RH炉外精炼技术

RH炉外精炼技术 09郑韩超11谢重燊28刘青雨29韩志超30刘强32高飞 RH精炼技术的开发与应用RH真空循环脱气是介于炼钢与连铸之间的一个钢水精炼设备 其作用是提高钢水质量 满足大批量生产IF钢等高难度 高附加值产品的需要 主要功能有脱碳 脱氧 脱气 脱硫 合金化成分调整 温度调整等 其中钢水温度的有效控制是保证连铸工序顺畅的关键因素之一 最初开发应用RH的主要目的是对钢水脱氢 防止钢中白点的产生 因此 RH处理仅限于大型锻件用钢 厚板钢 硅钢 轴承钢等对气体有较严格要求的钢种 应用范围很有限 20世纪80年代 随着汽车工业对钢水质量的要求日益严格 RH技术得到迅速发展 这一时期RH技术发展的主要特点如下 优化工艺 设备参数 扩大处理能力 2 开发多功能的精炼工艺和装备 3 开发钢水热补偿和升温技术 4 完善工艺设备 纳入生产工艺在线生产 逐年提高钢水真空处理比例 RH冶炼超低碳钢RH法是一种重要的炉外精炼方法 具有处理周期短 生产能力大 精炼效果好 容易操作等一系列优点 在炼钢生产中获得了广泛应用 到目前为止 RH已经由原来单一的脱气设备转变为包含真空脱碳 吹氧脱碳 喷粉脱硫 温度补偿 均匀温度和成分等多功能的炉外精炼设备 而且随着技术的进步和精炼功能的扩展 在生产IF钢方面表现出了显著的优越性 是现代化钢厂中一种重要的炉外处理装置 IF钢作为无间隙原子钢要求不断降低钢中碳含量 以提高冷轧钢板深冲性能 1 2 这就要求RH处理时 在生产允许的时间内把碳降至极低范围 另一方面 RH处理同样要求RH脱碳后的氧含量控制在尽可能低的程度 以减少钢中夹杂物 提高IF钢性能 3 5 因而必须研究RH的碳氧反应 系统分析和研究IF钢生产的工艺制度 为此建立RH脱碳与脱氧模型 通过模型定量分析各工艺参数对精炼过程及效果的影响 分析各种因素对于RH碳氧反应的影响 寻求最优化的生产工艺参数 强化脱碳反应 同时满足IF钢对质量的要求 RH生产超低碳钢的工艺和设备马钢的RH主要用来生产终点w C 80 10 6的IF钢 无取向电工钢和冷轧深冲板等超低碳钢种 采用的生产工艺流程为 铁水预处理 顶底复吹转炉 RH LF CSP连铸连轧 对于低碳钢RH采用轻处理工艺 转炉不脱氧出钢 RH处理容量为105 130t 上升管内径为500mm 下降管内径为500mm 提升气体为氩气 采用12个喷嘴分两层供气 最大氩气流量为120m3 h 工作真空度为67Pa 极限真空度为20Pa 顶枪加热速度为60 h 真空脱硫技术近年来 RH真空脱硫技术逐渐受到人们的重视 这主要是由于RH真空脱硫具有以下独特的优越条件 RH内高真空使钢液中氧活度降低 有利于脱硫反应的进行 在RH处理过程中脱硫避开了渣 所受钢包顶渣影响相对较小 在RH过程中脱硫 由于隔绝大气因此避免了空气对钢液的污染 本文对RH真空脱硫技术进行了概述 期望为RH真空脱硫工艺操作及工艺优化提供参考 RH真空脱硫的方法及特点超低硫钢的RH处理工艺最先在日本开发应用 主要有两大类 喷粉脱硫和投入脱硫 主要发展了以下几种喷粉脱硫方法 RH PB IJ RH PB RH真空室内添加脱硫剂三种形式 它们的主要区别在于脱硫粉剂在钢液和RH装置中吹入的部位不同 获得不同的吹炼效果 1 2 1 RH喷粉脱硫工艺为新日铁大分厂开发 如图1所示 该工艺主要用于生产超低硫管线钢 2 RH PB脱硫工艺由新日铁名古屋厂在RH OB的基础上开发成功的 利用喷嘴切换喷入粉剂 以达到脱硫的目的 RH PB OB 原理如图2所示 该工艺在名古屋厂用于生产超低硫板材钢 RH2O真空吹氧技术 1969年德国蒂森钢铁公司亨利希钢厂开发了RH2O技术 8 首次用钢质水冷氧枪从真空室顶部向真空室内循环着的钢水表面吹氧以强化脱碳冶炼低碳不锈钢 既缩短了冶炼周期又降低了脱碳过程中铬的氧化损失 但在工业生产中RH2O技术暴露出以下问题 氧枪结瘤严重 因氧枪动密封不良而使氧枪枪位无法调整 这些问题一时无法解决 而当时VOD精炼技术能较好地满足不锈钢生产的要求 所以RH2O技术未能得到广泛运用 RH2OB真空吹氧技术 1972年新日铁室兰厂根据VOD生产不锈钢的原理 开发了RH2OB真空吹氧技术 9 使用真空吹氧精炼技术可进行强制脱碳 加铝吹氧升高钢水温度 生产铝镇静钢等 减轻了转炉负担 提高了转炉作业率 缩短了冶炼时间 降低了脱氧铝耗 RH2OB真空吹氧技术在20世纪80年代得到了较快发展 但也存在不足 吹氧喷嘴寿命低 降低了RH设备的作业率 喷溅严重 增加了RH第1期徐国群 RH精炼技术的应用与发展 13 真空室的结瘤 延长了清除结瘤及辅助作业时间 要求增加RH真空泵的能力 这些问题 阻碍了RH2OB真空吹氧技术的进一步发展 6 RH2KTB真空吹氧技术 1986年日本原川崎钢铁公司 现已和NKK重组为JEE公司 在传统的RH基础上 成功地开发了RH顶吹氧 RH2KTB 技术 将RH技术的发展推向一个新阶段 RH装置上采用KTB技术 10 在脱碳反应受氧气供给速率支配的沸腾处理前半期 向真空槽内的钢水液面吹入氧气 增大氧气供给量 因而可在 O 较低的水平下大大加速脱碳 在钢中w C 0 03 的高碳浓度区 KTB法的脱碳速率常数Kc 0 35 比常规RH法大 在钢中w C 0 01 的范围内 主要由吹氧来控制脱碳反应 脱碳速度随着 O 的增加而增加 而在钢中w C 0 01 下吹氧的意义就不大了 因此 使用RH2KTB法 转炉出钢钢水w C 可由0 03 提高到0 05 并可以用高碳铁合金代替低碳铁合金作为RH合金化的原料 应用RH2KTB技术 在KTB脱碳的同时 脱碳反应生成的CO气体在真空槽内二次燃烧放出热量 可补偿脱碳精炼中钢液的温度损失 可降低转炉的出钢温度 不需要延长精炼时间 可获得高的脱碳速度 在转炉出钢终点w C 0 05 的情况下冶炼超低碳钢 脱碳过程中不会发生强烈喷溅 减少了RH2OB工艺中的氩气的消耗 6 使用灵活 操作简便 虽然RH2KTB技术也有其不足之处 如增加了氧枪及其控制系统 要求真空室有更高的高度 但在现有的真空吹氧技术中仍不失为佼佼者 RH2PB法 1987年新日铁名古屋厂研制成功RH2PB法 12 它利用RH2OB法真空室下部的吹氧喷嘴将粉剂通过OB喷嘴吹入钢液 进行脱气 脱硫以及冶炼超低磷钢的精炼 RH真空室下部一般有两个喷嘴 可以通过切换阀门改变为吹氧或喷粉 加铝可使钢水升温 速度达8 10 min 脱硫率能达70 80 同时 还具有良好的脱氢效果 不会影响传统的RH真空脱氧能力 更无吸氮之忧 13 采用RH2PB法时 吹入并分布在钢水中的溶剂形成的溶渣颗粒具有很强的脱硫能力 提高了脱硫效率 因此使用少于传统方法中的熔剂也能达到很高的脱硫率 RH2PTB喷粉法 1994年日本住友金属工业公司和歌山厂研制开发了RH2PTB喷粉法 14 该法利用水冷顶枪进行喷粉 粉剂输送较流畅 喷嘴不易堵塞 不使用耐火材质的浸入式喷粉枪 操作成本较低 无钢水阻力 载气耗量小 此法冶炼超低硫钢喷吹CaO2CaF2系粉剂 冶炼极低碳钢喷吹铁矿石粉剂 用RH2PTB法喷粉时 喷粉速度为100 130kg min 约喷吹10min 当CaO2CaF2粉剂用量为5kg t时 可使钢中w S 降到5 10 6以下 当用量为8kg t时 可得w S 1 3 2 9 10 6的超低硫钢 此时脱硫率大于90 同时 钢中w N 也由20 10 6降到15 10 6喷铁矿粉时 喷粉速度为20 60kg min 喷吹约10mi