RH精炼工艺与技术

1、RH精炼工艺与技术李诗瑶摘要：超低碳钢的脱碳行为210-tRH真空脱气装置在实际操作条件下进行调查。根据明显的脱碳速率常数(KC)计算了样品的碳含量从热熔钢包的间隔1-2分钟，这是观察到的总在RH脱碳反应可分为快速脱碳期和脱碳停滞时期，这是完全不同的从传统的三个阶段。在这项研究中，平均表面脱碳速率常数快速脱碳期间是0.306分钟-1和停滞期是0.072分钟-1。增加初始碳含量和提高疲劳能力可以增加明显的脱碳速率常数的快速脱碳。脱碳反应进入脱碳停滞时期钢水碳含量小于14X10-610分钟后的脱碳。关键词：RH精炼工艺；RH发展；工艺流程；超低硫钢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的历史与发展1.1 RH精炼全称为RH真空循环脱气精炼法。于1959年由德国人发明，其中RH为当时德国采用RH精炼技术的两个厂家的第一个字母。真空技术在炼钢上开始应用起始于1952年，当时人们在生产含硅量在2溢右的硅钢时在浇注过程中经常出现冒渣现象，经过各种试验，终于发现钢水中的氢和氮是产生冒渣无法浇注或轧制后产生废品的主要原因，随之各种真空精炼技术开始出现，如真空铸锭法、钢包滴流脱气法、钢包脱气法等，从而

6、开创了工业规模的钢水真空处理方法，特别是蒸汽喷射泵的出现，更是加速了真空炼钢技术的发展。随着真空炼钢技术的开发与发展，最终RH和VD因为处理时间短、成本低、可以大量处理钢水等优点而成为真空炼钢技术的主流，70年代开始随着全连铸车间的出现，RH因为采用钢水在真空槽环流的技术从而达到处理时间短、效率高、能够与转炉连铸匹配的优点而被转炉工序大量采用。RH从开始出现到现在40多年来，有多项关键性技术的出现，从而加速了RH精炼技术的发展。1.1.1 RH发展到今天，大体分为3个发展阶段（1）发展阶段（19681980年）:RH装备技术在全世界广泛采用。根据1976年统计，世界共计投入生产的RH备有448

7、台。随着转炉大型化的发展，RH也实现了大型化，世界上最大的RH精炼设备为360t1。（2）多功能RH精炼技术的确立（19802000年）：这一时期RH的技术发展趋势主要是1）优化RH工艺设备参数，扩大处理能力；2）开发多功能RHW炼工艺和装备，使RH具有脱硫、脱磷等功能；3）开发RH热补偿和升温技术；4）实现全部钢水进RH真空处理。经过这一时期，RH技术几乎达到尽善尽美的地步，表1总结了这一时期RH的技术进步。日本在这一时期对RH的技术发展作出重要贡献，先后开发出RH2O联、RH2PBI和KTB法等著名新工艺。（3）接近反应极限的真空精炼技术（2000年至今）:为了解决极低碳钢（w（C）<

8、;10X10-6）的精炼难题，需要进一步克服钢水的静压力，以提高脱碳速度。因为在极低碳区，真空度已不再决定反应的热力学条件；而反应层钢水深度（即钢水静压力）决定了反应速度。由于反应层越来越浅，如何扩大反应界面是提高反应速度的限制环节，解决这一问题，日本川崎公司采用喷吹氢气向钢水增氢，进而利用真空脱氢产生的微气泡提高脱碳的反应面积，达到深脱碳的目标2。日本新日铁公司研究开发的REDA0：艺采用直筒型浸渍罩代替DH浸渍管进行真空处理，使钢水的循环流量大幅度提高，解决了极低碳钢的精炼困难。采用上述2种工艺,RH可以生产w（C）=3X10-6的极低碳钢。1.2 现代纯净钢生产工艺流程图1现代纯净钢生产

9、工艺流程Fig.1Themodernproductionprocessflowofcleansteel在纯净钢生产中，RH是最重要的真空精炼装置之一，应用越来越广泛，新建钢厂多数选择RH精炼。1.3 钢铁冶金生产工艺路线图2钢铁冶金生产工艺路线Fig.2Ironandsteelmetallurgyproductionprocessisobtained2RH系统概述2.1 RH系统设备RH系统设备是一种用于生产优质钢的钢水二次精炼工艺装备。整个钢水冶金反应是在砌有耐火衬的真空槽内进行的。真空槽的下部是两个带耐火衬的浸渍管，上部装有热弯管。被抽气体由热弯管经气体冷却器至真空泵系统排到厂房外。钢水处

10、理前，先将浸渍管浸入待处理的钢包钢水中。当真空槽抽真空时，钢水表面的大气压力迫使钢水从浸渍管流入真空槽内（真空槽内大约0.67mbar时可使钢水上升1.48m高度）。与真空槽连通的两个浸渍管，一个为上升管，一个为下降管。由于上升管不断向钢液吹入僦气，相对没有吹僦的下降管产生了一个较高的静压差，使钢水从上升管进入并通过真空槽下部流向下降管，如此不断循环反复。在真空状态下，流经真空槽钢水中的僦气、氢气、一氧化碳等气体在钢液循环过程中被抽走。同时，进入真空槽内的钢水还进行一系列的冶金反应，比如碳氧反应等；如此循环脱气精炼使钢液得到净化。2.2经RH处理的钢水优点明显合金基本不与炉渣反应，合金直接加入

11、钢水之中，收得率高；钢水能快速均匀混合；合金成分可控制在狭窄的范围之内；气体含量低，夹杂物少，钢水纯净度高；还可以用顶枪进行化学升温的温度调整，为连铸机提供流动性好、纯净度高、符合浇铸温度的钢水，以利于连铸生产的多炉连浇。图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&扪up-网)3真空泵工作原理在工业炼钢生产中，现经常采用的抽真空设备主要有罗茨泵、水环泵和蒸汽

12、喷射泵，其中以水环泵和蒸汽喷射泵最为常见。3.1水环泵工作原理水环泵中带有叶片的转了被偏心的与泵的壳体相配合，在泵体中装有适量的水作为工作液。当叶轮顺时针方向旋转时，水被叶轮抛向四周，由于离心力的作用，水形成了一个决定于泵腔形状的近似于等厚度的封闭圆环。水环的下部分内表面恰好与叶轮轮毂相切，水环的上部内表面刚好与叶片顶端接触（实际上叶片在水环内有一定的插入深度）。此时叶轮轮毂与水环之间形成一个月牙形空间，而这一空间又被叶轮分成和叶片数目相等的若干个小腔。如果以叶轮的下部0°为起点，那么叶轮在旋转前180。时小腔的容积由小变大，且与端面上的吸气口相通，此时气体被吸入，当吸气终了时小腔则

13、与吸气口隔绝；当叶轮继续旋转时，小腔由大变小，使气体被压缩；当小腔与排气口相通时，气体便被排出泵外。3.2 蒸汽喷射泵工作原理喷射泵是由工作喷嘴和扩压器及混合室相联而组成。工作喷嘴和扩压器这两个部件组成了一条断面变化的特殊气流管道。气流通过喷嘴可将压力能转变为动能。工作蒸汽压强和泵的出口压强之间的压力差，使工作蒸汽在管道中流在这个特殊的管道中，蒸汽经过喷嘴的出口到扩压器入口之间的这个区域（混合室），由于蒸汽流处于高速而出现一个负压区。此处的负压要比工作蒸汽压强和反压强低得多。此时，被抽气体吸进混合室，工作蒸汽和被抽气体相互混合并进行能量交换，把工作蒸汽由压力能转变来的动能传给被抽气体。通常单级

14、喷射器的压缩比不超过12,由于真空处理的压力为0.67mbar以下，需要的压缩比在1520左右，单机泵无法满足要求，实际上包括VD,VOD,RH设备上所用的喷射泵都有多极泵串联逐级压缩而组成的真空泵系统。在真空系统中一般兜有冷凝器，冷凝器的作用是将混合物中的可凝性蒸汽部分凝结排除，以减少下级喷射器的负荷。3.3 特点及应用水环泵中气体压缩是等温的，故可抽除易燃、易爆的气体，此外还可抽除含尘、含水的气体，但其极限真空度较低，一般应用在蒸汽资源较少的厂家作为末级泵使用，如唐钢。蒸汽喷射泵具有抽气能力大、抽气速度快、对被抽气体介质适用能力强、结构简单无传动部件、操作简单等特点在冶金系统大量采用。如莱

15、钢特殊钢厂二炼车间的VD采用4级蒸汽喷射泵，炼钢厂的RH采用5级蒸汽喷射泵。3.4 RH处理模式及工艺流程3.4.1 处理模式RH处理根据钢种要求不同，可分为轻处理模式、中间处理模式、深脱碳处理模式和特殊处理模式。轻处理模式针对钢种以低碳铝镇静钢为主，钢种主要特点是含碳量较低（0.02%0.06%）、低硅（W0.03%）,代表钢种有SPHC（SPH匿日本JIS标准，热轧低碳钢，冲压等级为C级（普通冲压等级），H表示热轧。加工成相应冷轧板为SPCC）SS400等。处理特点是真空度要求较低，一般控制在67kPa左右；处理时间短，一般处理时间小于15min,环流气体流量控制较低。对转炉要求控制C,N

16、,转炉过来的钢水可以是带氧钢或者脱氧钢，对脱氧钢要求碳基本符合要求。中间处理模式与轻处理基本差不多，其要求钢水碳成份一般在0.01%0.03%,要求转炉过来的钢水必须是带氧钢（目的是脱碳）。对象钢种为对H不敏感，但使用条件较为严格；不含Cr,Ni的耐候钢；低等级管线钢；强度级别不太高的管线钢等。代表钢种如DI材（易拉罐）,X65,SM490等。图4RH精炼的主要冶金功能Fig.4MainmetallurgicalfunctionofRHrefiningRH蛙理法KH目的第果提富网肮.世高成分命中盅星富音金收将不一下的法合金）隹高终点IC；提高建戌惬省务段修收当隼-邮册造港TiFH地桓炉材寿命u

17、降世出的油叟提高炉RH凸E剧热提高引不温度卜-舟嘴转炉句连髀的生产一降低丁合员一唱酌套M纲庸言鼠薪赢司间铠oxliT4%C.Mix.Si杵静搐席UH%-L'OtSCWlSXlfF'号IS/】3.4.2RH工艺精炼超低硫钢的冶炼技术在RH工艺精炼超低硫钢的热力学分析的基础上，用MoSi2电阻炉进行了CaO-Al2O3-SiO2-MgO-CaF2渣系预熔渣和机混固体渣对钢液脱硫的试验，得出预熔渣脱硫速率较机混固体渣快，使用预熔渣时在30min以内即可将钢中的硫含量从116.7X10-6降低到20X10-6以下,钢中最低终点硫含量可达2.9X10-6.在300tRH装置上工业试验表明

18、,使用预熔渣后，当RH精炼前钢中平土硫含量为40.5X10-6时,RH精炼终点钢中平均硫含量降至28.7X10-6,最低硫含量为22X10-6,平均脱硫率为28.9%.4RH多功能化应是今后发展的主要趋势其主要包括深脱碳、脱气、脱硫、脱磷、脱氧去除夹杂物和进行热补偿等5大功能，并提出研究开发多功能氧枪，将吹氧、喷粉和烘烤加热等技术集成一体是实现RH多功能化的技术关键.在此基础上，进一步阐述了RH在设备高效化、长寿化和终点控制智能化等方面的技术进步.RH真空精炼工艺的两种革新技术及其理论基础，采用水模和数模两种方法分别分析了两种新技术工艺的循环流量、气液两相流特征和夹杂物运动轨迹。结果表明：两种

19、新工艺均能有效地提高RM空精炼效率，同时降低环境负荷。RH钢水真空精炼工艺是现代化钢厂必不可少的精炼手段，进入21世纪后，RH钢水真空精炼工艺在中国得到了广泛应用和飞速发展.RH装备技术从早期的成套引进，逐步发展到自主集成，再到自主设计制造和创新，打破了外商在RH装备方面的技术垄断，建设投资也得到有效控制.随着不断地生产实践和研发改进近几年RH装备技术又进一步向高效和节能方向发展：钢包在线提升技术的应用，使得RH处理位钢包台车可以与转炉钢包台车共线布置，减少钢包的行车吊运周转操作,RH生产效率进一步提高；多功能顶枪强制脱碳技术和顶枪预热枪燃烧化冷钢技术的广泛使用，使冶炼超低碳钢和高纯净钢的手段

20、更加方便灵活；通过对烧嘴的改进，顶枪预热枪化冷钢效率得到进一步提高；水环泵和机械泵技术的应用，使RH在真空泵能耗和生产成本上进一步降低.回顾了半个世纪以来RH精炼工艺与装备技术的发展历程，总结分析了各项RH快速精炼工艺和高效化生产技术，提出RH是生产超低碳钢生产超低碳钢、低碳一低氮钢、低硫一低碳钢以及低碳一低硅钢的最佳处理设备。系统研究和开发RH快速精炼与高效化生产工艺装备技术是十分重要的。图5RH适合各种高品质钢的精炼要求Fig.5RHissuitableforallkindsofhighqualitysteelrefiningrequirements炯美代去技术特点绯淳堂要求精炼性林钢种x

21、ll1-6工艺%r超低吸附F朗要求1皿H降低"中|口.|N|C|GQ,INK2U,KII1051702803IK2$=4(j低碳福转静纲thpeu深的控制成份.夹杂物和州织结构.保讦衣而加吊|Mn|=l5RH4508U00内：6仅合金而强唳制乂加X100箱低温秸炼，严楙控制钠中夹杂物和钏材组名【结构I.F-RH1F-VD55。69021高级电2J铜35W23O要求同时降低恒含量制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出纯娥或本不钛钿4G9L严格打制钢中C、N和3的含量.降低晶网用蚀Q+N120LS+

22、N把0VOLJHI2204001.430粉冢而&词GCH5产带控制铜中T.Cj正X余方和看他物析出.提高碰湾荀帚T.(XIO,|Tn<?0不允许出现献物.网状碳化物RHLF-VD需雨痣节寿命-1"5常规RHfflRH-TOP：艺精炼IF钢试验研究5.1 常规RH和RH-TOPt艺精炼IF钢试验研究。利用工业试验，研究了常规RH和RH-TOPI炼处理IF钢的脱碳过程、钢水氧含量、真空室压力、废气流量及成分、钢水温降的变化.根据表观脱碳速率常数的不同，两种精炼方式下脱碳过程分别呈现"两段式"和"三段式"变化规律，均可以在20min内稳

23、定生产碳质量分数低于15X10-6的IF钢；吹氧使得真空室压降平台处压力升高，平台时间延长,不利于提高脱碳速率，且吹氧过量导致脱碳终点氧含量大幅升高.采用RH-TOP吹氧时，CO的二次燃烧产生的热补偿可以降低转炉出钢温度2030C.5.2 RH精炼工艺的研究对RHW炼工艺的钢液循环流动、脱碳、脱气的原理以及影响因素进行了分析。在100tRH真空精炼工艺下，真空度、提升气体的压力和流量决定了钢液的循环流量和混匀时间，对真空吹氧脱碳进行了试3处,碳的脱除率达到7143%,钢液中的初始HW8.3PPm时，真空脱氢的效率为74.62%,经RH真空处理可将钢中的氮含量控制在35PPm£右，RH

24、K空平均脱氮率为20.8%。5.3 RH精炼工艺参数与钢中夹杂物数量、粒烧关系研究RH作为生产纯净钢最为重要的一种方法，它不但能极大程度提高钢产量、改善钢材质量、增加品种、降低成本、提高经济效益，而且极大地优化了现代炼钢工艺。随着SPHET量不断增加，需对涟钢210转炉厂RH精炼工艺参数与钢中夹杂物数量、粒径的对应关系、夹杂物变化规律及相关技术进行具体深入的研究，为RH精炼过程中工艺参数控制提供可靠的理论依据，为多炉连浇提供钢水纯净度的保证，降低生产成本，提高产品质量。6总结40多年来，RH及RH多功能精炼技术在国内外得到了广泛应用和迅速发展，其喷吹气体和粉剂的实用技术在一定程度上已经确立，但

25、在RH综合精炼实用技术及依据上仍有许多待解决问题。随着钢材纯净度的日益提高，要求真空处理的钢种逐渐增多，真空精炼技术的应用将更加普遍，而日本新改建的炼钢厂已明确提出全部钢水进行真空处理的发展目标。因此,真空精炼技术将会进一步发展。未来的RH技术会更加趋于成熟，与环境和平发展。能够真正的做到“环境友好型、资源节约型”社会。参考文献：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席晓利，董继亮，冯慧霄，殷楷，张涛,XIXiao-li,DONGJi-liang,FENGHui-xiao,YINKai,ZHANGTao.薄板坯连铸机生产SPH传W的RH-LF双联工艺实践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李洪伟,LIHong-wei.天钢中厚板品种研发构想J.天津冶金2014.LIHong-wei,Dayinsteelplatevarietiesdevelopmentid