120吨VD炉脱氢工艺优化与实践

摘 要：钢板氢含量是影响钢板内部质量以及探伤合格率的主要因素，为进一步改善VD脱氢效果，通过对影响脱氢因素如真空度、氩气流量、LF终渣特性、保持时间等的研究，优化能源介质蒸汽流量在0.9-1.0Mpa，蒸汽稳定在180℃以上、缩短真空泵清理周期、合理控制氩气流量使VD后氢含量稳定在1.8PPm以下，探伤合格率稳定在98.7%以上。

关键词：探伤合格率；VD；氢含量

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.11.024

1 前言

氢在钢中会产生氢脆即在钢热加工过程中，钢中含有氢气的气孔会沿加工方向被拉长形成发裂，进而引起钢材的强度、塑性、冲击韧性的降低现象；也会产生白点（（又称发纹）如对钢材取样打断口样，在纵向断面上呈现出的圆形或椭圆形的银白色斑点。产生白点的主要原因有两点第一钢中的氢在小孔隙中析出的压力和钢相变时产生的组织应力的综合力超过了钢的强度极限，就会破裂形成裂纹。我厂针对探伤不合钢板缺陷处取样经过酸洗多数缺陷为微小裂纹，在拉伸试验断口处发现有银灰色斑点，因此降低钢中氢含量是提高钢板探伤合格率的有效途径。

2 真空脱氢原理

气体在钢液中溶解时服从平方根定律，即气体的溶解度与钢液上方该气体的分压力的平方根成正比[1]：公式1：?H2（g）=[H]，；公式2：KH=aH/√Ph2=fH[H%]/√Ph2；公式3：[H%]=KH√Ph2/fH 公式中aH为氢的活度；Ph2 为真空状态下氢的分压；fH为氢的活度系数；[H%]为氢含量（百分比）；KH为氢的反应平衡常数。由上述公式3可以看出在其他条件不变情况下降低蒸汽中氢分压可以降低钢液中氢含量。

3 影响VD脱氢因素的优化

3.1 真空保持时间与初始氢含量的保证

从理论上来讲，延长VD真空保持时间VD脱氢率会提高[1]。但是延长真空时间，必将影响生产节奏、增加精炼周期、增加耐材消耗，增加生产成本。因此从生产成本和生产实践经验总结真空保持时间控制在12-15min，以下研究均以真空时间12-15分钟为定量对其他影响因素进行优化和实践。原始氢含量过高必将增加VD炉脱氢负担，延长VD处理时间，因此必须控制初始氢含量，氢含量主要来源入炉原辅材料，我厂通过严格控制入炉原辅材料的干燥度来保证入VD前氢含量小于等于4.5PPm。

3.2 真空度对脱氢率的影响

根据脱氢热力学可知[3]，降低[H]分压有利于钢液中氢的去除，而且真空度越低越有利于氢含量的去除，提高脱氢率。随真空度的下降VD的脱氢率显著提高，真空后的氢含量稳定在1.8PPm以下，在优化前的生产中我们随机抽取400炉进行根据真空度不同按重量进行统计分析探伤合格率。真空度在67Pa以下者原合同探伤合格率达到99.06%，67-100Pa之间原合同探伤合格率达到98.89%，真空度在100-150Pa之间者探伤合格率为97.5%，大于150Pa者探伤合格率仅有96%左右。因此在生产中保证VD炉真空度是提高脱氢率的首要条件也是必要条件，我厂VD炉作业率为100%真空度低于67pa的达标率只有70%左右，因此我们在能源介质、VD泵清理周期方面做如下优化，蒸汽压力由0.8-0.9MPa提高至0.9-1.0MPa；蒸汽稳定由175-185℃，提高至180-190℃，清灰周期有170炉减少至140炉，实践证明优化后低于67Pa真空度达标率可达到95%以上。

3.3 吹氩流量的影响和优化

真空吹氩是脱氢的主要有效手段，氩气泡中氢气分压低，向钢液中吹氩后，钢中氢会向氩气泡内扩散，并随氩气泡的上浮而排出。氩气泡在上浮过程中对钢液进行强烈搅拌，加快了钢中H向钢渣界面和氩气泡内的扩散，极大的改善了脱氢的动力学条件。因此增大氩气流量可以有效的提高氢在钢液中的扩散速度。但是氩气流量过大势必会造成钢液处理过程中温降过大，增加精炼升温时间和电耗；在压渣过程中氩气流量过大会造成钢水、钢渣外溢严重时会造成损坏钢包设备以及VD设备等生产事故。因此根据生产实际和总结，制定和优化出VD处理过程吹氩制度，在压渣处理阶段氩气流量控制在100-200NL/Min （3-5分钟），真空保持前期氩气流量控制在200-300NL/Min（持续时间8分钟），真空保持后期流量调至100-200NL/Min（持续时间4-7分钟）真空破坏后软吹流量控制在80-150NL/Min（持续时间4-8分钟）。

3.4 LF终渣对VD脱氢的影响

LF终渣特性和渣量对脱氢率也有一定影响，从理论上讲，LF终渣碱度越大，氢在渣中的溶解度越高[3]，综合考虑脱氧和脱氢效果优化炉渣碱度在3.5-4.5之间。增大钢包渣量不利于钢液脱氢，因此根据生产实际优化精炼石灰用量在10-12Kg/t钢，占钢水比约为1.2%左右。

4 工艺优化前后效果对比

（1）VD后氢含量明显降低。通过优化VD炉蒸汽稳定压力、优化氩气搅拌等工艺参数，VD处理后氢含量明显降低。在优化后氢含量测定结果见表1，比优化前平均真空后氢含量1.3PPm降低约30%。

（2）通过对LF终渣、蒸汽温度、压力优化后VD抽真空保持开始到低于67Pa时间可以控制在3-5分钟，平均缩短2-5分钟，有效的增加了高真空状态（小于67Pa）下的保持时间，见图1；对真空过程脱氢十分有利。

（3） VD后氢含量降低后钢板探伤合格率得到明显提高；针对优化前后各三个月的探伤合格率进行对比，探伤合格率平均提高0.5%左右；稳定在98.7%以上。

参考文献：

[1]张鉴 .炉外精炼的理论与实践[M].北京：冶金工业出版社，1999.

[2]黄希祜.钢铁冶金原理[J].北京：冶金工业出版社，1981.

[3]唐利民.120TVD脱氢影响因素分析及工艺参数优化[J].山东冶金，2007，25（07）：43-45.