RH精煉工藝與技術

1、RH精煉工藝與技術李詩瑤摘要：超低碳鋼的脫碳行為210-tRH真空脫氣裝置在實際操作條件下進行調(diào)查。根據(jù)明顯的脫碳速率常數(shù)(KC)計算了樣品的碳含量從熱熔鋼包的間隔1-2分鐘，這是觀察到的總在RH脫碳反應可分為快速脫碳期和脫碳停滯時期，這是完全不同的從傳統(tǒng)的三個階段。在這項研究中，平均表面脫碳速率常數(shù)快速脫碳期間是0.306分鐘-1和停滯期是0.072分鐘-1。增加初始碳含量和提高疲勞能力可以增加明顯的脫碳速率常數(shù)的快速脫碳。脫碳反應進入脫碳停滯時期鋼水碳含量小于14X10-610分鐘后的脫碳。關鍵詞：RH精煉工藝；RH發(fā)展；工藝流程；超低硫鋼RHrefiningprocessandtechn

2、ologyLIShi-yaoAbstract:Thedecarburizationbehaviorsofultralowcarbonsteelina210-tRHvacuumdegasserwereinvestigatedunderpracticaloperatingconditions.Accordingtotheapparentdecarburizationrateconstant(KC)calculatedbythecarboncontentinthesamplestakenfromthehotmeltinaladleatanintervalof12min,itisobservedtha

3、tthetotaldecarburizationreactionperiodinRHcanbedividedintothequickdecarburizationperiodandthestagnantdecarburizationperiod,whichisquitedifferentfromthetraditionalonewiththreestages.Inthisstudy,theaverageapparentdecarburizationrateconstantduringthequickdecarburizationperiodis0.306min-1,andthatofthest

4、agnantperiodis0.072min-1.Increasingtheinitialcarboncontentandenhancingtheexhaustingcapacitycanincreasetheapparentdecarburizationrateconstantinthequickdecarburizationperiod.Thedecarburizationreactioncomesintothestagnantdecarburizationperiodwhenthecarboncontentinmoltensteelislessthan14x10-6after10mino

5、fdecarburizationKeywords:RHrefiningprocess;RHdevelopment;Theprocessflow;Ultralowsulfursteel1 RH的歷史與發(fā)展1.1 RH精煉全稱為RH真空循環(huán)脫氣精煉法。于1959年由德國人發(fā)明，其中RH為當時德國采用RH精煉技術的兩個廠家的第一個字母。真空技術在煉鋼上開始應用起始于1952年，當時人們在生產(chǎn)含硅量在2溢右的硅鋼時在澆注過程中經(jīng)常出現(xiàn)冒渣現(xiàn)象，經(jīng)過各種試驗，終于發(fā)現(xiàn)鋼水中的氫和氮是產(chǎn)生冒渣無法澆注或軋制后產(chǎn)生廢品的主要原因，隨之各種真空精煉技術開始出現(xiàn)，如真空鑄錠法、鋼包滴流脫氣法、鋼包脫氣法等，從而

6、開創(chuàng)了工業(yè)規(guī)模的鋼水真空處理方法，特別是蒸汽噴射泵的出現(xiàn)，更是加速了真空煉鋼技術的發(fā)展。隨著真空煉鋼技術的開發(fā)與發(fā)展，最終RH和VD因為處理時間短、成本低、可以大量處理鋼水等優(yōu)點而成為真空煉鋼技術的主流，70年代開始隨著全連鑄車間的出現(xiàn)，RH因為采用鋼水在真空槽環(huán)流的技術從而達到處理時間短、效率高、能夠與轉(zhuǎn)爐連鑄匹配的優(yōu)點而被轉(zhuǎn)爐工序大量采用。RH從開始出現(xiàn)到現(xiàn)在40多年來，有多項關鍵性技術的出現(xiàn)，從而加速了RH精煉技術的發(fā)展。1.1.1 RH發(fā)展到今天，大體分為3個發(fā)展階段（1）發(fā)展階段（19681980年）:RH裝備技術在全世界廣泛采用。根據(jù)1976年統(tǒng)計，世界共計投入生產(chǎn)的RH備有448

7、臺。隨著轉(zhuǎn)爐大型化的發(fā)展，RH也實現(xiàn)了大型化，世界上最大的RH精煉設備為360t1。（2）多功能RH精煉技術的確立（19802000年）：這一時期RH的技術發(fā)展趨勢主要是1）優(yōu)化RH工藝設備參數(shù)，擴大處理能力；2）開發(fā)多功能RHW煉工藝和裝備，使RH具有脫硫、脫磷等功能；3）開發(fā)RH熱補償和升溫技術；4）實現(xiàn)全部鋼水進RH真空處理。經(jīng)過這一時期，RH技術幾乎達到盡善盡美的地步，表1總結了這一時期RH的技術進步。日本在這一時期對RH的技術發(fā)展作出重要貢獻，先后開發(fā)出RH2O聯(lián)、RH2PBI和KTB法等著名新工藝。（3）接近反應極限的真空精煉技術（2000年至今）:為了解決極低碳鋼（w（C）<

8、;10X10-6）的精煉難題，需要進一步克服鋼水的靜壓力，以提高脫碳速度。因為在極低碳區(qū)，真空度已不再決定反應的熱力學條件；而反應層鋼水深度（即鋼水靜壓力）決定了反應速度。由于反應層越來越淺，如何擴大反應界面是提高反應速度的限制環(huán)節(jié)，解決這一問題，日本川崎公司采用噴吹氫氣向鋼水增氫，進而利用真空脫氫產(chǎn)生的微氣泡提高脫碳的反應面積，達到深脫碳的目標2。日本新日鐵公司研究開發(fā)的REDA0：藝采用直筒型浸漬罩代替DH浸漬管進行真空處理，使鋼水的循環(huán)流量大幅度提高，解決了極低碳鋼的精煉困難。采用上述2種工藝,RH可以生產(chǎn)w（C）=3X10-6的極低碳鋼。1.2 現(xiàn)代純凈鋼生產(chǎn)工藝流程圖1現(xiàn)代純凈鋼生產(chǎn)

9、工藝流程Fig.1Themodernproductionprocessflowofcleansteel在純凈鋼生產(chǎn)中，RH是最重要的真空精煉裝置之一，應用越來越廣泛，新建鋼廠多數(shù)選擇RH精煉。1.3 鋼鐵冶金生產(chǎn)工藝路線圖2鋼鐵冶金生產(chǎn)工藝路線Fig.2Ironandsteelmetallurgyproductionprocessisobtained2RH系統(tǒng)概述2.1 RH系統(tǒng)設備RH系統(tǒng)設備是一種用于生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)鋼的鋼水二次精煉工藝裝備。整個鋼水冶金反應是在砌有耐火襯的真空槽內(nèi)進行的。真空槽的下部是兩個帶耐火襯的浸漬管，上部裝有熱彎管。被抽氣體由熱彎管經(jīng)氣體冷卻器至真空泵系統(tǒng)排到廠房外。鋼水處

10、理前，先將浸漬管浸入待處理的鋼包鋼水中。當真空槽抽真空時，鋼水表面的大氣壓力迫使鋼水從浸漬管流入真空槽內(nèi)（真空槽內(nèi)大約0.67mbar時可使鋼水上升1.48m高度）。與真空槽連通的兩個浸漬管，一個為上升管，一個為下降管。由于上升管不斷向鋼液吹入僦氣，相對沒有吹僦的下降管產(chǎn)生了一個較高的靜壓差，使鋼水從上升管進入并通過真空槽下部流向下降管，如此不斷循環(huán)反復。在真空狀態(tài)下，流經(jīng)真空槽鋼水中的僦氣、氫氣、一氧化碳等氣體在鋼液循環(huán)過程中被抽走。同時，進入真空槽內(nèi)的鋼水還進行一系列的冶金反應，比如碳氧反應等；如此循環(huán)脫氣精煉使鋼液得到凈化。2.2經(jīng)RH處理的鋼水優(yōu)點明顯合金基本不與爐渣反應，合金直接加入

11、鋼水之中，收得率高；鋼水能快速均勻混合；合金成分可控制在狹窄的范圍之內(nèi)；氣體含量低，夾雜物少，鋼水純凈度高；還可以用頂槍進行化學升溫的溫度調(diào)整，為連鑄機提供流動性好、純凈度高、符合澆鑄溫度的鋼水，以利于連鑄生產(chǎn)的多爐連澆。圖3RH工作原理Fig.3WorkingprincipleoftheRHAHtjperl-jaingr(flHJ'VaeuiJEvesselJ/L=|LarpcforpureMgengas、Arrjcngas：tv）仁融二二一:也1C；MollerSI3日I、5ro&捫up-網(wǎng))3真空泵工作原理在工業(yè)煉鋼生產(chǎn)中，現(xiàn)經(jīng)常采用的抽真空設備主要有羅茨泵、水環(huán)泵和蒸汽

12、噴射泵，其中以水環(huán)泵和蒸汽噴射泵最為常見。3.1水環(huán)泵工作原理水環(huán)泵中帶有葉片的轉(zhuǎn)了被偏心的與泵的殼體相配合，在泵體中裝有適量的水作為工作液。當葉輪順時針方向旋轉(zhuǎn)時，水被葉輪拋向四周，由于離心力的作用，水形成了一個決定于泵腔形狀的近似于等厚度的封閉圓環(huán)。水環(huán)的下部分內(nèi)表面恰好與葉輪輪轂相切，水環(huán)的上部內(nèi)表面剛好與葉片頂端接觸（實際上葉片在水環(huán)內(nèi)有一定的插入深度）。此時葉輪輪轂與水環(huán)之間形成一個月牙形空間，而這一空間又被葉輪分成和葉片數(shù)目相等的若干個小腔。如果以葉輪的下部0°為起點，那么葉輪在旋轉(zhuǎn)前180。時小腔的容積由小變大，且與端面上的吸氣口相通，此時氣體被吸入，當吸氣終了時小腔則

13、與吸氣口隔絕；當葉輪繼續(xù)旋轉(zhuǎn)時，小腔由大變小，使氣體被壓縮；當小腔與排氣口相通時，氣體便被排出泵外。3.2 蒸汽噴射泵工作原理噴射泵是由工作噴嘴和擴壓器及混合室相聯(lián)而組成。工作噴嘴和擴壓器這兩個部件組成了一條斷面變化的特殊氣流管道。氣流通過噴嘴可將壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)閯幽?。工作蒸汽壓強和泵的出口壓強之間的壓力差，使工作蒸汽在管道中流在這個特殊的管道中，蒸汽經(jīng)過噴嘴的出口到擴壓器入口之間的這個區(qū)域（混合室），由于蒸汽流處于高速而出現(xiàn)一個負壓區(qū)。此處的負壓要比工作蒸汽壓強和反壓強低得多。此時，被抽氣體吸進混合室，工作蒸汽和被抽氣體相互混合并進行能量交換，把工作蒸汽由壓力能轉(zhuǎn)變來的動能傳給被抽氣體。通常單級

14、噴射器的壓縮比不超過12,由于真空處理的壓力為0.67mbar以下，需要的壓縮比在1520左右，單機泵無法滿足要求，實際上包括VD,VOD,RH設備上所用的噴射泵都有多極泵串聯(lián)逐級壓縮而組成的真空泵系統(tǒng)。在真空系統(tǒng)中一般兜有冷凝器，冷凝器的作用是將混合物中的可凝性蒸汽部分凝結排除，以減少下級噴射器的負荷。3.3 特點及應用水環(huán)泵中氣體壓縮是等溫的，故可抽除易燃、易爆的氣體，此外還可抽除含塵、含水的氣體，但其極限真空度較低，一般應用在蒸汽資源較少的廠家作為末級泵使用，如唐鋼。蒸汽噴射泵具有抽氣能力大、抽氣速度快、對被抽氣體介質(zhì)適用能力強、結構簡單無傳動部件、操作簡單等特點在冶金系統(tǒng)大量采用。如萊

15、鋼特殊鋼廠二煉車間的VD采用4級蒸汽噴射泵，煉鋼廠的RH采用5級蒸汽噴射泵。3.4 RH處理模式及工藝流程3.4.1 處理模式RH處理根據(jù)鋼種要求不同，可分為輕處理模式、中間處理模式、深脫碳處理模式和特殊處理模式。輕處理模式針對鋼種以低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼為主，鋼種主要特點是含碳量較低（0.02%0.06%）、低硅（W0.03%）,代表鋼種有SPHC（SPH匿日本JIS標準，熱軋低碳鋼，沖壓等級為C級（普通沖壓等級），H表示熱軋。加工成相應冷軋板為SPCC）SS400等。處理特點是真空度要求較低，一般控制在67kPa左右；處理時間短，一般處理時間小于15min,環(huán)流氣體流量控制較低。對轉(zhuǎn)爐要求控制C,N

16、,轉(zhuǎn)爐過來的鋼水可以是帶氧鋼或者脫氧鋼，對脫氧鋼要求碳基本符合要求。中間處理模式與輕處理基本差不多，其要求鋼水碳成份一般在0.01%0.03%,要求轉(zhuǎn)爐過來的鋼水必須是帶氧鋼（目的是脫碳）。對象鋼種為對H不敏感，但使用條件較為嚴格；不含Cr,Ni的耐候鋼；低等級管線鋼；強度級別不太高的管線鋼等。代表鋼種如DI材（易拉罐）,X65,SM490等。圖4RH精煉的主要冶金功能Fig.4MainmetallurgicalfunctionofRHrefiningRH蛙理法KH目的第果提富網(wǎng)骯.世高成分命中盅星富音金收將不一下的法合金）隹高終點IC；提高建戌愜省務段修收當隼-郵冊造港TiFH地桓爐材壽命u

17、降世出的油叟提高爐RH凸E劇熱提高引不溫度卜-舟嘴轉(zhuǎn)爐句連髀的生產(chǎn)一降低丁合員一唱酌套M綱庸言鼠薪贏司間鎧oxliT4%C.Mix.Si杵靜搐席UH%-L'OtSCWlSXlfF'號IS/】3.4.2RH工藝精煉超低硫鋼的冶煉技術在RH工藝精煉超低硫鋼的熱力學分析的基礎上，用MoSi2電阻爐進行了CaO-Al2O3-SiO2-MgO-CaF2渣系預熔渣和機混固體渣對鋼液脫硫的試驗，得出預熔渣脫硫速率較機混固體渣快，使用預熔渣時在30min以內(nèi)即可將鋼中的硫含量從116.7X10-6降低到20X10-6以下,鋼中最低終點硫含量可達2.9X10-6.在300tRH裝置上工業(yè)試驗表明

18、,使用預熔渣后，當RH精煉前鋼中平土硫含量為40.5X10-6時,RH精煉終點鋼中平均硫含量降至28.7X10-6,最低硫含量為22X10-6,平均脫硫率為28.9%.4RH多功能化應是今后發(fā)展的主要趨勢其主要包括深脫碳、脫氣、脫硫、脫磷、脫氧去除夾雜物和進行熱補償?shù)?大功能，并提出研究開發(fā)多功能氧槍，將吹氧、噴粉和烘烤加熱等技術集成一體是實現(xiàn)RH多功能化的技術關鍵.在此基礎上，進一步闡述了RH在設備高效化、長壽化和終點控制智能化等方面的技術進步.RH真空精煉工藝的兩種革新技術及其理論基礎，采用水模和數(shù)模兩種方法分別分析了兩種新技術工藝的循環(huán)流量、氣液兩相流特征和夾雜物運動軌跡。結果表明：兩種

19、新工藝均能有效地提高RM空精煉效率，同時降低環(huán)境負荷。RH鋼水真空精煉工藝是現(xiàn)代化鋼廠必不可少的精煉手段，進入21世紀后，RH鋼水真空精煉工藝在中國得到了廣泛應用和飛速發(fā)展.RH裝備技術從早期的成套引進，逐步發(fā)展到自主集成，再到自主設計制造和創(chuàng)新，打破了外商在RH裝備方面的技術壟斷，建設投資也得到有效控制.隨著不斷地生產(chǎn)實踐和研發(fā)改進近幾年RH裝備技術又進一步向高效和節(jié)能方向發(fā)展：鋼包在線提升技術的應用，使得RH處理位鋼包臺車可以與轉(zhuǎn)爐鋼包臺車共線布置，減少鋼包的行車吊運周轉(zhuǎn)操作,RH生產(chǎn)效率進一步提高；多功能頂槍強制脫碳技術和頂槍預熱槍燃燒化冷鋼技術的廣泛使用，使冶煉超低碳鋼和高純凈鋼的手段

20、更加方便靈活；通過對燒嘴的改進，頂槍預熱槍化冷鋼效率得到進一步提高；水環(huán)泵和機械泵技術的應用，使RH在真空泵能耗和生產(chǎn)成本上進一步降低.回顧了半個世紀以來RH精煉工藝與裝備技術的發(fā)展歷程，總結分析了各項RH快速精煉工藝和高效化生產(chǎn)技術，提出RH是生產(chǎn)超低碳鋼生產(chǎn)超低碳鋼、低碳一低氮鋼、低硫一低碳鋼以及低碳一低硅鋼的最佳處理設備。系統(tǒng)研究和開發(fā)RH快速精煉與高效化生產(chǎn)工藝裝備技術是十分重要的。圖5RH適合各種高品質(zhì)鋼的精煉要求Fig.5RHissuitableforallkindsofhighqualitysteelrefiningrequirements炯美代去技術特點緋淳堂要求精煉性林鋼種x

21、ll1-6工藝%r超低吸附F朗要求1皿H降低"中|口.|N|C|GQ,INK2U,KII1051702803IK2$=4(j低碳福轉(zhuǎn)靜綱thpeu深的控制成份.夾雜物和州織結構.保訐衣而加吊|Mn|=l5RH4508U00內(nèi)：6僅合金而強唳制乂加X100箱低溫秸煉，嚴楙控制鈉中夾雜物和釧材組名【結構I.F-RH1F-VD55。69021高級電2J銅35W23O要求同時降低恒含量制S含量*精桶控制嗯伊利析|Si|2.6-2.W>S|<1O,|N|<25RHP|的2.20以UE6W111出純娥或本不鈦鈿4G9L嚴格打制鋼中C、N和3的含量.降低晶網(wǎng)用蝕Q+N120LS+

22、N把0VOLJHI2204001.430粉冢而&詞GCH5產(chǎn)帶控制銅中T.Cj正X余方和看他物析出.提高碰灣荀帚T.(XIO,|Tn<?0不允許出現(xiàn)獻物.網(wǎng)狀碳化物RHLF-VD需雨痣節(jié)壽命-1"5常規(guī)RHfflRH-TOP：藝精煉IF鋼試驗研究5.1 常規(guī)RH和RH-TOPt藝精煉IF鋼試驗研究。利用工業(yè)試驗，研究了常規(guī)RH和RH-TOPI煉處理IF鋼的脫碳過程、鋼水氧含量、真空室壓力、廢氣流量及成分、鋼水溫降的變化.根據(jù)表觀脫碳速率常數(shù)的不同，兩種精煉方式下脫碳過程分別呈現(xiàn)"兩段式"和"三段式"變化規(guī)律，均可以在20min內(nèi)穩(wěn)

23、定生產(chǎn)碳質(zhì)量分數(shù)低于15X10-6的IF鋼；吹氧使得真空室壓降平臺處壓力升高，平臺時間延長,不利于提高脫碳速率，且吹氧過量導致脫碳終點氧含量大幅升高.采用RH-TOP吹氧時，CO的二次燃燒產(chǎn)生的熱補償可以降低轉(zhuǎn)爐出鋼溫度2030C.5.2 RH精煉工藝的研究對RHW煉工藝的鋼液循環(huán)流動、脫碳、脫氣的原理以及影響因素進行了分析。在100tRH真空精煉工藝下，真空度、提升氣體的壓力和流量決定了鋼液的循環(huán)流量和混勻時間，對真空吹氧脫碳進行了試3處,碳的脫除率達到7143%,鋼液中的初始HW8.3PPm時，真空脫氫的效率為74.62%,經(jīng)RH真空處理可將鋼中的氮含量控制在35PPm£右，RH

24、K空平均脫氮率為20.8%。5.3 RH精煉工藝參數(shù)與鋼中夾雜物數(shù)量、粒燒關系研究RH作為生產(chǎn)純凈鋼最為重要的一種方法，它不但能極大程度提高鋼產(chǎn)量、改善鋼材質(zhì)量、增加品種、降低成本、提高經(jīng)濟效益，而且極大地優(yōu)化了現(xiàn)代煉鋼工藝。隨著SPHET量不斷增加，需對漣鋼210轉(zhuǎn)爐廠RH精煉工藝參數(shù)與鋼中夾雜物數(shù)量、粒徑的對應關系、夾雜物變化規(guī)律及相關技術進行具體深入的研究，為RH精煉過程中工藝參數(shù)控制提供可靠的理論依據(jù)，為多爐連澆提供鋼水純凈度的保證，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量。6總結40多年來，RH及RH多功能精煉技術在國內(nèi)外得到了廣泛應用和迅速發(fā)展，其噴吹氣體和粉劑的實用技術在一定程度上已經(jīng)確立，但

25、在RH綜合精煉實用技術及依據(jù)上仍有許多待解決問題。隨著鋼材純凈度的日益提高，要求真空處理的鋼種逐漸增多，真空精煉技術的應用將更加普遍，而日本新改建的煉鋼廠已明確提出全部鋼水進行真空處理的發(fā)展目標。因此,真空精煉技術將會進一步發(fā)展。未來的RH技術會更加趨于成熟，與環(huán)境和平發(fā)展。能夠真正的做到“環(huán)境友好型、資源節(jié)約型”社會。參考文獻：1 Wei,Ji-HeinJournalofShanghaiUniversity(EnglishEdition)(1970)2 vanEnde,Marie-Aline-Kim,Young-Min-Cho,Mun-Kyu,etal.inMetallurgicalandM

26、aterialsTransactionsB(2011)3 You,Zhimin-Cheng,Guoguang-Wang,Xinchao,etal.in.MetallurgicalandMaterialsTransactionsB(2014)4席曉利，董繼亮，馮慧霄，殷楷，張濤,XIXiao-li,DONGJi-liang,FENGHui-xiao,YINKai,ZHANGTao.薄板坯連鑄機生產(chǎn)SPH傳W的RH-LF雙聯(lián)工藝實踐J.天津冶金2015.doi:10.3969/j.issn.1006-110X.2015.01.002XIXiao-li,DONGJi-liang,FENGHui-xiao,YINKai,ZHANGTao,ThinslabcontinuouscastingmachineintheproductionofSPHDsteelRH-LFduplextechnologypracticeJ.Tianjinmetallurgical2015.doi:10.3969/j.issn.1006-110X.2015.01.0025李洪偉,LIHong-wei.天鋼中厚板品種研發(fā)構想J.天津冶金2014.LIHong-wei,Dayinsteelplatevarietiesdevelopmentid