RH真空精炼工艺与装备技术的发展.pptx

1RHRH真空精炼工艺与装备技术的发展真空精炼工艺与装备技术的发展 刘刘 浏浏钢铁研究总院钢铁研究总院2汇报内容汇报内容1.RH1.RH发展与应用发展与应用2.RH2.RH单元反应与基本工艺单元反应与基本工艺3.RH3.RH多功能精炼技术多功能精炼技术4.RH4.RH高效化生产技术高效化生产技术5.RH5.RH工艺优化工艺优化6.RH6.RH典型钢种处理典型钢种处理3RHRH发展与应用发展与应用4RHRH的发展历史的发展历史 RH RH精炼技术是精炼技术是19591959年德国年德国RheinstahlRheinstahl和和HutlenwerkeHutlenwerke公司联合开发成公司联合开发成功的。功的。RHRH将真空精炼与钢水循环流动结合起来，具有处理周期短，生产能将真空精炼与钢水循环流动结合起来，具有处理周期短，生产能力大，精炼效果好等优点，适合冶炼周期短，生产能力大的转炉工厂采用。力大，精炼效果好等优点，适合冶炼周期短，生产能力大的转炉工厂采用。RHRH发展到今天，大体分为三个发展阶段：发展到今天，大体分为三个发展阶段：（1 1）发展阶段（）发展阶段（19681968年年19801980年）：年）：RHRH装备技术在全世界广泛采用。装备技术在全世界广泛采用。（2 2）多功能）多功能RHRH精炼技术的确立（精炼技术的确立（19801980年年20002000年）：年）：RHRH技术几乎达到技术几乎达到尽善尽美的地步。尽善尽美的地步。表表1 RH1 RH工艺技术的进步工艺技术的进步工艺指标钢水纯净度/10-6钢水温度 脱碳速度常数 温度波动补偿量/Kc/min-1 C S T.O P N H技术水平20 10 15 20 20 1.0 26.3 0.35 5 （3 3）极低碳钢的冶炼技术（）极低碳钢的冶炼技术（20002000年年 ）：为了解决极低碳钢）：为了解决极低碳钢（C1010C1010-6-6）精炼的技术难题，需要进一步克服钢水的静压力，以）精炼的技术难题，需要进一步克服钢水的静压力，以提高熔池脱碳速度。提高熔池脱碳速度。5RHRH成为最主要的炉外精炼设备成为最主要的炉外精炼设备 目前，目前，RH已成为世界上最主要的炉外精炼设备。其特点是：精炼功能强、处已成为世界上最主要的炉外精炼设备。其特点是：精炼功能强、处理能力大、处理周期短、处理后钢水的洁净度水平高，因此在世界上广泛的应用理能力大、处理周期短、处理后钢水的洁净度水平高，因此在世界上广泛的应用于转炉炼钢厂，并成为生产低碳冷轧钢板所必须的炉外精炼设施。和其它真空精于转炉炼钢厂，并成为生产低碳冷轧钢板所必须的炉外精炼设施。和其它真空精炼设备相比，炼设备相比，RH的处理时间最短，处理后钢水的洁净度最高。从投资成本比较，的处理时间最短，处理后钢水的洁净度最高。从投资成本比较，现代现代RH比传统比传统RH略有增加，但和其它真空精炼设备相比，投资成本约高出略有增加，但和其它真空精炼设备相比，投资成本约高出50%。但其操作成本低于传统。但其操作成本低于传统RH，与，与VD炉大体相当。炉大体相当。现代现代RH传统传统RHVDVODDH真空钢包炉真空钢包炉碳含量碳含量/10-615200.05-1.05030-4040-50最大脱碳速率最大脱碳速率/min-10.350.10.1500.200.080.09脱碳时间脱碳时间/min1315无脱碳功能无脱碳功能40-5015-2020脱氢能力脱氢能力/10-61.01.52.02.02.02.0钢中钢中T.O/10-6152510303030脱硫率脱硫率/%40-60080-9080-9070-8580-90化学加热化学加热有有无无无无有有无无无无相对投资成本相对投资成本10.8-0.90.5-0.60.6-0.70.4-0.50.3-0.4相对操作成本相对操作成本1.11.21.01.20.90.8表表1 各种真空精炼方法的技术比较各种真空精炼方法的技术比较6RHRH适合各种高品质钢的精炼要求适合各种高品质钢的精炼要求 新一代钢铁材料的发展趋势是：超洁净、高均匀和微细组织结构控制。新一代钢铁材料的发展趋势是：超洁净、高均匀和微细组织结构控制。RH可以满足各可以满足各类高品质钢材洁净度的要求。对于同时要求超低碳、超低硫的钢种（如电工硅钢）和同时要类高品质钢材洁净度的要求。对于同时要求超低碳、超低硫的钢种（如电工硅钢）和同时要求超低碳、超低氮的钢种（如求超低碳、超低氮的钢种（如IF钢）以及同时要求低碳、低硅的钢种（如涂镀钢板）钢）以及同时要求低碳、低硅的钢种（如涂镀钢板）RH是是唯一最佳的精炼设备。而对于要求氧、硫含量的钢种（如低合金高强度钢和特殊钢）可以选唯一最佳的精炼设备。而对于要求氧、硫含量的钢种（如低合金高强度钢和特殊钢）可以选择择RH也可以选择也可以选择LF-VD（或（或LF-RH）。而对于不锈钢冶炼）。而对于不锈钢冶炼VOD是最佳的冶炼设备，但日本是最佳的冶炼设备，但日本许多钢厂也采用许多钢厂也采用RH取代取代VOD生产不锈钢。生产不锈钢。表表2 各种高品质钢的性能和洁净度要求及其相适应的精炼方法各种高品质钢的性能和洁净度要求及其相适应的精炼方法钢 类代表钢种技术特点纯净度要求10-6精炼工艺性能指标SBrEL/%超低碳钢IF钢要求同时降低钢中C、N和T.OC20,N20,S50,T.O20,dS40低碳铝镇静钢 TIRP钢准确控制成份、夹杂物和组织结构，保证表面质量C0.2,Si0.03,Mn=1.5RH4508000.926低合金高强度钢X80X100超低硫精炼，严格控制钢中夹杂物和钢材组织结构S10,P80O20,N50,H1LF-RHLF-VD55069021高级电工钢35W230 要求同时降低C、N含量和S含量，精确控制成份和析出物形态C24,S+N30 Si2.62.9%S10,N25RHP1.5/50(W/kg)2.20B50(T)1.68超纯铁素体不锈钢409L444严格控制钢中C、N和S的含量，降低晶间腐蚀C+N120S+N80VODRH2204001.430特殊钢（轴承钢）GCr15严格控制钢中T.O含量、夹杂物和碳化物析出，提高疲劳寿命T.O1077现代现代RHRH与传统与传统RHRH的技术差别的技术差别 RH诞生至今诞生至今50多年的历史中，多年的历史中，RH精炼工艺与装备技术不断发展，形成的现代精炼工艺与装备技术不断发展，形成的现代RH精炼精炼工艺与装备技术完全不同于传统的工艺与装备技术完全不同于传统的RH，其最大特点是进一步增加了精炼功能（从单纯脱气，其最大特点是进一步增加了精炼功能（从单纯脱气和脱氧发展到脱碳、脱硫与调温），并使处理周期大幅度缩短。例如，和脱氧发展到脱碳、脱硫与调温），并使处理周期大幅度缩短。例如，1970年年RH最初具备最初具备脱碳功能时，处理终点的最低碳含量为脱碳功能时，处理终点的最低碳含量为0.01%，需要处理时间，需要处理时间30min。而今天，。而今天，RH脱碳终点脱碳终点碳含量可以达到碳含量可以达到0.0015%以下，最低碳含量达到以下，最低碳含量达到3 10-6，而所需要的脱碳时间仅为，而所需要的脱碳时间仅为15min。90年代初期，日本开发了年代初期，日本开发了RH顶吹氧工艺（顶吹氧工艺（RH-KTB），对），对RH精炼工艺的发展起到了重精炼工艺的发展起到了重要的促进作用，标志着现代要的促进作用，标志着现代RH精炼装备的诞生。和传统精炼装备的诞生。和传统RH相比，现代相比，现代RH的主要技术特点的主要技术特点是：是：高效化是高效化是RH技术发展的主要趋势：技术发展的主要趋势：回顾回顾RH的发展历史，对比现代的发展历史，对比现代RH与传统与传统RH的技术差别，可以证明的技术差别，可以证明RH高效高效化是半个世纪以来化是半个世纪以来RH精炼技术发展的重精炼技术发展的重要方向。研究开发要方向。研究开发RH高效化的主要技术高效化的主要技术措施是：措施是：RH快速精炼技术的发展；快速精炼技术的发展；提高提高RH高作业率的工艺装备技术；高作业率的工艺装备技术；RH自动化与计算机控制技术。自动化与计算机控制技术。采用采用RH吹氧，提高了粗炼钢水碳含量吹氧，提高了粗炼钢水碳含量(从从0.025%提高到提高到0.06%)，降低了处理温降；，降低了处理温降；通过扩大真空室内径，增加高度，扩大浸渍管直径，进一步提高钢水循环流量；通过扩大真空室内径，增加高度，扩大浸渍管直径，进一步提高钢水循环流量；通过提高抽气能力和循环气体流量，提高了通过提高抽气能力和循环气体流量，提高了RH反应速度；反应速度；采用喷粉工艺实现钢水深脱硫（采用喷粉工艺实现钢水深脱硫（S 10-6）。）。8RHRH单元反应与基本工艺单元反应与基本工艺9真真 空空 脱脱 碳碳 RH RH内的脱碳速度主要决定于钢液中碳的扩散。低碳区碳的传质是反应内的脱碳速度主要决定于钢液中碳的扩散。低碳区碳的传质是反应速度的限制性环节：速度的限制性环节：RH RH钢水循环流量钢水循环流量Q=Q=钢水循环流速钢水循环流速上升管截面积，根据前人对上升管截面积，根据前人对RHRH钢钢水循环流量的测定结果表明：水循环流量的测定结果表明：循环流量循环流量Q Q的计算值与实测的计算值与实测值的比较值的比较 增加吹氩流量增加吹氩流量Q Qg g使使RHRH的循环流量增大；的循环流量增大；扩大上升管直径使循环流量扩大上升管直径使循环流量Q Q增大；增大；增加浸入管的插入深度也会使循环流量变增加浸入管的插入深度也会使循环流量变大。大。总结以上研究，总结以上研究，RHRH内钢水的循环流量可以表内钢水的循环流量可以表示为：示为：10真真 空空 脱脱 碳碳 RH RH精炼中发生的各种化学反应的反应速度决定于金属侧各元素的传质精炼中发生的各种化学反应的反应速度决定于金属侧各元素的传质系数，根据系数，根据ShigeruShigeru的研究证明，在整个的研究证明，在整个RHRH精炼过程中各元素的传质系数基精炼过程中各元素的传质系数基本保持不变，但反应界面积随时间发生明显变化。为了方便描述各种反应本保持不变，但反应界面积随时间发生明显变化。为了方便描述各种反应速度，常采用体积传质系数速度，常采用体积传质系数 k k（=传质系数传质系数反应界面积）。反应界面积）。钢水含碳量和吹钢水含碳量和吹ArAr方式对方式对RHRH脱碳脱碳过程的体积传质系数过程的体积传质系数 k k的影响的影响RHRH的体积传质系数与以下因素有关：的体积传质系数与以下因素有关：k k和钢水碳含量成正比；和钢水碳含量成正比；增加钢水的循环流量增加钢水的循环流量Q Q使使 k k值提高；值提高；改变吹氩方式利于提高改变吹氩方式利于提高 k k值：如在值：如在300tRH300tRH的真空室底部增设的真空室底部增设8 8支支 2mm2mm吹吹ArAr管吹氩（管吹氩（QA=800Nl/minQA=800Nl/min），使），使 k k值提值提高。高。Koji YMAMGUCHIKoji YMAMGUCHI总结总结100t100t260tRH260tRH的实的实际生产数据提出以下关联式：际生产数据提出以下关联式：11脱脱 氢氢 RH脱氢效率很高，处理脱氧钢水，脱氢效脱氢效率很高，处理脱氧钢水，脱氢效率率 H65%；处理弱脱氧钢水，由于剧烈的；处理弱脱氧钢水，由于剧烈的C-O反应使反应使70%。RH的的 H 值决定于循环次数（值决定于循环次数（N）。RH处理后钢水含处理后钢水含H量为：量为：式中：式中：N为钢水循环次数。为保证良好的脱氢效为钢水循环次数。为保证良好的脱氢效果，要求：果，要求：由于由于RH的真空度很高，脱氢速度可表示为：的真空度很高，脱氢速度可表示为：经测定对经测定对200tRH，吹，吹Ar流量为流量为20002500Nl/min时，时，kH为为0.16min-1。增大吹增大吹Ar流量使流量使kH值提高。如对值提高。如对340tRH，吹，吹Ar量从量从0增加到增加到2500Nl/min时，时，kH可提高可提高1倍。倍。采用采用RH喷粉工艺后，由于钢水中存在大量细小弥散的固体粉剂，明显喷粉工艺后，由于钢水中存在大量细小弥散的固体粉剂，明显增强了钢水中气泡异相形核的能力，有利于脱氢反应。增强了钢水中气泡异相形核的能力，有利于脱氢反应。RHRH喷粉法和喷粉法和RHRH法处理钢的氢含量对比法处理钢的氢含量对比12脱脱 氮氮 钢水脱氮速度不决定于钢中氮的传质系数，主要决定于界面化学反应钢水脱氮速度不决定于钢中氮的传质系数，主要决定于界面化学反应速度。务川进等人通过实验研究发现，随钢中速度。务川进等人通过实验研究发现，随钢中%O%O和和%S%S含量的增加，钢含量的增加，钢水吸氮（或脱氮）速度降低（或增高）。因此，通常采用二级反应式近似水吸氮（或脱氮）速度降低（或增高）。因此，通常采用二级反应式近似计算真空脱氮速度：计算真空脱氮速度：式中：式中：kN=15.9fN2/(1+173aO+52aS+17aN)2。a a 吸氮吸氮 b b 脱氮脱氮真空度、表面活性元素含量对钢水吸氮和脱氮的影响真空度、表面活性元素含量对钢水吸氮和脱氮的影响 脱氮速度常数计算值脱氮速度常数计算值与实测值的比较与实测值的比较 13RHRH多功能精炼技术多功能精炼技术14脱脱 硫硫对铝脱氧钢水，脱硫反应为：对铝脱氧钢水，脱硫反应为：3(CaO)+2Al+3S=(Al2O3)+3(CaS)钢水脱硫效率主要决定于钢中铝含量和炉渣指数（钢水脱硫效率主要决定于钢中铝含量和炉渣指数（SP）：）：当（当（SP）=0.1时，渣时，渣钢间硫的分配比最大钢间硫的分配比最大（400600）。因此，脱硫渣的最佳组成是：）。因此，脱硫渣的最佳组成是：60%(CaO)+25%(Al2O3)+10%(SiO2)。RH喷粉通常采用喷粉通常采用CaO+CaF2系脱系脱硫剂，该种粉剂的脱硫分配比可按下式计算：硫剂，该种粉剂的脱硫分配比可按下式计算：La=(%S)/%S=1260-25(%Al2O3)75(%SiO2)250钢水脱硫速度为：钢水脱硫速度为：，根据高桥等人的测定：，根据高桥等人的测定：ks=0.27m/min。采用采用RH喷粉脱硫的主要优点是：喷粉脱硫的主要优点是：（1）脱硫效率高。）脱硫效率高。（2）顶渣影响小，与钢水间的传质速度大幅度）顶渣影响小，与钢水间的传质速度大幅度降低。降低。RH喷粉钢包喷粉粉剂消耗量与脱硫效率的关系粉剂消耗量与脱硫效率的关系 渣中渣中FeO+MnOFeO+MnO含量对渣含量对渣钢间硫的分配比的影响钢间硫的分配比的影响15脱脱 磷磷 将将RH吹氧工艺与喷粉工艺相结合可以实现吹氧工艺与喷粉工艺相结合可以实现RH脱磷。在脱磷。在RH吹氧脱碳期同时喷吹氧脱碳期同时喷吹石灰粉可以达到理想的脱磷效果。如日本新日铁名古屋厂吹石灰粉可以达到理想的脱磷效果。如日本新日铁名古屋厂230tRH采用采用OB/PB工工艺，可生产艺，可生产P2010-6的超低磷钢。的超低磷钢。粉剂中粉剂中(%CaO)20%时，炉渣脱磷能力最强。提高真空度使炉渣脱磷能力略时，炉渣脱磷能力最强。提高真空度使炉渣脱磷能力略有提高。根据有提高。根据RH-PB处理中取出的粉剂颗粒，经处理中取出的粉剂颗粒，经X光衍射分析的结果绘出右图。光衍射分析的结果绘出右图。由于由于RH喷粉避免了顶渣的影响，延长了粉剂与钢水直接反应的时间，使脱磷效率喷粉避免了顶渣的影响，延长了粉剂与钢水直接反应的时间，使脱磷效率提高。如图所示，上浮粉剂颗粒中提高。如图所示，上浮粉剂颗粒中P2O5含量接近含量接近3CaOP2O5或或4CaOP2O5的理论的理论极限。远高于铁水预处理或转炉脱磷效率。极限。远高于铁水预处理或转炉脱磷效率。粉剂配比和真空度对炉渣脱磷粉剂配比和真空度对炉渣脱磷能力的影响能力的影响 RH-PBRH-PB工艺中粉剂颗粒的脱磷工艺中粉剂颗粒的脱磷效果比较效果比较logCP=log(%P)/(aPO5/2)16脱氧与夹杂物上浮脱氧与夹杂物上浮 RH RH精炼通常采用铝脱氧工艺，生成的脱氧夹杂物大多为细小的精炼通常采用铝脱氧工艺，生成的脱氧夹杂物大多为细小的AlAl2 2O O3 3夹杂，夹杂，RHRH精炼过程中钢水氧含量的变化精炼过程中钢水氧含量的变化可以表示为：可以表示为：RHRH处理钢水中夹杂物的形貌和成份处理钢水中夹杂物的形貌和成份 RH RH精炼中，炉渣传氧决定于渣中精炼中，炉渣传氧决定于渣中(%FeO)+(%FeO)+(%MnO)(%MnO)含量。由于含量。由于RHRH有效地避免了卷渣，顶渣对有效地避免了卷渣，顶渣对钢水的氧化大为减弱。钢水的氧化大为减弱。RHRH的表观脱氧速度常数的表观脱氧速度常数 比钢包吹氩（比钢包吹氩（GIGI）工艺大约提高）工艺大约提高1 1倍。倍。若若RHRH处理前控制渣中处理前控制渣中(%FeO)+(%MnO)1%(%FeO)+(%MnO)1%，处理，处理后钢中后钢中OT1010OT1010-6-6。RHRH精炼过程中氧化物夹精炼过程中氧化物夹杂的排出速度可以表示为：杂的排出速度可以表示为：渣中渣中FeO+MnOFeO+MnO含量和脱氧速度含量和脱氧速度常数常数k k间的关系间的关系17夹杂物尺寸对去除的影响夹杂物尺寸对去除的影响 钢中夹杂物的上浮决定于夹杂物的尺寸：大颗粒夹杂上浮去除，而小颗粒夹杂钢中夹杂物的上浮决定于夹杂物的尺寸：大颗粒夹杂上浮去除，而小颗粒夹杂通过碰撞聚合后才能上浮去除。因此，精炼过程中钢水夹杂物的数量可采用浅野等通过碰撞聚合后才能上浮去除。因此，精炼过程中钢水夹杂物的数量可采用浅野等人提出的表达式描述：人提出的表达式描述：N=N0exp（-D）式中：式中：D为夹杂物的半径；为夹杂物的半径；N为夹杂物的数量（为夹杂物的数量（l/kg）；）；为常数。为常数。钢水氧含量的变化表达式如下：钢水氧含量的变化表达式如下：RHRH精炼过程中精炼过程中TOTO的行为的行为koko和搅拌能量的关系和搅拌能量的关系0.5018NK-PERMNK-PERM法法 为了提高为了提高RH的脱氧效率，日本的脱氧效率，日本NKK公司开发了一种通过钢包脱气公司开发了一种通过钢包脱气处理去除夹杂物的新方法，称为处理去除夹杂物的新方法，称为NK-PERM法。该工艺的技术原理是：首法。该工艺的技术原理是：首先将可熔气体（如先将可熔气体（如N2、H2）强行熔解）强行熔解到钢水中，然后进行真空精炼，再降到钢水中，然后进行真空精炼，再降压过程中过饱和气体在悬浮的微细夹杂物表面形成气泡，气泡压过程中过饱和气体在悬浮的微细夹杂物表面形成气泡，气泡与夹杂物上浮到液面迅速与钢水分离。通过与夹杂物上浮到液面迅速与钢水分离。通过250t RH工业试验，工业试验，该工艺获得良好的冶金效果，细小夹杂物的去除效率明显提高。该工艺获得良好的冶金效果，细小夹杂物的去除效率明显提高。采用采用RH喷粉工艺，使链状喷粉工艺，使链状Al2O3夹杂与夹杂与CaO粉剂形成低熔粉剂形成低熔点点CaOAl2O3夹杂，利于上浮排除。采用夹杂，利于上浮排除。采用RH喷粉工艺后，喷粉工艺后，Al2O3夹杂含量明显降低。夹杂含量明显降低。NK-PERMNK-PERM处理后夹杂物分布的变化情况处理后夹杂物分布的变化情况19日本川崎公司对日本川崎公司对RHRH的技术改造的技术改造2RH4RHRH类型类型双工位双工位双工位双工位真空室高度真空室高度(m)9.811.2下部槽内径下部槽内径(m)2.12.5浸渍管内径浸渍管内径(m)0.60.75循环流量循环流量(t/min)120180抽气能力抽气能力(67Pa)(kg/h)4001000环流气体流量环流气体流量(Nm3/min)2.55顶吹氧流量顶吹氧流量(Nm3/h)25003000C28 10-6C15 10-6No.2RHNo.4RHNo.2RHNo.4RH脱碳时间脱碳时间(min)18.111.931.418.3脱氧时间脱氧时间(min)11.810.011.810.0处理周期处理周期(min)29.921.943.228.3 1992年日本川崎公司对年日本川崎公司对4#RH进行了系统的改造，采用了进行了系统的改造，采用了KTB技术将真空室高度从技术将真空室高度从9.8m提高到提高到11.2m，真空室下部槽直径从，真空室下部槽直径从2.1m提高到提高到2.5m，浸渍管内径从，浸渍管内径从0.6m增大到增大到0.75m，使，使钢水的循环流量从钢水的循环流量从120提高到提高到180t/min；67Pa下抽气能力由下抽气能力由400kg/h增加到增加到1000kg/h；循环气；循环气体流量从体流量从2.5提高到提高到5Nm3/min。改造后冶炼超低碳钢。改造后冶炼超低碳钢(C)脱碳时间由脱碳时间由31.4缩短到缩短到18.3min，脱，脱氧时间由氧时间由11.8min缩短到缩短到10min，处理周期从，处理周期从43.2min缩短到缩短到28.3min，RH的生产效率提高了的生产效率提高了34%。日本川崎公司日本川崎公司2#和和4#RH的技术对比的技术对比日本川崎公司日本川崎公司2#和和4#RH的冶金效果比较的冶金效果比较C 10-620热补偿技术热补偿技术RH-KTBRH-KTB法法 KTB法采用吹氧脱碳和二次燃烧技术实现钢水升温。该方法在普通法采用吹氧脱碳和二次燃烧技术实现钢水升温。该方法在普通RH上安上安装可以升温的水冷顶吹氧枪，吹氧脱碳，并依靠真空室内装可以升温的水冷顶吹氧枪，吹氧脱碳，并依靠真空室内CO炉气的二次燃烧提供炉气的二次燃烧提供热量，补偿精炼过程中的温降。采用热量，补偿精炼过程中的温降。采用KTB工艺后，转炉出钢温度比传统工艺后，转炉出钢温度比传统RH降低降低26.3。由于。由于KTB提高了提高了RH表观脱碳速度常数，在保证相同的脱碳时间的条件下，表观脱碳速度常数，在保证相同的脱碳时间的条件下，可使初始碳含量从可使初始碳含量从0.025%提高到提高到0.05%。在脱碳过程中实现二次燃烧，可将炉气。在脱碳过程中实现二次燃烧，可将炉气二次燃烧率从二次燃烧率从3%提高到提高到60%，进一步补偿了热量。，进一步补偿了热量。KTBKTB热补偿的能量平衡热补偿的能量平衡与传统与传统RHRH相比相比KTBKTB热补偿所带来的温热补偿所带来的温降减少值降减少值项项 目目补偿温度补偿温度/百分比百分比/%提高初始碳含量提高初始碳含量1.26二次燃烧热量二次燃烧热量7.839铝氧化热量铝氧化热量7.939.5减少精炼过程温降减少精炼过程温降3.115.5总计总计20100 采用采用KTB技术进行热补偿的关键是通过精确控制吹氧量和吹氧时间，避免钢技术进行热补偿的关键是通过精确控制吹氧量和吹氧时间，避免钢水过氧化，保证吹氧结束后钢水水过氧化，保证吹氧结束后钢水O75010-6。在此基础上，通过自然脱碳使脱。在此基础上，通过自然脱碳使脱碳结束后钢水碳结束后钢水O0.05%。处理过程中保持处理过程中保持Als0.05%，可保证可保证O6010-6。若。若OB升温后，延长搅拌时间升温后，延长搅拌时间25min，可保证可保证O3010-6。吹氧过程、加铝量对吹氧过程、加铝量对RH-OBRH-OB升温效果的影响升温效果的影响22RHRH高效化生产技术高效化生产技术23RHRH高效化生产的装备技术高效化生产的装备技术 C10-6提高真空室高度提高真空室高度增大环流量增大环流量提高抽气能力提高抽气能力 台湾中钢公司将台湾中钢公司将160tRH的蒸汽喷射泵抽气能力由的蒸汽喷射泵抽气能力由300kg/h增大为增大为400kg/h后，并将吹氩量由后，并将吹氩量由600Nl/min提高提高到到680Nl/min，使终点碳含量由，使终点碳含量由305010-6降低到降低到3010-6以下，脱碳时间由以下，脱碳时间由20min缩短到缩短到15min。美国内陆钢铁厂将美国内陆钢铁厂将RH的六级蒸汽喷射泵改造为五级的六级蒸汽喷射泵改造为五级蒸汽喷射泵蒸汽喷射泵/水环泵系统后，冷却水消耗量由水环泵系统后，冷却水消耗量由21t/炉减少到炉减少到5t/炉，能耗降低炉，能耗降低73%。增大吹氩量，优化吹氩工艺增大吹氩量，优化吹氩工艺增设多功能氧枪增设多功能氧枪 增设具有增设具有RHRH顶吹氧、喷粉和烘烤三大功能的多功能顶吹氧、喷粉和烘烤三大功能的多功能氧枪，对改善氧枪，对改善RHRH操作，提高精炼效率和操作，提高精炼效率和RHRH作业率具有重要作业率具有重要意义。意义。24近几年国外近几年国外RHRH的主要技术参数的主要技术参数和性能指标和性能指标新日本钢铁公司新日本钢铁公司川崎钢铁川崎钢铁公公 司司日本钢管日本钢管公公 司司住友金属住友金属工业公司工业公司宝宝 钢钢RH设备参数设备参数名古屋钢铁名古屋钢铁厂厂2号号RH君津钢铁君津钢铁厂厂RH大分钢铁大分钢铁厂厂1号号RH水岛钢铁水岛钢铁厂厂4号号RH福山钢铁福山钢铁厂厂3号号RH鹿岛钢铁鹿岛钢铁厂厂2号号RH炼钢厂炼钢厂吹吹O2方式方式OBOBOBKTBOBOBOB钢水容量，钢水容量，t270305340250250250300循环管内径，循环管内径，mm730650600750580750550循环气体量，循环气体量，l/min30002500400050005000500012001400抽气量抽气量 67Pa下下(kg/h)26.7Pa下下135016600100711682952877010001350015000-1500-950目标目标C10-610171815151220处理时间，处理时间，min152218151515202525提高提高RHRH脱碳速度的工艺措施脱碳速度的工艺措施 （1 1）提高循环流量和体积传质系数。如图，千叶厂）提高循环流量和体积传质系数。如图，千叶厂RHRH最初的工况，最初的工况，kc=kc=0.1min0.1min-1-1。扩大上升管直径增加环流后，达到。扩大上升管直径增加环流后，达到kc=0.15minkc=0.15min-1-1。进一步改进吹。进一步改进吹ArAr方式方式使使 k k值增大，值增大，kc=0.2minkc=0.2min-1-1。（2 2）提高抽气速率。定义）提高抽气速率。定义RHRH真空系统的抽气速度常数真空系统的抽气速度常数R R：R=R=-ln(/0)/t(min(min-1-1)。（3 3）吹氧。采用）吹氧。采用KTBKTB顶吹氧工艺，提高了顶吹氧工艺，提高了RHRH前期脱碳速度，使表观脱碳速度常前期脱碳速度，使表观脱碳速度常数数kckc从从0.21min0.21min-1-1提高到提高到0.35min0.35min-1-1。（4 4）改变吹）改变吹ArAr方式。实验证明，在方式。实验证明，在RHRH真空室的下部吹入大约真空室的下部吹入大约1/41/4的氩气，可使的氩气，可使RHRH的脱碳速度提高大约的脱碳速度提高大约2 2倍。倍。KTBKTB法与普通法与普通RHRH脱碳速度的比较脱碳速度的比较RHRH钢水循环流量钢水循环流量Q Q和体积传质和体积传质系数系数 k k对脱碳速度的影响对脱碳速度的影响 RHRH抽气速度抽气速度R R和吹和吹ArAr流量流量对脱碳速度的影响对脱碳速度的影响 26RHRH脱氮效率及强化脱氮工艺措施脱氮效率及强化脱氮工艺措施 RH的脱氮效率（的脱氮效率（N）比较低，并和初始氮含量有关：当初始）比较低，并和初始氮含量有关：当初始N=10010-6时，时，N20%；对于较低的初始氮含量，；对于较低的初始氮含量，RH处理基本不脱氮。其原因主要是：处理基本不脱氮。其原因主要是：（1）钢中氮的溶解度高，约是氢的）钢中氮的溶解度高，约是氢的15倍。倍。（2）钢中硫、氧等表面活性元素含量的增加，使钢水脱氮速度降低。）钢中硫、氧等表面活性元素含量的增加，使钢水脱氮速度降低。（3）RH浸入管漏气造成钢水吸氮。浸入管漏气造成钢水吸氮。强化强化RH脱氮的工艺措施脱氮的工艺措施提高真空度和抽气速度；提高真空度和抽气速度；尽量降低钢中氧、硫含量；尽量降低钢中氧、硫含量；进行脱碳后镇静处理时进行脱碳后镇静处理时N N和初和初始始N N含量的关系含量的关系时间（min）l/n（%-1）采用浸入管吹氩密封技术；采用浸入管吹氩密封技术；采用喷粉工艺。采用喷粉工艺。喷粉时间和钢水氮含量的关系喷粉时间和钢水氮含量的关系27RHRH工艺优化工艺优化28RHRH工艺优化的基本原则工艺优化的基本原则 RH精炼工艺优化的基本原则是：实现真空下精炼工艺优化的基本原则是：实现真空下C-O反应平衡，达到降低脱氧剂消反应平衡，达到降低脱氧剂消耗，减少钢中夹杂物；提高反应速率，缩短处理周期，减少处理温降。耗，减少钢中夹杂物；提高反应速率，缩短处理周期，减少处理温降。RH内内C-O反应速度：反应速度：碳对碳对 k k的影响的影响循环流量循环流量Q Q的计算的计算真空下真空下C-OC-O反应平衡图反应平衡图结结论论 CO反应浓度积（反应浓度积（0.0023）随真）随真空度的提高逐渐降低；空度的提高逐渐降低；在在1PCO下与下与C=0.05%平衡的熔平衡的熔池池O为为460 10-6，而在，而在0.001PCO时与时与C=0.003%平衡的熔池平衡的熔池O为为7.67 10-6，说明真空具有良好的，说明真空具有良好的脱碳、脱氧作用。脱碳、脱氧作用。在在RH精炼过程中尽可能实现精炼过程中尽可能实现C-O反应平衡。反应平衡。29动力学条件对反应平衡的影响动力学条件对反应平衡的影响 RH脱碳反应速度决定于真空室内脱碳反应脱碳反应速度决定于真空室内脱碳反应区钢水厚度，随着钢中区钢水厚度，随着钢中C降低维持降低维持C-O反应的反应的平衡压力降低，反应区钢水厚度极剧减薄，使脱平衡压力降低，反应区钢水厚度极剧减薄，使脱碳反应速度降低。碳反应速度降低。真空下真空下C-O反应分为三个限速区：反应分为三个限速区：（1）氧扩散为）氧扩散为C-O反应限速环节，反应区厚度反应限速环节，反应区厚度200mm。（2）自然脱碳区，反应区厚度）自然脱碳区，反应区厚度100200mm。（3）碳扩散反应区，反应区厚度）碳扩散反应区，反应区厚度050mm。脱碳反应区钢水厚度对脱碳反应区钢水厚度对C-OC-O平衡的影响平衡的影响碳扩散区碳扩散区CC、OO对反应层厚度的影响对反应层厚度的影响结结论论（1）氧扩散区脱碳速度决定于供氧强度，）氧扩散区脱碳速度决定于供氧强度，吹入氧气不会造成钢水过氧化。吹入氧气不会造成钢水过氧化。（2）自然脱碳区内）自然脱碳区内C-O按化学当量比共同按化学当量比共同反应，反应速度决定于循环流量和熔池搅反应，反应速度决定于循环流量和熔池搅拌强度。拌强度。（3）碳扩散反应区，随着）碳扩散反应区，随着C降低反应层降低反应层厚度减薄，脱碳速度变缓，提高氧含量有厚度减薄，脱碳速度变缓，提高氧含量有利于增加脱碳反应速度。利于增加脱碳反应速度。30循环流量与脱碳速度循环流量与脱碳速度吹氧与脱碳速度吹氧与脱碳速度循环流量与搅拌强度对反应平衡的影响循环流量与搅拌强度对反应平衡的影响RHRH钢水循环流量钢水循环流量Q Q和体积传质和体积传质系数系数 k k对脱碳速度的影响对脱碳速度的影响 常压下常压下C-O反应平衡决定于熔池搅拌强度，反应平衡决定于熔池搅拌强度，在在1600时时CO积为积为0.0023，采用复吹工艺可，采用复吹工艺可控制控制CO积积0.0028。真空条件下真空条件下RH内内C-O反应平衡决定于钢水反应平衡决定于钢水的循环流量的循环流量Q和真空室内熔池的搅拌强度和真空室内熔池的搅拌强度 k，随，随着着Q和和 k增大，增大，C-O反应趋近于平衡值，波动于反应趋近于平衡值，波动于0.00230.0040 PCO。由于由于Q和和 k的影响使的影响使RH内内C-O反应偏离平反应偏离平衡，并造成衡，并造成C-O反应的浓度积升高。因此，提高反应的浓度积升高。因此，提高循环流量或增加熔池搅拌强度（提高循环流量或增加熔池搅拌强度（提高 k）有利）有利于加快脱碳反应速度，并使真空下脱碳反应趋于于加快脱碳反应速度，并使真空下脱碳反应趋于平衡。平衡。吹氩与脱碳速度吹氩与脱碳速度31合理确定合理确定RHRH工艺参数工艺参数 根据根据RH精炼工艺优化的基本原则：实现真空条件下的精炼工艺优化的基本原则：实现真空条件下的C-O平衡，并考虑动力学因素对平衡，并考虑动力学因素对热力学平衡的影响，可以制订出典型热力学平衡的影响，可以制订出典型RH的合理操作参数，达到以下技术指标。的合理操作参数，达到以下技术指标。工艺指标工艺指标钢水纯净度钢水纯净度/10-6钢水温度钢水温度 脱碳速度常数脱碳速度常数 温度波动温度波动 铝收得率铝收得率补偿量补偿量/Kc/min-1%C T.O N H技术水平技术水平20 30 25 2.0 15 0.20 5 60RH深脱碳工艺的优化参数：深脱碳工艺的优化参数：进站条件：进站条件：C=0.05 0.005%温度温度T1630，O400600 10-6 吹氧工艺：吹氧工艺：C=0.025 0.002%，O=300550 10-6，压力，压力0.2atm，提升气，提升气量量100m3/h，吹氧量，吹氧量=2540%C(m3/炉炉)脱碳工艺：真空度脱碳工艺：真空度12kPa保持保持10min，0.08kPa保持保持58min，提升气量，提升气量120m3/h,终点终点C20 10-6，O250400 10-6 脱气与去夹杂工艺：保持真空度脱气与去夹杂工艺：保持真空度 0.08kPa，加铝脱氧，脱氧后搅拌，加铝脱氧，脱氧后搅拌58min，提升气量，提升气量120m3/h 脱碳时间脱碳时间23min，处理周期，处理周期35min左右左右 处理温降：浅处理处理温降：浅处理30，深处理，深处理4032RHRH脱碳工艺脱碳工艺 当代当代RH工艺技术的最主要进步是将传统的工艺技术的最主要进步是将传统的RH操作工艺改变为操作工艺改变为KTB操作工艺，工操作工艺，工艺优化的特点是：艺优化的特点是：将初始将初始C从从0.025%提高到提高到0.06；RH增设顶吹氧工艺，吹氧脱碳并进行二次燃烧和热补偿；增设顶吹氧工艺，吹氧脱碳并进行二次燃烧和热补偿；采用采用KTB工艺具有减少处理过程温降，降低钢水含氧量和提高炉衬寿命等优点。工艺具有减少处理过程温降，降低钢水含氧量和提高炉衬寿命等优点。两种两种RH脱碳处理工艺脱碳处理工艺两种两种RH脱碳工艺的技术比较脱碳工艺的技术比较项目项目传统工艺传统工艺KTB工艺工艺初始初始C 10-6200250400600初始初始O 10-6400600350450预脱氧预脱氧锰铁锰铁/RH吹氧吹氧Nm3/t/0.30.5温度补偿温度补偿/51520脱碳速度常数脱碳速度常数/min-1Max0.2Max0.35终点终点C 10-62020脱碳时间脱碳时间/min252033 RH脱碳轻处理是脱碳轻处理是RH操作中的最重要精炼模式之一，适用于生产操作中的最重要精炼模式之一，适用于生产0.01%C0.03%的钢的钢种。根据处理钢种的质量要求，可分为脱气轻处理工艺和非脱氧轻处理工艺。种。根据处理钢种的质量要求，可分为脱气轻处理工艺和非脱氧轻处理工艺。RH脱碳轻处理工艺的工艺目标是：脱碳轻处理工艺的工艺目标是：真空下降低钢水含碳量；真空下降低钢水含碳量；尽可能降低脱碳终点氧含量；尽可能降低脱碳终点氧含量；采用铝深脱氧，促进夹杂物上浮。采用铝深脱氧，促进夹杂物上浮。脱碳轻处理工艺脱碳轻处理工艺脱碳轻处理工艺优化模式脱碳轻处理工艺优化模式脱碳轻处理工艺操作要点：脱碳轻处理工艺操作要点：进站条件：进站条件：C=0.05 0.005%，温度，温度T1620，O400600 10-6 吹氧工艺：吹氧工艺：C=0.025 0.002%，O=300550 10-6，压力，压力0.2atm，提，提升气量升气量100m3/h，吹氧量，吹氧量=2540%C(m3/炉炉)脱碳工艺：真空度脱碳工艺：真空度12kPa保持保持10min，提升气量，提升气量120m3/h,终点终点C=1