1攀钢 130t RH 真空处理应用实践摘 要：介绍了 130tRH 真空处理装备的组成及主要功能，生产工艺以及应用实践，其冶金效果能满足实际生产的需要，可将钢中的H、O分别脱到 210-6、1510 -6以下。关键词：RH；功能；应用；优化Equipment and Application practicality of 130t RH in Panzhihua Iron & Steel Company LEI Hui(Steel Plant of Panzhihua Iron & Steel Co.，Panzhihua，China)Abstract：The paper Introducing the 130t RH vacuum treatment Equipment of constitute and main function、produce process、process optimize and application practicality, its metallurgy effect can satisfy the demand of the actual production。RH vacuum treatment after steel hydrogen content is low 210 -6 and oxygen content is low 1510-6。Key words：RH；function；application；optimize；dehydrogenation1 前言为提高产品的技术含量和质量等级、增强市场竞争能力和提高经济效益，攀钢决定淘汰落后的模铸工艺、新建大方坯连铸，实现全连铸。为此，攀钢新建了 1 台 130tRH 真空处理装置与之配套。RH 真空处理装置于 2003 年 9 月开始投入试生产，并于 2003 年 12 月达到了设计水平，攀钢形成了 LDLFRHCC全连铸生产模式。为了满足国内外市场的需要，提高企业的市场竞争力，攀钢新建的 130tRH 主要生产重轨钢与低合金结构钢，采用本处理模式降低夹杂物与脱氢，提高产品质量。2 RH 主要设备参数攀钢 130tRH 装置为双室平移的整体真空室结构，主要由真空系统、合金与渣料添加系统、顶枪加热系统、液压提升系统、水处理系统、真空室系统和自动控制系统等构成。攀钢 130tRH 装置主要设计参数见表 1。表 1 攀钢 130tRH 主要设计参数项目 参数处理装置型式 双室平移下动式平均钢包容量/t 131.5年处理能力/万 t 85.8平均处理周期/min 24-36钢水循环量/t.min -1 50-70抽真空时间/min 4极限真空度/Pa 30插入管内径/mm 450液压提升能力/t 360液压升降行程/mm 25502.1 基础自动化（L1）L1 主要功能是采集现场信号、设定设备的控制顺序、过程回路控制、设备运转控制与设备监视、报警等。L1 采用西门子公司的 S7-400 型 PLC 控制器组成 PCU 控制系统，网络系统采用西门子公司的工业以太网来连接 PLC 系统、LF 系统、合金下料系统、中控室的操作站、报表打印机和过程计算机等设备。该网络采用协议符合 IEEE802.3 标准以 10M/S 或 100M/S 的速度传输。RH 系统主要由两台 PLC 进行控制，是系统的控制核心，应用西门子公司的 S7-400 型 PLC，CPU 为CPU414-2DP，用户程序在 CPU414-2DP 内部运行，处理全线的生产控制，完成系统功能和网络的信息交换。2一台本体 PLC 完成以下系统的控制：钢包运输系统、液压提升系统、测温取样系统、氩气搅拌系统、冷却水系统、公共介质。另一台合金 PLC 完成合金及渣料配料计算、称量、物料的添加控制。2.2 过程计算机（L2）L2接收炼钢厂生产控制系统（MES或L3）传来的生产计划、生产标准等数据，实时了解生产作业状态，实现动态控制，并接收连铸过程控制计算机系统的生产状态数据。同时，L2将PLC系统采集的过程数据整理、分类与存贮后，上传给炼钢厂L3系统和连铸过程控制计算机系统。L2 选用高性能的 PC 工控机，通过快速工业以太网，采用 TCP/IP 协议与 L1 进行连接，其网络拓扑结构为星形。软件采用基于 PC 的软件包而设计，内嵌有 RH 工艺冶金数学模型，用于 RH 生产工艺的优化，降低物耗能耗，缩短处理周期，最终生产出高质量的产品。模型计算出的设定值是随各个工艺步骤的不同而变化的，也就是说模型确定每个设定值都要与现有剩余工艺步骤联系起来考虑，激活剩余工艺步骤的算法，以便检查在计划剩余工艺步骤内和该步骤提供的冶金处理能力条件下，在现有可能处理时间内是否能完成。在整个 RH 冶金处理工序的每一个处理阶段都要启动新的计算，进行金属平衡和能量平衡的分析计算。3 RH 生产实践3.1 脱氢处理工艺及效果氢H是钢中主要的气体杂质，在钢水中具有破坏性的不良作用，会使钢材产生氢脆、白点等危害，一些特殊要求的钢对H含量有严格的限制。生产实践表明，只有钢水中H含量小于 210-6时，H在钢中的危害作用才会消失 1。因此，时速 200km/h 以上的钢轨用钢均需通过真空处理，使其钢液H含量小于 210-6。攀钢脱氢处理工艺采用本处理模式，通过脱氢热、动力学分析与主要工艺参数的不同实验，确定了最佳的处理模式。对于重轨钢，经过 RH 在高真空度下的本处理，能大大降低钢液中的H含量，其处理后重轨钢H含量分布见图 1 与表 3。重轨钢经采用 RH 处理后，可使钢中H含量210 -6，最低H含量可达 0.910-6,能满足 200300 km/h 高速列车所需要求。利用 RH 真空处理脱氢，脱氢效果十分显著,脱氢率可达 6080%。24.875.112.1020406080频率/%1.0 1.01-1.5 1.51-2.0H含 量 /10-6图 1 重轨钢处理后H含量表 3 攀钢 RH 脱氢效果3熔炼号 钢种 初始H含量10 -6 终H含量10 -6 脱氢率%207479 PD3 5.7 1.8 68.4207480 PD3 4.8 1.7 64.6107466 PD3 6.0 1.2 80.0306999 PD3 6.2 1.6 74.2307510 U71Mn(s) 6.5 1.5 76.9107991 U71Mn(s) 4.6 1.3 71.8208022 U71Mn(s) 6.0 1.4 76.7207866 U71Mn(s) 4.5 1.1 75.6从 RH 脱氢动力学方程分析，在真空度保持稳定的情况下，处理时间（真空度300Pa 的时间）是影响终点H含量的关键因素。在处理工艺基本相同的情况，仅通过采取不同的有效处理时间进行试验，钢水处理时连续在线定氢进行分析结果见表 4。表 4 处理时间对真空脱氢率的影响处理时间/min 处理炉数/炉 平均脱氢率/% 10 15 63.61115 70 70.21620 54 78.33.2 温度控制RH 精炼过程中钢水温度的控制与钢包与真空室内衬的烘烤情况、合金加入量、处理时间等有关。真空室内衬加热温度的高低，则在连铸每个浇次中的第一炉钢水温度对明显的影响，随着精炼炉次的增加，各炉之间间隔时间的缩短，它的影响变弱。根据攀钢设备及工艺特点，钢水处理中，真空室内衬吸热使钢水温降达 0.3 0.50C/min，因此真空室内衬温度由 12000C 提高到 13000C，不但能降低钢水处理过程中的温降，而且真空室的耐材温度趋于稳定，有利于提高耐材的使用寿命。处理时间是影响钢水温度的重要因素之一，RH 处理时间与钢水温降的关系见图 2。处理时间小于16min 时，平均温降为 0.9 1.20C/min；处理时间 16 25min 时，平均温降为 0.5 0.70C/min。而且两炉之间的间隔时间应小于 5min。1.1 0.970.7 0.620.10.50.91.3510 1115 1620 2125图 2 处理时间与钢水温降的关系针对重轨钢 RH 出站温度难以控制、出站温度合格率低的现状，调查分析了各种条件下钢水在 RH 工位的温降。根据处理时间与合金添加量等因素进行综合分析，确定了 RH 工位出站温度控制措施，从而使重轨钢 RH 出站温度合格率由采取措施以前的 80%提高到现在的 96%。3.3 成分精度控制为了保证连铸连浇钢水成分的稳定性与均匀性，必须对相邻两炉钢水的成分偏差进行控制。为此，一方面规范操作，要求最后一批合金通过真空振动给料器后，真空振动给料器需再振动 1 2 分钟，以确温降速率/0C/min处理时间/min4保所有合金都加入到真空室内；另一方面增加均匀化时间，当真空度达到工艺要求即开始合金微调，确保合金化后均匀时间为 7 10 min。RH 精炼过程中，添加加各类合金结束后，钢水循环必须延长 2min 以上时间，以达到完全均匀化的效果 2。钢水成分控制的精度可以达到：w（C）为0.015%；w（Si）为0.02%；w（Mn）为0.02%，完全满足连铸连浇的要求，其具体数据见表 5表 5 成分控制情况钢种 炉数 C% Si% Mn% U71Mn 30 0.650.77 0.150.35 1.101.500.706 0.24 1.324U75V 50 0.700.78 0.500.70 0.751.050.749 0.626 0.887注：分子为波动范围，分母为平均值3.4 总氧量钢水总氧量与炉渣成分、RH 脱气效果、真空度等因素有密切关系，通过对 RH 工艺参数、渣系进行了一系列优化，RH 处理钢水总氧量水平逐步降低，详见图 3。从处理后的重轨钢，分别检验钢包钢水与铸坯中 TO含量，均在 1510-6以下，平均为 9.6410-6。图 3 钢水中 TO的变化3.5 插入管寿命