咀4吹的2.5Nm3/分的Ar气作循环气体，用欲从搅动气体管8吹的4.5Nm3/分的CO2气体作搅动气体开始此处理。在被处理的钢水2的碳含量估计为100ppm时，将欲从搅动气体管8吹的搅动CO2气切换成Ar气(其量与CO2气量同)。作为对比例，通过单吹同量的Ar类似地进行此操作。
结果，尽管脱碳时间延长了1.5分钟，但与仅用Ar气体的情况相比(图6中的一点点划线)CO2气替代了约40.5Nm3的Ar气。
实施例5如图1所示，钢水包1为的欲被处理的，量为353t，碳浓度为560ppm的钢水在RH真空脱气容器9中被控制和处理，以致最终目标真空度不大于2乇。
如图7所示，于此时欲从喷咀4吹的2.5Nm3/分的CO2气被用作循环气体，而4.5Nm3/分的从搅动气体管8吹的CO2气被用作搅动气体，然后开始此处理。在将Al作为脱气合金被加入前(从处理开始后6分钟)，从喷咀4和搅动气体管8吹的CO2立即换成Ar气。
结果，通过加入与仅用Ar时同量的合金使该钢水完全脱氧，约42Nm3的Ar气被CO2气所替代而又未延长RH脱气处理时间。
如上所述，本发明从处理开始，或于一段预定的时间内用CO2作循环气体和搅动气体，然后根据钢水的碳浓度或脱氧合金的加入，在此工艺过程中将CO2换成Ar气。以此方法，本发明可通过用更经济的CO2实行钢水的真空脱气处理，而又不招致脱碳停止及脱氧合金添加量的增加，而且还可降低真空处理的气体的费用。
权利要求
1.以一种用装有能将气体吹入钢水的喷枪和/或喷咀的真空处理设备及通过从所述的喷枪和/或喷咀吹气体的使钢水真空脱气和脱碳的处理方法生产低碳钢水的方法，其特征在于，从起始阶段就吹CO2气，由该CO2的分解产生的CO气使钢水循环和搅动进行真空脱气和脱碳处理，在钢水碳浓度一达到脱碳变慢的范围时立即将该CO2气换成Ar气。
2.以一种用装有能将气体吹入钢水的喷枪和/或喷咀的真空处理设备及通过从所述的喷枪和/或喷咀吹Ar气使钢水真空脱气和脱碳的处理方法生产碳浓度不高于50ppm的低碳钢水的方法，其特征在于，在碳浓度高于50ppm的某一段时间内通过将欲从所述喷枪和/或喷咀吹的Ar气换成CO2气进行钢水的真空脱气和脱碳处理，然后在钢水碳浓度不高于50ppm的阶段通过仅吹Ar来进行此处理。
3.以一种用装有能将气体吹入钢水的喷枪和/或喷咀的真空处理设备及通过从所述的喷枪和/或喷咀吹气体使钢水真空脱气和脱碳的处理方法，生产低碳钢水的方法，其特征在于，通过自钢水的真空脱气和脱碳处理一开始就从所述喷枪和/或喷咀将CO2气吹入钢水中进行此真空脱气和脱碳处理，而在钢水碳浓度达到50ppm之前时将CO2气换成Ar气。
4.以一种装有能将气体吹入钢水的喷枪和/或喷咀的真空处理设备，及通过从所述喷枪和/或喷咀吹气而使钢水真空脱碳和脱气的处理方法，生产低碳钢的方法，其特征在于，从钢水的真空脱气和脱碳一开始就从所述的喷枪和/或喷咀将CO2气吹入钢水中，而当钢水碳浓度在150—50ppm之间时将CO2气换成Ar气。
5.以一种用装有能将气体吹入钢水的喷枪和/或喷咀的真空处理设备，及通过从所述的喷枪和/或喷咀吹Ar气使钢水真空脱气和脱碳的处理方法，生产低碳钢水的方法，其特征在于，通过从钢水的真空脱气和脱碳开始直至往钢水加脱氧合金之间的一段预定时间将欲从所述喷枪和/或喷咀吹入的Ar气换成CO2气来进行钢水的真空脱气和脱碳处理，而加了所述脱氧合金后将Ar气从所述的喷枪和/或喷咀吹入钢水。
6.以一种用装有能将气体吹入钢水的喷枪和/或喷咀的真空处理设备，及通过从所述喷枪和/或喷咀吹气来使钢水真空脱气和脱碳的处理方法，生产低碳钢水的方法，其特征在于，通过从钢水的真空脱气和脱碳开始直至将脱氧合金加于此钢水止从所述喷枪和/或喷咀吹入CO2气来进行钢水的真空脱气和脱碳处理，在加入所述脱氧合金之后，从所述喷枪和/或喷咀将Ar气吹入钢水。
全文摘要
在真空脱气和脱碳处理时，本发明用CO
文档编号C21C7/10GK1126497SQ94192631
公开日1996年7月10日 申请日期1994年6月6日 优先权日1993年6月4日
发明者尾花保雄, 远藤公一, 森口诚, 加来敏彦, 矢仓重范, 林文雄 申请人:新日本制铁株式会社