RH真空精煉技術(shù)的發(fā)展課件

1RH精煉技術(shù)的發(fā)展2現(xiàn)代純凈鋼生產(chǎn)工藝流程在純凈鋼生產(chǎn)中，RH是最重要的真空精煉裝置之一，應(yīng)用越來(lái)越廣泛，新建鋼廠多數(shù)選擇RH精煉。3鋼鐵冶煉工藝路線5特殊鋼廠冶煉工藝路線脫硫6短流程鋼廠冶煉工藝路線7RH的發(fā)展歷史RH精煉技術(shù)是1959年德國(guó)Rheinstahl和Hutlenwerke公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)成功的。RH將真空精煉與鋼水循環(huán)流動(dòng)結(jié)合起來(lái)，具有處理周期短，生產(chǎn)能力大，精煉效果好等優(yōu)點(diǎn)，適合冶煉周期短，生產(chǎn)能力大的轉(zhuǎn)爐工廠采用。RH發(fā)展到今天，大體分為三個(gè)發(fā)展階段：（1）發(fā)展階段（1968年~1980年）：RH裝備技術(shù)在全世界廣泛采用。（2）多功能RH精煉技術(shù)的確立（1980年~2000年）：RH技術(shù)幾乎達(dá)到盡善盡美的地步。表1RH工藝技術(shù)的進(jìn)步工藝指標(biāo)鋼水純凈度/×10-6鋼水溫度脫碳速度常數(shù)溫度波動(dòng)補(bǔ)償量/℃Kc/min-1℃CST.OPNH技術(shù)水平≤20≤10≤15≤20≤20≤1.026.30.35≤±5

（3）極低碳鋼的冶煉技術(shù)（2000年~）：為了解決極低碳鋼（[C]≤10×10-6）精煉的技術(shù)難題，需要進(jìn)一步克服鋼水的靜壓力，以提高熔池脫碳速度。9RH處理鋼水過(guò)程鋼水處理前，先將浸漬管浸入待處理的鋼包鋼水中。當(dāng)真空槽抽真空時(shí)，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(shí)可使鋼水上升1.48m高度)。與真空槽連通的兩個(gè)浸漬管，一個(gè)為上升管，一個(gè)為下降管。由于上升管不斷向鋼液吹入氬氣，形成氣泡泵，使鋼水從上升管進(jìn)入并通過(guò)真空槽下部流向下降管，如此不斷循環(huán)反復(fù)。在真空狀態(tài)下，流經(jīng)真空槽鋼水中的氬氣、氫氣、一氧化碳等氣體在鋼液循環(huán)過(guò)程中被抽走。同時(shí)，進(jìn)入真空槽內(nèi)的鋼水還進(jìn)行一系列的冶金反應(yīng)，比如碳氧反應(yīng)等如此循環(huán)脫氣精煉使鋼液得到凈化。為滿(mǎn)足鋼種要求、精確控制鋼水成份，通常，RH處理過(guò)程中還需進(jìn)行合金化處理。鐵合金材料經(jīng)高位料倉(cāng)、稱(chēng)量臺(tái)車(chē)、真空料斗、合金溜槽，在真空狀態(tài)下通過(guò)真空槽進(jìn)入鋼水，完成合金化功能。10RH工藝流程

11RH工藝過(guò)程描述鋼水即將到達(dá)前，關(guān)閉主真空閥為真空泵的提前啟動(dòng)作好準(zhǔn)備。盛有鋼水的鋼包座落于鋼包臺(tái)車(chē)上，并啟動(dòng)前級(jí)真空泵進(jìn)行預(yù)抽。鋼包臺(tái)車(chē)運(yùn)行到處理工位正下方，將環(huán)流氣體由氮?dú)馇袚Q到氬氣。啟動(dòng)液壓頂升機(jī)構(gòu)，將鋼包頂升到預(yù)定高度，打開(kāi)主真空閥，鋼水即進(jìn)入真空槽，形成環(huán)流。測(cè)溫取樣及定氧，根據(jù)測(cè)定結(jié)果決定是否進(jìn)行“先行處理”。先行處理即正規(guī)處理以外的預(yù)備性處理。如鋼水溫度過(guò)低，可先行化學(xué)升溫；鋼水含氧過(guò)高，可先行加Al處理；鋼水含碳過(guò)低可先行加碳處理等。先行處理后須再次測(cè)溫取樣以確認(rèn)先行處理的結(jié)果。13RH法的設(shè)備RH的主體設(shè)備構(gòu)成：真空室及附屬設(shè)備；氣體冷卻器；真空排氣裝置；合金稱(chēng)量臺(tái)車(chē)及加料裝置。RH精煉車(chē)間示意圖RH設(shè)備示意圖15RH真空室RH真空室形狀如右圖，真空室外殼為鋼板圍焊成的圓筒狀結(jié)構(gòu)，內(nèi)襯為耐火磚。真空室下部有兩根用耐火材料制成的可以插入鋼液的浸漬管，也稱(chēng)升降管，其中一根為鋼液的上升管，另一個(gè)根為鋼液的下降管，浸漬管的上半部外側(cè)鋼管結(jié)構(gòu)。真空處理時(shí)鋼液沿上升管進(jìn)入真空室，沿下降管返回鋼包。RH真空室示意圖17RH法主要的工藝參數(shù)循環(huán)流量：循環(huán)流量W(t/min)是指單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)真空室的鋼液量。也稱(chēng)循環(huán)速率，是一個(gè)重要的工藝參數(shù)。W主要取決于上升管直徑(d)和驅(qū)動(dòng)氣體流量(G0)。如圖所示為不同上升管直徑條件下，循環(huán)流量與驅(qū)動(dòng)氣體流量之間的關(guān)系。設(shè)計(jì)真空室時(shí)W是根據(jù)處理容量V、循環(huán)因數(shù)u和脫氣時(shí)間t來(lái)確定的：循環(huán)流量與驅(qū)動(dòng)氣體流量之間的關(guān)系18RH法主要的工藝參數(shù)真空度

真空度是指RH處理時(shí)真空室內(nèi)可以達(dá)到并且保持的最小壓力。真空泵的抽氣能力

真空泵的抽氣能力大小，應(yīng)根據(jù)處理鋼種、處理容量、處理時(shí)間、循環(huán)流量以及處理過(guò)程中的脫氣規(guī)律來(lái)確定。

RH法處理過(guò)程中的氣體析出速度是不同的，處理前期鋼液原始?xì)怏w含量較高，氣體析出量也較大。處理后期的氣體析出量較小，因此，就不能采用固定的抽氣能力，而是要根據(jù)不同的真空度來(lái)確定。19100t鋼包RH年處理能力的估算

RH年處理能力的估算：式中：P:年處理能力

:平均爐處理能力,100t:平均處理周期,36min:LD－LF－RH－CC--RL的配合率,85％

:RH作業(yè)率,85％

:RH處理鋼水合格率,99.5%

萬(wàn)噸/年

估算結(jié)果:100鋼包RH估算其年處理能力為94.5萬(wàn)噸。

21RH精煉的主要冶金功能RH真空精煉的冶金功能22真空脫碳-碳氧平衡碳氧平衡原理在RH過(guò)程中，[C]、[O]反應(yīng)生成CO氣體，由于降低了氣相中CO的分壓使[C]和[O]的反應(yīng)向著生成CO氣體的方向進(jìn)行：不同真空條件的碳氧平衡曲線23脫碳與脫氧的關(guān)系RH脫碳時(shí)脫碳量與脫氧量的關(guān)系通過(guò)降低系統(tǒng)壓力促使碳氧反應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)脫碳或脫氧的目的是十分有效的手段。當(dāng)鋼液中含氧量降低某一數(shù)值△[O]時(shí)，則含碳量也相應(yīng)降低一定數(shù)值，它們之間存在以下關(guān)系：右圖顯示了RH脫碳時(shí)脫碳量與脫氧量的關(guān)系25真空脫碳RH精煉中發(fā)生的各種化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)速度決定于金屬側(cè)各元素的傳質(zhì)系數(shù)，根據(jù)Shigeru的研究證明，在整個(gè)RH精煉過(guò)程中各元素的傳質(zhì)系數(shù)基本保持不變，但反應(yīng)界面積隨時(shí)間發(fā)生明顯變化。為了方便描述各種反應(yīng)速度，常采用體積傳質(zhì)系數(shù)k（=傳質(zhì)系數(shù)×反應(yīng)界面積）。鋼水含碳量和吹A(chǔ)r方式對(duì)RH脫碳過(guò)程的體積傳質(zhì)系數(shù)k的影響RH的體積傳質(zhì)系數(shù)與以下因素有關(guān)：k和鋼水碳含量成正比；增加鋼水的循環(huán)流量Q使k值提高；改變吹氬方式利于提高k值：如在300tRH的真空室底部增設(shè)8支2mm吹A(chǔ)r管吹氬（QA=800Nl/min），使k值提高。

KojiYMAMGUCHI總結(jié)100t~260tRH的實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)提出以下關(guān)聯(lián)式：26

脫碳影響因素的分析

插入管直徑對(duì)脫碳速度的影響

脫碳速度隨插入管內(nèi)徑的增大而增大。循環(huán)量Q與插入管內(nèi)徑d4/3成正比。不同插入管內(nèi)徑的脫碳曲線27

氬氣流量對(duì)脫碳速度的影響脫碳速度隨氬氣流量的增大而增大

29深脫碳處理

需要深脫碳的鋼種,指含碳量≤0.010%的鋼種。這類(lèi)鋼種在轉(zhuǎn)爐中并不將[C]吹煉到最低極限，為了保留一定的殘余錳及金屬收得率，通常轉(zhuǎn)爐吹煉到[C]～0.05％左右即出鋼，出鋼時(shí)只進(jìn)行少量的錳合金化及極弱的脫氧,保持鋼水中自由氧在600ppm以上。這種處理的特點(diǎn)是在50mbar至200mbar壓力下，先進(jìn)行真空脫碳，最后在1.33mbar下完成成分調(diào)整及鋼水純凈化處理。此類(lèi)鋼種處理前的先行處理通常是先行加鋁或先行升溫。當(dāng)鋼水氧含量不足，以致僅依靠自然脫碳不能使碳降到目標(biāo)值以下或者轉(zhuǎn)爐出鋼碳過(guò)高（≥0.06％）時(shí)，則經(jīng)用頂槍吹氧進(jìn)行強(qiáng)制脫碳。當(dāng)脫碳到目標(biāo)值以下時(shí)，需加入微量元素（如IF鋼需加Ti或V、Nb等）及最終調(diào)整化學(xué)微量元素含量。

30深脫碳操作31RH脫碳在操作中需注意的幾個(gè)問(wèn)題要保持真空系統(tǒng)良好的密封性，確保處理過(guò)程中的真空度不變。驅(qū)動(dòng)氣體是鋼液循環(huán)的動(dòng)力源，調(diào)節(jié)氣體流量必須由小到大，防止噴濺。鋼水溫度控制。真空室各部位在處理前必須進(jìn)行充分烘烤，達(dá)到溫度要求，減少處理過(guò)程溫降。處理過(guò)程中通常每5分鐘測(cè)溫一次，以判斷溫降及鋼液循環(huán)情況。32RH脫碳后的增碳控制應(yīng)用防止噴濺及電極加熱技術(shù)，盡可能使真空室不結(jié)瘤，控制脫碳過(guò)程中從真空室結(jié)瘤殘鋼的增碳；在脫碳期加入冷卻廢鋼。由于真空處理過(guò)程中溫降較有規(guī)律，尤其是脫碳10分鐘以后溫降更顯規(guī)律性，因此冷卻廢鋼最晚可在處理至10分鐘時(shí)加入；首選碳含量盡可能低的合金。其次，根據(jù)冷卻廢鋼增碳的道理，采用在脫碳期加入合金的技術(shù)，以防止合金增碳的發(fā)生。

33脫硫?qū)︿X脫氧鋼水，脫硫反應(yīng)為：

3(CaO)+2[Al]+3[S]=(Al2O3)+3(CaS)鋼水脫硫效率主要決定于鋼中鋁含量和爐渣指數(shù)（S·P）：當(dāng)（S·P）=0.1時(shí)，渣—鋼間硫的分配比最大（400~600）。因此，脫硫渣的最佳組成是：60%(CaO)+25%(Al2O3)+10%(SiO2)。RH噴粉通常采用CaO+CaF2系脫硫劑，該種粉劑的脫硫分配比可按下式計(jì)算：La=(%S)/[%S]=1260-25(%Al2O3)–75(%SiO2)±250鋼水脫硫速度為：根據(jù)高橋等人的測(cè)定：ks=0.27m/min。采用RH噴粉脫硫的主要優(yōu)點(diǎn)是：（1）脫硫效率高。（2）頂渣影響小，與鋼水間的傳質(zhì)速度大幅度降低。RH噴粉鋼包噴粉粉劑消耗量與脫硫效率的關(guān)系渣中FeO+MnO含量對(duì)渣—鋼間硫的分配比的影響34RH脫硫?qū)嶋H操作中需討論的問(wèn)題脫硫劑的選擇選擇CaO-CaF2脫硫率最高CaO與CaF2比例以6：4為宜不同CaO系渣的Cs35對(duì)鋼包渣的要求

加拿大某鋼廠的RH脫硫數(shù)據(jù)顯示鋼包渣中氧勢(shì)越高，硫分配比越低36

鋼水回硫量隨鋼渣氧勢(shì)的升高而增大37

鋼渣中FeO+MnO應(yīng)<5%(對(duì)于非鋁脫氧鋼要求更低)

爐渣應(yīng)有較合理成份CaOMgOSiO2Al2O3FeO+MnORH處理開(kāi)始5885243RH處理結(jié)束569625338

脫硫時(shí)機(jī)的選擇鋼中[O]越高，則脫硫效率越低。因此，脫硫的時(shí)機(jī)應(yīng)選擇在：鋼水脫氧后鋼水進(jìn)行合金化后脫硫劑消耗對(duì)脫硫率的影響

國(guó)內(nèi)某鋼廠的數(shù)據(jù)顯示，脫硫率隨脫硫劑消耗的上升而提高，最高脫硫率達(dá)83.3%，最低[S]為0.001%。但超過(guò)6kg/t時(shí)，無(wú)助于脫硫。3940

鋼水溫度對(duì)脫硫率的影響國(guó)內(nèi)某鋼廠的數(shù)據(jù)顯示，脫硫率隨RH處理鋼水溫度的上升而提高。41RH脫硫需要注意的問(wèn)題

鋼液溫度損失。當(dāng)添加1.5kg/t.鋼脫硫劑時(shí)，溫度降低5℃

鋼中Al的損失。脫硫過(guò)程產(chǎn)生的氧又氧化部分鋁。每添加1.5kg/t.鋼脫硫劑需補(bǔ)鋁丸0.25kg/t.鋼對(duì)耐材侵蝕速度加快，平均達(dá)到每爐1.11mm。42RH脫硫的效果國(guó)內(nèi)某廠利用此工藝生產(chǎn)高牌號(hào)無(wú)取向硅鋼，使成品[S]穩(wěn)定保持在≤10ppm。加拿大某廠經(jīng)RH脫硫后的[S]含量平均達(dá)10ppm。43

新日鐵某廠利用RH-PB工藝生產(chǎn)超低硫鋼，脫硫劑采用1：1CaO-CaF2，脫硫劑添加速度max300kg/min，氬氣流量1666.7NL/min，處理20min，可使[S]由20～30ppm降至5ppm。新日鐵另一鋼廠采用RH-噴吹法，采用6：4CaO-CaF2+10~15%MgO，添加速度100kg/min，氬氣量max3500NL/min，處理20min，使[S]由20～57ppm降至5ppm。44RH精煉中噴粉脫硫動(dòng)力學(xué)模型脫硫反應(yīng)包括如下步驟：（1）硫從鋼液內(nèi)部對(duì)流擴(kuò)散到鋼液；（2）石灰粉粒渣滴界面在鋼液石灰粉粒渣滴界面發(fā)生脫硫反應(yīng)；（3）脫硫產(chǎn)物離開(kāi)鋼液石灰粉粒渣滴界面,向粉粒渣滴內(nèi)部擴(kuò)散。模型假設(shè)：設(shè)體系內(nèi)鋼液處于充分混合狀態(tài),噴入的粉粒呈液態(tài)均勻彌散懸浮于鋼液內(nèi)部；脫硫反應(yīng)僅發(fā)生在鋼液石灰粉粒渣滴界面,鋼中去除的硫全部為粉粒吸收；噴粉脫硫前鋼液已充分脫氧,氧位足夠低；同時(shí)考慮鋼液側(cè)和粉粒側(cè)渣側(cè)傳質(zhì)阻力；不考慮處理過(guò)程中粉粒的聚集及鋼液的溫降,把鋼、渣密度和粘度視作常數(shù)。總的脫硫率為：確定模型參數(shù)脫硫模型預(yù)測(cè)結(jié)果45脫磷

將RH吹氧工藝與噴粉工藝相結(jié)合可以實(shí)現(xiàn)RH脫磷。在RH吹氧脫碳期同時(shí)噴吹石灰粉可以達(dá)到理想的脫磷效果。如日本新日鐵名古屋廠230tRH采用OB/PB工藝，可生產(chǎn)[P]≤20×10-6的超低磷鋼。粉劑中(%CaO)≈20%時(shí)，爐渣脫磷能力最強(qiáng)。提高真空度使?fàn)t渣脫磷能力略有提高。根據(jù)RH-PB處理中取出的粉劑顆粒，經(jīng)X光衍射分析的結(jié)果繪出左下圖。由于RH噴粉避免了頂渣的影響，延長(zhǎng)了粉劑與鋼水直接反應(yīng)的時(shí)間，使脫磷效率提高。如右下圖所示，上浮粉劑顆粒中P2O5含量接近3CaO·P2O5或4CaO·P2O5的理論極限。遠(yuǎn)高于鐵水預(yù)處理或轉(zhuǎn)爐脫磷效率。粉劑配比和真空度對(duì)爐渣脫磷能力的影響RH-PB工藝中粉劑顆粒的脫磷效果比較46脫氧與夾雜物上浮RH精煉通常采用鋁脫氧工藝，生成的脫氧夾雜物大多為細(xì)小的Al2O3夾雜，RH精煉過(guò)程中鋼水氧含量的變化可以表示為：RH處理鋼水中夾雜物的形貌和成份RH精煉中，爐渣傳氧決定于渣中(%FeO)+(%MnO)含量。由于RH有效地避免了卷渣，頂渣對(duì)鋼水的氧化大為減弱。RH的表觀脫氧速度常數(shù)比鋼包吹氬工藝大約提高1倍。若RH處理前控制渣中(%FeO)+(%MnO)≤1%，處理后鋼中[O]T≤10×10-6。RH精煉過(guò)程中氧化物夾雜的排出速度可以表示為：

渣中FeO+MnO含量和脫氧速度常數(shù)k間的關(guān)系47夾雜物尺寸對(duì)去除的影響

鋼中夾雜物的上浮決定于夾雜物的尺寸：大顆粒夾雜上浮去除，而小顆粒夾雜通過(guò)碰撞聚合后才能上浮去除。因此，精煉過(guò)程中鋼水夾雜物的數(shù)量可采用淺野等人提出的表達(dá)式描述：

N=N0·exp（-·D）式中：D為夾雜物的半徑；N為夾雜物的數(shù)量（l/kg）；為常數(shù)。鋼水氧含量的變化表達(dá)式如下：RH精煉過(guò)程中T[O]的行為ko和攪拌能量的關(guān)系0.5048RH精煉裝置內(nèi)夾雜物行為從圖a可以看出：RH精煉過(guò)程夾雜物去除主要發(fā)生在前12min，RH處理12分鐘絕大多數(shù)夾雜物可以去除；從圖b可以看出：較大提升氣體流量的去除夾雜的效果要好于較小的提升氣體流量。b.夾雜物去除率與氣體流量的關(guān)系a.夾雜物去除率隨時(shí)間的變化49RH處理過(guò)程中鋼中氧含量預(yù)測(cè)前12分鐘將氧含量迅速下降，渣中FeO+MnO含量越高，鋼液中氧含量也越高；由預(yù)測(cè)公式分析,在吹氬流量、浸滯管直徑不變的條件下,影響處理過(guò)程中鋼中總氧含量的因素有:純脫氣處理時(shí)間、渣中FeO+MnO含量、鋼包內(nèi)襯材質(zhì)。氧含量預(yù)測(cè)公式：氧含量隨處理時(shí)間的變化預(yù)測(cè)氧含量與實(shí)測(cè)值對(duì)比50RH脫氧后的純攪拌脫氣時(shí)間須多于7min美國(guó)內(nèi)陸鋼鐵公司生產(chǎn)超深沖鋼RH后攪拌脫氣時(shí)間與T[O]量的關(guān)系51NK-PERM法

為了提高RH的脫氧效率，日本NKK公司開(kāi)發(fā)了一種通過(guò)鋼包脫氣處理去除夾雜物的新方法，稱(chēng)為NK-PERM法。該工藝的技術(shù)原理是：首先將可熔氣體（如N2、H2）強(qiáng)行熔解到鋼水中，然后進(jìn)行真空精煉，再降壓過(guò)程中過(guò)飽和氣體在懸浮的微細(xì)夾雜物表面形成氣泡，氣泡與夾雜物上浮到液面迅速與鋼水分離。通過(guò)250tRH工業(yè)試驗(yàn)，該工藝獲得良好的冶金效果，細(xì)小夾雜物的去除效率明顯提高。采用RH噴粉工藝，使鏈狀A(yù)l2O3夾雜與CaO粉劑形成低熔點(diǎn)CaO·Al2O3夾雜，利于上浮排除。采用RH噴粉工藝后，Al2O3夾雜含量明顯降低。

NK-PERM處理后夾雜物分布的變化情況52脫氫RH脫氫效率很高，處理脫氧鋼水，脫氫效率H≥65%；處理弱脫氧鋼水，由于劇烈的C-O反應(yīng)使≥70%。RH的H

值決定于循環(huán)次數(shù)（N）。RH處理后鋼水含H量為：式中：N為鋼水循環(huán)次數(shù)。為保證良好的脫氫效果，要求：

由于RH的真空度很高，脫氫速度可表示為：經(jīng)測(cè)定對(duì)200tRH，吹A(chǔ)r流量為2000~2500Nl/min時(shí)，kH為0.16min-1。增大吹A(chǔ)r流量使kH值提高。如對(duì)340tRH，吹A(chǔ)r量從0增加到2500Nl/min時(shí)，kH可提高1倍。采用RH噴粉工藝后，由于鋼水中存在大量細(xì)小彌散的固體粉劑，明顯增強(qiáng)了鋼水中氣泡異相形核的能力，有利于脫氫反應(yīng)。RH噴粉法和RH法處理鋼的氫含量對(duì)比53

RH脫氫處理工藝

以X60鋼種為例，這種處理是在1.33mbar壓力下對(duì)脫氧鋼水所進(jìn)行的處理。通過(guò)脫氫處理同時(shí)可使鋼水中T[O]降低至20ppm以下以得到純凈度極高的鋼水。脫氫處理的要點(diǎn)是使鋼水在1.33mbar以下保持10min以上。該類(lèi)鋼種由于合金元素含量較高添加鐵合金及最終脫氧的時(shí)間需3-5min。54RH脫氫操作55脫氮

鋼水脫氮速度不決定于鋼中氮的傳質(zhì)系數(shù)，主要決定于界面化學(xué)反應(yīng)速度。務(wù)川進(jìn)等人通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，隨鋼中[%O]和[%S]含量的增加，鋼水吸氮（或脫氮）速度降低（或增高）。因此，通常采用二級(jí)反應(yīng)式近似計(jì)算真空脫氮速度：式中：kN=15.9fN2/(1+173aO+52aS+17aN)2。

a吸氮b脫氮真空度、表面活性元素含量對(duì)鋼水吸氮和脫氮的影響脫氮速度常數(shù)計(jì)算值與實(shí)測(cè)值的比較56RH輕處理或中間處理

輕處理是在80～200mbar壓力下對(duì)0.01％≤C≤0.05％這一類(lèi)低碳、半低碳鋼的處理方法。此類(lèi)鋼轉(zhuǎn)爐出鋼碳通常在0.05～0.06％，出鋼時(shí)用高碳錳鐵進(jìn)行弱脫氮，由于轉(zhuǎn)爐出鋼碳無(wú)需降低0.05％以下，因此停吹時(shí)殘余錳可稍高，從而節(jié)約了錳鐵，鋼水不致過(guò)度氧化而確保較好高的金屬收得率。通過(guò)真空脫碳，鋼中碳、氧同時(shí)降低因而可得到較純凈的鋼，而且最終脫氧用鋁可降低1kg/t鋼以下?？傊p處理的目的是減輕轉(zhuǎn)爐負(fù)擔(dān)，降低生產(chǎn)成本，提高鋼水質(zhì)量。中間處理是指X60以下管線鋼，及部分焊接高強(qiáng)度鋼所進(jìn)行的一種處理，在RH能力有余時(shí)也可對(duì)一般鋼種進(jìn)行處理。中間處理的目的是提高鋼的質(zhì)量，為連鑄順利開(kāi)澆創(chuàng)造條件，中間處理是在壓力小于50mbar的情況下進(jìn)行的一種處理

57RH脫氮效率及強(qiáng)化脫氮工藝措施RH的脫氮效率（N）比較低，并和初始氮含量有關(guān)：當(dāng)初始[N]=100×10-6時(shí)，N≈20%；對(duì)于較低的初始氮含量，RH處理基本不脫氮。其原因主要是：（1）鋼中氮的溶解度高，約是氫的15倍。（2）鋼中硫、氧等表面活性元素含量的增加，使鋼水脫氮速度降低。（3）RH浸入管漏氣造成鋼水吸氮。強(qiáng)化RH脫氮的工藝措施提高真空度和抽氣速度；盡量降低鋼中氧、硫含量；進(jìn)行脫碳后鎮(zhèn)靜處理時(shí)△N和初始N含量的關(guān)系時(shí)間（min）l/n（%-1）采用浸入管吹氬密封技術(shù)；采用噴粉工藝。噴粉時(shí)間和鋼水氮含量的關(guān)系58RH精煉的多功能化RH-OB：高效脫碳，升溫RH-KTB：升溫RH-MFB：多功能?chē)娮霷H-PB：噴粉脫硫、脫磷R(shí)H-IJ：吹氣、噴粉RH-PTB：噴粉脫硫、脫磷R(shí)EDA（單嘴精煉）：增大循環(huán)流量RH的改進(jìn)形式60熱補(bǔ)償技術(shù)——RH-OB法

依靠加Al吹氧進(jìn)行化學(xué)升溫：

Al+3/4O2=1/2Al2O3△HAl=-32.186kJ/kgAl160tRH采用OB法升溫工藝，供O2強(qiáng)度為1100Nm3/h。采用普通RH處理，精煉過(guò)程溫降80~90℃；采用OB法工藝吹氧20min，耗Al1.7kg/t，處理過(guò)程基本不降溫；吹氧40min，耗Al4kg/t，處理后鋼水溫度可提高50℃。為避免OB法升溫過(guò)程中鋼中C、Si、Mn的燒損，要求嚴(yán)格控制[Al]s>0.05%。處理過(guò)程中保持[Al]s>0.05%，可保證[O]≤60×10-6。若OB升溫后，延長(zhǎng)攪拌時(shí)間25min，可保證[O]≤30×10-6。吹氧過(guò)程、加鋁量對(duì)RH-OB升溫效果的影響61熱補(bǔ)償技術(shù)——RH-KTB法

KTB法采用吹氧脫碳和二次燃燒技術(shù)實(shí)現(xiàn)鋼水升溫。該方法在普通RH上安裝可以升溫的水冷頂吹氧槍?zhuān)笛趺撎迹⒁揽空婵帐覂?nèi)CO爐氣的二次燃燒提供熱量，補(bǔ)償精煉過(guò)程中的溫降。采用KTB工藝后，轉(zhuǎn)爐出鋼溫度比傳統(tǒng)RH降低26.3℃。由于KTB提高了RH表觀脫碳速度常數(shù)，在保證相同的脫碳時(shí)間的條件下，可使初始碳含量從0.025%提高到0.05%。在脫碳過(guò)程中實(shí)現(xiàn)二次燃燒，可將爐氣二次燃燒率從3%提高到60%，進(jìn)一步補(bǔ)償了熱量。

KTB熱補(bǔ)償?shù)哪芰科胶馀c傳統(tǒng)RH相比KTB熱補(bǔ)償所帶來(lái)的溫降減少值項(xiàng)目補(bǔ)償溫度/℃百分比/%提高初始碳含量1.26二次燃燒熱量7.839鋁氧化熱量7.939.5減少精煉過(guò)程溫降3.115.5總計(jì)20100

采用KTB技術(shù)進(jìn)行熱補(bǔ)償?shù)年P(guān)鍵是通過(guò)精確控制吹氧量和吹氧時(shí)間，避免鋼水過(guò)氧化，保證吹氧結(jié)束后鋼水[O]<750×10-6。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)自然脫碳使脫碳結(jié)束后鋼水[O]<200×10-6，可以保證精煉鋼水具有良好的潔凈度。62RH-MFB精煉過(guò)程鋼水溫度預(yù)測(cè)從圖a可以看出RH-MFB精煉過(guò)程中熱量傳遞通過(guò)以下三種途徑完成:(a)碳氧反應(yīng)，產(chǎn)生氣體帶走熱量；(b)鋼水循環(huán)流動(dòng)，溫度混勻;(c)通過(guò)耐材散熱。預(yù)測(cè)模型與實(shí)測(cè)溫度相比平均誤差只有3.4℃，可以通過(guò)預(yù)測(cè)模型指導(dǎo)RH-MFB精煉過(guò)程的溫度補(bǔ)償。a.RH-MFB精煉過(guò)程鋼水傳熱過(guò)程b.RH-MFB精煉過(guò)程溫度預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值63加鋁、吹氧對(duì)RH-MFB的溫度補(bǔ)償如圖a所示：對(duì)于300t的鋼包，每加入300kg鋁可以減少溫降22-24℃；如圖b所示：對(duì)于300t的鋼包，每吹入300m3氧氣可以減少溫降10℃左右；a.加鋁量與鋼水降溫關(guān)系b.吹氧量鋼水傳熱過(guò)程64盡量減少RH處理過(guò)程的加鋁吹氧提溫危害：增加Al2O3夾雜物量；增加RH處理時(shí)間，影響與連鑄的匹配。美國(guó)內(nèi)陸鋼鐵公司生產(chǎn)超深沖鋼RH的吹氧提溫率由過(guò)去的35％減少到目前的10％左右。措施：嚴(yán)格控制前工序碳、氧、溫度；前期OB強(qiáng)制脫碳(內(nèi)陸鋼鐵方法)；工藝控制模型；爐氣在線分析、動(dòng)態(tài)控制。65RH精煉初期鋼水溫度較高時(shí)，需要加入一定的廢鋼使鋼水溫度符合要求，如圖a所示對(duì)于300t的鋼包，冷卻效果為每噸冷卻材降溫7℃左右；如圖b所示對(duì)于300t的鋼包，低錳的加入量為400-500kg，鋼水降溫不超過(guò)0.8℃。冷卻材及加低錳對(duì)RH-MFB的溫度調(diào)節(jié)a.加冷卻材量與鋼水降溫關(guān)系b.加低錳量鋼水傳熱過(guò)程鋼水降溫量/℃66真空室內(nèi)壁初溫對(duì)鋼水溫度影響如上圖可知，真空室預(yù)熱溫度對(duì)鋼水溫降影響較大。真空室預(yù)熱溫度從700℃上升到1300℃，真空室預(yù)熱溫度每提高100℃，鋼水平均溫度上升6℃。67單嘴爐的發(fā)展第一座單嘴爐在1976年由北京科技大學(xué)張鑒教授開(kāi)發(fā)，在大連鋼廠進(jìn)行工業(yè)試驗(yàn)。1992年北京科技大學(xué)成國(guó)光等人在長(zhǎng)城特鋼，應(yīng)用單嘴精煉爐冶煉軸承鋼，進(jìn)一步完善了單嘴精煉爐生產(chǎn)工藝。1999年日本八幡鋼鐵廠開(kāi)發(fā)了REDA(Revolutionarydegassingactivator)單嘴精煉爐如右圖，并取得了較好的工業(yè)效果。REDA單嘴精煉爐示意圖68單嘴精煉爐工作原理單嘴精煉爐把RH的上升管與下降管合二為一改為直筒狀吸嘴，并采用鋼包底部偏心吹氣方式，如右圖所示。單嘴精煉爐采用偏心鋼包底部吹氣，偏心吹入的氣體的上升驅(qū)動(dòng)力主要是浮力，同時(shí)上升氣泡還受到了真空室負(fù)壓的抽引作用。由于偏心吹氣的原因，在氣液兩相區(qū)附近充滿(mǎn)了大量氣體，使得兩相區(qū)內(nèi)的密度遠(yuǎn)小于鋼液密度。主要因這兩種驅(qū)動(dòng)力的作用，以及氣液兩相區(qū)密度較小，使得鋼液隨吹入氣體與上浮氣泡作上升運(yùn)動(dòng)至真空室內(nèi)自由表面處，這樣就形成了上升流股。鋼液上升到真空室內(nèi)液體表面處，由于受到后繼流股的作用，會(huì)沿鋼液表面向遠(yuǎn)離兩相區(qū)方向運(yùn)動(dòng)，同時(shí)鋼液內(nèi)氣體含量不斷減小（受真空泵抽真空的影響）液體密度變大，由于受自身重力的作用向下流動(dòng)，到達(dá)鋼包底部附近補(bǔ)充了被上升流股帶走的鋼液，這樣就形成了下降流股。單嘴精煉爐示意圖69武鋼單嘴爐精煉效果武鋼三煉鋼單嘴精煉爐如圖a所示，圖b為脫碳效果，可以看出單嘴精煉爐的脫碳效果是較好的，混勻時(shí)間較短，脫碳速度較快，最終碳含量為17ppm。a.武鋼三煉鋼單嘴精煉爐b.武鋼三煉鋼單嘴精煉爐脫碳效果70日本REDA單嘴爐精煉效果日本八幡廠對(duì)175tREDA進(jìn)行了大量的工業(yè)規(guī)模試驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：進(jìn)行了20多min的精煉處理后，碳含量已經(jīng)低于10ppm；日本八幡把由350tDH改造成REDA，并對(duì)REDA進(jìn)行了規(guī)?；I(yè)生產(chǎn)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在真空泵抽氣能力為1600kg/h與真空度為1torr條件下，處理30分鐘后的鋼中碳含量為3ppm。175tREDA工業(yè)條件脫碳結(jié)果350tREDA的脫碳性能71單嘴精煉爐與RH對(duì)比由上圖可以看出單嘴精煉爐與RH有如下區(qū)別：①單嘴精煉爐把RH的上升管與下降管合并為單一的圓筒狀吸嘴；②單嘴精煉爐采用偏心爐底吹氣，使鋼液在鋼包內(nèi)和單嘴內(nèi)形成循環(huán)；③單嘴精煉爐選取鋼包底部吹A(chǔ)r，RH在上升管內(nèi)吹A(chǔ)r。單嘴爐與RH裝置對(duì)比單嘴爐與RH吹氣方式對(duì)比72混勻時(shí)間的比較可以明顯看出單嘴精煉爐內(nèi)的鋼液循環(huán)速率高于RH，說(shuō)明在單嘴精煉爐內(nèi)的鋼液攪拌情況要比RH中強(qiáng)烈的多，原因可能因?yàn)閿嚢铓怏w是從較深位置吹入的，所以氣體流股的上升路徑較長(zhǎng)，還有就是由氣泡浮力產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)能量能直接作用于鋼包內(nèi)的液體。73RH精煉鋼包內(nèi)鋼液流場(chǎng)分布數(shù)值模擬流暢分布物理模擬流暢分布鋼液從下落管以較大流速流向包底，在左右分別形成兩個(gè)循環(huán)流。74RH高效化生產(chǎn)的裝備技術(shù)

[C]×10-6提高真空室高度增大環(huán)流量提高抽氣能力臺(tái)灣中鋼公司將160tRH的蒸汽噴射泵抽氣能力由300kg/h增大為400kg/h后，并將吹氬量由600Nl/min提高到680Nl/min，使終點(diǎn)碳含量由30~50×10-6降低到30×10-6以下，脫碳時(shí)間由20min縮短到15min。美國(guó)內(nèi)陸鋼鐵廠將RH的六級(jí)蒸汽噴射泵改造為五級(jí)蒸汽噴射泵/水環(huán)泵系統(tǒng)后，冷卻水消耗量由21t/爐減少到5t/爐，能耗降低73%。

增大吹氬量，優(yōu)化吹氬工藝增設(shè)多功能氧槍

增設(shè)具有RH頂吹氧、噴粉和烘烤三大功能的多功能氧槍?zhuān)瑢?duì)改善RH操作，提高精煉效率和RH作業(yè)率具有重要意義。

75利用旋流提高RH精煉效率

李寶寬等人利用水模型試驗(yàn)研究在上升管中使用軸流式和六片平直葉片式葉輪，產(chǎn)生旋流對(duì)提高RH精煉效率的作用水模型實(shí)驗(yàn)研究表明:在RH裝置上升管中施加旋流，無(wú)論是采用六片平直式葉輪還是軸流式葉輪，均可增加系統(tǒng)的循環(huán)流量.但當(dāng)輸人功率相同時(shí)，軸流式葉輪要比六片平直葉式葉輪產(chǎn)生旋流后的系統(tǒng)循環(huán)流量大.76旋流對(duì)氣泡分布的影響可視化觀察表明:沒(méi)有施加旋流時(shí)，氣泡主要貼近上升管壁面上浮，因而管壁側(cè)填充氣泡空位的液體缺乏.當(dāng)施加旋流時(shí)，氣泡被推移至上升管的中心線附近，因而氣泡流過(guò)的空位四周均為液體，能充分填充空位，有助于系統(tǒng)循環(huán)流量提高。77RH長(zhǎng)壽化裝備技術(shù)改進(jìn)真空室頂部結(jié)構(gòu)提高RH浸漬管的使用壽命提高耐火材料抗侵蝕能力

改造為圓頂，壽命超過(guò)真空室上部槽。RH月處理量超過(guò)70000噸。

通過(guò)耐火材料的優(yōu)化，并結(jié)合采用RH高效化生產(chǎn)工藝和完善RH終點(diǎn)控制技術(shù)，縮短RH的處理周期等技術(shù)措施，使RH底部槽壽命從1993年1200爐提高到1997年2628爐，并創(chuàng)造了世界紀(jì)錄。

采用浸漬管冷卻技術(shù)，使浸漬管的平均壽命達(dá)到320次。美國(guó)國(guó)家鋼鐵公司大湖廠采用兩個(gè)浸漬管輪流修補(bǔ)、交錯(cuò)磚型和用MgO材料進(jìn)行噴補(bǔ)三項(xiàng)技術(shù)，也使浸漬管的壽命超過(guò)180爐。78近幾年國(guó)外RH的主要技術(shù)參數(shù)和性能指標(biāo)新日本鋼鐵公司川崎鋼鐵公司日本鋼管公司住友金屬工業(yè)公司寶鋼RH設(shè)備參數(shù)名古屋鋼鐵廠2號(hào)RH君津鋼鐵廠RH大分鋼鐵廠1號(hào)RH水島鋼鐵廠4號(hào)RH福山鋼鐵廠3號(hào)RH鹿島鋼鐵廠2號(hào)RH煉鋼廠吹O2方式OBOBOBKTBOBOBOB鋼水容量，t270305340250250250300循環(huán)管內(nèi)徑，mm730650600750580750550循環(huán)氣體量，l/min3000250040005000500050001200~1400抽氣量67Pa下(kg/h)26.7Pa下135016600100711682952877010001350015000-1500-950目標(biāo)[C]×10-61017181515127000≤50處理時(shí)間，min15221815151520~25日本RH冶煉效果80RH控制模型RH模型是建立在RH真空精煉冶金機(jī)理的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)代自動(dòng)控制技術(shù)，采用先進(jìn)的算法開(kāi)發(fā)的成套過(guò)程控制模型。RH模型包括：

1.靜態(tài)脫碳模型;2.動(dòng)態(tài)脫碳模型;3.溫度推定模型;4.合金最小成本及成分預(yù)報(bào)模型。81靜態(tài)脫碳模型靜態(tài)脫碳模型的主要功能是預(yù)測(cè)處理過(guò)程中隨真空度的逐步下降，鋼液中碳含量和游離氧含量的變化規(guī)律。靜態(tài)脫碳模型由預(yù)報(bào)模塊和推定模塊組成。預(yù)報(bào)模塊根據(jù)每一爐處理開(kāi)始獲得的初始碳、游離氧含量、鋼液溫度和真空排氣模式等信息，在處理初期即給操作人員提供為達(dá)到一定目標(biāo)碳含量所必須的處理時(shí)間和吹氧操作等綜合指導(dǎo)信息；推定模塊是在得到鋼水基本信息和操作量信息(如吹氧量、鋁材投人量等)以后，推算處理結(jié)束時(shí)的碳含量和游離氧含量。兩個(gè)模塊的綜合使用能夠逐漸優(yōu)化RH的操作工藝。靜態(tài)脫碳模型是從冶金學(xué)碳氧平衡原理出發(fā)，在一定的假設(shè)基礎(chǔ)上建立的模型。RH真空脫碳是鋼液中的碳和游離氧反應(yīng)的過(guò)程，在真空度和溫度一定的情況下，如果脫碳反應(yīng)達(dá)到平衡，碳含量和游離氧含量的乘積為一常數(shù)；同時(shí)假定參與脫碳反應(yīng)的氧的固定百分比來(lái)自于鋼液，而其他部分來(lái)自于鋼渣中金屬氧化物的被還原，則鋼液中碳和游離氧含量的下降遵從特定的比例關(guān)系，由以上兩個(gè)規(guī)律綜合可以求得平衡碳和平衡氧含量。82靜態(tài)脫碳模型Y.Kita模型在此模型中假設(shè)RH處理時(shí)脫碳反應(yīng)發(fā)生在三個(gè)地點(diǎn)：氬氣表面；CO氣泡表面；鋼液自由表面。該模型認(rèn)為CO氣體表面的脫碳量相對(duì)與其他位置是很小的，可以忽略不計(jì)，所以只考慮其他兩處的脫碳。1）氬氣泡表面的脫碳。在這種情況下，假設(shè)所有氬氣泡都是球狀，隨著鋼液循環(huán)而上浮，并且都參加脫碳反應(yīng)。在這里認(rèn)為氧的傳質(zhì)是非限制環(huán)節(jié)。2）真空室內(nèi)鋼液自由表面的脫碳。速率表達(dá)式為：預(yù)測(cè)結(jié)果如右圖所示實(shí)測(cè)值與計(jì)算值的比較83靜態(tài)脫碳模型村建一郎模型通過(guò)對(duì)RH脫碳反應(yīng)各部位：

1）真空室內(nèi)鋼液表面；

2）氬氣泡；

3）真空室內(nèi)鋼液本體的脫碳速度的分析，定量估算其總脫碳量。在實(shí)際的RH操作條件下，鋼液中[O]通常較[C]高，所以，不認(rèn)為鋼中氧的傳質(zhì)為限制環(huán)節(jié)。因此脫碳速度是由鋼中碳的傳質(zhì)、氣象界面化學(xué)反應(yīng)和氣相內(nèi)傳質(zhì)等綜合因素來(lái)限制。

KojiYamaguchi模型該模型進(jìn)行了一定的假設(shè)：鋼包和真空室中的鋼液完全混合；脫碳反應(yīng)只在真空室中進(jìn)行；氣液界面的碳、氧濃度和真空室中的CO分壓保持平衡；脫碳反應(yīng)速率由碳、氧傳質(zhì)限制；脫碳機(jī)理如右圖所示。脫碳反應(yīng)機(jī)理示意圖84脫碳數(shù)學(xué)模型模擬結(jié)果85RH精煉動(dòng)態(tài)脫碳模型動(dòng)態(tài)脫碳模型主要功能是根據(jù)廢氣中CO，CO2

等氣體的在線分析值、初始碳分析值和廢氣流量，實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)鋼水中碳含量。動(dòng)態(tài)脫碳模型是基于分析碳及抽真空產(chǎn)生的廢氣信息，結(jié)合自適應(yīng)控制技術(shù)實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)鋼水碳含量的模型。該模型可以大大提高如質(zhì)譜儀、紅外分析儀等設(shè)備的利用率和實(shí)際效果模型在畫(huà)面上實(shí)時(shí)顯示真空脫碳過(guò)程的許多相關(guān)信息，并在畫(huà)面上動(dòng)態(tài)演示整個(gè)過(guò)程。為操作人員更好地實(shí)時(shí)控制RH真空脫碳過(guò)程提供較為詳細(xì)的參考，并可以?xún)?yōu)化RH脫碳工藝。86RH精煉動(dòng)