不同钢类的RH精炼装置和工艺特点分析王新华0709上海RH会议发言

1不同钢类的RH精炼装置和工艺特点分析王新华北京科技大学21、前言近年来国内大多数钢铁企业进行了改、扩建，许多钢厂选择了RH精炼工艺方法；RH精炼装置数目增加很快；也存在一些问题：一些新建RH装置的使用率很低；RH能力选择方面有偏差(偏小或过大)等。RH设备参数和精炼工艺与钢种密切相关，本文以IF钢、低碳冷轧钢板、热轧钢板和合金结构钢四类钢为例，对RH主要设备参数选择和精炼工艺特点进行分析讨论。1234445901020304050607019972006年2007年2008年RH装置数量32、超低碳IF钢RH精炼装置及工艺特点1.RH精炼工艺使大批量、经济地生产IF钢成为可能：1950～1970年代，受炼钢装备水平所限，IF钢产量一直不高；1980年代后，随着复吹转炉、冷轧板连续退火尤其是强大功率的RH精炼装置的开发成功，IF钢产量快速增长。2.IF钢生产又带动和促进了RH装备和工艺技术的发展：满足IF钢更加超低碳化的需要；必须缩短精炼周期以适应高拉速连铸；RH－OB、RH－KTB、高真空大环流量RH、双精炼工位RH等大批RH新工艺技术，均与超低碳IF钢的生产相关。4IF钢的更加超低碳化趋势超深冲钢(IF钢）：超低碳化(低温退火钢板)；抗二次加工硬化(低磷)。烘烤硬化钢(BH钢）：[C]：30~50ppm；C、Nb、Ti精确控制。DP、TRIP高强度钢：500~900MPa；DP已商业化应用。超高强度钢：热冲压成形；局部热处理等。日本IF钢目标：1980s：20ppm；1990s：15ppm；2000s：10ppm。5低温退火用超低碳IF钢板（13ppm）宝钢2＃RH2006年12月生产实绩：CuiJian,“DevelopmentofRHRefiningtechnologyatBAOSTEEL,2ndCSM-VDEhSeminarOnMetallurgicalFundamentals,June18-19,2007,Dusseldorf,p.159满足低温退火工艺要求IF钢板(碳含量13ppm)的比率达到了70％。6RH脱碳反应速率加快脱碳速率的措施：快速提高真空度(降低Ptotal)；加强真空槽内钢水搅拌混合(增加kCO和kS)；加大钢水环流速率Qm。增大环流速率Qm的措施：快速提高真空度(降低Ptotal)；增加浸渍管内径(D)和提升气体流量(G)。7RH装置参数(举例)新日铁君津厂设备参数1＃RH10002＃RHJFE福山厂4＃RH宝钢2＃RH宝钢4＃RH武钢三炼钢厂2＃RH建成时间1979年2003年1994年1999年在建2005年钢水包容量（t）300300250300300250真空抽气能力（kg/h）100010001500110015001200上升、下降管直径（mm）650750600750750750提升气体流量（Nl/min）～2500～4000～5000～4000～4000～5800钢水环流速率（t/min）169.2239.5191.6239.5239.5271.1近年来新建的主要用于IF钢精炼的RH装置，均选择了强大真空系统(抽气能力）、大内径浸渍管、双精炼工位等，IF钢精炼水平显著提高（如宝钢2＃RH、武钢三炼钢2＃RH）。8RH装置并不是愈强大愈好过度增大真空抽气能力：设备投资增加；操作功耗增加。过度增大浸渍管内径：浸渍管寿命降低。过度增大提升气体流量:浸渍管寿命降低；生产成本增加。9新日铁君津厂新建2＃RH的经验值得借鉴第2炼钢厂：300t顶底复吹转炉×2RH×2V－KIP×22＃板坯铸机，3＃板坯铸机1＃RH：1979年建成并经多次改造；抽气能力:1000kg/h浸渍管内径：650mm提升气体:2500Nl/min不能满足IF钢精炼需要.102003年新建2＃RH(IF钢专用)君津厂已有20多年RH生产IF钢的经验，在设计选择2#RH装置参数时进行了充分论证：1＃RH真空抽气能力(1000kg/h)已能够满足精炼要求；浸渍管内径和提升气体流量偏小，影响了钢水的环流速率。2＃RH与1＃RH相比主要有以下改进：浸渍管内径由650mm增加至750mm；提升气体流量由2500增加至4000Nl/min；将真空系统设备和管路的内容积由490Nm3减少至340Nm3。11真空度和环流速率比较169.2239.50501001502002503001＃RH2＃RH钢水环流速率(t/min)环流速率大幅度提高122＃RH脱碳能力显著提高13IF钢精炼用RH合理参数必须采用强大高效的RH精炼装置；应对加大真空能力、浸渍管内径、提升气体流量等因素综合考虑，而不应片面追求过大真空抽气能力；合理配置（250～300t钢水包）：双精炼工位；真空抽气能力：1100～1250kg/h；浸渍管内径：≥750mm；最大提升气体流量：≥4000Nl/min。143、低碳冷轧薄板钢种RH精炼装置及工艺特点钢类[%C][%Si][%Mn][%P][%S][%Al]s[%N][%Nb][%Ti]LCAK0.02～0.06≤0.030.10～0.30≤0.020≤0.0150.020～0.07≤0.004ELC0.01～0.02≤0.030.10～0.30≤0.020≤0.0150.020～0.07≤0.004ULC0.0035≤0.030.10～0.30≤0.020≤0.0150.020～0.07≤0.0030.02～0.040.03～0.06冷轧薄板主要钢类大量采用CAS、钢包吹氩等较简易的炉外精炼工艺方法。15采用RH对LCAK钢进行精炼（两种工艺）“工艺一”：转炉出钢过程对钢水进行铝脱氧；RH精炼过程不再进行脱碳；RH精炼主要任务是通过钢水环流运动促进脱氧产物充分去除。“工艺二（RH轻处理）”：转炉出钢不进行铝脱氧；利用RH在较低真空度下进行部分脱碳；随后进行脱氧和去除夹杂物操作。16低碳冷轧薄板钢种RH精炼装置选择由于不需要对LCAK钢进行深脱碳处理，RH精炼任务因此较IF钢大大减轻；LCAK钢可采用CAS、钢包吹氩等多种二次精炼工艺方法，既便采用RH精炼，由于精炼任务较轻，因此没有必要过度追求增大真空能力、浸渍管内径、提升气体流量和采用双精炼工位等；但是，有些钢厂生产LCAK钢与IF钢共用一台RH装置，为满足IF钢精炼需要，这些钢厂有必要选用高效化RH精炼装置。173、热轧板类钢种RH精炼装置及工艺特点硫含量普遍低于冷轧钢种，尤其在低合金钢和微合金化钢中，包括很多超低硫和极低硫含量钢种；重要用途厚板要求对[H]进行严格控制，如高品质管线钢用厚板，要求[H]≤1.5ppm；除管线钢等少数钢种对硫化物类夹杂物的种类和形貌控制有严格要求外，大多数钢种对夹杂物没有明确的控制要求；热轧钢板用钢二次精炼的主要任务是脱硫和脱氢（厚板产品）。炼钢控制要点钢材类型成品名称钢种代表尺寸要求成品性能夹杂物偏析成分薄板DI罐材超深冲钢低碳铝镇静钢超低碳铝镇静钢0.2-0.3mm厚0.2-0.6mm厚防止冲罐时裂纹r1.8-2.040m100m---[C]20ppm[N]30ppm厚板、管线钢板耐酸性介质腐蚀钢低温用钢耐层向撕裂钢X52-X70级低合金钢9%Ni钢高强度结构钢10-40mm厚10-40mm厚10-40mm厚抗氢致裂纹抗低温脆化抗层向撕裂形态控制－－○○○超低硫化([S]10ppm)[P]0.003%[S]0.001%低磷化、低硫化无缝钢管轴承座圈轴承钢(SUJ-2)50-300高转动疲劳寿命减少ASTM-B,D系夹杂－T[O]10ppm[Ti]20ppm棒材轴承钢轴承钢(SUJ-2)30-65mm高转动疲劳寿命减少ASTM-B,D系夹杂○T[O]10ppm[Ti]15ppm线材轮胎子午线SWRH72.82A0.1-0.4mm防止拉丝断裂、高抗疲劳特性减少不变形夹杂物d20m○－18真空处理不是“瓶颈”由于须进行深脱硫，周期大多在40～50min。热轧钢种的RH真空脱气一般可在30min内完成，不会成为生产流程中的“瓶颈”。主要生产热轧钢板的企业，更宜选择VD精炼工艺方法。19热轧钢板钢种RH精炼装置选择以热轧钢板为主要产品的钢厂，其加快炼钢生产流程的瓶颈为“LF”精炼，因此也没有必要过度追求增大真空能力、浸渍管内径、提升气体流量和采用双精炼工位等；但是，一些钢厂生产热轧钢种与IF钢共用一台RH装置，为满足IF钢精炼需要，这些钢厂有必要选用高效化RH精炼装置。204、合金结构钢（棒线材）RH精炼装置及工艺特点合金结构钢棒线材用于制作机械设备中的轴件、齿轮、弹簧、轴承等；大多是在动载荷，即冲击、振动或承受周期性交变应力的条件下工作，疲劳破坏是导致工件失效的重要原因；钢中非金属夹杂物往往为疲劳裂纹的起源；为了保证钢材的抗疲劳破坏性能，必须对夹杂物进行严格控制，高品质合结钢T[O]含量绝大多数须低于12ppm，轴承钢T[O]甚至在5ppm以下。21RH不是生产“瓶颈”LF精炼任务重：直接和扩散脱氧；脱硫；夹杂物转变；周期：＞50min。RH精炼周期大多短于40min；不是炼钢－精炼－连铸生产流程的瓶颈。22合金结构钢RH精炼装置选择合结钢钢水真空处理主要有RH和VD两种工艺方法：采用VD进行真空处理时，会有钢液与炉渣混合搅动发生，由此会造成钢水中夹杂物（尤其D类夹杂物）量增多；采用RH精炼，炉渣与钢液的混合程度显著降低，有利于生产高品质超低氧合结钢；特殊钢厂应选择RH真空精炼工艺。高品质合结钢RH精炼周期大多短于40min，不是炼钢－精炼－连铸生产流程的瓶颈。特殊钢厂也没有必要追求过度增大真空能力、浸渍管内径、提升气体流量和采用双精炼工位等。235、结论1.RH精炼设备参数和精炼工艺与所生产钢种密切相关，近年来新建和改建的RH装置大多数采用了双工位、加大真空能力、浸渍管内径和提升气体流量等技术，这些RH高效化措施主要是针对IF钢生产的。2.生产超低碳IF钢应采用高效强大的RH精炼装置，对于250～300t容量级RH装置，真空抽气能力在1100～1250kg/h，浸渍管内径≥750mm，最大提升气体流量≥4000Nl/min即可以满足IF钢高效精炼的需要。3.生产低碳铝镇静钢冷轧薄板钢种如采用RH精炼，由于精炼任务较轻，没有必要过度追求增大真空能力、浸渍管内径、提升气体流量和采用双精炼工位等。但是，如与IF钢生产共用一台RH装置，则有必要选用高效化RH精炼装置。4.热轧钢板类钢种炉外精炼的主要任务是深脱硫和脱氢，以热轧板为主要产品的钢厂，其炼钢生产流程的“瓶颈”为LF，因此没有必要过度增大RH装置的真空能力、浸渍管内径、提升气体流量和采用双精炼工位等5.高品质合结钢LF精炼周期长于RH真空精炼，以合结钢作为主要产品钢厂，也没有必要过度增大真空能力、浸渍管内径、提升气体流量和采用双精炼工位等。24感谢！敬请批评指正！