降低鋼中氫的排放

降低鋼中氫的排放

1鋼水脫氣系統(tǒng)2000年，新鋼快能源有限公司第一研究院引入了一套100噸的vd脫氣系統(tǒng)，該系統(tǒng)可用于鋼水的脫水、脫氧和氫脫氧。它還可以去除一些鋼中的混合物，以提高鋼水的純度。主要還是用于生產(chǎn)重軌(U71Mn)、軍工鋼(58SiMn)等鋼種的脫氫。VD作業(yè)率不斷提高,2002年超過了70%。保證VD的脫氫效果,滿足鋼材品種質(zhì)量的要求,已成為VD生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。2氫含量對鑄坯抗壓強度的影響氫是鋼中五大有害元素之一,也是衡量鋼種質(zhì)量的一項重要指標。一般鋼種對氫的要求并不十分嚴格,在0.00045%~0.001%之間,但過高的氫含量會導(dǎo)致鑄坯產(chǎn)生皮下氣泡和裂紋,或在鋼坯內(nèi)部形成白點,影響鋼的抗時效性能。因此象重軌等要求抗時效性能高的鋼種,其氫含量必須小于0.0003%,有的要求小于0.0002%,生產(chǎn)高純凈鋼時要求[H]在0.00015%以下。3主要產(chǎn)品的脫氣系統(tǒng)影響鋼中氫含量的因素很多。季節(jié)和周圍環(huán)境以及生產(chǎn)過程均對鋼中氫含量影響很大,尤其是雨季和環(huán)境潮濕時,鋼中氫含量更是居高不下,但用VD脫氫的重軌等主要產(chǎn)品的生產(chǎn)又集中在雨季。而且隨著對鋼質(zhì)量要求的提高,對鋼中氫含量的要求會越來越嚴格,要完全依靠脫氣功能并不十分先進的VD來實現(xiàn)有一定的困難。另外,此套VD雖然采用三級附抽六級噴射泵,抽氣能力較好,而且系統(tǒng)的本身真空泄露較小,基本上達到了設(shè)計要求,但生產(chǎn)過程中仍然有局部泄露,影響脫氣效率的情況時有發(fā)生。另外,VD的生產(chǎn)多集中在氣溫較高的季節(jié),操作難度增大。4套現(xiàn)鋼液反應(yīng)平衡的研究影響鋼液中氫含量的因素很多,從熱力學(xué)角度考慮,主要是氫在鋼液中的溶解;從動力學(xué)角度臧紹雙,工程師,1998年畢業(yè)于鞍山科技大學(xué)鋼鐵冶金專業(yè),現(xiàn)工作于鞍鋼新軋鋼股份有限公司第一煉鋼廠連鑄調(diào)度室(114021)?？紤],主要是氫在鋼液中的反應(yīng)平衡。通過對脫氫的熱力學(xué)和動力學(xué)相關(guān)因素的分析,可以得到影響脫氫過程的限制性環(huán)節(jié)。4.1鋼液中氫的含量氫在鋼液中的溶解度定律方程為:aH=fH[wH%]=kH×(PH)12;logkH=-1670/T-1.68式中:aH——氫在鋼液中的活度;fH——氫的活度系數(shù);[wH%]——氣體在鋼液中的質(zhì)量百分比濃度;kH——氫在鋼液中溶解的平衡常數(shù);PH——氣相中氫的分壓值。根據(jù)氫的溶解度定律方程,我們可以從中分析影響鋼中氫含量的因素。4.1.1溫度對溶解度的影響根據(jù)溶解度方程,鋼液溫度越高,氫在鋼液中的溶解度越高。當鋼水溫度控制在1535℃時溶解度急劇降低。所以適當降低鋼水的上機溫度,有利于降低鋼中的氫含量;但繼續(xù)降低鋼水溫度,氫的溶解度反而有所提高,同時過低的溫度也不利于澆鑄的正常進行。4.1.2氫含量的變化降低氫在鋼液氣相中的分壓和鋼液中的溶解度,可使溶解在鋼液中的氣體排出。一般氫的分壓為100Pa時,氫含量就很理想。隨著分壓值的降低,氫含量降低趨勢減緩,但始終處于降低的趨勢。這要求必須保證有足夠的氣體排出時間,對VD來說就是保證VD的保壓時間。4.1.3鋼中氫含量的影響空氣中氫的分壓很小,只相當于鋼中0.02×10-4%的含量,所以決定鋼中氫含量高低的因素不是大氣中的氫分壓,而是水蒸氣的分壓和原材料的干濕程度。水蒸氣的分壓受季節(jié)和環(huán)境溫度影響很大,冬季和雨季相差達20倍以上,要適當控制爐氣中水蒸氣的分壓,以降低鋼中原始氫含量。4.1.4含量高錳鋼(錳含量在0.80%以上)和含鈦較高的鋼種對氫的溶解度影響很大,錳和鈦的大量存在可降低氫在鋼中的溶解度。4.2擴散系數(shù)計算脫氫的動力學(xué)因素主要取決于氣—液相之間的反應(yīng),其反應(yīng)方程為:K=2(D/t×Π)式中:D——擴散系數(shù);t——鋼液內(nèi)某一體積元在氣液界面停留的時間。由此進一步分析影響擴散系數(shù)的因素。4.2.1施工包裝氣體在鋼液中的擴散系數(shù)主要取決于鋼液的粘度,適當降低鋼渣界面的粘度,有利于提高擴散系數(shù),促進氫氣體的排除。4.2.2載體氣體攜帶能力提高氬氣對鋼液的攪拌強度,促進氬氣載體的氣體攜帶能力,有利于提高脫氫效率,同時也有利于提高鋼中氣體傳質(zhì)系數(shù),加快氣體向氣液界面的傳送速度。4.2.3脫氫過程的變化氫體積元在氣、液界面停留的時間大約只有0.1s,反應(yīng)平衡不斷移動。但此過程隨著時間的積累而減緩,也就是在剛開始時脫氫很快,隨后逐漸減緩,但始終處于降低的趨勢。因此增加脫氣時間有利于降低終了氫含量。5局部氣體泄漏鞍鋼新軋鋼股份有限公司第一煉鋼廠的VD脫氣系統(tǒng)本身的抽氣能力較好,但接觸部分存在局部氣體泄露現(xiàn)象,無法保證整罐鋼水質(zhì)量。VD的接觸部分出現(xiàn)的問題主要集中在V1、V2閥和真空罐蓋上。(1)關(guān)閉抽氣系統(tǒng)鞍鋼第一煉鋼廠的VD脫氣系統(tǒng)雙工位共用一套抽氣系統(tǒng),其中一個工位生產(chǎn)時,抽氣系統(tǒng)與另一個工位相通的閥門(V1閥或V2閥)需要關(guān)閉,如果關(guān)閉不嚴則造成泄露,無法將生產(chǎn)的工位抽成低真空。實踐表明,造成V1、V2閥關(guān)閉不嚴的主要原因是抽氣過程中,卷入了氣體灰塵。(2)附抽時附抽在雙工位同時生產(chǎn)的情況下,兩個工位需要進行重疊附抽,這就出現(xiàn)了一個工位剛破空,另一個便開始附抽的情況。相應(yīng)的V1閥或V2閥隨之關(guān)閉。由于首先生產(chǎn)的工位還處于低真空的狀態(tài),在沒有恢復(fù)到常壓的情況下,勢必在閥內(nèi)外形成壓差,從而導(dǎo)致V1閥或V2閥的密封圈受損,影響密封效果。(3)密封圈與防護板的問題在生產(chǎn)中,移動的真空蓋與真空罐之間出現(xiàn)泄露,主要是由于兩者之間的密封圈出現(xiàn)問題,諸如密封圈有大于1cm3的燒損;密封圈的防護板變形,或沒有及時覆蓋,造成密封圈被烘烤而失去彈性;由于雜物的卷入形成縫隙,影響抽氣質(zhì)量等。6脫氫過程中限制因素的改善6.1開蓋溫度的影響實行低溫澆鑄,改變過去高溫上機的情況,要求LF爐入VD溫度范圍不超過10℃;VD開蓋溫度與上機溫度差不超過10℃(基本控制在1535~1540℃),機前中包溫度不超目標溫度;加強對不同罐況、生產(chǎn)節(jié)奏的把握,提高溫度命中率;加強VD與LF爐的聯(lián)系,掌握好過鋼溫度。采取上述措施后,使進出VD的鋼水溫度合格率有了很大提高,見表1。6.2保證鋼水在不同的護壓時破空次數(shù)VD保壓是脫氫的重要過程。生產(chǎn)實踐表明,保壓時如果頻繁破空,使真空罐內(nèi)的壓力無法保持穩(wěn)定的低真空度,脫氫率很低;反之,脫氫效果則比較好。為減少保壓時的破空次數(shù),采取依據(jù)鋼水罐罐況和使用次數(shù)設(shè)定裝入量的方法,保證鋼水的凈空量。另外,通過造白渣和稀渣來保證保壓效果。如果保壓時,破空頻繁,則需適當增加保壓時間,使真空壓力低于66.7Pa的低真空時間得以保證;控制生產(chǎn)節(jié)奏,保證保壓時間。6.3降低儲水壓力(1)煉集劑對水中培養(yǎng)的影響通過降低水蒸氣的分壓達到降低鋼中原始氫含量的目的。精煉的水蒸氣除了來源于環(huán)境因素外,主要是LF的冷卻水系統(tǒng)泄露到鋼水中和VD清理時的降溫打水。VD清坑時減少打水或不打水,在清理后、使用前先預(yù)抽一次,盡量排除水蒸氣。(2)預(yù)防原料過多共建原材料(白灰、合金等)采取每日進料、上料,雨天進料采用防水設(shè)施,防止原料過多受潮吸水;加入LF和VD的特殊合金采用烘烤后的合金;停止加入使用破空后用于降溫的廢鋼,減少鐵銹的帶入。通過努力,在雨季將原始氫含量控制在0.0006%以下,見表2。6.4提高鋼水脫氧度在從LF進VD時間允許時造白渣,通過提高脫氧劑的效果來提高鋼水脫氧度;改變使用單純造渣的輕脫氧劑,使用具有合金性質(zhì)的重脫氧劑;減少鋁礬土的配比量,降低爐渣的粘度,保證攪拌時鋼-渣界面分開,有利于縮短預(yù)抽時間,保證效果。6.5不同時期各保壓氣流量和壓力的確定氬氣攪拌是真空脫氣的最重要環(huán)節(jié)。實踐表明,氬氣攪拌壓力每提高0.1MPa,可縮短保壓時間5min。因此提高氬氣的流量和壓力是提高脫氫率的關(guān)鍵。根據(jù)實驗效果制定不同時期相應(yīng)氬氣流量和壓力,在預(yù)抽時氬氣流量不低于初級流量,壓力不低于初級壓力;保壓初期5min,流量不低于中級流量,壓力不低于中級壓力;保壓后期流量不低于高級流量,壓力不低于高級壓力。減少裝入量,保證凈空高度,有利于流量調(diào)節(jié)。6.6密封主體的清洗,保證密封圈不被烘烤(1)在V1、V2閥使用超過一定罐次或不生產(chǎn)超過一定工作日時,都要將閥門打開,進行灰塵的清理,保證V1、V2閥關(guān)閉正常。(2)定期對真空蓋間的密封圈受損部位進行更換,保證密封圈的密封效果。(3)改變防護板的設(shè)計,使高溫罐蓋移動時,自動覆蓋在密封圈上,保證密封圈不被烘烤。(4)進行重疊附抽時,完全破空的工位恢復(fù)到常壓后,另一個工位方可進泵抽氣。7鋼水終止氫含量通過采取以上措施,2002年VD脫氫效率明顯提高,鋼水終了氫含量也控制在較低水平,見