精炼功能和技术特点

RH炉、VD炉精炼功能和技术特点1.1RH工艺简述RH装置的主要用途是脱氢、轻处理、脱碳和生产硅钢。除此之外，将碳含量降到最低值已成为RH装置的主要生产目标。1.1.1脱氢钢中含有氢是使钢脆性增加和形成白点的主要原因，因此对锻造钢坯、轨梁钢、管线钢和厚板等特殊要求的钢种尤其需要进行脱氢处理。在脱氢时，真空室内的压力、提升气体和一氧化碳气量是很重要的参数。为获得最低的含氢量，真空室压力必须到达150Pa以内，处理时间应控制在15至20分钟之间。在RH处理时即使是全镇静钢也可使其脱氢并获得低的氢含量，这是因为提升气体强化了脱气反应。1.1.2轻处理在RH装置中进行合金化可提高合金收得率，并可连续添加合金，加料速度与真空室循环速度有关。在真空条件下充分搅拌，获得较大的钢水熔池面积，因而，避免了空气氧化及夹渣，这对于需添加增碳剂这类低密度、含水较高的原料尤其重要。真空下脱氧的优点是节约合金和脱氧剂。钢水在非镇静或半镇静条件下出钢，然后在20kPa的真空下利用一氧化碳的反应脱氧，并生成气体产物。因而，钢中大量的自由氧以气体形式得以排除，与此同时，钢水也进行了脱碳。10-12分钟后，加铝进行最后脱氧，随后的几分钟在低真空下使钢水均匀化和从钢水熔池中排除夹渣。采取称之为轻处理的这种方法，与传统的出钢时在钢包中加铝脱氧比较每吨钢可节约大于lkg。此外，在RH装置中加铝脱氧还可防止传统方法下的吸氮，这是很重要的。1.1.3真空碳脱氧在真空碳脱气时利用碳在低压(真空)下脱氧，脱氧产物是气体，因此可使钢水变得很洁净。RH装置的操作过程是通过对真空泵的分级启动来实现的。即：通过压力在6．5至2．5kPa时，出现大量的一氧化碳反应，约10—15分钟后，压力再降到150Pa以下。处理开始时采用EMF法(电动势)测出的全氧和氧的活度是不同的，但在处理结束时，这两个值便相等，这就说明钢水中实际已无夹渣，因此，在不添加铝和当钢中含硅低的条件下，也可生产出全镇静钢。由于脱氧剂(A1、Si、Mn)的加入量少，因此极大地防止了夹渣的形成。通过RH真空碳脱氧，大大改进了材料性能，特别是提高了低温下材料的韧性。除此之外，使氧气转炉钢的质量可与电炉钢质量相等。1.1.4自然脱碳在压力降低后，碳和氧生成一氧化碳的反应对这两种元素均带来一定的影响。降碳的平衡值是相当低的。在1600℃和一氧化碳分压为lOOPa时，碳含量大约为1ppm。然而，在实际操作中，最终达到碳含量受脱碳动力学限制。通过真空处理，在良好的动力学和热力学条件下，可获得小于30ppm的极低碳含量。采用先进的工艺技术已稳定地提高了脱碳速率。脱碳速率的改进导致了每台RH装置处理时间上的改进，因为：——循环速率高。原因是正确设计了连通管直径和运载气体流速值。——真空压力。正确设计了真空泵的抽气能力，真空度的控制以达到最低真空度。除达到最终碳含量要求外，生产时间也同样起着很重要的作用。目前，设计的快节奏生产前提是连铸的周期时间为约30分钟，假设转炉允许出钢碳含量在0．03～0．04％时，则RH法特别适用。1.1.5强制脱碳当转炉出钢中的碳含量大于0．04％时，采用向RH真空室吹氧可连续进行脱碳处理，以便在正确的周期时间内达到如自然脱碳同样的最终碳含量。同时，配置吹氧设备后，还可通过加铝对钢水进行化学加热。1.2RH技术主要特点如下：（1）反应速度快，表面脱碳速度常数可达到3.5min-1。处理周期短，生产效率高，长于转炉配套使用。（2）反应效率高，钢水直接在真空室内进行，可生产w[H]≤0.5×10-6、w[N]≤25×10-6、w[C]≤10×10-6的超纯净钢。（3）可进行吹氧脱碳和二次燃烧进行热补偿，减少热处理降温。2.1VD炉精炼功能钢水真空处理法—VD法,是一种钢水炉外二次精炼的重要方法。它对于进一步降低钢中氢、氧、氮等气体和其它夹杂物含量,改善钢的质量,提高生产的经济性,具有重要意义。另外,由于连铸生产的特点,对钢水可靠、及时的真空处理,对于连铸生产的连续性、可靠性、经济性极为重要,更是整条短流程生产线的关键环节。然而,VD系统投入使用四年多来,虽然在总体上,其脱气功能已基本达到原设计要求,即:在脱气室耐火材料完全干燥,系统漏气量7.5kg/h以内的条件下,4.5min内系统压力由1个大气压下降至66.66Pa。但目前状况是:系统真空度经常只能达到333.3Pa;系统真空度提高速度较慢,影响钢水精炼的质量,处理时间增加,不能适应连续生产需要。恢复系统的工作能力,提高系统的可靠性是当务之急。2.2钢液真空脱气系统的主要组成与工作原理2.2.1主要结构1)水蒸汽喷射真空泵:主要由多级主、辅泵体与多个冷凝器两大部分组成。各级泵体均由拉瓦尔喷咀、吸入室和扩压器组成。冷凝器由筒体、淋水板和冷却水布水管组成。2)真空揭盖车、真空室与真空管道:真空室由一个可放置钢包的真空罐和真空盖组成,罐侧有一根真空管道与蒸汽喷射泵联接。3)水、汽系统:水包、汽包、汽水分离器等。4)控制部分:PLC电气控制系统和仪控系统。2.2.2工作原理VD系统简图如图1所示。顺序启闭启动泵,多级主、辅喷射泵,通过拉瓦尔喷咀将工作蒸汽的喷射速度提到1.5马赫以上,利用同时产生的压差,使之与吸入口处的高温炉气混合成为混合气体,在经过扩压器喉部后减速增压进入后级冷凝器内,经过后级冷凝器冷却后,被冷凝物质随冷却水一起由冷凝器底部的下水口流至水封池内,部分被抽炉气由冷凝器上方的出口排至下一级喷射泵或排放大气中,在这过程中产生的真空,使大气和真空室之间形成压力差,迫使钢液中的气体溢出,并在氩气的搅拌作用下,底部钢液中的气体和杂质不断上浮,随炉气排出,完成钢液脱气过程。由此可见,真空的形成和保持是实现钢液脱气的关键。2.3VD功能：2.3.1脱碳：VD的主要精炼功能是真空脱气，另一方面，VD也具备一定的脱碳能力，这主要是因为真空下一氧化碳分压降低，促进了碳氧反应。国际上有利用VD生产低碳钢的做法；法国Sollac厂l套VD月产低碳钢12万吨n1：法国Dunkerque厂利用该厂的1套VD生产低碳钢，年处理量100万t，分担该厂RH一0B冶炼低碳钢的任务，解放了RH一0B生产超低碳钢的能力。2.3.2脱硫：VD在钢包内可造碱性还原顶渣，可脱去铝。脱氧钢中80％的硫，与LF配合，终点[S]可降到lOppm以下。2.3.3脱氢：VD可造真空、吹氩，脱氢能力强，常在‘LF后脱气，马钢即采用“LF—VD”生产车轮钢阳1，经LF46min和VD26min精炼，钢中平均[H]=1．2ppm。2.3.4脱氮：VD脱氮能力强，钢水初始[N]50ppm，VD的脱氮率仍50％，极限[N]20ppm。重要原因是，RH在钢包内的钢液会吸收空气中的氮，而VD不存在这个问题。Italy某冶金工程公司认为传统形式RH不能脱硫，而硫的表面活性作用会阻碍有效脱氮，而VD一般承接来自LF的低硫钢水，本身亦可脱硫，并且在VD处理中，钢包整体处于真空，避免了钢液和空气接触，因此VD是理想的脱氮手段。2.3.5搅拌：VD的搅拌主要靠底部吹氩，在搅拌强度上不如RH，但是由于VD处理时间长，有顶渣吸附，去除大颗粒夹杂和混匀钢液的能力也较强，首钢三炼钢经过VD单联生产的低碳硅铝镇静钢，钢中夹杂物降低约40％。2.3.6脱氧：VD和RH均可生产低氧含量的洁净钢，VD可在266pa快速自然脱氧“1，脱氧能力强，自然脱氧3—5min后，加铝终脱氧，去夹杂。比常压脱氧，真空下碳自然脱氧节省了脱氧剂，节约量根据不同出钢条件有所不同，统计数据表明，平均吨钢约节省0．4kg铝。部分自然脱氧可以减少固体脱氧产物，减轻去除夹杂的负担。2.4VD特点VD炉主要是抽真空，钢水在真空下（67Pa）以下，钢水中的杂质上浮到表面，加上吹Ar搅拌，钢水质量得到提高。VD炉由于抽气量小，在20吨以下的炉子大多采用机械泵组，配上二级除尘和冷却烟气的管道，就能采用机械泵组抽气，现在机械泵组都选用罗茨真空泵和水环真空泵组成，将抽气能力、抽气速度和使用寿命大大提高，与蒸汽喷射泵的抽气能力相差还比较大。与RH相比的特点：(1)VD和RH的脱氢、脱氧能力相当：RH在脱碳、去除小颗粒夹杂方面强于VD；VD在脱氮、脱硫、去除大夹杂方面占据优势；(2)RH比VD需要更大的空间；RH的耐材消耗和设备维护量都大于VD；VD要求更大的钢包净空；(3)RH(120t)工程总投资约1．4亿元，120tVD总投资约0．4亿元；不考虑高附加值钢的效益，仅计运行成本，RH比VD要高8．2美元／吨钢；(4)RH的冶炼周期比VD短，可与大吨位转炉、板坯连铸机单配生产低碳／超低碳钢；VD可布置在电炉、小转炉车间，接方坯连铸机，生产中高碳钢，或作为LF和RH的补充，弥补精炼能力的不足。