爐外精煉真空CASOB1

鋼的爐外精煉王寶奇1鋼的爐外精煉概述長(zhǎng)期以來(lái)，特殊鋼大多是在電弧爐內(nèi)熔化和精煉的。隨著科學(xué)技術(shù)的開(kāi)展，對(duì)煉鋼的生產(chǎn)率、本錢、純潔度以及使用性能，都提出了愈來(lái)愈高的要求。傳統(tǒng)的煉鋼設(shè)備即煉鋼工藝難以滿足用戶越來(lái)越高的要求。60年代，在世界范圍內(nèi)，傳統(tǒng)的煉鋼方法發(fā)生了根本性的變化，即由原來(lái)單一設(shè)備冶煉的一步煉鋼法，變成由傳統(tǒng)煉鋼設(shè)備初煉，然后再爐外精煉的二步煉鋼法，其形式多樣。所謂爐外精煉，就是按傳統(tǒng)工藝，將在常規(guī)煉鋼爐中完成的精煉任務(wù)，如去除雜質(zhì)(包括不需要的元素、氣體和夾雜)，成分和溫度的調(diào)整和均勻化等任務(wù)，局部或全部地移到鋼包或其他容器中進(jìn)行。因此，爐外精煉也稱為二次精煉〔SecondRefining〕或鋼包冶金〔LadleMetallurgy〕。1爐外精煉概述1.1爐外精煉出現(xiàn)和開(kāi)展的原因爐外精煉技術(shù)出現(xiàn)并得到迅速開(kāi)展，必然有其技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上的原因。1對(duì)鋼材質(zhì)量要求日益苛刻主要表現(xiàn)在純潔度高，各向異性小，合金成分范圍窄等方面。如目前大規(guī)模生產(chǎn)的IF潔凈鋼中C、S、P、N、H、T［O］之和不大于100ppm；用于海洋工程、鐵道橋梁、高層建筑、大型儲(chǔ)氫罐,鋼板[S]≤50ppm；用于輸送含H2S等酸性介質(zhì)油氣管線鋼,[S]低于10ppm；低溫儲(chǔ)罐用鋼[P]≤30ppm；新一代IF鋼冷軋板[N]≤25ppm、T［O］≤20ppm,夾雜物尺寸≤20um;DI鋼要求T［O］≤30ppm；要求保證焊接熱影響區(qū)韌性與塑性的厚板[N]≤20ppm，高純鐵素體不銹鋼Cr26Mo,鉻很高,鋼液中N溶解度極高,仍要求鋼中[N]≤50ppm；子午線輪胎冷拉鋼絲要求鋼液中酸溶鋁≤5ppm,T［O］≤20ppm，夾雜物尺寸20um,并且Al2O3盡量少,應(yīng)為塑性?shī)A雜；閥門彈簧鋼:夾雜物尺寸≤20um,應(yīng)為硅酸鹽,其中(Al2O3)≤20%；高級(jí)軸承鋼要求超低氧,T［O］≤5ppm等等。1爐外精煉概述鋼的純潔度提高，可以大幅度提高鋼的性能。如軸承鋼中的T［O］由30ppm降至15ppm，其疲勞壽命提高5倍；降至10ppm，提高15倍；降至5ppm,提高30倍。NiCrMo鋼中[S]從0.016%降低到0.004%時(shí),在-62℃的平均沖擊性能提高一倍；當(dāng)鐵的純度Fe≥99.95%時(shí),耐蝕性已到達(dá)不銹鋼水平;當(dāng)Fe≥99.99%時(shí),耐蝕將與黃金相當(dāng)。同時(shí)，可以保證鋼材具有良好的工藝性能。如此低的雜質(zhì)含量，無(wú)論如何仔細(xì)地操作，傳統(tǒng)煉鋼方法產(chǎn)品的雜質(zhì)含量仍將比上述水平高出幾倍，甚至幾十倍。由于傳統(tǒng)煉鋼方法合金的收得率波動(dòng)很大，所以鋼產(chǎn)品的成分范圍較寬。同鋼種的不同爐號(hào)性能差異較大，不利于鋼材加工(軋制和機(jī)械加工)工藝的自動(dòng)化，也不利于使鋼材到達(dá)最正確性能的配合。雜質(zhì)含量高，加之在鋼中存在形式無(wú)法控制，必然導(dǎo)致鋼材的機(jī)械性能在不同方向上存在較大的差異。2傳統(tǒng)煉鋼存在技術(shù)、經(jīng)濟(jì)不合理的問(wèn)題1〕電爐的復(fù)原期鋼液吸氣嚴(yán)重，降低了氧化去氣的效果電爐的復(fù)原期為吸氣過(guò)程，使鋼中氣體增加，影響鋼的質(zhì)量。如對(duì)于大斷面合金結(jié)構(gòu)鋼和大鍛件鋼防止最敏感的缺陷〔白點(diǎn)〕來(lái)說(shuō)，要求把鋼中的氫降低到2.5～3.0ppm以下。雖然在電爐冶煉的氧化期經(jīng)過(guò)劇烈而均勻的脫碳去氣已經(jīng)到達(dá)要求，但緊接著扒除氧化渣后，隨著以石灰為主的稀薄渣料的參加，鋼中的氫就急劇升到與大氣中水蒸氣分壓力相平衡的數(shù)值，鋼中的又氫上升到5～7ppm，而出鋼、澆注后那么幾乎回復(fù)到熔清時(shí)的水平。1爐外精煉概述2〕出鋼、澆注過(guò)程鋼液二次氧化嚴(yán)重電爐氧化期脫碳過(guò)程夾雜物的去除比較比較徹底。對(duì)于電爐的復(fù)原期，鋼液內(nèi)溶解的氧低于80ppm，插鋁終脫氧后降低到30ppm以下，而且鋼中的氧化物夾雜也可以大局部上浮排除。如白渣保持15分鐘后，［O］與總氧量(T［O］)就趨一致。所以電爐復(fù)原期鋼液的純潔度也很高。但在出鋼過(guò)程中，由于鋼液與大氣接觸，[O]急劇升高。如果鋼液與大氣接觸到達(dá)平衡的話，[O]就會(huì)回復(fù)到脫氧前的水平(100~200ppm)，給澆注帶來(lái)惡劣的后果。為此，生產(chǎn)上采用兩種方法解決此矛盾。一是鋼渣混出，借復(fù)原渣保護(hù)鋼液，減少鋼液與大氣的直接接觸，并通過(guò)鋼包內(nèi)的渣鋼混合，進(jìn)一步發(fā)揮白渣的脫氧作用，同時(shí)把二次氧化的產(chǎn)物吸引到渣中。正因?yàn)槿绱耍谕ǔＧ闆r下，爐內(nèi)白渣中∑〔FeO〕低于0.5％，而出鋼后，包中渣的∑〔FeO〕上升到1％左右，甚至更高一些。另一種方法是增加鋼中溶解的鋁量，用鋼中的殘鋁對(duì)出鋼引起的二次氧化的鋼液脫氧。如出鋼前殘鋁量為0.05一0.07％，出鋼后那么降到0.03％。這樣可以穩(wěn)定鋼液含氧量和保護(hù)鋼液中的其他合金元素(例如硅)。但是這兩項(xiàng)措施只能解決鋼廠的現(xiàn)場(chǎng)合格率問(wèn)題，對(duì)于鋼的內(nèi)在質(zhì)量未必有益，特別是提高殘鋁明顯地惡化鋼的純潔度。對(duì)夾雜的研究已經(jīng)表朗，鋼中氧化物夾雜主要來(lái)源于混渣、二次氧化和澆注系統(tǒng)耐火材料的侵入。而出鋼和澆注時(shí)的二次氧化，那么是成品材中脆性氧化鋁系夾雜的主要成因。為了解決工藝安排上的這種不合理性，在操作中規(guī)定了一些預(yù)防措施。例如：復(fù)原期參加料的嚴(yán)格烘烤，縮短復(fù)原期；包中加鋁；延長(zhǎng)鎮(zhèn)靜時(shí)間等。但是，這些措施并沒(méi)有從根本上解決問(wèn)題。只有將未脫氧的“粗鋼液〞從爐中倒出，在具有澆注功能的容器中(通常是鋼包)，有針對(duì)性地創(chuàng)造精煉條件，再將精煉的鋼液直接澆注(最好有保護(hù)措施)，也就是盡量防止已精煉的鋼液再與大氣接觸。這樣，這樣就出現(xiàn)了從傳統(tǒng)的煉鋼爐內(nèi)移到爐外的精煉，是開(kāi)展各種各樣爐外精煉法的技術(shù)背景。1爐外精煉概述3〕電爐復(fù)原期的變壓器利用率非常低電爐的復(fù)原期鋼液根本上處于保溫與調(diào)溫的狀態(tài)，因而電爐的復(fù)原過(guò)程需要的電功率很低〔僅為變壓器額定功率的1/3～1/6〕，而且時(shí)間很長(zhǎng)〔約1/3〕，使變壓器利用率非常低，而且生產(chǎn)率低、本錢高。尤其超高功率電爐技術(shù)的出現(xiàn)，高功率、強(qiáng)化用氧使廢鋼迅速熔化、氧化，但鋼液的復(fù)原仍然要在低功率、長(zhǎng)時(shí)間下運(yùn)行，這大大降低了超高功率電爐的功率利用率，顯然這是不合理的。1爐外精煉概述4〕電爐生產(chǎn)低碳高鉻不銹鋼較為困難生產(chǎn)低碳高鉻不銹鋼時(shí)，鉻的燒損嚴(yán)重、爐體壽命低等，使得煉鋼本錢大為提高。5〕轉(zhuǎn)爐煉鋼法去硫困難轉(zhuǎn)爐煉鋼法鋼中的氣體含量低，剩余元素少，但存在煉鋼過(guò)程去硫困難，對(duì)鐵水中的硫等要求特別嚴(yán)格〔常要求鐵水進(jìn)行爐外處理〕，以及出鋼沉淀脫氧，鋼中夾雜物多，使得所煉鋼種受到限制。1爐外精煉概述6〕轉(zhuǎn)爐煉鋼難以進(jìn)行精確成分調(diào)整轉(zhuǎn)爐煉鋼僅主要采用包內(nèi)沉淀脫氧，合金的收得率波動(dòng)很大，產(chǎn)品成分范圍較寬。同鋼種的不同爐號(hào)性能差異較大，不利于鋼材加工(軋制和機(jī)械加工)工藝的自動(dòng)化，也不利于使鋼材到達(dá)最正確性能的配合。7〕轉(zhuǎn)爐煉鋼難以進(jìn)行中、高合金鋼生產(chǎn)由于轉(zhuǎn)爐采用包內(nèi)合金化，同時(shí)后續(xù)無(wú)加熱手段，直接影響成分的均勻化，甚至無(wú)法進(jìn)行高熔點(diǎn)合金的熔化，加之質(zhì)量要求方面的原因，使其難以進(jìn)行中高合金鋼的生產(chǎn)。1爐外精煉概述1.2爐外精煉的主要目的和任務(wù)煉鋼技術(shù)的開(kāi)展，在提高鋼的質(zhì)量方面，總是向著降低鋼中的有害雜質(zhì)和非金屬夾雜物含量、改善夾雜物的形態(tài)和分布、使鋼的化學(xué)成分均勻、精確控制過(guò)程溫度、使之能適合后部工序生產(chǎn)要求的方向開(kāi)展；在經(jīng)濟(jì)方面是向著提高生產(chǎn)率、降低原材料、能源和勞動(dòng)力消耗方向開(kāi)展；在工業(yè)方面，那么要求盡量提高生產(chǎn)多鋼種的適應(yīng)能力。爐外精煉在嚴(yán)格控制條件下要完成以下精煉任務(wù)：1〕降低鋼中氧、硫、氫、氮和非金屬夾雜物含量，改變夾雜物形態(tài)，以提高鋼的純潔度，改善鋼的機(jī)械性能；1爐外精煉概述2〕深脫碳，將碳脫到極低的水平，用于生產(chǎn)低碳或超低碳鋼，3〕微調(diào)合金成分，把合金成分控制在很窄的范圍內(nèi)，并使其分布均勻，盡量降低合金的消耗，提高合金收得率。4〕調(diào)整鋼水溫度到澆鑄所要求的范圍內(nèi)，使包內(nèi)鋼水溫度均勻；完成上述任務(wù)能到達(dá)提高質(zhì)量、擴(kuò)大品種、降低消耗和本錢、縮短冶煉時(shí)間、提高生產(chǎn)率、協(xié)調(diào)好煉鋼和連鑄生產(chǎn)的配合等目的。但是，到目前為止，還沒(méi)有任何一種爐外精煉方法能完成上述所有任務(wù)，某一種方法只能完成其中一項(xiàng)或幾項(xiàng)任務(wù)。由于各廠條件和冶煉鋼種的不同，一般是根據(jù)不同需要配備一兩種爐外精煉設(shè)備。1爐外精煉概述1.3爐外處理的根本手段爐外精煉的手段包括：攪拌、真空、添加精煉劑〔渣洗、噴吹、喂絲〕、加熱以及過(guò)濾。通過(guò)這幾種精煉手段的不同組合，為完成某種精煉任務(wù)創(chuàng)造最正確熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)條件，構(gòu)成功能不同的爐外精煉設(shè)備。①攪拌對(duì)反響器中的金屬液進(jìn)行攪拌，是爐外精煉的最根本、最重要的手段。攪拌可改善冶金反響動(dòng)力學(xué)條件，強(qiáng)化反響體系的傳質(zhì)和傳熱，加速冶金反響，均勻鋼液成分和溫度，有利于夾雜物聚合長(zhǎng)大和上浮排除。攪拌的效果通常用反響器內(nèi)的均勻混合時(shí)間τ來(lái)反映。反響器內(nèi)的均勻混合時(shí)間除了與攪拌強(qiáng)度有關(guān)外，還與攪拌方式、熔池的幾何形狀等均有關(guān)。攪拌方法：吹氣攪拌、電磁攪拌和循環(huán)攪拌。1爐外精煉概述1、氣體攪拌底吹氬底吹氬是通過(guò)安裝在鋼包底部一定位置的透氣磚吹入氬氣。優(yōu)點(diǎn)：均勻鋼水溫度、成分和去除夾雜物的效果好，設(shè)備簡(jiǎn)單，操作靈便，不需占用固定操作場(chǎng)地，可在出鋼過(guò)程或運(yùn)輸途中吹氬。還可與其它技術(shù)配套組成新的爐外精煉方式。缺點(diǎn)：透氣磚有時(shí)易堵塞，與鋼包壽命不同步。1爐外精煉概述頂吹氬頂吹氬是通過(guò)吹氬槍從鋼包上部浸入鋼水進(jìn)行吹氬攪拌。要求設(shè)立固定吹氬站，該方法操作穩(wěn)定也可噴吹粉劑。但頂吹氬攪拌效果不如底吹氬好。吹氬攪拌對(duì)金屬液所作的功◆氬氣在出口處因溫度升高產(chǎn)生的體積膨脹功Wt◆氬氣在金屬液中因浮力所做的功Wb◆氬氣從出口前的壓力降至出口壓力時(shí)的膨脹功Wp◆氬氣吹入時(shí)的動(dòng)能We其中前兩項(xiàng)占主要局部，后兩項(xiàng)可忽略。1爐外精煉概述增加吹氬流量，增大鋼液的深度均可提高氬氣對(duì)鋼液的攪拌能。2、電磁攪拌對(duì)鋼水施加一個(gè)交變磁場(chǎng)，當(dāng)磁場(chǎng)以一定速度切割鋼液時(shí)，會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，這個(gè)電勢(shì)可在鋼液中產(chǎn)生感應(yīng)電流J，載流鋼液與磁場(chǎng)的相互作用產(chǎn)生電磁力f，從而驅(qū)動(dòng)鋼液運(yùn)動(dòng)，到達(dá)攪拌鋼液的目的。電磁攪拌能主要決定于磁場(chǎng)強(qiáng)度。而要增大磁場(chǎng)強(qiáng)度，必須增大輸入感應(yīng)線圈中的電流。3、循環(huán)攪拌典型的循環(huán)攪拌:RH、DH。又稱吸吐攪拌。在后面講。常用鋼包攪拌系統(tǒng)示意圖

②真空當(dāng)反響生成物為氣體時(shí)，通過(guò)減小反響體系的壓力—抽真空，可以使反響向著生成氣態(tài)物質(zhì)的方向移動(dòng)。因此，在真空下，鋼液將進(jìn)一步脫氣、脫碳及脫氧。向鋼液中吹入氬氣，從鋼液中上浮的每個(gè)小氣泡都相當(dāng)一個(gè)“小真空室〞，氣泡內(nèi)的H2、N2及CO等分壓接近于零，鋼中的[H]、[N]以及碳氧反響產(chǎn)物CO將向小氣泡中擴(kuò)散并隨之上浮排除。因此，吹氬對(duì)鋼液具有“氣洗〞作用。采用專門的真空裝置，將鋼液置于真空環(huán)境中精煉，可以降低鋼中氣體、碳及氧含量。③添加精煉劑爐外精煉中金屬液的精煉劑一類為以鈣的化合物〔CaO或CaC2〕為基的粉劑或合成渣，另一類為合金元素如Ca、Mg、Al、Si及稀土元素等。將這些精煉劑參加鋼液中，可起到脫硫、脫氧、去除夾雜物、夾雜物變性處理以及合金成分調(diào)整的作用。添加方法:合成渣洗法、噴吹法和喂線法。渣洗法是在出鋼時(shí)利用鋼流的沖擊作用使鋼包中的合成渣與鋼液混合，精煉鋼液。噴吹法是用載氣〔Ar〕將精煉粉劑流態(tài)化，形成氣固兩相流，經(jīng)過(guò)噴槍，直接將精煉劑送入鋼液內(nèi)部。由于精煉粉劑粒度小，進(jìn)入鋼液后，與鋼液的接觸面積大大增加。因此，可以顯著提高精煉效果。喂絲法：是將易氧化、比重輕的合金元素置于低碳鋼包芯線中，通過(guò)喂絲機(jī)將其送入鋼液內(nèi)部。喂絲法優(yōu)點(diǎn)：◆可防止易氧化的元素被空氣和鋼液面上的頂渣氧化，準(zhǔn)確控制合金元素添加數(shù)量，提高和穩(wěn)定合金元素的利用率；◆添加過(guò)程無(wú)噴濺，防止了鋼液再氧化；◆精煉過(guò)程溫降??；◆設(shè)備投資少；◆處理本錢低。合金的喂入與噴粉工藝示意圖

④加熱鋼液在進(jìn)行爐外精煉時(shí)，有熱量損失，會(huì)造成溫度下降。假設(shè)爐外精煉方法具有加熱升溫功能，可防止高溫出鋼和保證鋼液正常澆鑄，增加爐外精煉工藝的靈活性，在精煉劑用量，鋼液處理最終溫度和處理時(shí)間均可自由選擇，以獲得最正確的精煉效果。常用的加熱方法有電加熱和化學(xué)加熱。電加熱是將電能轉(zhuǎn)變成熱能來(lái)加熱鋼液的。這種加熱方式主要有電弧加熱和感應(yīng)加熱。化學(xué)加熱是利用放熱反響產(chǎn)生的化學(xué)熱來(lái)加熱鋼液的。常用的方法有硅熱法、鋁熱法和CO二次燃燒法?；瘜W(xué)加熱需吹入氧氣，與硅、鋁、CO反響，才能產(chǎn)生熱量。鋼包加熱系統(tǒng)工藝示意圖

1爐外精煉概述⑤過(guò)濾：隨著技術(shù)的進(jìn)步出現(xiàn)的一種新的精煉手段，如利用陶瓷過(guò)濾器將中間包內(nèi)鋼液中的氧化物夾雜等過(guò)濾掉。1.4爐外精煉方法的分類1.4爐外精煉方法的分類〔1〕真空處理真空滴流脫氣法真空吹氬法〔VD〕真空提升脫氣法〔DH〕真空循環(huán)脫氣法〔RH〕〔2〕鋼包精煉法鋼包吹氬CAS法〔CAS－OB法和IR－UT法〕ASEA－SKF法VAD法LF(V)法〔3〕不銹鋼液的精煉真空脫碳法〔VOD〕氬氧精煉法〔AOD〕RH-OB法CLU法〔4〕固定料的添加方法噴射冶金喂絲法〔WF〕盡管爐外精煉方法多達(dá)幾十種，但比較普遍的、常用的并不多，針對(duì)不同鋼種、不同流程，采用不同的爐外精煉方法，常見(jiàn)鋼種的配置如下：合結(jié)鋼：EAF〔EBT〕〔或BOF〕—LF爐—連鑄軸承鋼：EAF〔EBT〕〔或BOF〕—LF爐—VD—連鑄EAF〔EBT〕〔或BOF〕—LF爐—RH—連鑄不銹鋼：EAF或BOF—VOD—〔LF爐〕—連鑄EAF或BOF—AOD—〔LF爐〕—連鑄EAF或BOF—AOD—VOD—〔LF爐〕—連鑄常用的爐外精煉方法2鋼液的真空處理2.1鋼液的真空處理的作用主要目的：降低鋼液內(nèi)的氣體、氧、夾雜物含量，是提高鋼水質(zhì)量的重要途徑。①提高脫氣程度在一定溫度下，按照Sieverts平方根定律，氫和氮在鋼液中的溶解度與其分壓力的平方根成正比。因此，在真空環(huán)境下，可將氣體在鋼液中的溶解度顯著降低，在有利的動(dòng)力學(xué)條件下，將促使氣體從鋼液中逸出。2鋼液的真空處理實(shí)踐證明，真空處理脫氫效果良好，但脫氮較困難，原因：a〕氮的擴(kuò)散速度比氫小得多。氮的離子半徑為1.1×10－10cm，而氫的離子半徑為10－13cm，氮比氫大兩個(gè)數(shù)量級(jí)，如1600℃時(shí)擴(kuò)散系數(shù)DH＝〔0.9～0.8〕×10－3cm2／s，DN＝3.8×10－5cm2／s。氮的擴(kuò)散系數(shù)比氫小。b〕氮在鋼中的主要呈氮化物狀態(tài)，自由狀態(tài)的氮很少，氮與某些元素作用生成氮化物，而這些氮化物在1600℃下的分解壓都比較低，如1600℃時(shí)氮化鋁的分解壓為101.3Pa。要脫除氮化物中的氮，那么氣相壓力〔真空度〕必須小于氮化物的分解壓。c〕氮在鋼中的溶解度比氫高15倍。2鋼液的真空處理②碳復(fù)原固體金屬氧化物能力提高在煉鋼和生產(chǎn)鐵合金時(shí)，如用碳作為金屬氧化物的復(fù)原劑，將具有價(jià)格廉價(jià)、產(chǎn)品潔凈的優(yōu)點(diǎn)。但在大氣狀態(tài)下用碳作復(fù)原劑時(shí)碳和氧的親和力較弱，使用被碳做復(fù)原劑，將使金屬滲碳，不可能得到含碳很低的金屬和鐵合金。而在真空狀態(tài)下，碳和氧的親和力增強(qiáng)，使碳的復(fù)原能力大大提高，因此可以得到含碳很低的金屬和鐵合金。2鋼液的真空處理③實(shí)現(xiàn)鋼液中真空碳脫氧在常壓下碳的脫氧能力很弱，必須使用強(qiáng)脫氧劑〔如：硅、鋁〕進(jìn)行終脫氧，但在真空下碳的脫氧能力顯著增強(qiáng)。1600℃時(shí)不同壓力下碳脫氧能力和錳、硅、鋁脫氧能力的比較，如下圖。在真空下碳的脫氧能力到達(dá)了和硅、鋁相當(dāng)?shù)乃健?鋼液的真空處理注意：上述的真空下碳氧的情況只在氣、液相界面上有效。此時(shí)脫氧產(chǎn)物CO能從液面排出僅受氣相中CO分壓力的影響。但在鋼液內(nèi)部，CO氣泡生成還要克服其它的能壘，如液體靜壓力、毛細(xì)管壓力，氣相總壓力，這些比氣相中的CO分壓大得多。因此，要真正發(fā)揮真空下碳脫氧的作用，需要改善其動(dòng)力學(xué)條件，即提高鋼液中的碳和氧向氣、液相界面的傳質(zhì)速度，它是控制真空碳氧反響速度的控制環(huán)節(jié)。2鋼液的真空處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)：a〕使鋼液分散通過(guò)真空；鋼液分散進(jìn)入真空室后會(huì)炸裂成無(wú)數(shù)小液滴，液滴直徑處于1um～10mm范圍，真空與鋼液的接觸面積大大增加，液滴在真空室自由降落過(guò)程中，碳脫氧效果顯著。氣液相界面越大，鋼液含氧越高，鋼液中氧的傳質(zhì)就越快，脫氧速率就越快。所以在鋼液中平靜狀態(tài)下碳脫氧效果不明顯。2鋼液的真空處理b〕向鋼液吹入惰性氣體，對(duì)鋼液進(jìn)行攪拌，或電磁攪拌，或循環(huán)攪拌，使氣液相界面擴(kuò)大，可大大提高真空碳脫氧的作用。此外，吹A(chǔ)r后形成很多小氣泡，還有以前講過(guò)的“氣洗〞作用。通過(guò)真空碳脫氧，由于其產(chǎn)物不污染鋼液，可減少鋼中的氧化物夾雜，提高鋼的純潔度。2鋼液的真空處理2.2真空精煉方法真空精煉包括鋼液滴流脫氣法〔1950年，德國(guó)〕、真空提升脫氣法DH、真空循環(huán)脫氣法RH。真空滴流脫氣法鋼液滴流脫氣法使鋼液以流束狀注入置于真空室內(nèi)的容器中，由于真空室壓力急劇降低，使流股松散膨脹，并散開(kāi)成一定角度以滴狀降落，脫氣外表積增大，有利于氣體的逸出。目前采用的有以下幾種：把鋼水由一個(gè)鋼包注入真空室內(nèi)的另一個(gè)鋼包的倒包法；把鋼水注入真空室內(nèi)的錠模中的真空澆鑄法；出鋼到真空室內(nèi)的鋼水包中的出鋼脫氣法等。2鋼液的真空處理經(jīng)真空滴流處理后，鋼液H、O含量下降，非金屬夾雜物含量降低。滴流處理的主要問(wèn)題是鋼液溫降比較大，小容量鋼包尤為突出。為了保證充分脫氣與適宜的澆注溫度，需提高出鋼溫度100℃左右。采用真空澆注出鋼溫度可以低些，但真空澆注設(shè)備利用率低。采用出鋼過(guò)程真空處理法，溫降稍小一些。這種方法主要是用于生產(chǎn)大鍛件的機(jī)械制造廠。2鋼液的真空處理真空提升脫氣法DHDH真空提升脫氣法是1956年德國(guó)多特蒙特〔Dortmund〕和蒙特爾〔Horder〕冶金聯(lián)合公司創(chuàng)造，簡(jiǎn)稱DH法。如下圖，由真空室〔鋼殼內(nèi)襯耐火材料〕及提升機(jī)構(gòu)，加熱裝置〔電極加熱裝置或噴燃?xì)猓瑖娪图訜帷?，合金料倉(cāng)〔真空下密封加料〕，抽氣系統(tǒng)等組成。2鋼液的真空處理DH法脫氣工作原理根據(jù)壓力平衡原理，借助于真空室與鋼包之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，將鋼液經(jīng)吸嘴分批吸入真空室內(nèi)進(jìn)行脫氣處理。處理時(shí)將真空室下部的吸嘴插入鋼液內(nèi)，真空室抽成真空后其內(nèi)外形成壓力差，鋼液沿吸嘴上升到真空室內(nèi)的壓差高度，如果室內(nèi)壓力為13.3～66Pa，那么提升鋼液約1.48m。由于真空作用室內(nèi)的鋼液沸騰形成液滴，大大增加氣液相界面積，鋼中的氣體由于真空作用而被脫除。當(dāng)鋼包下降或真空室提升時(shí)脫氣后的鋼液重新返回到鋼包內(nèi)。當(dāng)鋼包上升或真空室下降時(shí)又有一批鋼液進(jìn)入真空室進(jìn)行脫氣，這樣鋼液一批一批地進(jìn)入真空室直至處理結(jié)束為止。2鋼液的真空處理DH法的操作工藝準(zhǔn)備：處理前根據(jù)鋼種和出鋼量確定配加的合金種類和數(shù)量，并預(yù)先參加到料倉(cāng)內(nèi)，根據(jù)鋼水量和鋼包尺寸選定每次吸入的鋼水量，調(diào)整好升降行程和極限位置，吸嘴前裝好擋渣帽，將真空室加熱。處理：將盛有鋼液的鋼包送到處理位置后測(cè)溫、取樣并將吸嘴插入鋼液內(nèi)，然后啟動(dòng)真空泵抽氣，當(dāng)真空室壓力降至1.333×104Pa時(shí)升降機(jī)構(gòu)開(kāi)始自動(dòng)升降，進(jìn)入真空室的鋼液在低壓作用下開(kāi)始脫氣反響，產(chǎn)生劇烈的沸騰和噴濺。脫氣后鋼液回流到鋼包內(nèi)產(chǎn)生劇烈的攪拌和混勻。這樣反復(fù)進(jìn)行30屢次左右的升降，全部鋼液經(jīng)3次循環(huán)，真空度穩(wěn)定到極限值，然后參加合金，再升降幾次待合金充分混勻后取樣測(cè)溫送去澆注。DH法主要工藝參數(shù)DH法主要工藝參數(shù)有：鋼液吸入量、升降次數(shù)、循環(huán)因數(shù)、停頓時(shí)間、升降速度、提升行程等。真空室的設(shè)計(jì)，確定工藝制度到達(dá)滿意的脫氣效果需要合理確定這些參數(shù)。2鋼液的真空處理DH法的實(shí)際效果〔1〕脫氫：效果較好，可由處理前的〔2.5～6.5〕ppm降低到〔1.0～2.5〕ppm。〔2〕脫氧：處理未經(jīng)預(yù)脫氧鋼液可使氧降低55～90％，還可以降低非金屬夾雜物40～50％，合金在真空下參加，收得率高達(dá)95％以上，并且成分和溫度均勻?！?〕脫氮：效果較差，當(dāng)【N】低時(shí)〔30～40ppm〕短時(shí)間處理效果不明顯，當(dāng)【N】≥100ppm時(shí)，脫氮量可達(dá)〔20～30〕ppm?！?〕脫碳：真空處理碳氧反響加強(qiáng)，可生產(chǎn)超低碳鋼〔C≤0.002％〕?？傊?jīng)DH處理后鋼中的氫、氮、氧及非金屬夾雜物都有相當(dāng)?shù)臏p少，鋼材內(nèi)外部缺陷也明顯減少，各種性能也得到了提高。2鋼液的真空處理DH法的主要優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：進(jìn)入真空室內(nèi)的鋼液由于氣相壓力的降低產(chǎn)生劇烈的沸騰，脫其外表積增大，脫氣效果較好，適用于大量鋼液的脫氣處理，可以用比較小的真空室處理大噸位的鋼液；可以對(duì)真空室進(jìn)行燒烤加熱，因此處理過(guò)程中鋼液溫降小。由于劇烈的沸騰還具有較大的脫碳能力，可以生產(chǎn)含碳0.002％的低碳鋼。處理過(guò)程中可以加合金，在真空室內(nèi)合金元素的收得率高。缺點(diǎn)：設(shè)備較復(fù)雜，投資和操作費(fèi)用都比較高。2鋼液的真空處理2.2.3真空循環(huán)脫氣法〔RH法〕2.2.3.1RH法的產(chǎn)生及開(kāi)展RH法是德國(guó)RuhrstahlA.G鋼鐵公司和HeraeusAG公司于57年共同創(chuàng)造，簡(jiǎn)稱RH法?，F(xiàn)在日本五大鋼鐵公司〔新日鐵、住友、鋼管、神戶、川崎〕轉(zhuǎn)爐鋼水的RH處理比率70％以上。RH法在我國(guó)開(kāi)展也很快，大冶鋼廠1968年投產(chǎn)第一臺(tái)，寶鋼分別于1985年和1999年投產(chǎn)了兩臺(tái)RH裝置，武鋼分別于1979年至1990年投產(chǎn)了四臺(tái)RH裝置，最大容量是寶鋼1985年12月投產(chǎn)的一臺(tái)300噸RH裝置。至今全國(guó)相繼建成并投產(chǎn)很多臺(tái)RH多功能真空精煉爐。在現(xiàn)代化鋼鐵生產(chǎn)長(zhǎng)流程中，高爐―鐵水爐外預(yù)處理―轉(zhuǎn)爐頂?shù)讖?fù)合吹煉―RH真空精煉或CAS－OB精煉―連鑄連軋或連鑄―鑄坯熱送―直接軋制，是現(xiàn)代轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)的最正確工藝流程。2.2.3.2RH法的設(shè)備RH法的設(shè)備由脫氣主體設(shè)備、水處理設(shè)備、電氣設(shè)備、儀表設(shè)備所組成。主體設(shè)備包括：真空室及附屬設(shè)備、氣體冷卻器、真空排氣裝置、合金稱量臺(tái)車及加料裝置、真空室移動(dòng)臺(tái)車、真空室固定裝置、真空室下部槽及浸漬管更換臺(tái)車及專用工器具、浸漬管修補(bǔ)臺(tái)車、電極加熱裝置〔煤氣加熱〕、鋼包液壓升降裝置、鋼包臺(tái)車、測(cè)溫取樣裝置、脫氣附屬設(shè)備、管道設(shè)備、RH－OB裝置等。2.2.3.3RH法的循環(huán)脫氣工作原理和冶金功能鋼液真空循環(huán)原理當(dāng)進(jìn)行真空脫氣處理時(shí)，將真空室下部的兩根浸漬管插入鋼液內(nèi)100～150mm深度后，啟動(dòng)真空泵將真空室抽成真空，于是真空室內(nèi)、外形成壓差，鋼液便從兩根浸漬管中上升到壓差相等的高度〔循環(huán)高度〕。此時(shí)鋼液并不循環(huán)。為了使鋼液循環(huán)，從上升管下部約三分之一處吹入氬氣，氬氣進(jìn)入上升管內(nèi)的鋼液以后由于受熱膨脹，在上升管內(nèi)瞬間產(chǎn)生大量的氣泡核，由于該氣泡受熱膨脹和壓力降低時(shí)體積成百倍的增大，鋼液比重變??；又由于氬氣泡內(nèi)的氫氣和氮?dú)獾膲毫?，所以鋼液內(nèi)溶解的氣體向氬氣泡內(nèi)擴(kuò)散，膨脹的氣體驅(qū)動(dòng)鋼液以約5m/s的速度上升，呈噴泉狀噴入真空室內(nèi)。氣泡進(jìn)入真空室后破裂，鋼液被碎裂成小的液滴，使脫氣面積大大增加〔20～30倍〕，氣體自鋼液內(nèi)析出被真空泵抽走，大大加速了脫氣進(jìn)程。而脫氣后的鋼液聚集到真空室底部，由于重量的差異，經(jīng)下降管以1～2m/s的速度返回到鋼包內(nèi)。未經(jīng)脫氣的鋼液又不斷從上升管進(jìn)入真空室脫氣，這樣就形成了連續(xù)循環(huán)過(guò)程。反復(fù)循環(huán)n〔2～4〕次后到達(dá)脫氣目的，脫氣過(guò)程結(jié)束。2.2.3.4主要工藝參數(shù)RH法的主要工藝參數(shù)有處理容量、循環(huán)因數(shù)、脫氣時(shí)間、循環(huán)流量、真空度及工作真空度下的抽氣能力。處理容量V處理容量V：指被處理的鋼液量。RH處理容量的上限在理論上說(shuō)是無(wú)限的，處理容量有下限，取決于處理過(guò)程中的溫降。一般認(rèn)為，在爐內(nèi)處理時(shí)不應(yīng)小于10噸；在鋼包內(nèi)處理時(shí)，不應(yīng)小于30噸；當(dāng)容量小于30噸時(shí)，溫降顯著。目前已建成的RH裝置最大容量為300噸。分批處理是RH法的主要特點(diǎn)，因此用同一套R(shí)H裝置可以在大致相同的時(shí)間內(nèi)處理不同容量的鋼液，這一特點(diǎn)為RH裝置的設(shè)計(jì)、制造和選用提高了方便。根據(jù)RH法的操作經(jīng)驗(yàn)和計(jì)算以及我國(guó)煉鋼爐系列等情況，可用四種不同真空室和抽氣系統(tǒng)處理以下范圍的鋼液：10～30噸，30～120噸，120～200噸，200～300噸。處理時(shí)間τ處理時(shí)間τ：指鋼包在RH工位停留時(shí)間。該時(shí)間的大局部在進(jìn)行真空脫氣，所以脫氣時(shí)間略小于處理時(shí)間。為了使鋼液充分脫氣，需要保證足夠處理時(shí)間。處理時(shí)間取決于允許的鋼液溫降和處理過(guò)程中鋼液的平均降溫速度(℃/min)?？紤]到處理時(shí)的溫降，出鋼溫度比不處理的鋼種要高出20～30℃。同時(shí)鋼液去氣后及夾雜物含量的減少使鋼液粘度下降，因此開(kāi)澆溫度可比未處理的同鋼種降低20～30℃。所以處理時(shí)允許的溫降大約40～50℃，這樣處理時(shí)間就決定于脫氣時(shí)的平均降溫速度。而降溫速度主要與處理容量、鋼包和真空室的預(yù)熱溫度、處理時(shí)參加的添加劑的種類和數(shù)量以及渣層厚度、包襯材料的導(dǎo)熱系數(shù)等因素有關(guān)。其中鋼包和真空室的預(yù)熱溫度，特別是真空室的預(yù)熱溫度，對(duì)溫降速度影響最大。因此，為了保證足夠的脫氣時(shí)間，真空室要充分預(yù)熱。循環(huán)因數(shù)是指處理過(guò)程中循環(huán)鋼液的當(dāng)量次數(shù)，即通過(guò)真空室的總鋼液量與處理容量之比。式中t為處理時(shí)間，min；W為循環(huán)流量，噸／分；V為鋼包容量。在實(shí)際生產(chǎn)中，為了保證鋼液充分脫氣，u一般取5。循環(huán)流量W：指單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)真空室的鋼液量。也稱循環(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和驅(qū)動(dòng)氣體流量。對(duì)于鎮(zhèn)靜鋼，W與上升管內(nèi)徑和驅(qū)動(dòng)氣體量之間存在以下關(guān)系：式中a――常數(shù)，鎮(zhèn)靜鋼a＝0.02〔測(cè)定值〕；d---上升管直徑；cm；Go――通過(guò)上升管的驅(qū)動(dòng)氣體量，升／min；當(dāng)μ＝4～5時(shí)，根據(jù)處理容量要求的脫氣時(shí)間確定W值：循環(huán)流量與處理容量的關(guān)系處理容量V，t30～120120～200200～300循環(huán)流量t/min15～2530～4040～60真空度真空度：指RH處理時(shí)真空室內(nèi)可以到達(dá)并且保持的最小壓力。對(duì)于一般鋼種〔對(duì)氣體含量的要求不高〕并不需要太高的真空度，通?？刂圃?7~134Pa范圍內(nèi)。對(duì)于生產(chǎn)對(duì)白點(diǎn)較敏感的鋼，應(yīng)使鋼中[H]≤1.5ppm，從熱力學(xué)角度考慮，真空度達(dá)310Pa，即可滿足要求，但考慮動(dòng)力學(xué)條件和其他因素，實(shí)際生產(chǎn)中真空度需要到達(dá)13～66Pa。2.2.3.5RH法精煉工藝技術(shù)RH法在高真空度〔≤0.27KPa〕下，主要目的是去除鋼液中氫、氧〔脫氧產(chǎn)物〕。脫氫率一般在50％左右，最大可達(dá)70％，［H］的去除率與RH處理前［H］含量有關(guān)，要求RH處理［H］始<4ppm。法精煉工藝過(guò)程精煉前的準(zhǔn)備：真空室烘烤、電、壓縮空氣、水蒸汽、冷卻水的供給，驅(qū)動(dòng)氣體和反響氣體的準(zhǔn)備以及合金料斗的準(zhǔn)備。確認(rèn)準(zhǔn)備工作完好后即可投入運(yùn)行，停止烘烤，在升降管口套上擋渣帽，在真空室上裝合金料斗，同時(shí)，初煉爐出鋼，鋼包運(yùn)至升降臺(tái)車，在鋼包中測(cè)溫取樣，然后降下真空室，將升降管插入鋼液內(nèi)，深度不小于150－200mm，啟動(dòng)真空泵，隨著真空室壓力的降低，鋼液沿著升降管上升，當(dāng)向上升管吹入驅(qū)動(dòng)氣體，真空室壓力降到26－13KPa時(shí)，鋼液明顯地經(jīng)過(guò)真空室循環(huán)，并在真空室內(nèi)噴濺，外表積顯著增大，從而加速脫氣過(guò)程，脫氣后的鋼液聚集到真空室底部，在重力作用下，以1－2m/s的速度返回鋼包，沖擊未脫氣的鋼液，使其相互攪拌和混合，經(jīng)過(guò)假設(shè)干次循環(huán)后，可將鋼液內(nèi)的氣體降到相當(dāng)?shù)偷乃?。循環(huán)初期每隔10min測(cè)溫、取樣一次，接近處理終點(diǎn)時(shí)每隔5min測(cè)溫、取樣一次，根據(jù)取樣分析結(jié)果，如需補(bǔ)加合金料，可操作自動(dòng)控制的料斗，在不破壞真空度的條件下，以恒定的加料速度將合金料參加真空室內(nèi)，料加完后再循環(huán)幾分鐘，以保證成分溫度均勻，處理完畢后，在關(guān)閉真空泵提升真空室的同時(shí)，再測(cè)溫取樣，成分合格后將鋼包移出進(jìn)行澆注。2.2.3.5.2RH法真空脫碳RH除脫氣功能外,還具有真空脫碳功能。根據(jù)碳氧平衡原理，當(dāng)降低鋼液面上CO氣相壓力時(shí)，促進(jìn)碳氧反響，到達(dá)脫碳目的。脫碳量和脫氧量的關(guān)系通過(guò)降低系統(tǒng)壓力促使碳氧反響來(lái)實(shí)現(xiàn)脫碳或脫氧的目的是一種十分有效的手段，當(dāng)鋼液中含氧量降低某一數(shù)值時(shí)，那么含碳量也相應(yīng)降低一定數(shù)值，它們之間存在以下關(guān)系：假設(shè)鋼液在真空脫碳前碳氧積值為2.5×10－3，那么當(dāng)原始含碳量為［C］0時(shí)，其原始含氧量為：假定在真空脫碳后，鋼液中剩余含氧量較之原始含氧量可以忽略不計(jì)，那么最大可能的脫碳量為：上式說(shuō)明，只有當(dāng)鋼液[C]0較低時(shí)，鋼液【O】才高，鋼液降碳才顯著〔與C0相比較〕。例如，當(dāng)鋼中[C]0=0.2％時(shí)，在大氣壓條件下，鋼液含氧量?jī)H為0.0125％，最大可能的脫碳量?jī)H為0.0094％相當(dāng)于[C]0的4.09％；而當(dāng)鋼液[C]0=0.08％時(shí)，原始含氧量0.0312％，此時(shí)最大可能脫碳量為0.023％，相當(dāng)于[C]0的30％；當(dāng)鋼中[C]0=0.04％時(shí)，鋼液中的氧可以脫去全部含碳量，并且有0.009％的氧過(guò)剩；鋼中[C]0繼續(xù)降低到小于0.04％時(shí)，經(jīng)RH真空脫碳后，鋼液中過(guò)剩的氧增加。實(shí)際中并不能將鋼液中的碳全部脫去，因?yàn)槭苊撎妓俣群弯撘簻囟鹊葪l件的制約。RH真空脫碳時(shí)脫碳量與C0的關(guān)系如圖5－17所示。2.2.3.5.3RH法的合金化和成分微調(diào)〔1〕對(duì)合金的要求1〕合金的粒度由于RH真空精煉時(shí)溫度比轉(zhuǎn)爐出鋼時(shí)低，顆粒度過(guò)大的合金難以熔化；顆粒小的合金在真空室內(nèi)易被氣流帶走，特別是在RH真空精煉前期，鋼水中的氣體發(fā)生量大，更易將小顆粒合金抽入真空管道，從而影響成分命中率，對(duì)真空管網(wǎng)帶來(lái)?yè)p害。所以，真空精煉用合金的粒度以3～15mm為宜。2〕合金烘烤：如果合金參加量超過(guò)3％，就應(yīng)當(dāng)進(jìn)行烘烤，烘烤好的合金直接參加鋼包，以免燒壞皮帶。大局部鋼廠合金都不進(jìn)行烘烤通過(guò)加料系統(tǒng)參加真空室中。3〕合金中雜質(zhì)盡量低?！?〕合金參加速度一定的RH真空精煉設(shè)備有一定的循環(huán)量，參加合金時(shí)，必須對(duì)參加速度進(jìn)行控制，短時(shí)間內(nèi)參加的太多，會(huì)造成鋼水降溫，致使鋼水凝固，甚至破壞環(huán)流。加合金時(shí)鋼水降溫不能大于40℃，參加合金使鋼水升溫，不能高于50℃，控制參加速度，對(duì)于參加大量合金尤為重要，一般FeSi75為循環(huán)量的4％，武鋼二煉鋼廠為1200Kg／min，加鋁和碳等不超過(guò)循環(huán)量的1.5％，其它合金不能超過(guò)循環(huán)量的2％。但對(duì)鋼水的成分只進(jìn)行調(diào)整，參加量比較小時(shí)，一般不需要對(duì)參加速度進(jìn)行控制。〔3〕參加合金的時(shí)間RH真空脫碳完畢或在真空條件下利用碳脫去局部氧后，或當(dāng)真空度低于6600Pa以后，即可按鋼種目標(biāo)成分的要求參加適量的合金進(jìn)行脫氧、合金化或成分微調(diào)。一般情況下，只要鋼水開(kāi)始良好循環(huán)，就可以開(kāi)始參加第一批合金。但不同的合金應(yīng)當(dāng)在不同的時(shí)間內(nèi)添加完畢；①難熔化的合金應(yīng)當(dāng)在精煉結(jié)束前10min以內(nèi)加完；如鉻鐵、釩鐵、錳鐵、氮化硅鐵等；②易氧化合金，如鋁丸、鈦鐵、硼鐵等不宜過(guò)早地參加，應(yīng)在結(jié)束前3min內(nèi)加完，提高收得率及成分命中率；③對(duì)脫碳鋼來(lái)說(shuō)，合金的添加時(shí)間應(yīng)當(dāng)在脫碳結(jié)束并加鋁脫氧以后,以防合金氧化。④對(duì)于利用真空碳脫氧的鋼，那么應(yīng)視鋼中碳含量和鋼液溫度上下來(lái)決定合金參加時(shí)間。〔4〕成分的混合為使添加的合金元素在鋼包中混合均勻，參加合金后應(yīng)循環(huán)一次為好。RH真空精煉過(guò)程中，添加各類合金時(shí)，能否在鋼包中混合均勻，取決于鋼水循環(huán)速度和合金添加速度。大量的實(shí)踐說(shuō)明，RH合金化的速度為：75％硅鐵為0.75％Si／min，錳鐵的添加速度為0.5％Mn／min。過(guò)快的添加速度會(huì)導(dǎo)致成分分布不均勻或堵塞鋼水環(huán)流。當(dāng)合金添加結(jié)束時(shí)，鋼水循環(huán)必須延長(zhǎng)2min以上的時(shí)間，以到達(dá)完全均勻化的效果。對(duì)于添加大量的增碳劑時(shí)應(yīng)延長(zhǎng)更長(zhǎng)的時(shí)間。〔5〕合金參加量的計(jì)算方法合金參加量＝〔目標(biāo)值－加合金前鋼中含量〕×鋼水量／〔收得率×合金成分含量〕加鋁用于脫氧時(shí)，應(yīng)當(dāng)根據(jù)鋼中含氧量決定?！?〕合金收得率RH真空脫碳以后，鋼中含氧量大幅度降低，降低的幅度與降碳量有關(guān)。由于加合金并不直接與鋼渣接觸，因此合金元素的收得率要比轉(zhuǎn)爐高而且穩(wěn)定。但RH真空條件下，合金收得率還與合金粒度有關(guān)，過(guò)小的合金易被吸入真空管道，影響收得率?！?〕成分微調(diào)RH真空精煉可以為鋼中各元素的含量較窄范圍控制提供良好條件。鋼水經(jīng)過(guò)爐后脫氧合金化和吹氬攪拌，鋼水中的氧得以降低，同時(shí)鋼渣的氧化性也有所降低。因此回收率穩(wěn)定。要使鋼中某元素到達(dá)預(yù)定目標(biāo)值，必須具備：及時(shí)采集有代表性的合格試樣；并迅速送樣、快速準(zhǔn)確分析、及向現(xiàn)場(chǎng)反響；有一套能迅速、準(zhǔn)確地稱量所需要添加合金的稱量系統(tǒng)；有一套能迅速、準(zhǔn)確、均勻地把合金參加鋼水的加料系統(tǒng)；2.2.3.5.4RH法真空深度脫硫在RH真空處理過(guò)程中經(jīng)合金溜槽向真空室參加脫硫劑可以實(shí)現(xiàn)深度脫硫?！?〕RH真空深度脫硫的工藝參數(shù)1〕對(duì)鋼包中鋼渣的要求RH深度脫硫時(shí)，轉(zhuǎn)爐冶煉終點(diǎn)爐渣應(yīng)到達(dá)以下要求：堿度為3～4，〔FeO〕含量不超過(guò)10％。在出鋼過(guò)程中采取擋渣措施，保證包中渣層厚度不大于100mm。最好在出鋼過(guò)程中向包中添加一定量的石灰以增加鋼渣的硫化能力。2〕對(duì)脫硫劑的要求①脫硫劑的配比CaO－CaF2系脫硫劑的脫硫能力較強(qiáng)。CaF2的脫硫能力很小，參加螢石的作用是降低CaO的熔點(diǎn)，增加脫硫產(chǎn)物的擴(kuò)散速度。CaO和CaF2的配比以60：40為宜，過(guò)多的CaF2會(huì)加劇對(duì)耐火材料的侵蝕。②采用活性石灰作為脫硫劑。③粒度：脫硫劑細(xì)化可以增加脫硫反響的速度，但顆粒度過(guò)細(xì)，易被真空泵吸進(jìn)真空管網(wǎng)，降低脫硫效果，所以脫硫劑的粒度以3～5mm為宜。④防潮，以防鋼液吸收氫和氧。3〕深度脫硫的時(shí)機(jī)RH深度脫硫的時(shí)機(jī)應(yīng)當(dāng)是在鋼液深度脫氧以后，即鋼中加鋁脫氧并使鋼中含鋁量到達(dá)一定量后。因此，RH深度脫硫的時(shí)機(jī)選擇在完成脫氧和合金化后2min進(jìn)行。過(guò)早地參加脫硫劑會(huì)延長(zhǎng)脫硫劑與真空室爐襯的接觸時(shí)間，加劇爐襯的侵蝕。4〕攪拌時(shí)間脫硫劑經(jīng)合金溜槽參加到RH真空室內(nèi)與乳化了的鋼液混合后經(jīng)下降管流到鋼包中，在混合攪拌過(guò)程中進(jìn)行脫硫反響，其攪拌效果強(qiáng)，使脫硫劑迅速散開(kāi)，增加了脫硫劑與鋼液的混合，故脫硫速度很快。從脫硫劑添加到RH真空室內(nèi)開(kāi)始到脫硫反響到達(dá)預(yù)期目的為止共需攪拌3～5min。這與頂噴CaO系復(fù)合脫硫劑的脫硫速度相同。5〕真空室的密封RH真空深度脫硫在RH真空室內(nèi)進(jìn)行，防止了空氣中的氧對(duì)脫硫反響的抑制和回硫。但是，由于鋼液在真空室內(nèi)呈乳化狀態(tài)，一旦有空氣進(jìn)入，其危害更大。因此，應(yīng)當(dāng)注意真空室的密封，防止空氣進(jìn)入真空室內(nèi)。RH真空深度脫硫的效果RH真空深度脫硫的實(shí)踐證明，鋼中含鋁量足以與脫硫反響產(chǎn)生的氧相結(jié)合，并有一定剩余時(shí)采用CaO－CaF2脫硫劑進(jìn)行深度脫硫可以獲得超低硫鋼，鋼中硫含量可以降低到0.001％左右，最高脫硫效率到達(dá)80％以上。2.2.3.5.5RH法的冶金效果由于RH法具有優(yōu)越的脫氣、脫氧、脫碳和合金化條件，因而可取得較好的冶金效果。脫氫：脫氣外表積大，脫氣效果明顯。通常RH法的脫氫率可達(dá)50～80％。脫氧鋼約為65％，未脫氧鋼約為70％，處理20分鐘后，鋼水中的氫含量可降至2ppm以下。如果延長(zhǎng)時(shí)間提高鋼水的循環(huán)速度可降至1ppm以下。脫碳：在25min處理周期內(nèi)可生產(chǎn)出【C】≤0.002％，到達(dá)超低碳鋼水平。脫氧：由于RH處理具有碳脫氧作用，鋼液中溶解的氧下降。用RH處理未脫氧的超低碳鋼，氧含量可由〔200～500〕ppm降到〔80～300〕ppm。處理含碳鎮(zhèn)靜鋼，氧含量可由〔60～250〕ppm降到20～60ppm。RH真空精煉后〔有渣精煉〕T［O］含量可不高于20ppm，如和LF法配合，鋼水T［O］可降到10ppm以下。脫氮：RH真空精煉脫氮率較低。當(dāng)原始含氮量較低時(shí)〔氮含量≤50ppm〕，處理前后幾乎不變，當(dāng)?shù)看笥?00ppm時(shí)，脫氮率只有10～20％。但在強(qiáng)脫氧、大氬氣流量、確保真空度條件下，也能使鋼水的含氮量降低20％左右。脫硫：向真空室內(nèi)添加脫硫劑，能使鋼水的含硫量降到0.0012％～0.0015％，如RH附加噴粉裝置〔RH－PB〕能穩(wěn)定地冶煉［S］≤0.001％的鋼，某些鋼種可以降到0.0005％以下。成分控制：為改善碳、錳、硅對(duì)低合金鋼淬火均勻性的影響，向RH真空室內(nèi)屢次參加合金，均勻鋼水成分，可將碳、錳、硅的成分精度控制在±0.15％的水平。去除夾雜物：鋼中夾雜物可以降到5.6mg/10Kg以下。在弱脫氧鋼中，RH進(jìn)行成分微調(diào)，可使鋼中鋁含量控制在0.00015％水平。對(duì)于含氮在0.007％左右的中碳鎮(zhèn)靜鋼，可通過(guò)把驅(qū)動(dòng)氣體換成N2的方式，能使［N］的精度控制在±0.0005％范圍內(nèi)。升溫：采用RH-OB法加鋁吹氧提溫，鋼水最大升溫速度可達(dá)8℃／min。采用RH-KTB技術(shù)，可降低轉(zhuǎn)爐出鋼溫度26℃；循環(huán)攪拌可使鋼水溫度均勻，保持連鑄中間包鋼水溫度波動(dòng)不大于5℃。2.2.3.5.6RH的開(kāi)展RH－OB真空吹氧技術(shù)OB：Oxygenblowing，即吹氧。用于冶煉超低碳鋼、不銹鋼。1972年，新日鐵開(kāi)發(fā)RH－OB真空吹氧技術(shù)與轉(zhuǎn)爐配合，生產(chǎn)含鉻不銹鋼。如下圖。利用轉(zhuǎn)爐、RH－OB可進(jìn)行強(qiáng)制脫碳、加鋁吹氧升溫度生產(chǎn)鋁鎮(zhèn)靜鋼，從而減輕轉(zhuǎn)爐負(fù)擔(dān)，實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)爐定終點(diǎn)碳出鋼的目的，提高了轉(zhuǎn)爐作業(yè)率，降低了脫氧鋁耗。因此，20世紀(jì)80年代RH-OB吹氧技術(shù)得到了迅速開(kāi)展。但同時(shí)，RH-OB也暴露了其噴嘴壽命低的弱點(diǎn)，降低了RH設(shè)備的作業(yè)率，噴濺嚴(yán)重，增加了RH真空室的結(jié)瘤及輔助作業(yè)時(shí)間，要求增加RH真空泵的能力。這些問(wèn)題阻礙了RH－OB的進(jìn)一步開(kāi)展。我國(guó)寶鋼1985年投產(chǎn)的RH－OB裝置，可處理40多個(gè)鋼種，鋼種合格率為99.3％，鋼管鋼等鋼種的雜質(zhì)明顯減少，去除氫64％，氧49％，氮16％，高的可達(dá)23％，使氫含量小于1.5ppm，氧含量和氮含量都小于40ppm。此外，去除鋼中夾雜物的能力也提高。RH－OB處理鋼水的能力為年處理量252萬(wàn)噸。RH－IJ噴粉技術(shù)〔IJ：Injection〕RH噴粉技術(shù)，如圖。這項(xiàng)技術(shù)可在一次操作中同時(shí)完成脫硫、脫氫、脫碳、減少非金屬夾雜物和調(diào)整成分的目的。該方法的特點(diǎn)是進(jìn)行RH處理過(guò)程中，從真空室的外部向真空室上升管的底部插一只噴槍，向即將上升到真空室的鋼水噴吹合成渣料，以到達(dá)深脫硫的目的。渣料使用氬氣攜帶。這種處理方法的特點(diǎn)是噴吹過(guò)程不會(huì)對(duì)鋼包外表氧化渣造成擾動(dòng)，減輕了氧化渣對(duì)鋼水的影響。同時(shí)還有如下優(yōu)點(diǎn)：噴入的粉劑在鋼水中可以有較長(zhǎng)的停留時(shí)間，強(qiáng)化了鋼包底部的攪拌；吹入的氣體進(jìn)入RH上升管，可以加大鋼水的循環(huán)流量。RH－PB噴粉技術(shù)新日鐵于1987年研制成功〔PowderBlastingSystem〕，如圖。不僅可以生產(chǎn)出超低硫、超低碳和超低磷鋼，而且在處理過(guò)程中氫含量也是降低的。它利用原有RH－OB法真空室下部底吹氧噴嘴，使其具有噴粉功能，依靠載氣將粉劑通過(guò)OB噴嘴吹入鋼液。RH真空室下部裝有兩個(gè)噴嘴，可以利用切換閥門來(lái)改變吹氧方式還是噴粉方式。同時(shí)通過(guò)加鋁可使鋼水升溫。此法還具有良好的去氫效果，不會(huì)影響傳統(tǒng)的RH真空脫氣的能力，更不會(huì)導(dǎo)致鋼液吸氮。采用RH－PB法處理鋼水取得了如下結(jié)果：在熔劑最正確噴吹條件下，脫硫率達(dá)70％～80％，在鋼水初始硫含量為20～30ppm的情況下，噴吹粉劑4Kg/t時(shí)，終點(diǎn)硫含量為5ppm；在鋼水初始［P］含量為150～300ppm的情況下，經(jīng)RH－PB處理后，［P］≤20ppm；可以穩(wěn)定的生產(chǎn)［H］≤1.5ppm、［S］≤10ppm、［N］≤40ppm的鋼，處理時(shí)間約為20min。RH－KTB真空吹氧技術(shù)采用普通的RH真空脫碳工藝，轉(zhuǎn)爐出鋼溫度高，RH真空脫碳時(shí)間長(zhǎng)，冷軋板的外表缺陷高，約為2.2％。1986年，日本川崎鋼鐵公司為滿足汽車工業(yè)飛速開(kāi)展對(duì)鋼板質(zhì)量提出的新要求，努力降低鋼中的碳含量，以保證冷軋板具有良好的塑性、拉伸性、非時(shí)效性。為改進(jìn)冷軋超低碳鋼的生產(chǎn)工藝，開(kāi)發(fā)出了RH－KTB〔KawasakiSteelNewTopOxygenBlowingdegassing的縮寫〕真空吹氧技術(shù)，將RH技術(shù)開(kāi)展推向一個(gè)新階段。第一臺(tái)RH－KTB真空吹氧設(shè)備安裝在川崎鋼鐵公司千葉制鐵所第三煉鋼廠的3號(hào)RH上。幾年來(lái)，川崎制鐵的千葉和水島制鐵所6臺(tái)RH全部改造成RH－KTB真空吹氧設(shè)備，并向國(guó)內(nèi)外輸出了30余套R(shí)H－KTB真空吹氧設(shè)備。KTB法是用水冷氧槍向真空室內(nèi)的鋼液供給氧氣的工藝方法，如圖6－29所示。與常規(guī)的RH工藝相比，應(yīng)用RH－KTB的效果主要有：在RH－KTB法中，有30％的氧用于CO氣體的二次燃燒，二次燃燒率達(dá)60％，使RH處理過(guò)程中的熱損失得以補(bǔ)償，因此可降低轉(zhuǎn)爐出鋼溫度約26℃；②提高脫碳速率。在不延長(zhǎng)RH真空處理時(shí)間的條件下，可在較高轉(zhuǎn)爐出鋼含碳量下生產(chǎn)超低碳鋼。實(shí)踐證明，使用RH－KTB工藝時(shí)轉(zhuǎn)爐出鋼終點(diǎn)［C］含量可從0.025％提高到0.05％，因而減輕轉(zhuǎn)爐的冶煉負(fù)擔(dān)；③應(yīng)用RH－KTB法，穩(wěn)定地降低脫氣結(jié)束時(shí)渣中的〔％TFe〕和鋼水中的T［O］。從而使連鑄時(shí)由于鋼水中的Al2O3造成的浸入式水口的堵塞得到緩解，提高了板坯的外表質(zhì)量；④減輕了RH真空室的冷鋼粘結(jié)，以前，RH真空室內(nèi)粘附的殘鋼成為精煉超低碳鋼時(shí)增碳或微量添加成分不合的原因。另外，在修補(bǔ)時(shí)，由于真空泵下部槽的更換和真空室上部磚的拆運(yùn)，需要長(zhǎng)時(shí)間清理殘鋼，造成RH運(yùn)轉(zhuǎn)率低。用RH－KTB氧槍后，不僅可以使在KTB處理期間形成的殘鋼量少，而且還可以處理凝聚在真空室內(nèi)壁形成的殘鋼提供一種有效的清理工具，從而提高了真空室的壽命、耐火材料的消耗。

RH－KTB法與RH－OB法相比有很大進(jìn)步，RH-OB吹氧，其氧氣利用率不如RH－KTB，二次燃燒效果也很微弱，為補(bǔ)償RH處理過(guò)程中的溫降，需要配合向真空室加Al吹氧來(lái)升溫，但容易造成鋼液中Al2O3夾雜的增多而影響鋼水的潔凈度，另外，由于吹氧的OB管直接與高溫鋼液接觸，加速了對(duì)浸入管根部磚襯的侵蝕，因此OB管的壽命也很低，一般少于200次。與之相比，RH－KTB工藝就比較完善。RH－MFB多功能噴嘴技術(shù):新日鐵于92年開(kāi)發(fā)，并于93年建立了第一臺(tái)RH多功能噴嘴設(shè)備，簡(jiǎn)稱RH－MFB〔MFB：MultiFunctionBurner〕真空裝置，如圖6－30所示。RH－MFB法的主要功能是在真空狀態(tài)下的吹氧強(qiáng)脫碳、鋁化學(xué)加熱鋼水，在大氣狀態(tài)下吹氧或天然氣燃燒加熱烘烤真空室及去除真空室內(nèi)壁形成的結(jié)瘤物，真空狀態(tài)下吹天然氣或氧氣燃燒加熱鋼水及防止真空室頂部形成結(jié)瘤物。其冶金功能與KTB真空頂吹氧技術(shù)相近，主要在于提高轉(zhuǎn)爐出鋼時(shí)鋼水的含碳量，在碳高氧低的情況下，不延長(zhǎng)RH真空脫碳時(shí)間，可以將碳降到20ppm以下。對(duì)于鋼水中碳含量，不吹氧可以從開(kāi)始≥400ppm降至30ppm以下，甚至低于20ppm，對(duì)鋼水的溫度補(bǔ)償主要是通過(guò)燃?xì)馊紵齺?lái)實(shí)現(xiàn)的，在真空精煉過(guò)程中吹入一定量的燃?xì)馐怪紵?，到達(dá)加熱鋼水的目的。加Al吹氧升溫是通過(guò)Al燃燒發(fā)熱來(lái)加熱鋼水的。RH－MFB用Al加熱鋼水的效果為：每噸鋼參加1Kg純Al后溫度上升35.8℃。我國(guó)寶鋼和梅山鋼鐵公司引進(jìn)了該項(xiàng)技術(shù)。1996年，我國(guó)攀鋼首次和新日鐵簽訂了引進(jìn)RH－MFB多功能噴嘴技術(shù)和設(shè)備合同。梅山鋼鐵公司于2001年引進(jìn)了該技術(shù)。寶鋼一煉鋼也安裝一臺(tái)RH－MFB裝置。3鋼包爐精煉法典型的鋼包爐精煉法有三種：鋼包吹氬技術(shù)、LF〔ASEA-SKF〕、VAD法。3.1鋼包吹氬技術(shù)起初的常壓鋼包吹氬，即在普通鋼包底部開(kāi)一孔，并安裝一個(gè)耐火材料的多孔透氣塞，氬氣通過(guò)透氣塞吹入鋼包中可促使鋼中夾雜物迅速上浮，使鋼液成分和溫度均勻化。然而這種簡(jiǎn)單的鋼包吹氬存在一些缺乏：吹氬時(shí)鋼包上面的爐渣被吹開(kāi)，鋼水暴露于空氣，造成鋼水的二次氧化；渣中不穩(wěn)定氧化物及變價(jià)氧化物繼續(xù)與鋼水作用；鋼水沖刷耐火材料，不斷帶入外來(lái)夾雜物。為了克服簡(jiǎn)單鋼包吹氬的上述缺陷，采取鋼包帶浸漬罩及封頂蓋或在密閉爐體內(nèi)吹氬精煉裝置。鋼包爐精煉法3.2封閉式吹氬成分微調(diào)法成分調(diào)整密封吹氬的CAS法(CompositionAdjustmentbySealedArgonBubbting)是用來(lái)在鋼包內(nèi)對(duì)鋼液中合金元素含量進(jìn)行調(diào)整的方法。如下圖，這種方法是在以往的鋼包底吹氬均勻鋼液成分和溫度功能的根底上，在鋼液面上插入一個(gè)隔離罩，撇開(kāi)爐渣，鐵合金從隔離罩上面參加，不與爐渣接觸，直接參加到鋼液內(nèi)，并在底吹氬攪拌下，微調(diào)合金成分，提高了合金收得率。此外，這種方法還有利于消除鋼中的大型夾雜物，以較低的本錢獲得純潔的鋼液。CAS法主要用于處理轉(zhuǎn)爐鋼液。〔1〕CAS法的設(shè)備。鋼包底吹氬系統(tǒng)；隔離罩〔或浸漬罩〕及其升降機(jī)構(gòu)；隔離罩是由鋼板支撐的耐火材料環(huán)罩，由罩體和浸入局部組成，浸入局部用高鋁耐火水泥澆注而成，操作時(shí)插入鋼液；合金料參加系統(tǒng)，有合金料倉(cāng)，電磁振動(dòng)給料器，電子稱量裝置，輸送膠帶；還有測(cè)溫取樣等。〔2〕CAS法根本功能：均勻和調(diào)整鋼液成分和溫度；提高合金收得率；凈化鋼液、去除夾雜物?！?〕精煉工藝過(guò)程。進(jìn)行CAS處理時(shí)，首先強(qiáng)底吹氬氣，氬氣通過(guò)安裝在包底的彌散性透氣磚吹入鋼液進(jìn)行攪拌，在上升的氣液兩相流股的作用下，鋼液沸騰，氬氣流股上方的鋼液外表凸起，將熔渣向周圍推開(kāi)，在鋼液外表形成一個(gè)無(wú)渣的區(qū)域，當(dāng)裸露的鋼液外表積相當(dāng)于隔離罩面積時(shí)降下隔離罩插入裸露的鋼液內(nèi)罩住無(wú)渣區(qū)域，以便參加的合金與爐渣隔離；也使鋼液與大氣隔離，罩內(nèi)呈密封狀態(tài)，鋼液面無(wú)爐渣覆蓋，加上吹氬使罩內(nèi)充滿氬氣，形成相對(duì)的惰性氣氛，保持氬氣正壓。調(diào)整成分用的鐵合金從罩的頂部參加，不經(jīng)過(guò)爐渣直接參加鋼液內(nèi)，從而減小合金損失，因此合金收得率高且穩(wěn)定，成分迅速均勻，并可精確調(diào)整。與常規(guī)吹氬攪拌處理鋼液比較，處理7~8min，鋼中總氧量由100ppm可降到40ppm以下，處理后鋼中非金屬夾雜物明顯減少，尤其40um以上的大型夾雜物可減少50％，20~40um的夾雜物可減少1／2~1／3，大大改善鋼的質(zhì)量?！?〕具體操作。鋼包吊運(yùn)到處理站，對(duì)位以后，強(qiáng)吹氬1min，吹開(kāi)鋼液外表渣層后，立即降罩，同時(shí)測(cè)溫取樣，按計(jì)算好的合金稱量，不斷吹氬，稍后即可參加鐵合金進(jìn)行攪拌，吹氬結(jié)束將隔離罩提升，再測(cè)溫取樣。CAS法工業(yè)試驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明CAS法具有下述優(yōu)勢(shì)：鋼液氮含量維持低水平。CAS處理后鋼液［N］為20ppm，到中間包內(nèi)，［N］為22ppm；2〕中間包水口結(jié)瘤改善，經(jīng)CAS處理分別達(dá)56爐和100爐。3〕鋼材質(zhì)量提高?！?〕效果。通過(guò)吹氬，鋼中的氧、氫和非金屬夾雜物均下降，如美國(guó)聯(lián)合碳化物公司200t吹氬裝置，氮含量可由43ppm降到32ppm；氧含量可在吹氬15min以后由180ppm降到15ppm，脫氧效果相當(dāng)于真空處理的水平，非金屬夾雜物較不吹氬處理改善了60％－70％。吹氬處理滾球鋼，氫含量下降22％，使消除白點(diǎn)而進(jìn)行的熱處理時(shí)間減少一半。除吹氬外，還可以同時(shí)吹入CO或CO2等，氬氣缺乏時(shí)也可以吹N2攪拌，均勻成分和溫度。3.3CAS－OB法CAS－OB法是在CAS法的根底上開(kāi)展起來(lái)的。為了快速補(bǔ)償CAS法處理過(guò)程中的溫降，在隔離罩內(nèi)增設(shè)了一只吹氧槍對(duì)鋼液進(jìn)行吹氧，同時(shí)向鋼液內(nèi)參加鋁或硅鐵，利用參加的鋁或硅鐵與氧反響所放出的熱量直接加熱鋼液，稱為CAS－OB法。其目的是對(duì)轉(zhuǎn)爐鋼液進(jìn)行快速升溫，補(bǔ)償CAS法工序的溫降，為中間包內(nèi)的鋼液提供準(zhǔn)確的目標(biāo)溫度，使轉(zhuǎn)爐和連鑄協(xié)調(diào)配合，其設(shè)備如下圖。CAS－OB法為新日鐵最早推出，為具有代表性的化學(xué)加熱法。ACAS－OB法的工藝原理CAS－OB法：除具有上述的CAS