RH真空爐在鋼鐵精煉中的應(yīng)用及維護(hù)

王志鵬

摘要：本文結(jié)合實(shí)際應(yīng)用總結(jié)了近些年來RH二次精煉技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用，并且指出了未來RH真空精煉技術(shù)的主要發(fā)展方向和趨勢，RH精煉技術(shù)主要包括深度脫碳、脫硫、除氣、脫磷、除氧，取出夾雜物、熱補(bǔ)償?shù)葞讉€(gè)方面，未來RH精煉爐的發(fā)展方向是將吹氧、噴粉和加熱進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)。在此基礎(chǔ)上進(jìn)而闡述了RH真空精煉的發(fā)展和設(shè)備維護(hù)。

關(guān)鍵詞：RH法；真空精煉爐；二次精煉；設(shè)備維護(hù)

1.前言

RH精煉全稱是RH真空循環(huán)脫氣精煉法，起源于上世紀(jì)五十年代末德國，由Rheinstahl和Hutlenwerke公司聯(lián)合研發(fā)的；而真空技術(shù)真正在煉鋼上的使用是在1952年，目的是為了解決含硅量2%的硅鋼在澆注時(shí)產(chǎn)生的冒渣現(xiàn)象，研究發(fā)現(xiàn)鋼中含有的氫和氮是產(chǎn)生冒渣而無法完成澆注或軋制產(chǎn)生廢品的主要原因。

由于KH法具有處理周期短、生產(chǎn)能力大、精煉效果好、易操作等優(yōu)勢已發(fā)展成為潔凈鋼生產(chǎn)的重要工藝。迄今為止，RH精煉技術(shù)主要經(jīng)過了三個(gè)發(fā)展階段：

1）發(fā)展階段（1968-1980）：這一時(shí)期，RH真空精煉技術(shù)在世界各地有著廣泛的應(yīng)用，數(shù)據(jù)顯示截止到上世紀(jì)70年代共計(jì)投入RH設(shè)備488臺(tái)套，隨著轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)的進(jìn)步，RH也實(shí)現(xiàn)了大型化，其中最的RH精煉設(shè)備為360噸。

2）RH精煉技術(shù)多功能化時(shí)期（1980-2000），在這一時(shí)期RH技術(shù)主要實(shí)現(xiàn)了工藝參數(shù)的優(yōu)化，脫硫、脫磷技術(shù)的擴(kuò)展，并且開發(fā)了RH熱補(bǔ)償和升溫技術(shù)，進(jìn)一步完善了氫的處理技術(shù)。

3）高純碳鋼的冶煉技術(shù)（2000年至今），在這一階段RH技術(shù)主要實(shí)現(xiàn)了鋼水靜壓力技術(shù)的克服，進(jìn)一步提高了熔池脫碳技術(shù)，最早采用的技術(shù)是向鋼水中吹氫，進(jìn)一步通過微氣泡提高脫碳的反應(yīng)面積，實(shí)現(xiàn)深度脫碳。

2.RH精煉技術(shù)

RH精煉技術(shù)主要包括五個(gè)方面的工藝內(nèi)容：真空脫碳、脫硫與脫磷、脫氧與夾雜物上浮、脫氫與脫氮、熱補(bǔ)償工藝。這五個(gè)方面的工藝技術(shù)對(duì)于RH精煉效率和鋼材質(zhì)量有著重要影響，因此需要不斷進(jìn)行探索和研究。

真空脫碳：雖然RH精煉中各種化學(xué)反應(yīng)的速度取決于金屬側(cè)各元素的傳質(zhì)系數(shù)，但是提高循環(huán)流量和體積傳質(zhì)系數(shù)、提高抽氣速率、吹氧和改變吹氬方式可以提高脫碳效率。

脫硫與脫磷：傳統(tǒng)的RH精煉技術(shù)主要包括脫碳和脫氣，采用PB噴粉技術(shù)后，可以在RH設(shè)備內(nèi)進(jìn)行渣一鋼反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)脫硫和脫磷的目的。

脫氧與夾雜物上浮技術(shù)：RH精煉主要采用鋁進(jìn)行脫氧，使脫氧夾雜物多為細(xì)小的A1203。

脫氫與脫氮技術(shù)：RH脫氫速度很快，如果采用RH噴粉工藝，由于鋼水中彌散著大量細(xì)小的固體顆粒，能夠大大增強(qiáng)鋼水中氣泡異相型核，利于脫氫反應(yīng)；鋼水脫氮速度不決定于鋼水中氮的傳質(zhì)系數(shù)，主要取決于界面化學(xué)反應(yīng)速度。

熱補(bǔ)償工藝：RH處理過程中鋼水溫度會(huì)有所下降，下降量與鋼包容量有關(guān)，因此采用熱補(bǔ)償工藝可以彌補(bǔ)RH處理過程中的溫度損失，目前常用的熱補(bǔ)償方法主要有：RH-OB法（依靠吹氧進(jìn)行化學(xué)升溫）和RH-KTB法（采用吹氧脫碳和二次燃燒技術(shù)）。RH-KTB法能夠精確控制吹氧量和吹氧時(shí)間可以避免鋼水過渡氧化，并保證精煉鋼水的潔凈度。

3.RH精煉裝備技術(shù)發(fā)展及維護(hù)

為了保證RH精煉設(shè)備的生產(chǎn)效率并縮短處理周期，RH裝備技術(shù)需要在以下幾個(gè)方面進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化，主要集中在生產(chǎn)裝備技術(shù)的改進(jìn)和設(shè)備的維護(hù)。

3.1RH高效化生產(chǎn)裝備技術(shù)

提高真空室的高度：數(shù)據(jù)表明，1957年-1987年，RH真空室的高度從5m上升至10m，這樣做主要能夠?yàn)榫珶挿磻?yīng)速度提供足夠的反應(yīng)空間；保證真空條件下吹氧和二次燃燒；改善真空室內(nèi)部的工作條件，尤其是上部空間，從而減少結(jié)冷鋼。

增大鋼水的循環(huán)流量：鋼水的循環(huán)流量決定了RH的反應(yīng)速度，而流量與下降面積成比例的，可以通過增加浸漬管或者采用橢圓形浸漬管以及增加下降管的面積等一系列措施能夠有效解決鋼水的循環(huán)流量，提高RH反應(yīng)速度。

提高抽氣能力、增大吹氬量并優(yōu)化吹氬工藝：改進(jìn)蒸汽噴射泵不僅能夠降低能耗還能夠改善冷卻效果增大抽氣能力，使得脫碳時(shí)間大大降低，研究表明，吹氬量的增加RH脫碳的體積傳質(zhì)系數(shù)也會(huì)相應(yīng)的增大，脫碳效果也越好。

增加多功能吹氧槍：RH一般采用頂部吹氧工藝，一方面提高了脫碳速度，另一方面可以大大降低真空室上部耐火材料壁面溫度，防止鋼水結(jié)瘤。采用RH噴粉工藝能夠促進(jìn)鋼水脫磷、脫硫?qū)崿F(xiàn)鋼的精煉，并且提高了RH脫氣能力。

3.2RH裝備維護(hù)

定期點(diǎn)檢和維護(hù)能夠提高RH真空室的使用壽命進(jìn)而提高RH作業(yè)率和處理能力。

真空室的維護(hù)和改進(jìn)：除了日常保養(yǎng)維修外，將真空室頂部的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，修改為圓頂，壽命大大提高，比原先處理量提高了近7萬噸；

提高耐火材料的抗侵蝕能力：可以對(duì)RH底部槽的耐火材料進(jìn)行材質(zhì)優(yōu)化，通過改進(jìn)Cr/MgO的混合率，能夠制造出不同耐火磚型。進(jìn)一步進(jìn)行抗熱震（極冷極熱）試驗(yàn)后選取合適的耐火磚，通過耐火材料的優(yōu)化，并且結(jié)合高效化RH生產(chǎn)工藝和終點(diǎn)控制技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)了RH處理周期的縮短；

定期維護(hù)RH浸漬管：真正影響RH使用壽命的環(huán)節(jié)往往是浸漬管，研究發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致金子管損壞的主要原因是內(nèi)部耐火材料鋼殼溫度過高造成的，超過1000qC后往往會(huì)導(dǎo)致鋼殼的膨脹變形，使微裂紋變大，當(dāng)值耐火材料層產(chǎn)生縱向裂紋，越大直徑的浸漬管，由于鋼殼變形所導(dǎo)致的裂紋開裂更大，最終會(huì)導(dǎo)致耐火層產(chǎn)生剝落，是浸漬管失效。最容易產(chǎn)生裂紋的位置在耐火材料曾和打結(jié)層，一旦進(jìn)入鋼水就會(huì)導(dǎo)致浸漬管壽命降低，因此采用兩個(gè)浸漬管輪流修補(bǔ)和交錯(cuò)耐火磚型以及MgO材料噴補(bǔ)技術(shù)，能夠大大提高使用壽命，除此以外，還需要對(duì)于浸漬管進(jìn)行霧冷，這樣能夠使浸漬管的變形量減少10mm，且表面應(yīng)力為壓力。

3.3RH高效精煉控制技術(shù)

為了實(shí)現(xiàn)高效化精煉，本公司對(duì)于3號(hào)RH系統(tǒng)（年產(chǎn)量為40萬噸）控制技術(shù)進(jìn)行了研究分析，主要實(shí)現(xiàn)鋼水中碳含量、RH作業(yè)率和終點(diǎn)精度的控制技術(shù)，從而開發(fā)出了一種RH在線動(dòng)態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括以下幾個(gè)重要的組成部分：

1）取樣系統(tǒng)：該子系統(tǒng)的作用就是保證從RH設(shè)備廢氣中連續(xù)不斷的抽取樣本至分析器中，系統(tǒng)壓力約為0.01乇，RH系統(tǒng)進(jìn)行真空脫碳時(shí)的壓力為15乇（5min），十分鐘后變?yōu)?乇，較高的真空度是保證氣體樣本獲得的重要前提。

2）分析系統(tǒng)，采用質(zhì)譜儀每6秒就會(huì)將廢氣中的CO、CO2、N2、O2以及惰性氣體進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，并進(jìn)行保存，并且能夠時(shí)刻校準(zhǔn)不同成分氣體的相對(duì)含量；

3）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)：RH真空精煉設(shè)備工藝參數(shù)控制器采用的是16bit的多路模數(shù)轉(zhuǎn)換器，通過串口通信的方式傳輸?shù)娇刂破骱陀?jì)算機(jī)；

4）操作控制系統(tǒng)：能夠根據(jù)所采樣的成分變化進(jìn)行模型計(jì)算并且對(duì)于熔池中的含碳量和溫度進(jìn)行預(yù)報(bào)，并且可以進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，保證了操作人員的安全性。

4.結(jié)論

1）經(jīng)過近半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展和進(jìn)步，RH真空精煉技術(shù)已經(jīng)得以完善，未來該技術(shù)的主要發(fā)展方向是功能期權(quán)化、高效化和高服役周期；

2）RH真空精煉技術(shù)的主要有工藝有：真空除氣與超低碳、超低氮鋼精煉、噴粉脫硫、脫磷技術(shù)、脫氧與夾雜物上浮技術(shù)以及吹氧熱補(bǔ)償技術(shù)；

3）RH真空設(shè)備技術(shù)發(fā)展和設(shè)備維護(hù)的關(guān)鍵是在于研究開發(fā)多功能的噴氧槍，實(shí)現(xiàn)吹氧、噴粉以及熱補(bǔ)償?shù)墓δ芤惑w化，從而實(shí)現(xiàn)高效化生產(chǎn)和設(shè)備高服役壽命。