碳是钢中的间隙原子。对于深冲或超深冲钢种,如汽车面板、电工钢,碳成为这些钢种主要控制的对象。目前RH(真空循环脱气精炼)是最为常用的二次精炼方法之一,尤其对于碳质量分数要求在0.005%以下的超低碳钢冶炼,大多使用RH精炼。RH脱碳原理为:向RH上升管内喷吹提升气体,利用气泡泵原理,将钢液沿上升管提升至真空室,真空室内钢液下降至钢包,从而形成钢液的循环流动。钢液中氧与碳在真空室内发生反应,达到脱碳目的。
北京科技大学的学者在充分考虑RH平衡碳氧浓度的前提下,建立脱碳反应数学模型。以210t超低碳钢RH冶炼工艺为背景,详细给出数学模型的建立原则与过程。将模拟结果与实际测量数据进行对比发现,数学模型与实际测量数据有很好的吻合度。真空室自由液面下降管上方脱碳动力学条件最好,碳元素质量分数最先达到极小值。钢渣界面处脱碳动力学条件最差,循环一定时间后,上升管右侧钢渣界面处碳元素质量分数最高。钢液中碳元素质量分数分布存在一定的不均匀性,真空室内碳元素质量分数低于钢包碳元素质量分数。当入炉碳元素质量分数为0.023%,入炉溶解氧质量分数为0.08%,提升气体流量为120m3·h-1,浸渍管内径为650mm时,循环脱碳20min后,截面处碳元素质量分数最小值为0.0009%左右,最大值为0.0036%左右,二者相差0.00025%左右。