《真空精练技术及其应用》

真空精练技术及其应用综述王新鹏（莱芜钢铁型钢炼钢厂山东省莱芜市271104）摘要：简要介绍了RH真空精炼技术的脱氢、脱氧、脱氮、脱碳、喷粉等多种工艺，分析了RH、RH-OB、RH-KTB、RH-MFB、RH-PB、RH-PTB、MESID等技术的工艺特点，并对这些技术的冶金功能进行了综述。关键词：RH，真空精炼应用，发展RH法是一种重要的炉外精炼方法，具有处理周期短、生产能力大、精炼效果好、容易操作等一系列优点，在炼钢生产中获得了广泛应用。到目前为止，RH已经由原来单一的脱气设备转变为包含真空脱碳、吹氧脱碳、喷粉脱硫、温度补偿、均匀温度和成分等多功能的炉外精炼设备。而且随着技术的进步和精炼功能的扩展，在生产超低碳钢方面表现出了显著的优越性，是现代化钢厂中一种重要的炉外处理装置。1RH精炼技术的开发与应用最初开发应用RH的主要目的是对钢水脱氢，防止钢中白点的产生，因此，RH处理仅限于大型锻件用钢、厚板钢、硅钢、轴承钢等对气体有较严格要求的钢种,应用范围很有限。20世纪80年代，随着汽车工业对钢水质量的要求日益严格，RH技术得到迅速发展。这一时期RH技术发展的主要特点如下：(1)优化工艺、设备参数，扩大处理能力；(2)开发多功能的精炼工艺和装备；(3)开发钢水热补偿和升温技术；(4)完善工艺设备，纳入生产工艺在线生产，逐年提高钢水真空处理比例。采用RH工艺能够达到以下效果：(1)脱氢。经循环处理后，脱氧钢可脱w(H)约65%,未脱氧钢可脱w(H)约70%;使钢中的w(H)降到2×10-6以下。统计分析发现,最终氢含量近似地与处理时间成直线关系，因此，如果适当延长循环时间,氢含量还可以进一步降低。(2)脱氧。循环处理时，碳有一定的脱氧作用，特别是当原始氧含量较高，如处理未脱氧的钢，这表明钢中溶解氧的脱除，主要是依靠真空下碳的脱氧作用;如RH法处理未脱氧的超低碳钢，w(O)可由(200～500)×10-6降到(80～300)×10-6，处理各种含碳量的镇静钢，w(O)可由(60～250)×10-6降到(20～60)×10-6。(3)脱氮。与其他各种真空脱气法一样，RH法的脱氮量也是不大的。当钢中原始含氮量较低时，如w(N)50×10-6，处理前后氮含量几乎没有变化。当w(N)100×10-6时，脱氮率一般只有10%～20%。2RH喷粉技术及其发展RH喷粉技术是在RH-OB，RH-KTB设备的基础上增加了喷粉技术，实现了脱硫、脱磷和改变非金属夹杂物形态的功能。(1)RH-PB法：1987年新日铁名古屋厂研制成功RH-PB法[1]。它利用RH2OB法真空室下部的吹氧喷嘴将粉剂通过OB喷嘴吹入钢液,进行脱气、脱硫以及冶炼超低磷钢的精炼。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%;同时，还具有良好的脱氢效果,不会影响传统的RH真空脱氧能力,更无吸氮之忧[2]。采用RH-PB法时,吹入并分布在钢水中的溶剂形成的溶渣颗粒具有很强的脱硫能力，提高了脱硫效率。因此使用少于传统方法中的熔剂也能达到很高的脱硫率。(2)RH-PTB喷粉法：1994年日本住友金属工业公司和歌山厂研制开发了RH-PTB喷粉法[3]。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。此法冶炼超低硫钢喷吹CaO-CaF2系粉剂，冶炼极低碳钢喷吹铁矿石粉剂。用RH-PTB法喷粉时,喷粉速度为100～130kg/min，约喷吹10min。当CaO-CaF2粉剂用量为5kg/t时，可使钢中w(S)降到5×10-6以下;当用量为8kg/t时，可得w(S)=(1.3～2.9)×10-6的超低硫钢，此时脱硫率大于90%。同时，钢中w(N)也由20×10-6降到15×10-6。喷铁矿粉时,喷粉速度为20～60kg/min,喷吹约10min。喷粉后消除了一般RH中w(C)30×10-6时脱碳的停滞现象,处理后w(C)可降到30×10-6。MESID技术：1994年比利时西德玛(SIDMAR)钢铁公司研制成功MESI技术，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[4]。可向溶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温。3RH吹氧脱碳及相关技术的发展RH真空精炼过程中，主要靠钢水中的氧进行脱碳，脱碳反应方程式如下:[C]+[O]=CO(1)；脱碳反应动力学可用式(2)描述:Ct=C0exp(-Kc·t)(2)；Kc=(W/V)·[AK/(W+AK)](3)；式(2～3)中,t为时间，min;Ct为t时间的碳质量分数,%;Co为处理前的碳质量分数，%；Kc为反应速率常数，min–1；W为钢水环流量，t/min；V为钢水的体积，m3；AK为脱碳反应的容积常数，m3/s。当w(C)0.003%时，WmAK,脱碳过程出现停滞趋势[5]。通过增大吹氩流量和环流速度，可使脱碳速率常数Kc增大，进一步降低碳含量。(1)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，首次用钢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RH2O技术未能得到广泛运用。(2)RH-OB真空吹氧技术：1972年新日铁室兰厂根据VOD生产不锈钢的原理，开发了RH-OB真空吹氧技术。使用真空吹氧精炼技术可进行强制脱碳、加铝吹氧升高钢水温度、生产铝镇静钢等，减轻了转炉负担，提高了转炉作业率，缩短了冶炼时间，降低了脱氧铝耗。RH-OB真空吹氧技术在20世纪80年代得到了较快发展，但也存在不足：吹氧喷嘴寿命低,降低了RH设备的作业率;喷溅严重,增加了RH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。这些问题阻碍了RH-OB真空吹氧技术的进一步发展。(3)RH-KTB真空吹氧技术：1986年日本原川崎钢铁公司(现已和NKK重组为JEE公司)在传统的RH基础上,成功地开发了RH顶吹氧(RH-KTB)技术，将RH技术的发展推向一个新阶段。RH装置上采用KTB技术，在脱碳反应受氧气供给速率支配的沸腾处理前半期,向真空槽内的钢水液面吹入氧气，增大氧气供给量,因而可在[O]较低的水平下大大加速脱碳。在钢中w(C)0.03%的高碳浓度区，KTB法的脱碳速率常数Kc=0.35，比常规RH法大；在钢中w(C)0.01%的范围内，主要由吹氧来控制脱碳反应,脱碳速度随着[O]的增加而增加;而在钢中w(C)≤0.01%下吹氧的意义就不大了。因此,使用RH-KTB法,转炉出钢钢水w(C)可由0.03%提高到0.05%,并可以用高碳铁合金代替低碳铁合金作为RH合金化的原料。应用RH-KTB技术，在KTB脱碳的同时,脱碳反应生成的CO气体在真空槽内二次燃烧放出热量，可补偿脱碳精炼中钢液的温度损失，可降低转炉的出钢温度；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w(C)0.05%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工艺中的氩气的消耗；使用灵活,操作简便。虽然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。4结语40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，其喷吹气体和粉剂的实用技术在一定程度上已经确立，但在RH综合精炼实用技术及依据上仍有许多待解决问题。随着钢材纯净度的日益提高，要求真空处理的钢种逐渐增多，真空精炼技术的应用将更加普遍，而日本新改建的炼钢厂已明确提出全部钢水进行真空处理的发展目标。因此，真空精炼技术将会进一步发展。参考文献：[1]THatakeyama,YMizukami,KIga,etal.DevelopmentofanewsecondaryrefiningprocessusingRHvacuumdegas2ser[J].Iron&Steelmaker,1989,15(7):23.[2]KoichiENDOH,HisashiTAKAMOTO,JunichiNAKA2GAWA,etal.Developmentofmultipurposesecondaryrefi2ningprocess(RH2Injectionprocess)[J].制铁研究,1989,第335号:20225.[3]岗田泰和,真屋敬一.RH粉体上吹精炼法の开发[J].铁と钢,1994,80(1):9.[4]郭新春译,适当选择与冶炼和浇铸设备相匹配的二次炼钢工艺及其设备的指南[A].第八届全国炼钢学术会议境外专家论文集[C].北京:中国金属学会炼钢分会,1994,232，36.[5]KajiYamaguchi,YasuoKishimoto,TashikazuSakuraya,etal.EffectofrefiningconditionsforultralowcarbonsteelondecarburizationreactioninRHdegasser[J].ISIJInternational,1992,32(1):126～135.[6]徐国群RH精练技术的应用与发展上海：宝钢股份有限公司，炼钢，2006年2月，第22卷1期.