精煉爐生產(chǎn)設備

1 RH的歷史與發(fā)展

真空技術在煉鋼上開始應用起始于1952年，當時人們在生產(chǎn)含硅量在2%左右的硅鋼時在澆注過程中經(jīng)常出現(xiàn)冒渣現(xiàn)象，經(jīng)過各種試驗，終于發(fā)現(xiàn)鋼水中的氫和氮是產(chǎn)生冒渣無法澆注或軋制后產(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的發(fā)展。

隨著真空煉鋼技術的開發(fā)與發(fā)展，最終RH和VD因為處理時間短、成本低、可以大量處理鋼水等優(yōu)點而成為真空煉鋼技術的主流，70年代開始隨著全連鑄車間的出現(xiàn)，RH因為采用鋼水在真空槽環(huán)流的技術從而達到處理時間短、效率高、能夠與轉(zhuǎn)爐連鑄匹配的優(yōu)點而被轉(zhuǎn)爐工序大量采用。

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

表1 RH技術發(fā)展情況

2RH系統(tǒng)概述

RH系統(tǒng)設備是一種用于生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)鋼的鋼水二次精煉工藝裝備。整個鋼水冶金反應是在砌有耐火襯的真空槽內(nèi)進行的。真空槽的下部是兩個帶耐火襯的浸漬管，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。當真空槽抽真空時，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時可使鋼水上升1.48m高度)。與真空槽連通的兩個浸漬管，一個為上升管，一個為下降管。由于上升管不斷向鋼液吹入氬氣，相對沒有吹氬的下降管產(chǎn)生了一個較高的靜壓差，使鋼水從上升管進入并通過真空槽下部流向下降管，如此不斷循環(huán)反復。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)過程中被抽走。同時，進入真空槽內(nèi)的鋼水還進行一系列的冶金反應，比如碳氧反應等;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)點明顯:合金基本不與爐渣反應，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;還可以用頂槍進行化學升溫的溫度調(diào)整，為連鑄機提供流動性好、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。當葉輪順時針方向旋轉(zhuǎn)時，水被葉輪拋向四周，由于離心力的作用，水形成了一個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)的上部內(nèi)表面剛好與葉片頂端接觸(實際上葉片在水環(huán)內(nèi)有一定的插入深度)。此時葉輪輪轂與水環(huán)之間形成一個月牙形空間，而這一空間又被葉輪分成和葉片數(shù)目相等的若干個小腔。如果以葉輪的下部0°為起點，那么葉輪在旋轉(zhuǎn)前180°時小腔的容積由小變大，且與端面上的吸氣口相通，此時氣體被吸入，當吸氣終了時小腔則與吸氣口隔絕;當葉輪繼續(xù)旋轉(zhuǎn)時，小腔由大變小，使氣體被壓縮;當小腔與排氣口相通時，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壓器及混合室相聯(lián)而組成。工作噴嘴和擴壓器這兩個部件組成了一條斷面變化的特殊氣流管道。氣流通過噴嘴可將壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)閯幽?。工作蒸汽壓強和泵的出口壓強之間的壓力差，使工作蒸汽在管道中流動。

在這個特殊的管道中，蒸汽經(jīng)過噴嘴的出口到擴壓器入口之間的這個區(qū)域(混合室)，由于蒸汽流處于高速而出現(xiàn)一個負壓區(qū)。此處的負壓要比工作蒸汽壓強和反壓強低得多。此時，被抽氣體吸進混合室，工作蒸汽和被抽氣體相互混合并進行能量交換，把工作蒸汽由壓力能轉(zhuǎn)變來的動能傳給被抽氣體。

通常單級噴射器的壓縮比不超過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，單機泵無法滿足要求，實際上包括VD,VOD,RH設備上所用的噴射泵都有多極泵串聯(lián)逐級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排除，以減少下級噴射器的負荷。

3)特點及應用

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，一般應用在蒸汽資源較少的廠家作為末級泵使用，如唐鋼。

蒸汽噴射泵具有抽氣能力大、抽氣速度快、對被抽氣體介質(zhì)適用能力強、結構簡單無傳動部件、操作簡單等特點在冶金系統(tǒng)大量采用。如萊鋼特殊鋼廠二煉車間的VD采用4級蒸汽噴射泵，煉鋼廠的RH采用5級蒸汽噴射泵。

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。

輕處理模式針對鋼種以低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼為主，鋼種主要特點是含碳量較低(0.02%~0.06%)、低硅(≤0.03%)，代表鋼種有SPHC,SS400等。處理特點是真空度要求較低，一般控制在6~7kPa左右;處理時間短，一般處理時間小于15min，環(huán)流氣體流量控制較低。對轉(zhuǎn)爐要求控制C,N，轉(zhuǎn)爐過來的鋼水可以是帶氧鋼或者脫氧鋼，對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)爐過來的鋼水必須是帶氧鋼(目的是脫碳)。對象鋼種為對H不敏感，但使用條件較為嚴格;不含Cr,Ni的耐候鋼;低等級管線鋼;強度級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)在日本達到的水平為≤13ppm，我國寶鋼也基本達到這個水平，其對C,N,O,S都有非常嚴格的要求。工藝特點是要求真空度高，達到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;處理時間長，脫碳時間大于15min，冶煉時間大于30min;對環(huán)流氣體的控制較為嚴格。

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

2)工藝簡介

待處理鋼水包由行車吊運至RH鋼包臺車上，鋼包臺車開到真空槽下部的處理位置。并進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定的深度。同時，上升浸漬管以預定的流速噴吹氬氣。隨著浸漬管完全浸入鋼液，真空泵啟動。

各級真空泵根據(jù)預先的抽氣曲線進行工作。

進行測溫、取樣、定氧操作。

真空脫氫處理，將在規(guī)定時間及規(guī)定低壓條件下持續(xù)進行循環(huán)脫氣操作以達到氫含量的目標值。

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

鋼水脫氧后，合金料通過真空料斗加入真空槽。

對鋼水進行測溫、定氧和確定化學成份。

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

處理完畢后，鋼包下降。

上升浸漬管自動改吹氬為吹氮。

鋼包臺車開出，行車把鋼包吊運至連鑄大包回轉(zhuǎn)臺進行澆注。

(來源:制鋼參考網(wǎng))