1.综述 当前，国内外的钢铁冶炼工艺技术发展突飞猛进，很多新工艺、新技术在新建钢炼钢项目上得到了很好的应用，如铁水预处理技术、复吹转炉与溅渣护炉技术、钢水炉外精炼技术(LF、RH、CAS、VD、VOD等工艺)等。 钢铁行业不仅要满足经济发展对钢材数量的需求，而且要满足对质量、品种等的需求。特别是随着市场竞争的激烈程度加剧，必将出现优胜劣汰的残酷局面。影响钢材质量和性能的重要因素之一就是钢中夹杂物的含量，气体含量及S，P含量，铁水预处理和钢水精炼技术，为全面优化下道工序和全面提升品种质量水平提供了最有效的手段。,RH真空精炼概述,炉外精炼是把转炉中初炼的钢水移到钢包中进行精炼过程，也称二次精炼，为了均匀成分和温度，出现了钢包内气体搅拌工艺。最引人注目的是二次精炼的采用，大大提高了钢的产量和质量。二次精炼的主要任务和目的是在出钢和连铸时分离钢水和炉渣、钢水脱氧、 根据终点目标进行合金化、 调整注温、 改进钢水的洁净度、 夹杂物变性、去除钢水中溶解的H和N、 脱碳、 脱硫、均匀钢水成分和温度。,近年来，我国钢铁企业普遍对钢水炉外精炼技术的应用较为重视，投入大量资金上马先进的炉外精炼技术装备，炉外精炼已经不再是特大型钢铁企业或特钢企业的专利品。炉外精炼在提高钢材产品质量、扩大品种、提高炼钢生产能力、保障连铸顺行、降低成本、优化炼钢生产工艺等方面发挥着极其重要的作用，甚至成为限制环节。而RH真空处理又是炉外精炼领域的一个突出典型。铁水预处理-转炉复合吹炼(或电弧炉冶炼)-炉外精炼(LF、VD、VOD、RH)-连铸，已成为越来越多的钢铁企业炼钢厂的典型流程模式。,2.RH真空精炼的发展 1952年当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，经过各种实验终于发现钢水中的氢和氮是产生冒渣无法浇注和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。 1957年由德国蒂森公司所属 Rheinstahl（莱茵钢公司）和 Heratus（赫拉乌斯）真空泵厂共同发明了RH真空循环脱气法,它将真空精炼与钢水循环流动结合起来。并于1959年在德国蒂森公司恒尼西钢厂建成投产世界上第一台工业生产用RH真空循环设备。,5,以后各国都在真空循环脱气法上开展了研究。其中以日本发展最为迅速。新日铁在1972年发明了RH-OB法，能起到铝升温的作用。80年代中期，大分厂、名古屋厂为了得到低硫钢水，采用喷吹脱硫剂的方法生产出S10ppm的RH钢。80年代后期90年代初期，日本川崎发明了RHKTB，实现了二次燃烧和吹O2脱C，和KPB用顶枪喷吹脱S剂。,RH装置由于设备多，投资高，耐火材料消耗高，应用实例不如VD多，因为后者具有消耗少，投资低，设备少，建设快，操作维护简便等优势。目前，当代的RH因其在冶炼超低碳钢方面具有极高的效率，故在转炉工厂的应用越来越广泛。它自身的问题也在逐步克服中，比如设备耐材消耗高，生产成本高，一次投资高等问题。特别RH设备上增设TOP喷枪，又称为RHKTB装置，是近十多年来RH功能扩展方面的重大进步，该技术因为各公司申请的专利不同，叫法有所不同。顶枪的应用成为RH快速脱碳，生产超低碳钢和无取向硅钢不可缺少的手段。此外顶枪技术还在烘烤、切割凝钢和化学升温方面有所发展，更是提高了RH的使用效果。,7,RH 的发展,RH发展到今天，大体分为三个发展阶段： （1）发展阶段（1968年1980年）：RH装备技术在全世界广泛采用。 （2）多功能RH精炼技术的确立（1980年2000年）：RH技术几乎达到尽善尽美的地步。 表1 RH工艺技术的进步,（3）极低碳钢的冶炼技术（2000年 ）：为了解决极低碳钢（C1010-6）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。,中国的RH发展是在90年代以后开始的，但近几年来随着低碳钢在市场上所占比例越来越高，RH的用途越来越广。目前，一般中、大型钢厂都配置有RH炉。 RH新技术的发展 新日铁发明的KPB（MFB）利用外加能源介质，实现了处理 位上的真空槽烘烤，其吹氧脱碳的功能，使生产出C20ppm的超低碳钢。,RH 的发展,钢水循环原理 钢液真空循环原理类似于气泡泵的作用，当两个插入管插入钢液一定深度后，启动真空泵，真空室被抽成真空，由于真空室内外的压力差，钢液从两个插入管上升到与压差相等的高度H（循环高度约1470mm），与此同时，上升管输入驱动气体，驱动气体由于受热膨胀，以及由于气体上升压力降低引起等温膨胀，因此钢液与气体混合密度逐渐降低，而驱动钢液如喷泉一般涌入真空室，使真空室内钢液压力平衡遭到破坏，为了保持平衡，一部分钢液从下降管流回钢包内。这样钢水受压差和驱动气体作用不断的从上升管涌入真空室，并从下降管流回钢包内，周而复始，实现钢液循环。,RH真空精炼钢水循环,A：二个浸渍管插入钢水后（达到一定深度）使钢包和真空室形成一个密闭系统，真空泵启动后，真空室内形成真空，钢水上升并达到一定高度； B：从上升管吹入的气体（氮气或氩气）进入钢液，降低了钢液的体积密度，使这部分钢液的比重变轻； C：由于比重变轻，这部分钢液上升进入真空槽，由于真空槽内真空度较高（约5mbar以下）且熔池较浅，钢液中的气体逸出，比重变重，脱气后的钢水从下降管中流回钢包； D：钢水的脱气过程是在真空槽的底部进行，所有的反应均在真空状态下，钢水的脱氢、脱氮就在此时完成； E：上升管连续不断吹入气体，上述钢液的流动不断进行，这样在上升管和下降管之间形成钢水循环，使脱气过程连续进行。,RH的工作原理五大项：,RH的工作原理,钢水的提升高度的计算 h=(Po-P)/g 式中：h：为钢水的提升高度 Po：大气压（1.01*105Pa） P：真空槽内真空度（5mbar） ：上升管内的钢水比重 g：重力加速度 在提升气体流量达70Nm3/h，真空度3mbar时，浸渍管插入深度500mm时，下部槽钢水深度约300400mm.,12,RH冶金功能,去除钢液中氢气和氮气。 同步去除钢液中碳和氧。（碳脱氧的原理） 采用合金微调的方式精确控制钢水的终点化学成分（微调） 可通过加废钢冷却和加铝吹氧升温的方式精确控制钢水的终点温度。,13,RH精炼的主要冶金功能,1）脱氢 可生产H0.00015，延长钢水精炼时间，可使 H0.00010。 2）脱碳 在20min处理周期内可生产出C0.002的超低碳钢水。在脱碳过程中，钢水中的碳和氧反应形成一氧化碳并通过真空泵排出。如钢中氧含量不够，可通过顶枪吹氧提供氧气。脱碳结束时，钢水通过加铝进行脱氧。 3）脱氧 RH真空精炼后TO量可0.0020,如和 LF法配合，钢水TO可降到0.0010以下。 4）脱氮 RH真空精炼时脱氮比较困难，但在一定条件下（强脱氧，大氩量，确保真空度），也能使钢水含氮量降低20%以上。 5）脱硫 由合金系统向真空室添加脱硫剂，能使钢水含硫量降到0.0015%以下，RH附加喷粉装置（RH-PB）处理后可稳定生产出S0.001的超低硫钢水。S+ CaOCaS + O 6）升温 采用RH-KTB技术，可降低转炉出钢温度20-30；采用加铝吹氧提温，可使钢水获得4min的升温速度。 7）成分控制 8）均匀钢水成分和去除夹杂,14,RH精炼的主要冶金功能,RH真空精炼的冶金功能,15,RH处理钢水过程,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0.67 mbar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，形成气泡泵，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。 为满足钢种要求、精确控制钢水成份，通常，RH处理过程中还需进行合金化处理。铁合金材料经高位料仓、称量台车、真空料斗、合金溜槽，在真空状态下通过真空槽进入钢水，完成合金化功能。,16,RH工艺过程描述,钢水即将到达前，关闭主真空阀为真空泵的提前启动作好准备。 盛有钢水的钢包座落于钢包台车上，并启动前级真空泵进行预抽。 钢包台车运行到处理工位正下方，将环流气体由氮气切换到氩气。 启动液压顶升机构，将钢包顶升到预定高度，打开主真空阀，钢水即进入真空槽，形成环流。 测温取样及定氧，根据测定结果决定是否进行“先行处理”。先行处理即正规处理以外的预备性处理。如钢水温度过低，可先行化学升温；钢水含氧过高，可先行加Al处理；钢水含碳过低可先行加碳处理等。先行处理后须再次测温取样以确认先行处理的结果。,17,RH工艺过程描述,对钢水进行该钢种所必须进行的处理，（如脱氢处理，深脱碳处理，轻处理，深脱氧处理等）。处理过程中真空度和环流气体流量按各处理模式自动进行变换。 处理结束前再次测温取样，确认处理目的是否已达到。 合金微调及最终脱氧。 测温取样后关闭主真空阀，破真空。 钢包下降，座落到钢包台车，同时将环流气体切换成氮气。 钢包台车运行到喂丝工（加保温剂）位，按钢种要求喂丝，人工加保温剂。 钢包台车开出，用吊车将钢包吊至下工序。,19,RH法主要的工艺参数,处理容量V：指被处理的钢液量，RH处理容量的上限理论上是没有限制的，处理容量的下限取决于处理过程的温降情况。目前已建成的RH装置最大容量为300t。 处理时间t：指钢包在RH工位停留时间，处理时间取决于允许的钢液温降Tc和处理过程中钢液的平均降温速度VT，t= Tc/ VT。 循环因数u：指处理过程中循环钢液的当量次数，即通过真空室的钢液总量与处理容量之比。U=Wt/V，W循环流量，t/min; V 钢包容量，t；t脱气处理时间，min。,钢中气体含量与循环因数的关系，m-混合系数， m=0表示已脱碳钢水和未脱碳钢水尚未进行混合。,20,RH法主要的工艺参数,循环流量：钢水循环流量是指单位时间内进入真空室的钢水量，以t/min表示，也叫环流速度是衡量RH设备中钢水反应动力学条件的一个重要参数，目前技术发展趋势是使每分钟进入真空室的钢水量达到钢包内钢水总量的70以上。 最大环流速度取决于浸渍管内径、环流气体流量及工作真空度。 其计算式如下： U=11.4D4/3G01/3(lnPo/P)1/3 式中： U：环流速度t/min； Go：环流气体流量Nm3/min D：浸渍管内径m Po：为大气压 P：真空室内残余压力,设计真空室时W是根据处理容量V、循环因数u和脱气时间t来确定的：,循环流量与驱动气体流量之间的关系,21,RH法主要的工艺参数,真空度 真空度是指RH处理时真空室内可以达到并且保持的最小压力。 真空泵的抽气能力 真空泵的抽气能力大小，应根据处理钢种、处理容量、处理时间、循环流量以及处理过程中的脱气规律来确定。 RH法处理过程中的气体析出速度是不同的，处理前期钢液原始气体含量较高，气体析出量也较大。处理后期的气体析出量较小，因此，就不能采用固定的抽气能力，而是要根据不同的真空度来确定。,22,日钢二炼钢厂 RH-MFB设备主要规格参数,23,日钢二炼钢厂 RH-MFB设备主要规格参数,RH,RH设备组成,RH,RH设备组成,真空泵系统:真空泵组、冷凝器、气体冷却器、移动弯头，真空切断阀、防爆阀、蒸气供应管网、冷凝水及供应设备、其他附属设备。 真空室设备：真空室（上部，U形管，底部，插入管）及其冷却设备。 真空室运输车系统及其他附属设备。 钢包运输系统：钢包车和钢包顶升设备。 合金上料及其添加系统：料仓、给料器、称量斗、皮带运输机、真空料斗、上下料阀等。 驱动气体供应系统：管道、阀门、流量控制设备。 真空室加热烘烤系统：氧枪，氧枪提升设备、氧气煤气供应设备，流量控制设备。 自动控制系统。 喷补车。 真空室本体、插入管及热顶盖