摘要:介绍了RH的发展历史，对RH中最关键的真空系统原理进行了说明，介绍了某钢厂RH的功能、设备及工艺，针对某钢厂情况，对某钢厂品种开发进行了探讨。 关键词: RH 原理 工艺 品种 气胀式救生衣1 RH的历史与发展 RH精炼全称为RH真空循环脱气精炼法。于1959年由德国人发明，其中RH为当时德国采用RH精炼技术的两个厂家的第一个字母。真空技术在炼钢上开始应用起始于1952年，当时人们在生产含硅量在2%左右的硅钢时在浇注过程中经常出现冒渣现象，经过各种试验，终于发现钢水中的氢和氮是产生冒渣无法浇注或轧制后产生废品的主要原因，随之各种真空精炼技术开始出现，如真空铸锭法、钢包滴流脱气法、钢包脱气法等，从而开创了工业规模的钢水真空处理方法，特别是蒸汽喷射泵的出现，更是加速了真空炼钢技术的发展。 随着真空炼钢技术的开发与发展，最终RH和VD因为处理时间短、成本低、可以大量处理钢水等优点而成为真空炼钢技术的主流，70年代开始随着全连铸车间的出现，RH因为采用钢水在真空槽环流的技术从而达到处理时间短、效率高、能够与转炉连铸匹配的优点而被转炉工序大量采用。 RH从开始出现到现在40多年来，有多项关键性技术的出现，从而加速了RH精炼技术的发展。表1为40多年来RH技术的发展情况。 表1 RH技术发展情况 内容 技术发展情况 效果 耐火材料 1965年采用镁铬砖砌筑内衬 提高寿命 RH-OB 1972年室兰厂出现直空槽吹氧技术 可以脱碳 轻处理技术 1977年大分厂开发了轻处理技术 大幅度降低成本 化学升温 1978年出现化学升温,RH可以调节温度 满足连铸要求 增大驱动 气体流量 1978年实现浸泽管两段吹氩技术 增加环流速度 自动化技术 1980年大分厂实现全自动化操作 节省人力、减少错误 RH-KTB 1986年川崎厂用顶吹氧 解决真空槽结冷钢问题 真空槽 九十年代德国MEVAC把真空槽改成整体式及焊接的浸泽管 提高耐材寿命 RH-MFB 1992年广钿厂开发RH多功能喷嘴 顶技术更加完善 2 RH系统概述 RH系统设备是一种用于生产优质钢的钢水二次精炼工艺装备。整个钢水冶金反应是在砌有耐火衬的真空槽内进行的。真空槽的下部是两个带耐火衬的浸渍管，上部装有热弯管。被抽气体由热弯管经气体冷却器至真空泵系统排到厂房外。 钢水处理前，先将浸渍管浸入待处理的钢包钢水中。当真空槽抽真空时，钢水表面的大气压力迫使钢水从浸渍管流入真空槽内(真空槽内大约0.67mbar时可使钢水上升1.48m高度)。与真空槽连通的两个浸渍管，一个为上升管，一个为下降管。由于上升管不断向钢液吹入氩气，相对没有吹氩的下降管产生了一个较高的静压差，使钢水从上升管进入并通过真空槽下部流向下降管，如此不断循环反复。在真空状态下，流经真空槽钢水中的氩气、氢气、一氧化碳等气体在钢液循环过程中被抽走。同时，进入真空槽内的钢水还进行一系列的冶金反应，比如碳氧反应等;如此循环脱气精炼使钢液得到净化。 经RH处理的钢水优点明显:合金基本不与炉渣反应，合金直接加入钢水之中，收得率高;钢水能快速均匀混合;合金成分可控制在狭窄的范围之内;气体含量低，夹杂物少，钢水纯净度高;还可以用顶进行化学升温的温度调整，为连铸机提供流动性好、纯净度高、符合浇铸温度的钢水，以利于连铸生产的多炉连浇。 3 真空泵工作原理 炸薯条机 在工业炼钢生产中，现经常采用的抽真空设备主要有罗茨泵、水环泵和蒸汽喷射泵，其中以水环泵和蒸汽喷射泵最为常见。 3.1 水环泵工作原理 水环泵中带有叶片的转了被偏心的与泵的壳体相配合，在泵体中装有适量的水作为工作液。当叶轮顺时针方向旋转时，水被叶轮抛向四周，由于离心力的作用，水形成了一个决定于泵腔形状的近似于等厚度的封闭圆环。水环的下部分内表面恰好与叶轮轮毂相切，水环的上部内表面刚好与叶片顶端接触(实际上叶片在水环内有一定的插入深度)。此时叶轮轮毂与水环之间形成一个月牙形空间，而这一空间又被叶轮分成和叶片数目相等的若干个小腔。如果以叶轮的下部0°为起点，那么叶轮在旋转前180°时小腔的容积由小变大，且与端面上的吸气口相通，此时气体被吸入，当吸气终了时小腔则与吸气口隔绝;当叶轮继续旋转时，小腔由大变小，使气体被压缩;当小腔与排气口相通时，气体便被排出泵外。 3.2 蒸汽喷射泵工作原理 喷射泵是由工作喷嘴和扩压器及混合室相联而组成。工作喷嘴和扩压器这两个部件组成了一条断面变化的特殊气流管道。气流通过喷嘴可将压力能转变为动能。工作蒸汽压强和泵的出口压强之间的压力差，使工作蒸汽在管道中流动。 在这个特殊的管道中，蒸汽经过喷嘴的出口到扩压器入口之间的这个区域(混合室)，由于蒸汽流处于高速而出现一个负压区。此处的负压要比工作蒸汽压强和反压强低得多。此时，被抽气体吸进混合室，工作蒸汽和被抽气体相互混合并进行能量交换，把工作蒸汽由压力能转变来的动能传给被抽气体。 模压制品 通常单级喷射器的压缩比不超过12，由于真空处理的压力为0.67mbar以下，需要的压缩比在1520左右，单机泵无法满足要求，实际上包括VD,VOD,RH设备上所用的喷射泵都有多极泵串联逐级压缩而组成的真空泵系统。在真空系统中一般兜有冷凝器，冷凝器的作用是将混合物中的可凝性蒸汽部分凝结排除，以减少下级喷射器的负荷。 3.3 特点及应用 水环泵中气体压缩是等温的，故可抽除易燃、易爆的气体，此外还可抽除含尘、含水的气体，但其极限真空度较低，一般应用在蒸汽资源较少的厂家作为末级泵使用，如唐钢。 蒸汽喷射泵具有抽气能力大、抽气速度快、对被抽气体介质适用能力强、结构简单无传动部件、操作简单等特点在冶金系统大量采用。如某钢厂特殊钢厂二炼车间的VD采用4级蒸汽喷射泵，炼钢厂的RH采用5级蒸汽喷射泵。 4 RH处理模式及工艺流程 4.1处理模式 RH处理根据钢种要求不同，可分为轻处理模式、中间处理模式、深脱碳处理模式和特殊处理模式。 轻处理模式针对钢种以低碳铝镇静钢为主，钢种主要特点是含碳量较低(0.02%～0.06%)、低硅(≤0.03%)，代表钢种有SPHC,SS400等。处理特点是真空度要求较低，一般控制在6～7kPa左右;处理时间短，一般处理时间小于15min，环流气体流量控制较低。对转炉要求控制C,N，转炉过来的钢水可以是带氧钢或者脱氧钢，对脱氧钢要求碳基本符合要求。 中间处理模式与轻处理基本差不多，其要求钢水碳成份一般在0.01%～0.03%，要求转炉过来的钢水必须是带氧钢(目的是脱碳)。对象钢种为对H不敏感，但使用条件较为严格;不含Cr,Ni的耐候钢;低等级管线钢;强度级别不太高的管线钢等。代表钢种如DI材(易拉罐),X65,SM490等。 深脱碳处理模式针对钢种为超低碳钢，代表钢种为IF钢，也就是平常俗称的汽车板钢。其要求的钢种碳含量小于100PPm，现在日本达到的水平为≤13ppm，我国宝钢也基本达到这个水平，其对C,N,O,S都有非常严格的要求。工艺特点是要求真空度高，达到65Pa以下;要求转炉钢水为带氧钢，带氧量控制在400～800ppm之间，碳含量小于0.05%，氮含量较低;处理时间长，脱碳时间大于15min，冶炼时间大于30min;对环流气体的控制较为严格。 特殊处理主要是针对硅钢为主的一种处理方式，其实质是对深脱碳处理后的钢水进行Si,Al的合金化处理及钢水纯净化的处理。 4.2 工艺简介 待处理钢水包由行车吊运至RH钢包台车上，钢包台车开到真空槽下部的处理位置。并进行钢水液面高度人工判定。 根据人工判定钢水液面高度，钢包被液压缸顶升，使真空槽的浸渍管浸入钢水到预定的深度。同时，上升浸渍管以预定的流速喷吹氨气。随着浸渍管完全浸入钢液，真空泵启动。 各级真空泵根据预先的抽气曲线进行工作。 进行测温、取样、定氧操作。 真空脱氢处理，将在规定时间及规定低压条件下持续进行循环脱气操作以达到氢含量的目标值。 真空脱碳处理(低碳或超低碳等级钢水)，循环脱气将持续一定时间以获得碳含量的目标值。在脱碳过程中，钢水中的碳和氧反应形成一氧化碳通过真空泵排出。如钢中氧含量不够，可通过顶吹氧提供氧气。脱碳结束时，钢水通过加铝进行脱氧。 钢水脱氧后，合金料通过真空料斗加入真空槽。 水表箱 对钢水进行测温、定氧和确定化学成份。 钢水处理完毕时，真空泵系统依次关闭，真空槽复压，重新处于大气压状态。 处理完毕后，钢包下降。 上升浸渍管自动改吹氩为吹氮。 钢包台车开出，行车把钢包吊运至连铸大包回转台进行浇注。 5 某钢厂RH主要功能及设备能源介质 40多年来，RH的功能由当初的单纯脱氢处理发展到现在脱氢(≤2ppm)、脱氮(RH只有在钢水氮含量大于40ppm时才具有脱氮功能)脱碳(≤10ppm )、脱氧、去除夹杂物、调整温度、微调钢水成份(RH无法进行磷的去除，由于脱硫剂对真空槽耐火材料侵蚀非常厉害，一般只有在生产超低硫钢种时才进行脱硫处理)等功能，RH设备也成为炼钢厂最为复杂的设备，使用能源介质最多的设备。 某钢厂RH布置在型钢炼钢厂2#、3#连铸机中间，由于位置和厂房高度的限制，布置为2车5工位(2台真空槽台车，2个处理位、2个真空槽烘烤位、1个吊槽位)，主要设备包括2套钢包车运输系统、2套钢包顶升系统、2台真空槽运输系统、2个烘烤位各有1套烘烤、2个处理位各有一套顶系统、真空槽砌筑及浸泽管维护系统、真空系统(真空槽、热弯管、移动弯管、气体冷却器、蒸汽喷射系统及冷凝器),2台蓄热器、上料系统及真空加料系统等。 由于功能多，RH也是炼钢生产中使用介质最多的炼钢设备，表2为某钢厂RH使用介质。 表2 某钢厂RH使用介质 序号 介质 压力/MPa 最大流量 用途 1 氩气(Ar) 纯度:99.99% 2.0 120Nm3•h-1 160Nm3•h-1 50Nm3•h-1 25Nm3•h-1 120Nm3•h-1 400Nm3•h-1 160Nm3•h-1 30Nm3•h-1 真空处理时环流报气体 处理时顶保护 钢包底吹氩 TV摄像机保护 处理工位环流气体 事故破空用 顶移动保护 非处理时环流气体 2 氮气(N2) 纯度:99.99% 1.6-2.0 30Nm3•h-1 30Nm3•h-1 30Nm3•h-1 50Nm3•h-1 300Nm3•h-1 1600Nm3•h-1 预热位时环流气体 待机工位环流气体 TV摄像 处理位顶加热气冷器保护 顶事故驱动 顶吹氧 3 氧气(O2) 纯度:99.6% 1.2-1.6 800Nm3•h-1 500Nm3•h-1 1500Nm3•h-1 顶加热 待机位烧嘴 待机位烘烤(风机) 4 压缩空气 (杂用) 0.6 300Nm3•h-1 350Nm3•h-1 真空槽底冷却 耐火材料喷补 5 仪表压缩空气 (干燥无油) 0.6 50Nm3•h-1 气动系统驱动 6 焦炉煤气 8-10kPa 800Nm3•h-1 500Nm3•h-1 500Nm3•h-1 顶加热 待机位烧嘴加热 预热位烧嘴加热 7 蒸汽 0.7-0.8MPa (250-300℃) 17.4t•h-1 真空泵 8 机器冷却水 (闭环) 固体悬浮物: ≤10mg/L 进水 0.8 150Nm3•h-1 100Nm3•h-1 顶、真空室等法兰、气冷器、烘烤盖、液压站 紧急情况(0.5h) 回水 0.3 150Nm3•h-1 100Nm3•h-1 顶、真空室等法兰、气冷器、烘烤盖、液压站 紧急情况(0.5h) 9 冷凝器冷却水 (开环) 固体悬浮物: ≤30mg/L 供水 0.3 1100Nm3•h 冷凝器(水包压力) 排水 0.3 1200Nm3•h 排水泵 6 关于某钢厂RH生产品种的思考 6.1 RH生产钢种 现有所有钢种几乎都能通过RH进行生产，但由于成本较高，一般的普碳钢、低牌号合金结构钢不走RH。RH生产钢种一般为以下几种。 6.1.1 般焊接高强度钢 钢种主要特点是依靠C,Mn作为提高强度的合金元素，这种钢种除要求成份外，还要考核碳当量。低牌号对H无要求，个别强度级别高的钢种对H要求≤2ppm，是铝硅镇静钢，生产工艺用LD-LF-RH或者LD-RH。最常见钢种有SS400,SM400,SS540,SM490,SM520, Wel-Ten590Re等。 6.1.2 管线钢 制作输油输气用钢管的钢，称作管线钢。其要求有良好的焊接性能。各国均采用美国石油协会规范(API5L)。通用为X系列，如X42-X46为低强度管线钢，X50-56为中强度管线钢，X60-X65-X70为高强度管线钢，X80,X100,X110为超高强度管线钢。同时，管线钢根据使用场合的不同，也有不同的要求。如我国四川的天然气中含有H2S，易形成H裂纹，发生突然断裂，则要求在这里使用的管线钢有较高的抗HIC性;如使用在海底的管线钢，则要求较高的抗海水腐蚀性能。 管线钢要求焊接性能优良，WES,LR不能高。高强度级别的管线钢，如X100以上，要求裂纹敏感指数( Pcm )。管线钢强度级别的提高不是依靠C,Mn的提高来实现的，而是依靠轧制时的控轧控冷来实现的，通过控轧控冷得到超细晶粒的钢。强度级别高的钢种，需要添加微量元素，如Nb,V，B,Ti,Mo等。汽车香水瓶 对钢的纯净度要求极高:一般S≤0.008%，高级的要求S≤0.005%，抗HIC的要求S≤0.003%，对夹杂物形态、球状氧化夹杂要求严格。 低强度管线钢对H无要求，高强度个别有要求，对N要求不严格。 工艺要求铁水进行铁水预处理，转炉采用低硫吹炼法。一般LD-LF-RH，个别LD-RH。 6.1.3 造船板及海洋探油平台用钢 本钢种要求更好的焊接性能，对强度不过分追求(各国标准不同，中国采用CCS标准，基本上大同小异。根据强度分A,B,D,E四个系列，其中E系列需要过RH。 6.1.4 耐候钢 在钢中加入P,Cu,Cr,Ni等元素使之在自然环境下提高耐腐性能的专用钢种，要求耐腐性能是普通钢的2～8倍，同时具有较高的强度和一定的焊接性能。一般分为经济性耐候钢、高耐候钢和焊接性耐候钢。 6.1.5 IF钢 前面已有大量介绍，不再说明。 6.1.6 硅钢 硅钢是RH生产的较为高级的钢种，分为热轧硅钢片和冷轧硅钢片，现在热轧硅钢片基本淘汰，冷轧硅钢片分无取向硅钢片和有取向硅钢片，我国武钢生产的为有取向硅钢片，宝钢生产的为无取向硅钢片。 钢种要求超低碳、超低氮、超低硫，要求全氧较低，对P没有要求。 工艺上要求铁水探脱硫，转炉低硫低氮吹炼法，不走LF,RH采用特殊处理，必要时进行RH喷粉处理。 6.2 某钢厂RH生产钢种思考 型钢炼钢厂新上的RH为某钢厂第一台RH，其对某钢厂调整品种结构、实现品种升级换代具有重大的战略意义，随着品种的开发，RH必将成为某钢厂工艺线中核心的核心。但是，某钢厂RH投产后开发方向怎样走，生产什么钢种却不是很明确。本文作者认为开发初期应该以家用电器板为重点，生产半年左右再有计划的开发管线钢、汽车板，在合适的时机进行硅钢片的开发。至2007年年末，RH品种结构如果能达到70%左右轻处理钢(家用电器),10%左右管线，10% IF钢，余10%为船用板及其它钢种则为比较理想。当然，钢种的开发与某钢厂冷轧薄板生产线的配套程度息息相关。同时，某钢厂H型钢生产线为全国仅有的几条生产线中的一条，有计划的调整以建筑用钢为主转变到石油、耐腐等特殊用钢并重也是RH钢种开发的方向之一。 |
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