精煉爐

1 RH的歷史與發(fā)展

真空技術(shù)在煉鋼上開始應(yīng)用起始于1952年，當(dāng)時(shí)人們?cè)谏a(chǎn)含硅量在2%左右的硅鋼時(shí)在澆注過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)冒渣現(xiàn)象，經(jīng)過(guò)各種試驗(yàn)，終于發(fā)現(xiàn)鋼水中的氫和氮是產(chǎn)生冒渣無(wú)法澆注或軋制后產(chǎn)生廢品的主要原因，隨之各種真空精煉技術(shù)開始出現(xiàn)，如真空鑄錠法、鋼包滴流脫氣法、鋼包脫氣法等，從而開創(chuàng)了工業(yè)規(guī)模的鋼水真空處理方法，特別是蒸汽噴射泵的出現(xiàn)，更是加速了真空煉鋼技術(shù)的發(fā)展。

隨著真空煉鋼技術(shù)的開發(fā)與發(fā)展，最終RH和VD因?yàn)樘幚頃r(shí)間短、成本低、可以大量處理鋼水等優(yōu)點(diǎn)而成為真空煉鋼技術(shù)的主流，70年代開始隨著全連鑄車間的出現(xiàn)，RH因?yàn)椴捎娩撍谡婵詹郗h(huán)流的技術(shù)從而達(dá)到處理時(shí)間短、效率高、能夠與轉(zhuǎn)爐連鑄匹配的優(yōu)點(diǎn)而被轉(zhuǎn)爐工序大量采用。

RH從開始出現(xiàn)到現(xiàn)在40多年來(lái)，有多項(xiàng)關(guān)鍵性技術(shù)的出現(xiàn)，從而加速了RH精煉技術(shù)的發(fā)展。表1為40多年來(lái)RH技術(shù)的發(fā)展情況。

表1 RH技術(shù)發(fā)展情況

2RH系統(tǒng)概述

RH系統(tǒng)設(shè)備是一種用于生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)鋼的鋼水二次精煉工藝裝備。整個(gè)鋼水冶金反應(yīng)是在砌有耐火襯的真空槽內(nèi)進(jìn)行的。真空槽的下部是兩個(gè)帶耐火襯的浸漬管，上部裝有熱彎管。被抽氣體由熱彎管經(jīng)氣體冷卻器至真空泵系統(tǒng)排到廠房外。

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，相對(duì)沒有吹氬的下降管產(chǎn)生了一個(gè)較高的靜壓差，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。

經(jīng)RH處理的鋼水優(yōu)點(diǎn)明顯:合金基本不與爐渣反應(yīng)，合金直接加入鋼水之中，收得率高;鋼水能快速均勻混合;合金成分可控制在狹窄的范圍之內(nèi);氣體含量低，夾雜物少，鋼水純凈度高;還可以用頂槍進(jìn)行化學(xué)升溫的溫度調(diào)整，為連鑄機(jī)提供流動(dòng)性好、純凈度高、符合澆鑄溫度的鋼水，以利于連鑄生產(chǎn)的多爐連澆。

3真空泵工作原理

在工業(yè)煉鋼生產(chǎn)中，現(xiàn)經(jīng)常采用的抽真空設(shè)備主要有羅茨泵、水環(huán)泵和蒸汽噴射泵，其中以水環(huán)泵和蒸汽噴射泵最為常見。

1)水環(huán)泵工作原理

水環(huán)泵中帶有葉片的轉(zhuǎn)了被偏心的與泵的殼體相配合，在泵體中裝有適量的水作為工作液。當(dāng)葉輪順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)時(shí)，水被葉輪拋向四周，由于離心力的作用，水形成了一個(gè)決定于泵腔形狀的近似于等厚度的封閉圓環(huán)。水環(huán)的下部分內(nèi)表面恰好與葉輪輪轂相切，水環(huán)的上部?jī)?nèi)表面剛好與葉片頂端接觸(實(shí)際上葉片在水環(huán)內(nèi)有一定的插入深度)。此時(shí)葉輪輪轂與水環(huán)之間形成一個(gè)月牙形空間，而這一空間又被葉輪分成和葉片數(shù)目相等的若干個(gè)小腔。如果以葉輪的下部0°為起點(diǎn)，那么葉輪在旋轉(zhuǎn)前180°時(shí)小腔的容積由小變大，且與端面上的吸氣口相通，此時(shí)氣體被吸入，當(dāng)吸氣終了時(shí)小腔則與吸氣口隔絕;當(dāng)葉輪繼續(xù)旋轉(zhuǎn)時(shí)，小腔由大變小，使氣體被壓縮;當(dāng)小腔與排氣口相通時(shí)，氣體便被排出泵外。

2)蒸汽噴射泵工作原理

噴射泵是由工作噴嘴和擴(kuò)壓器及混合室相聯(lián)而組成。工作噴嘴和擴(kuò)壓器這兩個(gè)部件組成了一條斷面變化的特殊氣流管道。氣流通過(guò)噴嘴可將壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能。工作蒸汽壓強(qiáng)和泵的出口壓強(qiáng)之間的壓力差，使工作蒸汽在管道中流動(dòng)。

在這個(gè)特殊的管道中，蒸汽經(jīng)過(guò)噴嘴的出口到擴(kuò)壓器入口之間的這個(gè)區(qū)域(混合室)，由于蒸汽流處于高速而出現(xiàn)一個(gè)負(fù)壓區(qū)。此處的負(fù)壓要比工作蒸汽壓強(qiáng)和反壓強(qiáng)低得多。此時(shí)，被抽氣體吸進(jìn)混合室，工作蒸汽和被抽氣體相互混合并進(jìn)行能量交換，把工作蒸汽由壓力能轉(zhuǎn)變來(lái)的動(dòng)能傳給被抽氣體。

通常單級(jí)噴射器的壓縮比不超過(guò)12，由于真空處理的壓力為0.67mbar以下，需要的壓縮比在1520左右，單機(jī)泵無(wú)法滿足要求，實(shí)際上包括VD,VOD,RH設(shè)備上所用的噴射泵都有多極泵串聯(lián)逐級(jí)壓縮而組成的真空泵系統(tǒng)。在真空系統(tǒng)中一般兜有冷凝器，冷凝器的作用是將混合物中的可凝性蒸汽部分凝結(jié)排除，以減少下級(jí)噴射器的負(fù)荷。

3)特點(diǎn)及應(yīng)用

水環(huán)泵中氣體壓縮是等溫的，故可抽除易燃、易爆的氣體，此外還可抽除含塵、含水的氣體，但其極限真空度較低，一般應(yīng)用在蒸汽資源較少的廠家作為末級(jí)泵使用，如唐鋼。

蒸汽噴射泵具有抽氣能力大、抽氣速度快、對(duì)被抽氣體介質(zhì)適用能力強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單無(wú)傳動(dòng)部件、操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)在冶金系統(tǒng)大量采用。如萊鋼特殊鋼廠二煉車間的VD采用4級(jí)蒸汽噴射泵，煉鋼廠的RH采用5級(jí)蒸汽噴射泵。

4RH處理模式及工藝流程

1)處理模式

RH處理根據(jù)鋼種要求不同，可分為輕處理模式、中間處理模式、深脫碳處理模式和特殊處理模式。

輕處理模式針對(duì)鋼種以低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼為主，鋼種主要特點(diǎn)是含碳量較低(0.02%~0.06%)、低硅(≤0.03%)，代表鋼種有SPHC,SS400等。處理特點(diǎn)是真空度要求較低，一般控制在6~7kPa左右;處理時(shí)間短，一般處理時(shí)間小于15min，環(huán)流氣體流量控制較低。對(duì)轉(zhuǎn)爐要求控制C,N，轉(zhuǎn)爐過(guò)來(lái)的鋼水可以是帶氧鋼或者脫氧鋼，對(duì)脫氧鋼要求碳基本符合要求。

中間處理模式與輕處理基本差不多，其要求鋼水碳成份一般在0.01%~0.03%，要求轉(zhuǎn)爐過(guò)來(lái)的鋼水必須是帶氧鋼(目的是脫碳)。對(duì)象鋼種為對(duì)H不敏感，但使用條件較為嚴(yán)格;不含Cr,Ni的耐候鋼;低等級(jí)管線鋼;強(qiáng)度級(jí)別不太高的管線鋼等。代表鋼種如DI材(易拉罐),X65,SM490等。

深脫碳處理模式針對(duì)鋼種為超低碳鋼，代表鋼種為IF鋼，也就是平常俗稱的汽車板鋼。其要求的鋼種碳含量小于100PPm，現(xiàn)在日本達(dá)到的水平為≤13ppm，我國(guó)寶鋼也基本達(dá)到這個(gè)水平，其對(duì)C,N,O,S都有非常嚴(yán)格的要求。工藝特點(diǎn)是要求真空度高，達(dá)到65Pa以下;要求轉(zhuǎn)爐鋼水為帶氧鋼，帶氧量控制在400~800ppm之間，碳含量小于0.05%，氮含量較低;處理時(shí)間長(zhǎng)，脫碳時(shí)間大于15min，冶煉時(shí)間大于30min;對(duì)環(huán)流氣體的控制較為嚴(yán)格。

特殊處理主要是針對(duì)硅鋼為主的一種處理方式，其實(shí)質(zhì)是對(duì)深脫碳處理后的鋼水進(jìn)行Si,Al的合金化處理及鋼水純凈化的處理。

2)工藝簡(jiǎn)介

待處理鋼水包由行車吊運(yùn)至RH鋼包臺(tái)車上，鋼包臺(tái)車開到真空槽下部的處理位置。并進(jìn)行鋼水液面高度人工判定。

根據(jù)人工判定鋼水液面高度，鋼包被液壓缸頂升(或?qū)⒄婵詹鄯畔?，使真空槽的浸漬管浸入鋼水到預(yù)定的深度。同時(shí)，上升浸漬管以預(yù)定的流速噴吹氬氣。隨著浸漬管完全浸入鋼液，真空泵啟動(dòng)。

各級(jí)真空泵根據(jù)預(yù)先的抽氣曲線進(jìn)行工作。

進(jìn)行測(cè)溫、取樣、定氧操作。

真空脫氫處理，將在規(guī)定時(shí)間及規(guī)定低壓條件下持續(xù)進(jìn)行循環(huán)脫氣操作以達(dá)到氫含量的目標(biāo)值。

真空脫碳處理(低碳或超低碳等級(jí)鋼水)，循環(huán)脫氣將持續(xù)一定時(shí)間以獲得碳含量的目標(biāo)值。在脫碳過(guò)程中，鋼水中的碳和氧反應(yīng)形成一氧化碳通過(guò)真空泵排出。如鋼中氧含量不夠，可通過(guò)頂槍吹氧提供氧氣。脫碳結(jié)束時(shí)，鋼水通過(guò)加鋁進(jìn)行脫氧。

鋼水脫氧后，合金料通過(guò)真空料斗加入真空槽。

對(duì)鋼水進(jìn)行測(cè)溫、定氧和確定化學(xué)成份。

鋼水處理完畢時(shí)，真空泵系統(tǒng)依次關(guān)閉，真空槽復(fù)壓，重新處于大氣壓狀態(tài)。

處理完畢后，鋼包下降。

上升浸漬管自動(dòng)改吹氬為吹氮。

鋼包臺(tái)車開出，行車把鋼包吊運(yùn)至連鑄大包回轉(zhuǎn)臺(tái)進(jìn)行澆注。

(來(lái)源:制鋼參考網(wǎng))