1、1RH精煉技術現代純凈鋼生產工藝流程現代純凈鋼生產工藝流程 在純凈鋼生產中，在純凈鋼生產中，RHRH是最重要的真空精煉裝置之一，是最重要的真空精煉裝置之一，應用越來越廣泛，新建鋼廠多數選擇應用越來越廣泛，新建鋼廠多數選擇RHRH精煉。精煉。2鋼鋼鐵鐵冶冶煉煉工工藝藝路路線線3 大型聯合企業冶煉工藝流程4 鐵水脫硫 轉爐復吹 CAS-OB 板坯連鑄 產產品品 熱軋鋼板 冷軋深沖鋼板 鍍層板，涂層板 鍋爐板、橋梁板 造船板 RH/KTB/PB 板坯連鑄 產產品品 IF鋼 電工用鋼 石油管線鋼 低溫用鋼 超深沖鋼 LF 5特殊鋼廠冶煉工藝路線 廢鋼 生鐵 DRI/HBI UHP電爐 鐵水 脫硅 脫磷

2、 轉爐 復吹 LF 精煉 VD 精煉 RH 精煉 大 方坯 連鑄 軸承鋼 齒輪鋼 優質彈簧鋼 硬線鋼 簾線鋼 石油套管 AOD SS-VOD RH-OB/KTB 大 板坯 連鑄 不銹鋼 軸承鋼 齒輪鋼 優質彈簧鋼 硬線鋼 簾線鋼 石油套管 脫硫短流程鋼廠冶煉工藝路線6 鐵 水脫硫 轉爐 CAS-OB 廢鋼 小 方 坯連鑄 LF 爐 電爐 各類建材 普碳鋼 普通低合金鋼 機械工程用鋼 易切削鋼 廢鋼 生鐵 DRI/HBI UHP 電爐 LF 精煉 薄 板 坯連鑄 普通熱軋板 冷軋板 鍍層板 7RH 的發展歷史的發展歷史 RH精煉技術是精煉技術是1959年德國年德國Rheinstahl和和Hutl

3、enwerke公司聯合開發成公司聯合開發成功的。功的。RH將真空精煉與鋼水循環流動結合起來，具有處理周期短，生產將真空精煉與鋼水循環流動結合起來，具有處理周期短，生產能力大，精煉效果好等優點，適合冶煉周期短，生產能力大的轉爐工廠采能力大，精煉效果好等優點，適合冶煉周期短，生產能力大的轉爐工廠采用。用。 RH發展到今天，大體分為三個發展階段：發展到今天，大體分為三個發展階段： （1）發展階段（）發展階段（1968年年1980年）：年）：RH裝備技術在全世界廣泛采用。裝備技術在全世界廣泛采用。 （2）多功能）多功能RH精煉技術的確立（精煉技術的確立（1980年年2000年）：年）：RH技術幾乎達到

4、技術幾乎達到盡善盡美的地步。盡善盡美的地步。表表1 RH工藝技術的進步工藝技術的進步工藝指標鋼水純凈度/10-6鋼水溫度 脫碳速度常數 溫度波動補償量/ Kc/min-1 C S T.O P N H技術水平20 10 15 20 20 1.0 26.3 0.35 5 （3 3）極低碳鋼的冶煉技術（）極低碳鋼的冶煉技術（20002000年年 ）：為了解決極低碳鋼）：為了解決極低碳鋼（C10C101010-6-6）精煉的技術難題，需要進一步克服鋼水的靜壓力，以）精煉的技術難題，需要進一步克服鋼水的靜壓力，以提高熔池脫碳速度。提高熔池脫碳速度。RH的工作原理的工作原理 鋼液真空循環原理類似于“氣泡泵

5、”的作用，如右圖所示：當進行真空脫氣處理 時，將真空室下部的兩根浸漬管插入鋼液內100-150mm的深度后，啟動真空泵將真空室抽成真空，于是真空室內外形成壓差，鋼液便從兩根浸漬管中上升到壓差相等的高度（循環高度）。此時鋼液并不循環，為了使鋼液循環，從上升管下部約三分之一處吹入驅動氣體，氣體進入上升管的鋼液后由于受熱膨脹和壓力降低，引起等溫膨脹，在上升管內瞬間產生大量的氣泡核并迅速膨脹，膨脹的氣體驅動鋼液上升。8RH裝置示意圖RH處理鋼水過程處理鋼水過程鋼水處理前，先將浸漬管浸入待處理的鋼包鋼水中。當真空槽抽真空時，鋼水表面的大氣壓力迫使鋼水從浸漬管流入真空槽內。（真空槽內大約0.67 mbar

6、時可使鋼水上升1.48m高度)。與真空槽連通的兩個浸漬管，一個為上升管，一個為下降管。由于上升管不斷向鋼液吹入氬氣，形成氣泡泵，使鋼水從上升管進入并通過真空槽下部流向下降管，如此不斷循環反復。在真空狀態下，流經真空槽鋼水中的氬氣、氫氣、一氧化碳等氣體在鋼液循環過程中被抽走。同時，進入真空槽內的鋼水還進行一系列的冶金反應，比如碳氧反應等如此循環脫氣精煉使鋼液得到凈化。為滿足鋼種要求、精確控制鋼水成份，通常，RH處理過程中還需進行合金化處理。鐵合金材料經高位料倉、稱量臺車、真空料斗、合金溜槽，在真空狀態下通過真空槽進入鋼水，完成合金化功能。9RH工藝流程工藝流程 10RH工藝過程描述工藝過程描述鋼

7、水即將到達前，關閉主真空閥為真空泵的提前啟動作好準備。盛有鋼水的鋼包座落于鋼包臺車上，并啟動前級真空泵進行預抽。鋼包臺車運行到處理工位正下方，將環流氣體由氮氣切換到氬氣。啟動液壓頂升機構，將鋼包頂升到預定高度，打開主真空閥，鋼水即進入真空槽，形成環流。測溫取樣及定氧，根據測定結果決定是否進行“先行處理”。先行處理即正規處理以外的預備性處理。如鋼水溫度過低，可先行化學升溫；鋼水含氧過高，可先行加Al處理；鋼水含碳過低可先行加碳處理等。先行處理后須再次測溫取樣以確認先行處理的結果。11RH工藝過程描述工藝過程描述對鋼水進行該鋼種所必須進行的處理，（如脫氫處理，深脫碳處理，輕處理，深脫氧處理等）。處

8、理過程中真空度和環流氣體流量按各處理模式自動進行變換。處理結束前再次測溫取樣，確認處理目的是否已達到。合金微調及最終脫氧。測溫取樣后關閉主真空閥，破真空。鋼包下降，座落到鋼包臺車，同時將環流氣體切換成氮氣。鋼包臺車運行到喂絲工（加保溫劑）位，按鋼種要求喂絲，人工加保溫劑。鋼包臺車開出，用吊車將鋼包吊至下工序。12RH法的設備法的設備 RH的主體設備構成：真空室及附屬設備；氣體冷卻器；真空排氣裝置；合金稱量臺車及加料裝置。13RH精煉車間示意圖精煉車間示意圖RH設備示意圖設備示意圖RH真空室真空室RH真空室形狀如右圖，真空室外殼為鋼板圍焊成的圓筒狀結構，內襯為耐火磚。真空室下部有兩根用耐火材料制

9、成的可以插入鋼液的浸漬管，也稱升降管，其中一根為鋼液的上升管，另一個根為鋼液的下降管，浸漬管的上半部外側鋼管結構。真空處理時鋼液沿上升管進入真空室，沿下降管返回鋼包。15RH真空室示意圖RH法主要的工藝參數法主要的工藝參數處理容量處理容量V：指被處理的鋼液量，RH處理容量的上限理論上是沒有限制的，處理容量的下限取決于處理過程的溫降情況。一般認為，在爐內處理時不應小于10t，在鋼包處理時，不應小于30t，當容量小于30t時降溫顯著。目前已建成的RH裝置最大容量為300t。處理時間處理時間t：指鋼包在RH工位停留時間，處理時間取決于允許的鋼液溫降Tc和處理過程中鋼液的平均降溫速度VT，t= Tc/

10、 VT。循環因數循環因數u：指處理過程中循環鋼液的當量次數，即通過真空室的鋼液總量與處理容量之比。U=Wt/V，W循環流量，t/min; V 鋼包容量，t；t脫氣處理時間，min。16鋼中氣體含量與循環因數的關系，m-混合系數， m=0表示已脫碳鋼水和未脫碳鋼水尚未進行混合。RH法主要的工藝參數法主要的工藝參數循環流量循環流量：循環流量W(t/min)是指單位時間內通過真空室的鋼液量。也稱循環速率，是一個重要的工藝參數。W主要取決于上升管直徑(d)和驅動氣體流量(G0)。如圖所示為不同上升管直徑條件下，循環流量與驅動氣體流量之間的關系。33. 005 . 1GdaW33. 005 . 1Gda

11、W17設計真空室時W是根據處理容量V、循環因數u和脫氣時間t來確定的：tVuW循環流量與驅動氣體流量之間的關系RH法主要的工藝參數法主要的工藝參數真空度真空度 真空度是指RH處理時真空室內可以達到并且保持的最小壓力。真空泵的抽氣能力真空泵的抽氣能力 真空泵的抽氣能力大小，應根據處理鋼種、處理容量、處理時間、循環流量以及處理過程中的脫氣規律來確定。 RH法處理過程中的氣體析出速度是不同的，處理前期鋼液原始氣體含量較高，氣體析出量也較大。處理后期的氣體析出量較小，因此，就不能采用固定的抽氣能力，而是要根據不同的真空度來確定。18100T100T鋼包鋼包RH年處理能力的估算年處理能力的估算 RH年處

12、理能力的估算：式中：P:年處理能力 :平均爐處理能力,100t :平均處理周期,36min :LDLFRHCC-RL的配合率,85 :RH作業率,85 :RH處理鋼水合格率,99.5% 萬噸/年 估算結果:100鋼包RH估算其年處理能力為94.5萬噸。 193216024330THP1235 . 49%5 .99%85%85366024330001PHTRH精煉精煉的主要冶金功能的主要冶金功能脫碳：目前使用的最主要的功能脫氣：最初開發RH的目的是為了脫氣脫硫脫磷：噴吹脫硫、脫磷劑去夾雜：有利于夾雜物碰撞長大合金化：運用多功能噴槍20RHRH精煉的主要冶金功能精煉的主要冶金功能21RH真空精煉的

13、冶金功能真空脫碳真空脫碳- -碳氧平衡碳氧平衡碳氧平衡原理 在RH過程中，C、O反應生成CO氣體，由于降低了氣相中CO的分壓使C和O的反應向著生成CO氣體的方向進行： )(gCOOC22不同真空條件的碳氧平衡曲線脫碳與脫氧的關系脫碳與脫氧的關系 75. 01612OOC23RH脫碳時脫碳量與脫氧量的關系通過降低系統壓力促使碳氧反應來實現脫碳或脫氧的目的是十分有效的手段。當鋼液中含氧量降低某一數值O時，則含碳量也相應降低一定數值，它們之間存在以下關系：右圖顯示了RH脫碳時脫碳量與脫氧量的關系24真真 空空 脫脫 碳碳 RH RH內的脫碳速度主要決定于鋼液中碳的擴散。低碳區碳的傳質是反應內的脫碳速

14、度主要決定于鋼液中碳的擴散。低碳區碳的傳質是反應速度的限制性環節：速度的限制性環節： LcLCkdtdC)exp(tkCCcLL)(min)/1/1 (601cckQwk RH RH鋼水循環流量鋼水循環流量Q = Q = 鋼水循環流速鋼水循環流速上升管截面積，根據前人對上升管截面積，根據前人對RHRH鋼鋼水循環流量的測定結果表明：水循環流量的測定結果表明：循環流量循環流量Q Q的計算值與實測的計算值與實測值的比較值的比較 增加吹氬流量增加吹氬流量Q Qg g使使RHRH的循環流量增大；的循環流量增大； 擴大上升管直徑使循環流量擴大上升管直徑使循環流量Q Q增大；增大； 增加浸入管的插入深度也會

15、使循環流量變增加浸入管的插入深度也會使循環流量變大。大。 總結以上研究，總結以上研究，RHRH內鋼水的循環流量可以表內鋼水的循環流量可以表示為：示為：3/13/43/1HDQKQuG25真真 空空 脫脫 碳碳 RH RH精煉中發生的各種化學反應的反應速度決定于金屬側各元素的傳質精煉中發生的各種化學反應的反應速度決定于金屬側各元素的傳質系數，根據系數，根據ShigeruShigeru的研究證明，在整個的研究證明，在整個RHRH精煉過程中各元素的傳質系數精煉過程中各元素的傳質系數基本保持不變，但反應界面積隨時間發生明顯變化。為了方便描述各種反基本保持不變，但反應界面積隨時間發生明顯變化。為了方便描

16、述各種反應速度，常采用體積傳質系數應速度，常采用體積傳質系數 k k（= =傳質系數傳質系數反應界面積）。反應界面積）。鋼水含碳量和吹鋼水含碳量和吹ArAr方式對方式對RHRH脫碳脫碳過程的體積傳質系數過程的體積傳質系數 k k的影響的影響RHRH的體積傳質系數與以下因素有關：的體積傳質系數與以下因素有關： k k和鋼水碳含量成正比；和鋼水碳含量成正比；增加鋼水的循環流量增加鋼水的循環流量Q Q使使 k k值提高；值提高；改變吹氬方式利于提高改變吹氬方式利于提高 k k值：如在值：如在300tRH300tRH的真空室底部增設的真空室底部增設8 8支支 2mm2mm吹吹ArAr管吹氬（管吹氬（Q

17、A=800Nl/minQA=800Nl/min），使），使 k k值提值提高。高。 Koji YMAMGUCHIKoji YMAMGUCHI總結總結100t100t260tRH260tRH的實的實際生產數據提出以下關聯式：際生產數據提出以下關聯式： 48. 117. 132. 0VVCQAk 脫碳影響因素的分析脫碳影響因素的分析 插入管直徑對脫碳速度的影響插入管直徑對脫碳速度的影響 o 脫碳速度隨插入管內徑的增大而增大。脫碳速度隨插入管內徑的增大而增大。 o 循環量循環量Q與插入管內徑與插入管內徑d4/3成正比。成正比。插入管供氣流量90Nm3/h05010015020025030035005

18、101520處理時間(min)C(ppm)550mm650mm720mm750mm26不同插入管內徑的脫碳曲線不同插入管內徑的脫碳曲線 氬氣流量對脫碳速度的影響氬氣流量對脫碳速度的影響 o 脫碳速度隨氬氣流量的增大而增大脫碳速度隨氬氣流量的增大而增大 2728提高提高RH脫碳速度的工藝措施脫碳速度的工藝措施 （1 1）提高循環流量和體積傳質系數。如圖，千葉廠）提高循環流量和體積傳質系數。如圖，千葉廠RHRH最初的工況，脫碳速度最初的工況，脫碳速度常數常數K = 0.1minK = 0.1min-1-1。擴大上升管直徑增加環流后，達到。擴大上升管直徑增加環流后，達到K= 0.15minK= 0.

19、15min-1-1。進一步改進。進一步改進吹吹ArAr方式使傳質系數方式使傳質系數 k k值增大，值增大，K= 0.2minK= 0.2min-1-1。 （2 2）提高抽氣速率。定義）提高抽氣速率。定義RHRH真空系統的抽氣速度常數真空系統的抽氣速度常數R:R=R:R=-ln(-ln( / / 0 0)/t)/t (min(min-1-1) )。 （3 3）吹氧。采用）吹氧。采用KTBKTB頂吹氧工藝，提高了頂吹氧工藝，提高了RHRH前期脫碳速度，使表觀脫碳速度常前期脫碳速度，使表觀脫碳速度常數數K Kc c從從0.21min0.21min-1-1提高到提高到0.35min0.35min-1-

20、1。 （4 4）改變吹）改變吹ArAr方式。實驗證明，在方式。實驗證明，在RHRH真空室的下部吹入大約真空室的下部吹入大約1/41/4的氬氣，可使的氬氣，可使RHRH的脫碳速度提高大約的脫碳速度提高大約2 2倍。倍。KTBKTB法與普通法與普通RHRH脫碳速度的比較脫碳速度的比較RHRH鋼水循環流量鋼水循環流量Q Q和體積傳和體積傳質系數質系數 k k對脫碳速度的影響對脫碳速度的影響 RHRH抽氣速度抽氣速度K K和吹和吹ArAr流量流量對脫碳速度的影響對脫碳速度的影響 深脫碳處理深脫碳處理 需要深脫碳的鋼種需要深脫碳的鋼種,指含碳量指含碳量0.010%的鋼種。這類鋼種的鋼種。這類鋼種在轉爐中

21、并不將在轉爐中并不將C吹煉到最低極限，為了保留一定的殘余吹煉到最低極限，為了保留一定的殘余錳及金屬收得率，通常轉爐吹煉到錳及金屬收得率，通常轉爐吹煉到C0.05左右即出左右即出鋼，出鋼時只進行少量的錳合金化及極弱的脫氧鋼，出鋼時只進行少量的錳合金化及極弱的脫氧,保持鋼水保持鋼水中自由氧在中自由氧在600ppm以上。這種處理的特點是在以上。這種處理的特點是在50mbar至至200mbar壓力下，先進行真空脫碳，最后在壓力下，先進行真空脫碳，最后在1.33mbar下完成成分調整及鋼水純凈化處理。此類鋼種下完成成分調整及鋼水純凈化處理。此類鋼種處理前的先行處理通常是先行加鋁或先行升溫。當鋼水氧處理前

22、的先行處理通常是先行加鋁或先行升溫。當鋼水氧含量不足，以致僅依靠自然脫碳不能使碳降到目標值以下含量不足，以致僅依靠自然脫碳不能使碳降到目標值以下或者轉爐出鋼碳過高（或者轉爐出鋼碳過高（0.06）時，則經用頂槍吹氧進）時，則經用頂槍吹氧進行強制脫碳。當脫碳到目標值以下時，需加入微量元素行強制脫碳。當脫碳到目標值以下時，需加入微量元素（如（如IF鋼需加鋼需加Ti或或V、Nb等）及最終調整化學微量元素含等）及最終調整化學微量元素含量。量。 29深脫碳操作深脫碳操作30RH脫碳在操作中需注意的幾個問題脫碳在操作中需注意的幾個問題要保持真空系統良好的密封性，確保處理過程中的真空要保持真空系統良好的密封性

23、，確保處理過程中的真空度不變。度不變。驅動氣體是鋼液循環的動力源，調節氣體流量必須由小驅動氣體是鋼液循環的動力源，調節氣體流量必須由小到大，防止噴濺。到大，防止噴濺。鋼水溫度控制。真空室各部位在處理前必須進行充分烘鋼水溫度控制。真空室各部位在處理前必須進行充分烘烤，達到溫度要求，減少處理過程溫降。處理過程中通烤，達到溫度要求，減少處理過程溫降。處理過程中通常每常每5分鐘測溫一次，以判斷溫降及鋼液循環情況。分鐘測溫一次，以判斷溫降及鋼液循環情況。 31RH脫碳后的增碳控制脫碳后的增碳控制應用防止噴濺及電極加熱技術，盡可能使真空應用防止噴濺及電極加熱技術，盡可能使真空室不結瘤，控制脫碳過程中從真空

24、室結瘤殘鋼室不結瘤，控制脫碳過程中從真空室結瘤殘鋼的增碳；的增碳； 在脫碳期加入冷卻廢鋼。由于真空處理過程中在脫碳期加入冷卻廢鋼。由于真空處理過程中溫降較有規律，尤其是脫碳溫降較有規律，尤其是脫碳10分鐘以后溫降更分鐘以后溫降更顯規律性，因此冷卻廢鋼最晚可在處理至顯規律性，因此冷卻廢鋼最晚可在處理至10分分鐘時加入；鐘時加入； 首選碳含量盡可能低的合金。其次，根據冷卻首選碳含量盡可能低的合金。其次，根據冷卻廢鋼增碳的道理，采用在脫碳期加入合金的技廢鋼增碳的道理，采用在脫碳期加入合金的技術，以防止合金增碳的發生。術，以防止合金增碳的發生。 3233脫脫 硫硫對鋁脫氧鋼水，脫硫反應為：對鋁脫氧鋼水

25、，脫硫反應為： 3(CaO) + 2Al + 3S = (Al2O3) + 3(CaS)鋼水脫硫效率主要決定于鋼中鋁含量和爐渣指數（鋼水脫硫效率主要決定于鋼中鋁含量和爐渣指數（SP）：）： 當（當（SP）= 0.1時，渣時，渣鋼間硫的分配比最大鋼間硫的分配比最大（400600）。因此，脫硫渣的最佳組成是：）。因此，脫硫渣的最佳組成是：60%(CaO)+ 25%(Al2O3)+10%(SiO2)。RH噴粉通常采用噴粉通常采用CaO+CaF2系脫系脫硫劑，該種粉劑的脫硫分配比可按下式計算：硫劑，該種粉劑的脫硫分配比可按下式計算：La = (%S)/%S = 1260-25(%Al2O3) 75(%

26、SiO2)250鋼水脫硫速度為：鋼水脫硫速度為：根據高橋等人的測定：根據高橋等人的測定：ks = 0.27m/min。采用采用RH噴粉脫硫的主要優點是：噴粉脫硫的主要優點是： （1）脫硫效率高。）脫硫效率高。 （2）頂渣影響小，與鋼水間的傳質速度大幅度）頂渣影響小，與鋼水間的傳質速度大幅度降低。降低。CaOsatOAlaSaPS)/(%)(3/132RH噴粉鋼包噴粉粉劑消耗量與脫硫效率的關系粉劑消耗量與脫硫效率的關系 渣中渣中FeO+MnOFeO+MnO含量對渣含量對渣鋼間硫的分配比的影響鋼間硫的分配比的影響%esSSkVAdtSdRH脫硫實際操作中需討論的問題脫硫實際操作中需討論的問題脫硫劑

27、的選擇脫硫劑的選擇o 選擇選擇CaO-CaF2脫硫率最高脫硫率最高oCaO與與CaF2比例以比例以6：4為宜為宜34不同不同CaOCaO系渣的系渣的CsCs對鋼包渣的要求對鋼包渣的要求 加拿大某鋼廠的加拿大某鋼廠的RH脫硫數據顯示脫硫數據顯示o 鋼包渣中氧勢越高，硫分配比越低鋼包渣中氧勢越高，硫分配比越低35o 鋼水回硫量隨鋼渣氧勢的升高而增大鋼水回硫量隨鋼渣氧勢的升高而增大36CaOCaOMgOMgOSiOSiO2 2AlAl2 2O O3 3FeO+MnOFeO+MnORHRH處理開始處理開始58588 85 524243 3RHRH處理結束處理結束56569 96 625253 337o

28、 鋼渣中鋼渣中FeO+MnO應應0.05%。處理過程中保持處理過程中保持Als0.05%，可保證可保證O6010-6。若。若OB升溫后，延長攪拌時間升溫后，延長攪拌時間25min，可保證可保證O3010-6。 吹氧過程、加鋁量對吹氧過程、加鋁量對RH-OBRH-OB升溫效果的影響升溫效果的影響61熱補償技術熱補償技術RH-KTBRH-KTB法法 KTB法采用吹氧脫碳和二次燃燒技術實現鋼水升溫。該方法在普通法采用吹氧脫碳和二次燃燒技術實現鋼水升溫。該方法在普通RH上安上安裝可以升溫的水冷頂吹氧槍，吹氧脫碳，并依靠真空室內裝可以升溫的水冷頂吹氧槍，吹氧脫碳，并依靠真空室內CO爐氣的二次燃燒提供爐氣

29、的二次燃燒提供熱量，補償精煉過程中的溫降。采用熱量，補償精煉過程中的溫降。采用KTB工藝后，轉爐出鋼溫度比傳統工藝后，轉爐出鋼溫度比傳統RH降低降低26.3。由于。由于KTB提高了提高了RH表觀脫碳速度常數，在保證相同的脫碳時間的條件下，表觀脫碳速度常數，在保證相同的脫碳時間的條件下，可使初始碳含量從可使初始碳含量從0.025%提高到提高到0.05%。在脫碳過程中實現二次燃燒，可將爐氣。在脫碳過程中實現二次燃燒，可將爐氣二次燃燒率從二次燃燒率從3%提高到提高到60%，進一步補償了熱量。，進一步補償了熱量。 KTBKTB熱補償的能量平衡熱補償的能量平衡與傳統與傳統RHRH相比相比KTBKTB熱補

30、償所帶來的溫熱補償所帶來的溫降減少值降減少值項項 目目補償溫度補償溫度/百分比百分比/%提高初始碳含量提高初始碳含量1.26二次燃燒熱量二次燃燒熱量7.839鋁氧化熱量鋁氧化熱量7.939.5減少精煉過程溫降減少精煉過程溫降3.115.5總計總計20100 采用采用KTB技術進行熱補償的關鍵是通過精確控制吹氧量和吹氧時間，避免鋼技術進行熱補償的關鍵是通過精確控制吹氧量和吹氧時間，避免鋼水過氧化，保證吹氧結束后鋼水水過氧化，保證吹氧結束后鋼水O75010-6。在此基礎上，通過自然脫碳使脫。在此基礎上，通過自然脫碳使脫碳結束后鋼水碳結束后鋼水O20010-6，可以保證精煉鋼水具有良好的潔凈度。，可

31、以保證精煉鋼水具有良好的潔凈度。 RH-MFB精煉過程鋼水溫度預測精煉過程鋼水溫度預測從圖a可以看出RH-MFB精煉過程中熱量傳遞通過以下三種途徑完成:(a)碳氧反應，產生氣體帶走熱量；(b)鋼水循環流動，溫度混勻;(c)通過耐材散熱。預測模型與實測溫度相比平均誤差只有3.4，可以通過預測模型指導RH-MFB精煉過程的溫度補償。62a. RH-MFB精煉過程鋼水傳熱過程b. RH-MFB精煉過程溫度預測值與實測值加鋁、吹氧對加鋁、吹氧對RH-MFB的溫度補的溫度補償償如圖a所示：對于300t的鋼包，每加入300kg鋁可以減少溫降22-24；如圖b所示：對于300t的鋼包，每吹入300m3氧氣可

32、以減少溫降10左右；63a.加 鋁量與鋼水降溫關系b. 吹氧量鋼水傳熱過程盡量減少盡量減少RH處理過程的加鋁吹氧提溫處理過程的加鋁吹氧提溫64危害：增加Al2O3夾雜物量；增加RH處理時間，影響與連鑄的匹配。美國內陸鋼鐵公司生產超深沖鋼RH的吹氧提溫率 由過去的35減少到目前的10左右。措施：嚴格控制前工序碳、氧、溫度；前期OB強制脫碳(內陸鋼鐵方法)；工藝控制模型；爐氣在線分析、動態控制。冷卻材及加低錳對冷卻材及加低錳對RH-MFB的溫度的溫度調節調節RH精煉初期鋼水溫度較高時，需要加入一定的廢鋼使鋼水溫度符合要求，如圖a所示對于300t的鋼包，冷卻效果為每噸冷卻材降溫7左右；如圖b所示對于

33、300t的鋼包，低錳的加入量為400-500kg，鋼水降溫不超過0.8。65a.加 冷卻材量與鋼水降溫關系b. 加低錳量鋼水傳熱過程鋼水降溫量/ 真空室內壁初溫對鋼水溫度影響真空室內壁初溫對鋼水溫度影響如上圖可知，真空室預熱溫度對鋼水溫降影響較大。真空室預熱溫度從700 上升到1300 ，真空室預熱溫度每提高100 ，鋼水平均溫度上升6 。66單嘴爐的發展單嘴爐的發展第一座單嘴爐在1976年由北京科技大學張鑒教授開發，在大連鋼廠進行工業試驗。1992年北京科技大學成國光等人在長城特鋼，應用單嘴精煉爐冶煉軸承鋼，進一步完善了單嘴精煉爐生產工藝。1999年日本八幡鋼鐵廠開發了REDA (Revol

34、utionary degassing activator)單嘴精煉爐如右圖，并取得了較好的工業效果。67REDA單嘴精煉爐示意圖單嘴精煉爐工作原理單嘴精煉爐工作原理單嘴精煉爐把單嘴精煉爐把RH 的上升管與下降管合二為一改為直的上升管與下降管合二為一改為直筒狀吸嘴，并采用鋼包底部偏心吹氣方式，如右圖所筒狀吸嘴，并采用鋼包底部偏心吹氣方式，如右圖所示。示。單嘴精煉爐采用偏心鋼包底部吹氣，偏心吹入的氣體單嘴精煉爐采用偏心鋼包底部吹氣，偏心吹入的氣體的上升驅動力主要是浮力，同時上升氣泡還受到了真的上升驅動力主要是浮力，同時上升氣泡還受到了真空室負壓的抽引作用。由于偏心吹氣的原因，在氣液空室負壓的抽引作

35、用。由于偏心吹氣的原因，在氣液兩相區附近充滿了大量氣體，使得兩相區內的密度遠兩相區附近充滿了大量氣體，使得兩相區內的密度遠小于鋼液密度。主要因這兩種驅動力的作用，以及氣小于鋼液密度。主要因這兩種驅動力的作用，以及氣液兩相區密度較小，使得鋼液隨吹入氣體與上浮氣泡液兩相區密度較小，使得鋼液隨吹入氣體與上浮氣泡作上升運動至真空室內自由表面處，這樣就形成了上作上升運動至真空室內自由表面處，這樣就形成了上升流股。鋼液上升到真空室內液體表面處，由于受到升流股。鋼液上升到真空室內液體表面處，由于受到后繼流股的作用，會沿鋼液表面向遠離兩相區方向運后繼流股的作用，會沿鋼液表面向遠離兩相區方向運動，同時鋼液內氣體

36、含量不斷減小（受真空泵抽真空動，同時鋼液內氣體含量不斷減小（受真空泵抽真空的影響）液體密度變大，由于受自身重力的作用向下的影響）液體密度變大，由于受自身重力的作用向下流動，到達鋼包底部附近補充了被上升流股帶走的鋼流動，到達鋼包底部附近補充了被上升流股帶走的鋼液，這樣就形成了下降流股。液，這樣就形成了下降流股。68單嘴精煉爐示意圖武鋼單嘴爐精煉效果武鋼單嘴爐精煉效果武鋼三煉鋼單嘴精煉爐如圖a所示，圖b為脫碳效果，可以看出單嘴精煉爐的脫碳效果是較好的，混勻時間較短，脫碳速度較快，最終碳含量為17ppm。69a. 武鋼三煉鋼單嘴精煉爐b.武鋼三煉鋼單嘴精煉爐脫碳效果日本日本REDA單嘴爐精煉效果單嘴

37、爐精煉效果日本八幡廠日本八幡廠 對對175t REDA 進行了大量的工業規模試驗，結果發現：進行了大量的工業規模試驗，結果發現：進行了進行了20多多min的精煉處理后，碳含量已經低于的精煉處理后，碳含量已經低于10ppm；日本八幡把由日本八幡把由350t DH 改造成改造成REDA，并對，并對REDA 進行了規模化工進行了規模化工業生產試驗，發現在真空泵抽氣能力為業生產試驗，發現在真空泵抽氣能力為1600kg/h 與真空度為與真空度為1torr 條件下，處理條件下，處理30分鐘后的鋼中碳含量為分鐘后的鋼中碳含量為3ppm。70175t REDA 175t REDA 工業條件脫碳結果350t R

38、EDA 350t REDA 的脫碳性能單嘴精煉爐與單嘴精煉爐與RH對比對比由上圖可以看出單嘴精煉爐與RH 有如下區別： 單嘴精煉爐把RH 的上升管與下降管合并為單一的圓筒狀吸嘴； 單嘴精煉爐采用偏心爐底吹氣，使鋼液在鋼包內和單嘴內形成循環； 單嘴精煉爐選取鋼包底部吹Ar，RH 在上升管內吹Ar。71單嘴爐與RH裝置對比單嘴爐與RH吹氣方式對比混勻時間的比較混勻時間的比較可以明顯看出單嘴精煉爐內的鋼液循環速率高于RH，說明在單嘴精煉爐內的鋼液攪拌情況要比RH 中強烈的多，原因可能因為攪拌氣體是從較深位置吹入的，所以氣體流股的上升路徑較長，還有就是由氣泡浮力產生的驅動能量能直接作用于鋼包內的液體。

39、72RH精煉鋼包內鋼液流場分布精煉鋼包內鋼液流場分布73數值模擬流暢分布物理模擬流暢分布鋼液從下落管以較大流速流向包底，在左右分別形成兩個循環流。74RH高效化生產的裝備技術高效化生產的裝備技術 C10-6提高真空室高度提高真空室高度增大環流量增大環流量提高抽氣能力提高抽氣能力 臺灣中鋼公司將臺灣中鋼公司將160tRH的蒸汽噴射泵抽氣能力由的蒸汽噴射泵抽氣能力由300kg/h增大為增大為400kg/h后，并將吹氬量由后，并將吹氬量由600Nl/min提高到提高到680Nl/min，使終點碳含量由使終點碳含量由305010-6降低到降低到3010-6以下，脫碳時間由以下，脫碳時間由20min縮短

40、到縮短到15min。 美國內陸鋼鐵廠將美國內陸鋼鐵廠將RH的六級蒸汽噴射泵改造為五級蒸汽的六級蒸汽噴射泵改造為五級蒸汽噴射泵噴射泵/水環泵系統后，冷卻水消耗量由水環泵系統后，冷卻水消耗量由21t/爐減少到爐減少到5t/爐，爐，能耗降低能耗降低73%。 增大吹氬量，優化吹氬工藝增大吹氬量，優化吹氬工藝增設多功能氧槍增設多功能氧槍 增設具有增設具有RHRH頂吹氧、噴粉和烘烤三大功能的多功能頂吹氧、噴粉和烘烤三大功能的多功能氧槍，對改善氧槍，對改善RHRH操作，提高精煉效率和操作，提高精煉效率和RHRH作業率具有重作業率具有重要意義。要意義。 利用旋流提高利用旋流提高RH精煉效率精煉效率李寶寬等人利

41、用水模型試驗研究在上升管中使用軸流式和六片平直葉片式葉輪，產生旋流對提高RH精煉效率的作用75水模型實驗研究表明:在RH裝置上升管中施加旋流，無論是采用六片平直式葉輪還是軸流式葉輪，均可增加系統的循環流量.但當輸人功率相同時，軸流式葉輪要比六片平直葉式葉輪產生旋流后的系統循環流量大.旋流對氣泡分布的影響旋流對氣泡分布的影響76可視化觀察表明:沒有施加旋流時，氣泡主要貼近上升管壁面上浮，因而管壁側填充氣泡空位的液體缺乏.當施加旋流時，氣泡被推移至上升管的中心線附近，因而氣泡流過的空位四周均為液體，能充分填充空位，有助于系統循環流量提高。77RH長壽化裝備技術長壽化裝備技術改進真空室頂部結構改進真

42、空室頂部結構提高提高RHRH浸漬管的使用壽命浸漬管的使用壽命提高耐火材料抗侵蝕能力提高耐火材料抗侵蝕能力 改造為圓頂，壽命超過真空改造為圓頂，壽命超過真空室上部槽。室上部槽。RH月處理量超過月處理量超過70000噸。噸。 通過耐火材料的優化，并結合采用通過耐火材料的優化，并結合采用RH高效化生產工藝和完善高效化生產工藝和完善RH終點控制技術，終點控制技術，縮短縮短RH的處理周期等技術措施，使的處理周期等技術措施，使RH底部槽壽命從底部槽壽命從1993年年1200爐提高到爐提高到1997年年2628爐，并創造了世界紀錄。爐，并創造了世界紀錄。 采用浸漬管冷卻技術，使浸漬管的平均壽采用浸漬管冷卻技

43、術，使浸漬管的平均壽命達到命達到320次。次。 美國國家鋼鐵公司大湖廠采用兩個浸漬管美國國家鋼鐵公司大湖廠采用兩個浸漬管輪流修補、交錯磚型和用輪流修補、交錯磚型和用MgO材料進行噴補材料進行噴補三項技術，也使浸漬管的壽命超過三項技術，也使浸漬管的壽命超過180爐。爐。78近幾年國外近幾年國外RH的主要技術參數的主要技術參數和性能指標和性能指標新日本鋼鐵公司新日本鋼鐵公司川崎鋼鐵川崎鋼鐵公公 司司日本鋼管日本鋼管公公 司司住友金屬住友金屬工業公司工業公司寶寶 鋼鋼RH設備參數設備參數名古屋鋼鐵名古屋鋼鐵廠廠2號號RH君津鋼鐵君津鋼鐵廠廠RH大分鋼鐵大分鋼鐵廠廠1號號RH水島鋼鐵水島鋼鐵廠廠4號號

44、RH福山鋼鐵福山鋼鐵廠廠3號號RH鹿島鋼鐵鹿島鋼鐵廠廠2號號RH煉鋼廠煉鋼廠吹吹O2方式方式OBOBOBKTBOBOBOB鋼水容量，鋼水容量，t270305340250250250300循環管內徑，循環管內徑，mm730650600750580750550循環氣體量，循環氣體量，l/min30002500400050005000500012001400抽氣量抽氣量 67Pa下下(kg/h) 26.7Pa下下135016600100711682952877010001350015000-1500-950目標目標C10-6101718151512700050處理時間，處理時間，min1522181

45、515152025日本日本RH冶煉效果冶煉效果RH控制模型控制模型 RH模型是建立在模型是建立在RH真空精煉冶金機理的基礎上，真空精煉冶金機理的基礎上，結合現代自動控制技術，采用先進的算法開發的成結合現代自動控制技術，采用先進的算法開發的成套過程控制模型。套過程控制模型。RH模型包括：模型包括： 1.靜態脫碳模型靜態脫碳模型; 2.動態脫碳模型動態脫碳模型; 3.溫度推定模型溫度推定模型; 4.合金最小成本及成分預報模型。合金最小成本及成分預報模型。80靜態脫碳模型靜態脫碳模型靜態脫碳模型的靜態脫碳模型的主要功能主要功能是預測處理過程中隨真空度的逐步下是預測處理過程中隨真空度的逐步下降，鋼液中

46、碳含量和游離氧含量的變化規律。降，鋼液中碳含量和游離氧含量的變化規律。靜態脫碳模型由預報模塊和推定模塊靜態脫碳模型由預報模塊和推定模塊組成組成。預報模塊根據每一。預報模塊根據每一爐處理開始獲得的初始碳、游離氧含量、鋼液溫度和真空排氣爐處理開始獲得的初始碳、游離氧含量、鋼液溫度和真空排氣模式等信息，在處理初期即給操作人員提供為達到一定目標碳模式等信息，在處理初期即給操作人員提供為達到一定目標碳含量所必須的處理時間和吹氧操作等綜合指導信息；推定模塊含量所必須的處理時間和吹氧操作等綜合指導信息；推定模塊是在得到鋼水基本信息和操作量信息是在得到鋼水基本信息和操作量信息(如吹氧量、鋁材投人量等如吹氧量、

47、鋁材投人量等)以后，推算處理結束時的碳含量和游離氧含量。兩個模塊的綜以后，推算處理結束時的碳含量和游離氧含量。兩個模塊的綜合使用能夠逐漸優化合使用能夠逐漸優化RH的操作工藝。的操作工藝。靜態脫碳模型是從冶金學靜態脫碳模型是從冶金學碳氧平衡原理碳氧平衡原理出發，在一定的假設基出發，在一定的假設基礎上建立的模型。礎上建立的模型。RH真空脫碳是鋼液中的碳和游離氧反應的過真空脫碳是鋼液中的碳和游離氧反應的過程，在真空度和溫度一定的情況下，如果脫碳反應達到平衡，程，在真空度和溫度一定的情況下，如果脫碳反應達到平衡，碳含量和游離氧含量的乘積為一常數；同時假定參與脫碳反應碳含量和游離氧含量的乘積為一常數；同

48、時假定參與脫碳反應的氧的固定百分比來自于鋼液，而其他部分來自于鋼渣中金屬的氧的固定百分比來自于鋼液，而其他部分來自于鋼渣中金屬氧化物的被還原，則鋼液中碳和游離氧含量的下降遵從特定的氧化物的被還原，則鋼液中碳和游離氧含量的下降遵從特定的比例關系，由以上兩個規律綜合可以求得平衡碳和平衡氧含量。比例關系，由以上兩個規律綜合可以求得平衡碳和平衡氧含量。81靜態脫碳模型靜態脫碳模型Y.Kita模型模型 在此模型中假設在此模型中假設RH處理時脫碳反應發處理時脫碳反應發生在三個地點：氬氣表面；生在三個地點：氬氣表面；CO氣泡表氣泡表面；鋼液自由表面。該模型認為面；鋼液自由表面。該模型認為CO氣氣體表面的脫碳

49、量相對與其他位置是很體表面的脫碳量相對與其他位置是很小的，可以忽略不計，所以只考慮其小的，可以忽略不計，所以只考慮其他兩處的脫碳。他兩處的脫碳。1）氬氣泡表面的脫碳。在這種情況下，）氬氣泡表面的脫碳。在這種情況下，假設所有氬氣泡都是球狀，隨著鋼液假設所有氬氣泡都是球狀，隨著鋼液循環而上浮，并且都參加脫碳反應。循環而上浮，并且都參加脫碳反應。在這里認為氧的傳質是非限制環節。在這里認為氧的傳質是非限制環節。2）真空室內鋼液自由表面的脫碳。）真空室內鋼液自由表面的脫碳。速率表達式為：速率表達式為：預測結果如右圖所示預測結果如右圖所示)%100(100%RTKKOKMWdtAKKMCKOCdLiCCF

50、eVLCCcoip82實測值與計算值的比較靜態脫碳模型靜態脫碳模型村建一郎模型 通過對RH脫碳反應各部位： 1）真空室內鋼液表面； 2）氬氣泡； 3）真空室內鋼液本體的脫碳速度的分析，定量估算其總脫碳量。 在實際的RH操作條件下，鋼液中O通常較C高，所以，不認為鋼中氧的傳質為限制環節。因此脫碳速度是由鋼中碳的傳質、氣象界面化學反應和氣相內傳質等綜合因素來限制。 Koji Yamaguchi模型 該模型進行了一定的假設： 鋼包和真空室中的鋼液完全混合； 脫碳反應只在真空室中進行； 氣液界面的碳、氧濃度和真空室中的CO分壓保持平衡；脫碳反應速率由碳、氧傳質限制；脫碳機理如右圖所示。83脫碳反應機理

51、示意圖脫碳數學模型模擬結果脫碳數學模型模擬結果84RH精煉動態脫碳模型精煉動態脫碳模型動態脫碳模型主要功能是動態脫碳模型主要功能是根據廢氣中根據廢氣中CO，CO2 等等氣體的在線分析值、初始氣體的在線分析值、初始碳分析值和廢氣流量，實碳分析值和廢氣流量，實時預報鋼水中碳含量。時預報鋼水中碳含量。85動態脫碳模型是基于分析碳及抽真空產生的廢氣信息，結動態脫碳模型是基于分析碳及抽真空產生的廢氣信息，結合自適應控制技術實時預報鋼水碳含量的模型。該模型可合自適應控制技術實時預報鋼水碳含量的模型。該模型可以大大提高如質譜儀、紅外分析儀等設備的利用率和實際以大大提高如質譜儀、紅外分析儀等設備的利用率和實際

52、效果效果模型在畫面上實時顯示真空脫碳過程的許多相關信息，并模型在畫面上實時顯示真空脫碳過程的許多相關信息，并在畫面上動態演示整個過程。為操作人員更好地實時控制在畫面上動態演示整個過程。為操作人員更好地實時控制RH真空脫碳過程提供較為詳細的參考，并可以優化真空脫碳過程提供較為詳細的參考，并可以優化RH脫脫碳工藝。碳工藝。86RHRH精煉動態脫碳模型應用精煉動態脫碳模型應用 臺灣中鋼公司臺灣中鋼公司2號號RH每年生產每年生產IF鋼和電工鋼鋼和電工鋼40萬噸，要求精確的萬噸，要求精確的控制鋼中碳含量，為了提高控制鋼中碳含量，為了提高RH的作的作業率和終點控制精度該廠通過連續業率和終點控制精度該廠通過連續測量廢氣成份和流量，開發出一種測量廢氣成份和流量，開發出一種RH在線過程動態監控和控制系統。在線過程動態監控和控制系統。該控制系統有四個子系統，主要包該控制系統有四個子系統，主要包括：括：取樣系統、氣體分析系統、數取樣系統、氣體分析系統、數據采集系統、操作控制系統。據