煉鋼生產中RH精煉技術的應用與發展

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  RH法是一種重要的爐外精煉方法，具有處理周期短、生產能力大、精煉效果好、容易操作等一系列優點，在煉鋼生產中獲得了廣泛應用。到目前為止，RH已經由原來單一的脫氣設備轉變為包含真空脫碳、吹氧脫碳、噴粉脫硫、溫度補償、均勻溫度和成分等多功能的爐外精煉設備。而且隨著技術的進步和精煉功能的擴展，在生產超低碳鋼方面表現出了顯著的優越性，是現代化鋼廠中一種重要的爐外處理裝置。

  RH精煉技術的開發與應用

  最初開發應用RH的主要目的是對鋼水脫氫，防止鋼中白點的產生，因此，RH處理僅限于大型鍛件用鋼、厚板鋼、硅鋼、軸承鋼等對氣體有較嚴格要求的鋼種，應用范圍很有限。

  20世紀80年代，隨著汽車工業對鋼水質量的要求日益嚴格，RH技術得到迅速發展。這一時期RH技術發展的主要特點如下：

  (1)優化工藝、設備參數，擴大處理能力；

  (2)開發多功能的精煉工藝和裝備；

  (3)開發鋼水熱補償和升溫技術；

  (4)完善工藝設備，納入生產工藝在線生產，逐年提高鋼水真空處理比例。

  采用RH工藝能夠達到以下效果：

  (1)脫氫。經循環處理后，脫氧鋼可脫ｗ(Ｈ)約65%，未脫氧鋼可脫ｗ(Ｈ)約70%；使鋼中的ｗ(Ｈ)降到2×10-6以下。統計分析發現，最終氫含量近似地與處理時間成直線關系，因此，如果適當延長循環時間，氫含量還可以進一步降低。

  (2)脫氧。循環處理時，碳有一定的脫氧作用，特別是當原始氧含量較高，如處理未脫氧的鋼，這表明鋼中溶解氧的脫除，主要是依靠真空下碳的脫氧作用；如ＲＨ法處理未脫氧的超低碳鋼，ｗ(Ｏ)可由(200～500)×10-6降到(80～300)×10-6，處理各種含碳量的鎮靜鋼，ｗ(Ｏ)可由(60～250)×10-6降到(20～60)×10-6。

  (3)去氮。與其他各種真空脫氣法一樣，RH法的脫氮量也是不大的。當鋼中原始含氮量較低時，如ｗ(Ｎ)<50×10-6，處理前后氮含量幾乎沒有變化。當ｗ(Ｎ)>100×10-6時，脫氮率一般只有10%～20%。

  (4)脫氣鋼的質量高。真空循環脫氣法處理的鋼種范圍很廣，包括鍛造用鋼、高強鋼、各種碳素和合金結構鋼、軸承鋼、工具鋼、不銹鋼、電工鋼、深沖鋼等。鋼液經處理后可提高純凈度，使縱向和橫向機械性能均勻，提高延伸率、斷面收縮率和沖擊韌性。對于一些要求熱處理的鋼種，脫氣處理后一般可縮短熱處理時間。

  (5)經濟效果好。采用RH工藝后，可以縮短生產周期，提高收得率，節約脫氧劑及合金元素，改善鋼質量，而且脫氣處理后一般可縮短熱處理時間，獲得較好的經濟效果。實踐證明，真空脫氣不會增加每噸鋼的生產成本，對于一些鋼種還會明顯地降低成本。

  RH工藝能夠準確控制和迅速達到預先規定的冶金目標(這對連續澆鑄來說十分必要)，溫度損失小，故在超低碳深沖鋼的生產方面發揮著極為重要的作用。至20世紀90年代中期，RH真空精煉處理水平和配套技術已達到相當完善和成熟，容量從幾十噸至340ｔ，有130余套設備投入使用，韓國浦項、日本新日鐵、德國蒂森克虜伯等國外鋼鐵公司都采用了ＲＨ裝置。

  日本在RH技術日趨完善的過程中作出了重要貢獻。1963年日本引進RH真空精煉技術后，在脫氫的基礎上又開發了脫碳、脫氧、吹氧升溫、噴粉脫硫和成分控制等功能，使改進后的RH法能進行多種冶金操作，更好地滿足了擴大處理鋼種范圍、提高鋼材質量的要求。

  1965年，我國大冶鋼廠從原西德引進了70ｔRH裝置，循環式真空脫氣處理的優勢逐漸得到認識，武鋼、寶鋼、攀鋼等多家鋼鐵企業也相繼采用了該項技術。

  RH精煉技術的發展方向是多功能化，除脫氣功能外，還增加了真空脫碳、脫硫、成分微調和鋼水熱補償等多種功能，為了加速脫碳，還出現了多種真空下吹氧強制脫碳技術。RH真空吹氧技術的發展經歷了RH－O，RH－OB，RH－KTB，RH－MFB 4個主要階段，此后，在RH－OB，RH－KTB設備的基礎上增加了噴粉功能，使其既具有RH通常功能，又有脫硫、脫磷和改變非金屬夾雜物形態的功能。

  RH吹氧脫碳及相關技術的發展

  RH真空精煉過程中，主要靠鋼水中的氧進行脫碳，脫碳反應方程式如下：

  [Ｃ]+[Ｏ]=CO(1)脫碳反應動力學可用式(2)描述：Ct=Ｃ0ｅｘｐ(-Kc·t)(2)Kc=(W/V)·[AK/(Ｗ+AK)](3)式(2～3)中，t為時間，min；Ｃt為t時間的碳質量分數，%；Ｃo為處理前的碳質量分數，%；Kc為反應速率常數，min-1；Ｗ為鋼水環流量，t/in；V為鋼水的體積，ｍ3；AK為脫碳反應的容積常數，ｍ3/s。當ｗ(Ｃ)<0.003%時，W AK，脫碳過程出現停滯趨勢。通過增大吹氬流量和環流速度，可使脫碳速率常數Kc增大，進一步降低碳含量。

  1　RH－O真空吹氧技術

  1969年德國蒂森鋼鐵公司亨利希鋼廠開發了RH－O技術，首次用鋼質水冷氧槍從真空室頂部向真空室內循環著的鋼水表面吹氧以強化脫碳冶煉低碳不銹鋼，既縮短了冶煉周期又降低了脫碳過程中鉻的氧化損失。但在工業生產中RH－O技術暴露出以下問題：氧槍結瘤嚴重，因氧槍動密封不良而使氧槍槍位無法調整。這些問題一時無法解決，而當時VOD精煉技術能較好地滿足不銹鋼生產的要求，所以RH－O技術未能得到廣泛運用。

  2　RH－OB真空吹氧技術

  1972年新日鐵室蘭廠根據VOD生產不銹鋼的原理，開發了RH－OB真空吹氧技術。使用真空吹氧精煉技術可進行強制脫碳、加鋁吹氧升高鋼水溫度、生產鋁鎮靜鋼等，減輕了轉爐負擔，提高了轉爐作業率，縮短了冶煉時間，降低了脫氧鋁耗。

  RH－OB真空吹氧技術在20世紀80年代得到了較快發展，但也存在不足：吹氧噴嘴壽命低，降低了RH設備的作業率；噴濺嚴重，增加了RH真空室的結瘤，延長了清除結瘤及輔助作業時間，要求增加RH真空泵的能力。這些問題，阻礙了RH－OB真空吹氧技術的進一步發展。

  3　RH－KTB真空吹氧技術

  1986年日本原川崎鋼鐵公司(現已和NKK重組為JEE公司)在傳統的RH基礎上，成功地開發了RH頂吹氧(RH KTB)技術，將RH技術的發展推向一個新階段。RH裝置上采用KTB技術，在脫碳反應受氧氣供給速率支配的沸騰處理前半期，向真空槽內的鋼水液面吹入氧氣，增大氧氣供給量，因而可在[Ｏ]較低的水平下大大加速脫碳。在鋼中ｗ(Ｃ)>0.03%的高碳濃度區，KTB法的脫碳速率常數Kc=0.35，比常規RH法大；在鋼中ｗ(Ｃ)>0.01%的范圍內，主要由吹氧來控制脫碳反應，脫碳速度隨著[Ｏ]的增加而增加；而在鋼中ｗ(Ｃ)≤0.01%下吹氧的意義就不大了。因此，使用RH KTB法，轉爐出鋼鋼水ｗ(Ｃ)可由0.03%提高到0.05%，并可以用高碳鐵合金代替低碳鐵合金作為RH合金化的原料。

  應用RH－KTB技術，在KTB脫碳的同時，脫碳反應生成的CO氣體在真空槽內二次燃燒放出熱量，可補償脫碳精煉中鋼液的溫度損失，可降低轉爐的出鋼溫度；不需要延長精煉時間，可獲得高的脫碳速度；在轉爐出鋼終點ｗ(Ｃ)>0.05%的情況下冶煉超低碳鋼，脫碳過程中不會發生強烈噴濺，減少了RH－OB工藝中的氬氣的消耗；使用靈活，操作簡便。雖然RH－KTB技術也有其不足之處(如增加了氧槍及其控制系統，要求真空室有更高的高度)，但在現有的真空吹氧技術中仍不失為佼佼者。

  4　RH－MFB多功能噴嘴技術

  1992年日本新日鐵公司廣畑廠在日本原川崎公司開發RH－KTB精煉技術之后，為降低初煉爐的出鋼溫度以及脫碳的需要，開發了多功能噴嘴的RH頂吹氧技術。其冶金功能與KTB精煉技術相近，另外可噴吹鐵礦石粉以加速脫碳，還可在精煉過程中吹入一定量的天然氣使之燃燒達到加熱鋼水的目的。

  RH噴粉技術及其發展

  RH噴粉技術是在RH－OB，RH－KTB設備的基礎上增加了噴粉技術，實現了脫硫、脫磷和改變非金屬夾雜物形態的功能。

  1　RH－PB法

  1987年新日鐵名古屋廠研制成功RH－PB法。它利用RH OB法真空室下部的吹氧噴嘴將粉劑通過OB噴嘴吹入鋼液，進行脫氣、脫硫以及冶煉超低磷鋼的精煉。RH真空室下部一般有兩個噴嘴，可以通過切換閥門改變為吹氧或噴粉。加鋁可使鋼水升溫，速度達8～10℃/min，脫硫率能達70%～80%；同時，還具有良好的脫氫效果，不會影響傳統的RH真空脫氧能力，更無吸氮之憂。采用RH－PB法時，吹入并分布在鋼水中的溶劑形成的溶渣顆粒具有很強的脫硫能力，提高了脫硫效率。因此使用少于傳統方法中的熔劑也能達到很高的脫硫率。

  2　RH－PTB噴粉法

  1994年日本住友金屬工業公司和歌山廠研制開發了RH－PTB噴粉法。該法利用水冷頂槍進行噴粉，粉劑輸送較流暢，噴嘴不易堵塞；不使用耐火材質的浸入式噴粉槍，操作成本較低；無鋼水阻力，載氣耗量小。

  此法冶煉超低硫鋼噴吹CａO－ＣaＦ2系粉劑，冶煉極低碳鋼噴吹鐵礦石粉劑。用RH－PTB法噴粉時，噴粉速度為100～130ｋｇ/min，約噴吹10min。當ＣaＯ－ＣaＦ2粉劑用量為5kg/t時，可使鋼中ｗ(Ｓ)降到5×10-6以下；當用量為8kg/t時，可得ｗ(Ｓ)=(1.3～2.9)×10-6的超低硫鋼，此時脫硫率大于90%。同時，鋼中ｗ(Ｎ)也由20×10-6降到15×10-6。

  噴鐵礦粉時，噴粉速度為20～60ｋｇ/min，噴吹約10min。噴粉后消除了一般RH中ｗ(Ｃ)<30×10-6時脫碳的停滯現象，處理后ｗ(Ｃ)可降到30×10-6。

  3　MESID技術

  1994年比利時西德瑪(SIDMAR)鋼鐵公司研制成功MESID技術，MESID噴槍用脈沖氣流工作，從而減少氧氣流對真空室內鋼液面的影響。可向溶池表面噴吹用于脫硫的固體混合料，還可加熱真空室的耐火材料或保溫。

  RH技術冶金功能的比較

  40多年來，RH精煉技術取得了巨大進展，由起初單一的脫氣設備發展成為包含真空脫氣、脫碳、吹氧脫碳、噴粉脫硫、溫度補償、均勻溫度和成分等的一種多功能爐外精煉設備。RH及RH多功能精煉技術在國內外得到了廣泛應用和迅速發展，其噴吹氣體和粉劑的實用技術在一定程度上已經確立，但在RH綜合精煉實用技術及依據上仍有許多待解決問題。隨著鋼材純凈度的日益提高，要求真空處理的鋼種逐漸增多，真空精煉技術的應用將更加普遍，而日本新改建的煉鋼廠已明確提出全部鋼水進行真空處理的發展目標。因此，真空精煉技術將會進一步發展。

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——責任編輯：濟南鴻慷機電設備公司01銷售顧問

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