rh吹氧技术在钢冶炼中的应用

rh吹氧技术在钢冶炼中的应用

1现代钢铁困境处理工艺路桥外精炼方法主要包括rh、dh、vad、vd、vod、asecd、lf等。其中，rh法是最重要的一种。(RH)处理工艺具有精炼效率高、适应批量处理、装备投资少、易操作等一系列优点,在炼钢生产中获得了广泛应用和显著进展。它不仅提高钢产量,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。目前,RH的主要功能已经由原来单一的脱气设备发展成为包含真空脱气脱碳、吹氧脱碳、喷粉脱硫、温度补偿、均匀温度和成分等的一种多功能炉外精炼设备。2吹氧操作可以加速脱碳RH真空脱碳是利用气泡泵原理使钢液在真空室和钢包之间产生循环流动,主要靠钢水中的氧在真空室中进行脱碳,其脱碳反应的方程式为:[C]+[O]=COg脱碳反应速度可示为:[C]t=[C]0·exp(-Kc·t)Kondo等提出脱碳反应的表观速率常数为钢液体积环流量和碳的体积传质系数的函数:Kc=Q·akc/V(Q+akc)式中:[C]t,[C]0——t时刻和原始的碳含量,mass%Kc——脱碳反应的表观速率常数,min-1t——脱碳时间,minQ——钢液体积环流量,m3/minV——钢液体积,m3akc——碳的体积传质系数,m3/min一般在[C]≤30×10-6附近,脱碳速率呈明显减缓趋势。武钢RH—KTB/WFB多功能精炼炉投产以来的生产实践证明(图1),吹氧操作不仅可以加速脱碳,缩短冶炼时间,而且还可以将初始含碳量提高。RH吹氧技术的发展经历了RH-O,RH-OB,RH-KTB,MFB等四个主要阶段。2.1rh—RH—O真空吹氧技术1969年德国蒂森钢铁公司亨利希钢厂开发了RH—O技术(图2),首次用铜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RH—O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RH—O技术未能得到广泛应用。2.2rh—RH—OB真空吹氧技术日本新日铁室兰厂于1972年根据VOD过程的原理开发了RH—OB技术(图3)。RH—OB是一种可通过加铝吹氧强制脱碳并达到升温效果的精炼方法。通过置于真空室下部侧壁水平设置的双层不锈钢浸入式喷嘴,将氧气吹入循环流动的钢液,同时向真空室内加铝,使钢液温度升高,升温速度可达4℃/min,最大可达8～10℃/min。RH—OB技术八十年代得到了较快的发展,但也存在不足:吹氧喷嘴的寿命短,降低了设备的作业率;喷溅严重,增加了真空室的结瘤,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。2.3rh—RH—KTB真空吹氧技术在传统的RH基础上,日本川崎公司于1986年成功地开发了RH顶吹氧(RH—KTB)技术(图4),将RH技术的发展推向一个新阶段。该法是从RH真空室顶部插入一可垂直升降的水冷氧枪(160t装置的喷枪内径为25mm),通过该氧枪向真空室内钢液吹定量氧气和惰性气体,强化脱碳,同时利用炉气中CO的二次燃烧提供附加热量,以此来补偿精炼过程中的温降。其综合效果可使转炉出钢温度降低约26℃。图5给出了RH和RH—KTB过程排气成分和二次燃烧率的比较。在[C]>0.03%的高碳浓度区,KTB法的脱碳速率常数K=0.35,比常规RH法大;在[C]>0.01%的范围内,主要由吹氧来控制脱碳反应,脱碳速率随[O]的增加而增加(图1);但当[C]≤0.01%时吹氧的作用就不是很大。应用RH—KTB技术不需要热源即可补偿脱碳精炼中钢液的温度损失,降低了转炉的出钢温度;不需要延长精炼时间,可获得高的脱碳速度;在转炉出钢终点碳>500×10-4mass%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RH—OB工艺中Ar气的消耗;使用灵活,操作简便。当然,RH—KTB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。2.4多功能喷嘴的rh顶吹氧技术继日本川崎公司开发RH—KTB精炼技术之后,日本新日铁公司广钿厂为降低初炼炉的出钢温度以及脱碳的需要,于1992年开发了多功能喷嘴的RH顶吹氧技术(图6)。其冶金功能与KTB精炼技术相近,另外可喷吹铁矿石粉以加速脱碳,还可在精炼过程中吹入一定量的天然气使之燃烧达到加热钢水的目的。3rh喷粉技术和开发3.1脱硫脱氧mass钢VI法由内蒙第二机械制造厂和内蒙金属研究所于1984年共同研制而成(图7)。其效果可使35CrNi3MoV钢的氧含量降到19.8×10-4mass%(最低达9×10-4mass%),硫含量脱到(0.0015～0.004)mass%,其特点是粉体在钢液中经过的路程较长,使其脱硫、脱氧的作用得以充分发挥。3.2上升管的下吹RH—U法是日本新日铁大分厂1985年开发的,该方法是将喷枪直接插入上升管的下方,既可将氩气与粉剂同时吹入,又可单独吹氩。该法的特点是:(1)可以将炉渣的不利影响限制在最小程度;(2)粉体与钢液可以接触较长的时间;(3)可增强钢包底部和真空室内的钢水搅拌:(4)可增大环流量。3.3吹氧喷粉的使用RH—PB法是日本新日铁名古屋厂于1987年研制的,它利用原有的RH—OB设于真空室下部的吹氧喷嘴,使之具有喷粉功能,依靠载气将粉剂通过喷嘴吹入钢液。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%。3.4喷射粉枪的操作成本RH—PTB法是由日本住友金属工业公司和歌山厂于1994年研制开发的,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。当喷粉速度为100～130kg/min,喷吹约10min,CaO-CaF2粉剂用量为5kg/t时,可使钢中[S]降到5μg/g以下,同时钢中氮含量也由20μg/g降到15μg/g(图8)。3.5脉冲气流动力学MESID是由比利时SIDMAR钢铁厂于1994年研制的,其核心技术是MESID喷枪用脉冲气流工作,从而减少氧气流对真空室内钢液面的影响,如图9。可向熔池表面喷吹用于脱硫的固体混合料,还可加热真空室的耐火材料或保持一定温度。4脱气设备的发展RH精炼技术几十年来取得了巨大进展,由起初单一的脱气设备发展成为包含真空脱气、脱碳、吹氧脱碳、喷粉脱硫、温度补偿、均匀温度和成分等的一种多功能炉外精炼设备。表1对RH及RH多功能精炼技术作了比较。5rh综合精制技术的研发中的问题四十多年来,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