vd真空處理和鋼液中氫含量測(cè)定

vd真空處理和鋼液中氫含量測(cè)定

氫是精煉過程中許多缺陷和失敗的主要原因。VD爐真空脫氣處理工藝,作為爐外精煉的一種,在冶金工業(yè)得到廣泛使用。其原理是利用對(duì)真空室進(jìn)行抽真空,在真空狀態(tài)下對(duì)鋼水進(jìn)行脫氣,降低鋼水中的[H]、[N],同時(shí)利用鋼渣界面反應(yīng)進(jìn)行脫硫處理。準(zhǔn)確測(cè)定鋼液中的氫含量是衡量VD爐脫氣效果的一項(xiàng)主要技術(shù)指標(biāo)。為了煉特鋼的需要,經(jīng)過VD處理后鋼液中的氧含量要求控制在每百克鋼小于等于0.12ml。采用Heraeus公司的浸入式直讀定氫儀(Multi-labHydrisSystem)來測(cè)定VD處理前后鋼液中的氫含量。在大型現(xiàn)代化冶金生產(chǎn)中,VD鋼包處理已成為現(xiàn)代二次冶金的基本手段。馬鋼重機(jī)公司特鋼分廠使用VD處理的典型鋼種主要是壓力容器鋼:16Mn、20;合結(jié)鋼:CK32、32Cr3Mo1V、12Cr2Mo1、RQ30;高合金鋼:RQ66、H13、SA25;韓國(guó)出口鋼:A105、A131、LF2N等。1脫氣系統(tǒng)的組成馬鋼重機(jī)公司特鋼分廠的40tVD爐是由西安華興電爐有限公司設(shè)計(jì)制造的,其真空泵部分由西安重型機(jī)械研究所設(shè)計(jì)制造。該系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)同類產(chǎn)品中處于領(lǐng)先地位。脫氣系統(tǒng)作為VD爐的主體設(shè)備,主要包括脫氣系統(tǒng)電氣、機(jī)械設(shè)備及儀表檢測(cè)系統(tǒng)等。該系統(tǒng)由1個(gè)罐徑為Φ4800mm罐高5200mm的真空罐、真空蓋系統(tǒng)、真空漏斗、測(cè)溫取樣系統(tǒng)、單工位單絲喂絲系統(tǒng)、吹氬系統(tǒng)及其升降、移動(dòng)小車等7個(gè)部分組成。1.1氣體氣泡比kh/fhHydris定氫系統(tǒng)能夠快速、精確測(cè)定氮載氣中氫的含量。其測(cè)量原理是通過氮載氣在鋼液和氣動(dòng)單元之間的循環(huán)來收集鋼液中的氫氣。測(cè)量過程中,鋼液的溶氫會(huì)通過擴(kuò)散進(jìn)入氮載氣氣泡中,從而在載流氣泡與鋼液之間達(dá)到平衡。測(cè)量結(jié)果顯示在定氫儀面板上,鋼液中的溶氫[H]與栽流氣體氣泡的氫分壓PH2存在著以下函數(shù)關(guān)系(即著名的西華特定理):[H]=KHfHPH2√[Η]=ΚΗfΗΡΗ2式中:KH—為化學(xué)反應(yīng)平衡常數(shù);PH2—為氮載氣泡中氫分壓;fH—為氫活度系數(shù)(取決于鋼液中的化學(xué)成分)。就常規(guī)的鋼種而言,KH/fH的值在0.6～0.85之間波動(dòng),其中0.6對(duì)應(yīng)于高碳、低溫鋼液,0.85對(duì)應(yīng)于低碳、高溫鋼液。KH/fH的標(biāo)準(zhǔn)值為0.75。Hydris定氫系統(tǒng)原理圖見圖1。1.2有關(guān)氫活度系數(shù)的測(cè)量,可采取兩種方式,測(cè)量一個(gè)(1)采用熱導(dǎo)率檢測(cè)器(TCD)來監(jiān)控氮載氣體離開電熱導(dǎo)線的熱傳導(dǎo)速度率,通過內(nèi)置微處理器完成數(shù)據(jù)計(jì)算。測(cè)量的成功率高。系統(tǒng)精度:在0ppm～6ppm的測(cè)量范圍內(nèi),誤差<0.15ppm;在6ppm～10ppm測(cè)量范圍內(nèi),誤差<0.20ppm。(2)對(duì)應(yīng)于不同的鋼種,氫活度系數(shù)fH也不同。因此,對(duì)于鋼號(hào)和冶煉溫度變化大的情況下,有必要采取不同的K/f系數(shù)。(3)儀表提供兩個(gè)RS-232接口,供數(shù)據(jù)通訊之用,同時(shí)提供一個(gè)并口,供接打印機(jī)。(4)測(cè)量范圍在0.5ppm～13ppm之間,測(cè)量時(shí)間在28s～70s之間。(5)測(cè)量記錄保存容量為120條。2系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)原則2.14鋼水真空處理VD真空爐有1個(gè)脫氣罐位和1個(gè)真空蓋車?？课?。真空蓋車?？吭谡婵展夼赃叀ｄ撍臀缓?人工連接好氬氣管,真空蓋車運(yùn)行就位并下降真空蓋。根據(jù)需要處理鋼水的抽氣速度和處理步驟打開蒸氣噴射器,進(jìn)行抽真空處理,在真空狀態(tài)下,通過鋼包底吹氬進(jìn)行鋼水?dāng)嚢琛Ｕ婵丈w上設(shè)有真空漏斗,對(duì)于需要合金微調(diào)的鋼種,在脫氣過程真空狀態(tài)下,通過真空漏斗加入必要合金。真空處理后,破真空,真空蓋升起返回停靠位。在鋼包敞開狀態(tài)下,繼續(xù)吹氬軟攪拌并喂絲。處理完畢,進(jìn)行最終測(cè)溫取樣。鋼水處理過程,可通過定氫定氧儀表進(jìn)行快速氣體測(cè)定。抽真空處理分為手動(dòng)合自動(dòng)兩個(gè)工作模式,一般選擇手動(dòng)模式來進(jìn)行VD處理。2.2準(zhǔn)備測(cè)量狀態(tài)(1)檢查氣動(dòng)柜氮?dú)獾倪M(jìn)口壓力及回路過濾器的使用情況、確認(rèn)儀表畫面右下腳閃爍光標(biāo)指示為準(zhǔn)備狀態(tài)(READY)。(2)按下氣動(dòng)柜上的啟動(dòng)按鈕或儀表上的F2鍵,系統(tǒng)開始工作,定氫槍口往外吹氣。儀表屏幕上的吹氣壓力在不斷上升。10秒左右,氣動(dòng)柜上的黃燈點(diǎn)亮,紅燈保持。(3)小心安裝探頭,用力擰緊,但不可用力撞擊。4～5秒后綠燈亮、紅燈滅、黃燈保持。此時(shí),儀表屏幕上的吹氣壓力在不斷上升,到4500Pa左右,黃燈滅,只有綠燈亮,系統(tǒng)進(jìn)入準(zhǔn)備測(cè)量狀態(tài)。(4)測(cè)量之前必須停止吹氬,使鋼液平靜1～2分鐘。同時(shí)要避開在添加合金期間測(cè)量及避免添加合金后立刻進(jìn)行測(cè)量。(5)小心提起定氫槍,插入鋼液中,探頭盡量保持垂直、插入鋼液深度為300mm～400mm,把住搶托、保持平衡,不要左右晃動(dòng)。在測(cè)量結(jié)束之前,絕對(duì)不能提起定氫槍,直到表示測(cè)量結(jié)束的紅燈亮起(與此同時(shí)氣動(dòng)柜內(nèi)蜂鳴器發(fā)出訊響)。(6)測(cè)量結(jié)束后,及時(shí)小心地取出探頭,檢查接觸塊是否清潔。放好定氫槍,不要把測(cè)完的探頭留在定氫槍上,以免損壞定氫槍。(7)通過儀表內(nèi)置微處理器的計(jì)算,氫含量顯示在儀表屏幕上。(8)系統(tǒng)進(jìn)入準(zhǔn)備測(cè)量狀態(tài)后(氣動(dòng)柜上綠燈亮),因故沒有測(cè)量,系統(tǒng)在等待一段時(shí)間后會(huì)自動(dòng)回復(fù)到啟動(dòng)狀態(tài)。如需測(cè)量,則再做一次啟動(dòng)程序即可。在何時(shí)候按CLR+F2鍵都可中斷測(cè)量工序。3生產(chǎn)過程中應(yīng)注意的問題和要點(diǎn)3.1罐內(nèi)鋼包出現(xiàn)鋼水粘住,是否需要檢測(cè)(1)VD爐真空處理結(jié)束后,要檢查大罐蓋下表面中心部位絕熱層情況,若脫落嚴(yán)重,要及時(shí)向有關(guān)部門匯報(bào),不進(jìn)VD。(2)抽真空時(shí),Ar氣的流量不得超過400NL/min,壓力不超過0.5MPa(表壓)。特別是當(dāng)鋼水滿時(shí),以免鋼水粘住小爐蓋和鋼包上沿,致使罐蓋提升不起或拉掉鋼包內(nèi)的磚頭。(3)在20kPa～4kPa時(shí),要密切注意溢渣情況,發(fā)現(xiàn)溢渣要及時(shí)破空,同時(shí)可適當(dāng)調(diào)大Ar氣流量壓渣。(4)在高真空保持階段(67Pa),可適當(dāng)調(diào)大Ar氣流量,擴(kuò)大鋼液裸露面以加速脫氣。同時(shí)密切注意罐底溫度變化是否異常。(5)若發(fā)現(xiàn)熱水井水位經(jīng)常出現(xiàn)報(bào)警,在抽真空狀態(tài)下,水位>100%五秒內(nèi)不能下降到100%以下時(shí),要立即破真空,等各級(jí)蒸汽閥關(guān)閉后,馬上停濁環(huán)水,防止水位漫水造成生產(chǎn)事故。(6)每爐VD結(jié)束,罐蓋車開出后,要及時(shí)檢查鋼包耳軸與罐內(nèi)鋼包支撐座之間是否有鋼水粘住,若有馬上指揮行車試吊鋼包,必要時(shí)要對(duì)冷鋼進(jìn)行處理,處理好后才可吊包。(7)通過VD爐鋼包處理,最終鋼水中[H]可達(dá)到2PPm以下。3.2定氫系統(tǒng)壓力的檢測(cè)在線定氫系統(tǒng)是一種高精度的檢測(cè)儀表,操作不當(dāng),容易造成測(cè)量數(shù)據(jù)的不準(zhǔn)確,同時(shí)也有可能對(duì)設(shè)備造成損壞。(1)為了確保系統(tǒng)能正常工作,測(cè)量前作空氣模擬測(cè)試是必要的。氫含量要(求在1.2ppm～1.6ppm之間,吸管壓力Psu(Pvac)要求大于730hPa。(2)正確設(shè)置儀表參數(shù)是確保氫含量測(cè)量準(zhǔn)確性的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。(3)回路過濾器是定氫系統(tǒng)的一個(gè)很重要的部件。過濾器可以清除管路中的水分、油和灰塵,因?yàn)樗鼈儠?huì)污染熱導(dǎo)率檢測(cè)器(TCD),并使泵和閥門的運(yùn)動(dòng)受阻。因此,在使用過程中,檢查過濾器的壽命極為重要。(4)一旦系統(tǒng)發(fā)生泄漏,測(cè)量工序?qū)o法進(jìn)行下去,必須先執(zhí)行泄漏檢測(cè)程序,檢查相關(guān)環(huán)節(jié),找出泄漏部件,并采取密封措施。只有在泄漏檢測(cè)結(jié)果OK后,方可進(jìn)行定氫測(cè)量。(5)吸管壓力(Psu)過高或過低都會(huì)造成測(cè)量工序無法進(jìn)行下去。吸管壓力(Psu)上限設(shè)定值為1150hpa,下限設(shè)定值為400hpa。此類故障大多是硬件故障造成,如吸管堵塞、系統(tǒng)氣路泄漏等。(6)吹管壓力(Pbl)超出泵的上限(上限的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定值為2500hpa),說明吹管有堵塞現(xiàn)象,也許探頭也損壞,檢查測(cè)槍。(7)為了確保測(cè)量精度,儀器需要每個(gè)季度校驗(yàn)一次。4施工過程質(zhì)量控制在線定氫系統(tǒng)是一種高精度的檢測(cè)儀表。作為消耗件的定氫探頭造價(jià)較高,為了最大程度地降低定氫探頭的消耗同時(shí)也為