RH 精煉爐真空碳脫氧速率研究

白志坤，張文祥，張萬(wàn)慶，王子然

（河鋼集團(tuán)唐鋼新區(qū)，河北 唐山 063000）

伴隨著我國(guó)石油化工等工業(yè)企業(yè)的全面發(fā)展，對(duì)品種鋼的質(zhì)量有了更高的要求。隨之而來(lái)的是各類品種鋼需求量越來(lái)越大，在品種鋼的冶煉過(guò)程中主要是針對(duì)硫，嚴(yán)格的硼和氣體檢查，尤其是低硅鋼的硼和氣體檢查，對(duì)于優(yōu)化整個(gè)精煉爐的冶煉過(guò)程至關(guān)重要。由于生產(chǎn)時(shí)間長(zhǎng)，該產(chǎn)品采用渣油系列CaOCaF-A12O，CaO-SiO 渣系統(tǒng)和CaO-CaF 液體系統(tǒng)采用精煉爐碳真空脫氧技術(shù)，可以滿足應(yīng)用要求。

1 RH精煉爐工藝流程

RH 精煉爐也被稱為RH 真空循環(huán)脫氣方法。首次使用時(shí)是在20 世紀(jì)的中期，在德國(guó)被應(yīng)用到煉鋼中。該技術(shù)主要是從實(shí)際生產(chǎn)中借用的。人們發(fā)現(xiàn)在鑄造過(guò)程中經(jīng)常會(huì)發(fā)生結(jié)渣。經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)，可以得出結(jié)論，液態(tài)鋼中的氫和氮是引起這種現(xiàn)象的主要原因，真空清潔技術(shù)。伴隨著鋼鐵冶煉中真空精煉技術(shù)的不斷成熟，RH 在處理工程中周期短，效率高，被更多的轉(zhuǎn)爐煉鋼企業(yè)應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐。RH 精煉爐是屬于對(duì)精加工的一種二次加工方法，在整個(gè)工藝當(dāng)中，主要是真空狀態(tài)進(jìn)行的，并且將所精煉的爐內(nèi)壁上，鑲嵌耐火襯，使其不收到高溫的破壞。浸沒(méi)管穿過(guò)整個(gè)真空箱，頂部有熱彎頭。彎頭冷卻所有氣體后，將其從系統(tǒng)中排出。由于真空罐中的空氣被大氣排出，因此鋼水將流入真空罐中。連接到真空箱的浸沒(méi)管上升，其他下降。由于壓力產(chǎn)生的靜壓差，鋼水在上升時(shí)流經(jīng)真空儲(chǔ)罐，而底部則流入降液管。在整個(gè)鉆探過(guò)程中，工藝流往復(fù)運(yùn)動(dòng)，并及時(shí)抽出廢氣，以達(dá)到精煉各種鋼的目的。

精煉爐總體結(jié)構(gòu)圖裝置包括以下幾種：鋼膽（1）、襯磚（2）、澆注料（3）、氬氣管（4）、密封薄板（5），其特征在于：所述氬氣管（4）貫穿襯磚（2）后從襯磚和密封薄板（5）之間的狹縫引出，氬氣管（4）在襯磚上沿圓周方向均勻分布；所述的鋼膽（1）筒體部分設(shè)有若干腰形槽（6），錐體部分設(shè)有若干圓形孔洞（7），鋼膽（1）內(nèi)側(cè)焊有密封薄板（5）；所述的襯磚（2）插接組裝在鋼膽（1）內(nèi)側(cè)，襯磚（2）上部呈齒口狀與澆注料（3）緊密配合；所述的澆注料（3）通過(guò)錨固件（8）和鋼絲網(wǎng)（9）固定在鋼膽（1）外側(cè)；所述的鋼絲網(wǎng)（9）焊接在錨固件（8）上，（10）同（8）均為錨固件，（11）為結(jié)構(gòu)分隔。

在使用RH 精煉爐時(shí)，其真空脫氧技術(shù)的優(yōu)勢(shì)較為突出，在整個(gè)轉(zhuǎn)爐的冶煉過(guò)程當(dāng)中，金屬合金材料是不參與到爐渣作用當(dāng)中，以及鋼水投放過(guò)程中，減小煉鋼過(guò)程中的損失，同時(shí)提升了轉(zhuǎn)化率，并且融合速度快，對(duì)于操作人員可控性強(qiáng)，這些操作方式顯著降低了冶煉過(guò)程的成本，此外，還可在鉆孔過(guò)程中實(shí)時(shí)監(jiān)控合金成分，冶煉完成后雜質(zhì)含量低且純度高，都是很多大型鋼鐵企業(yè)目前廣泛應(yīng)用的生產(chǎn)操作模式。

2 影響RH精煉爐脫氧速率的因素

2.1 真空度

經(jīng)過(guò)大量的實(shí)踐證明，在RH 精煉爐中，脫氧所產(chǎn)生的主要原因有兩個(gè)方面：一方面是真空度，另一方面是真空處理時(shí)間。精煉爐中的真空度直接影響爐中的氧氣分壓。在精制過(guò)程中，當(dāng)精制爐RH 的真空度低于200Pa 時(shí)，脫氧率較高，而當(dāng)真空度高于200Pa 時(shí)，似的脫氧了也明顯偏低。根據(jù)該制造實(shí)踐，在熔化過(guò)程中通常使用預(yù)抽空方法，以最小化生產(chǎn)空氣的抽出時(shí)間并提高熔化速度。

圖2 真空度與精煉頻率關(guān)系圖

在試驗(yàn)當(dāng)中發(fā)展，碳脫氧的真空室當(dāng)中沒(méi)有明顯的變化跡象，并且其中的鋼包頂渣也無(wú)任何波動(dòng)，但是會(huì)出現(xiàn)真空度上升的趨勢(shì)，可由0.08kPa 升高至0.2kPa，廢氣量由800kg/h 增加至820kg/h。

2.2 真空處理時(shí)間

當(dāng)代的動(dòng)力學(xué)與熱力學(xué)的理論來(lái)分析，熱爐中真空槽內(nèi)的真空度要保持在一定的范圍內(nèi)，并進(jìn)行真空處理，這個(gè)時(shí)間段就成為影響精煉過(guò)程的主要因素，從圖中也可以看出，隨著處理時(shí)間的增長(zhǎng)，鋼水中的氧含量呈遞減趨勢(shì)，并且在5min ～10min時(shí)下降速率最快真空處理時(shí)間越長(zhǎng)，鋼水中的氧含量越低，當(dāng)冶煉到達(dá)20min 左右時(shí)，已經(jīng)基本接近穩(wěn)定狀態(tài)，這時(shí)氧含量處于平衡。即便再延長(zhǎng)冶煉時(shí)間，也沒(méi)有任何效果。

圖3 真空處理時(shí)間與氧含量關(guān)系圖

2.3 真空槽及浸漬管

除了上述兩種原因外，真空槽與浸漬管也是影響冶煉速度的主要原因。在整個(gè)的精煉過(guò)程當(dāng)中，與鋼水直接接觸時(shí)，要確保浸漬管中的干燥程度，所以一般都提前進(jìn)行烘干預(yù)處理，定期還要進(jìn)行檢查維護(hù)。如果對(duì)浸漬管保養(yǎng)不到位，在直接接觸過(guò)程中就會(huì)使其中的殘水或其他雜質(zhì)融入鋼水，對(duì)整個(gè)精煉過(guò)程產(chǎn)生很大的影響。

3 提高RH精煉爐脫氧效率的方法

3.1 優(yōu)化精煉造渣還原技術(shù)

RH 的精煉爐中，爐渣與爐頂渣必須要以適當(dāng)?shù)谋壤M(jìn)行熔化處理，并且在對(duì)殘?jiān)M(jìn)行溶解之前，要使用熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)知識(shí)來(lái)進(jìn)行詳細(xì)處理。取決于鋼水的動(dòng)量，可以將熔融爐渣置于精煉爐中，這樣也可以減少RH 精煉爐的溶渣量，相應(yīng)的也就縮短了整個(gè)精煉過(guò)程的時(shí)間，同時(shí)保證了渣料的融化，提升了后期的脫氧效率。經(jīng)過(guò)反復(fù)的生產(chǎn)實(shí)踐和數(shù)據(jù)進(jìn)度，可以看出當(dāng)石灰與螢石的比例為4：1 時(shí)，是最佳的造渣原料配比。

3.2 控制好精煉的溫度

溫度是整個(gè)精煉過(guò)程中起決定作用的重要參數(shù)，對(duì)于脫氧，脫硫，去渣都有相當(dāng)?shù)男Ч绊?。所以在整個(gè)精煉過(guò)程中，必須設(shè)置好精確的溫度控制，保證RH 精煉爐的溫度適合鋼水冶煉，整個(gè)演練過(guò)程中，脫氧是一個(gè)吸收熱量的過(guò)程，適當(dāng)?shù)奶岣邷囟瓤梢蕴嵘撗跛俾?，同時(shí)也可以達(dá)到良好的脫氧效果，從熱力學(xué)觀點(diǎn)來(lái)看，溫度的升高為脫氧提供了良好的反應(yīng)條件，但是必須很好地控制溫度。不要盲目提高溫度。溫度過(guò)高會(huì)損害特種鋼的使用壽命，這不會(huì)提高后續(xù)產(chǎn)品的質(zhì)量。

3.3 對(duì)爐渣性能判斷及調(diào)整

RH精煉爐真空狀態(tài)下的脫氧速率，在整個(gè)精煉過(guò)程中一直處于動(dòng)態(tài)的變化過(guò)程中，在整個(gè)精煉過(guò)程中，我們需要根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況進(jìn)行及時(shí)調(diào)整，同時(shí)測(cè)試爐渣的成分和性能。該數(shù)據(jù)是評(píng)價(jià)RH精煉爐的運(yùn)行狀態(tài)的重要指標(biāo)。RH精煉對(duì)爐渣進(jìn)行性能檢測(cè)同時(shí)進(jìn)行調(diào)整，是整個(gè)鋼水冶煉過(guò)程不可缺少的環(huán)節(jié)。在正常條件下，RH精煉爐爐渣的顏色會(huì)根據(jù)脫氧程度而變化，因此，根據(jù)爐渣的形狀和顏色，可以制定適當(dāng)?shù)恼{(diào)整計(jì)劃以提高脫氧率。

3.4 動(dòng)力學(xué)分析

真空精煉鋼液的脫氧速度受兩個(gè)因素影響：

（1）鋼液溶解氧的擴(kuò)散速。

（2）真空下?tīng)t襯材料分解向鋼液的供氧速度。

在對(duì)鋼液進(jìn)行碳脫氧時(shí)，是在較高的真空度下進(jìn)行的，鋼液中的含氧量低到小于爐內(nèi)平衡的含氧量時(shí)，爐襯開(kāi)始進(jìn)行分解，并且會(huì)向鋼液提供氧氣，隨碳氧反應(yīng)進(jìn)行，鋼液脫氧速度減小，爐襯分解供氧速度增加，兩者速率相同時(shí)鋼液中氧含量達(dá)到最低值。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)本文的闡述可以看出在整個(gè)rh 精煉爐的工藝流程中，影響RH 精煉爐中的脫氧率的因素有多種，在RH 精煉爐中提高脫氧率的方法也很多。其中，真空度，真空處理時(shí)間以及真空罐和浸沒(méi)管的不同狀態(tài)將對(duì)真空脫氧率起關(guān)鍵作用，爐渣的熔點(diǎn)和特性應(yīng)加以改善和相應(yīng)調(diào)整。