RH 精炼炉真空碳脱氧速率研究

2020-03-19白志坤张文祥张万庆王子然

中国金属通报 2020年24期

白志坤，张文祥，张万庆，王子然

（河钢集团唐钢新区，河北唐山 063000）

伴随着我国石油化工等工业企业的全面发展，对品种钢的质量有了更高的要求。随之而来的是各类品种钢需求量越来越大，在品种钢的冶炼过程中主要是针对硫，严格的硼和气体检查，尤其是低硅钢的硼和气体检查，对于优化整个精炼炉的冶炼过程至关重要。由于生产时间长，该产品采用渣油系列CaOCaF-A12O，CaO-SiO 渣系统和CaO-CaF 液体系统采用精炼炉碳真空脱氧技术，可以满足应用要求。

1 RH精炼炉工艺流程

RH 精炼炉也被称为RH 真空循环脱气方法。首次使用时是在20 世纪的中期，在德国被应用到炼钢中。该技术主要是从实际生产中借用的。人们发现在铸造过程中经常会发生结渣。经过多次实验，可以得出结论，液态钢中的氢和氮是引起这种现象的主要原因，真空清洁技术。伴随着钢铁冶炼中真空精炼技术的不断成熟，RH 在处理工程中周期短，效率高，被更多的转炉炼钢企业应用于生产实践。RH 精炼炉是属于对精加工的一种二次加工方法，在整个工艺当中，主要是真空状态进行的，并且将所精炼的炉内壁上，镶嵌耐火衬，使其不收到高温的破坏。浸没管穿过整个真空箱，顶部有热弯头。弯头冷却所有气体后，将其从系统中排出。由于真空罐中的空气被大气排出，因此钢水将流入真空罐中。连接到真空箱的浸没管上升，其他下降。由于压力产生的静压差，钢水在上升时流经真空储罐，而底部则流入降液管。在整个钻探过程中，工艺流往复运动，并及时抽出废气，以达到精炼各种钢的目的。

精炼炉总体结构图装置包括以下几种：钢胆（1）、衬砖（2）、浇注料（3）、氩气管（4）、密封薄板（5），其特征在于：所述氩气管（4）贯穿衬砖（2）后从衬砖和密封薄板（5）之间的狭缝引出，氩气管（4）在衬砖上沿圆周方向均匀分布；所述的钢胆（1）筒体部分设有若干腰形槽（6），锥体部分设有若干圆形孔洞（7），钢胆（1）内侧焊有密封薄板（5）；所述的衬砖（2）插接组装在钢胆（1）内侧，衬砖（2）上部呈齿口状与浇注料（3）紧密配合；所述的浇注料（3）通过锚固件（8）和钢丝网（9）固定在钢胆（1）外侧；所述的钢丝网（9）焊接在锚固件（8）上，（10）同（8）均为锚固件，（11）为结构分隔。

在使用RH 精炼炉时，其真空脱氧技术的优势较为突出，在整个转炉的冶炼过程当中，金属合金材料是不参与到炉渣作用当中，以及钢水投放过程中，减小炼钢过程中的损失，同时提升了转化率，并且融合速度快，对于操作人员可控性强，这些操作方式显着降低了冶炼过程的成本，此外，还可在钻孔过程中实时监控合金成分，冶炼完成后杂质含量低且纯度高，都是很多大型钢铁企业目前广泛应用的生产操作模式。

2 影响RH精炼炉脱氧速率的因素

2.1 真空度

经过大量的实践证明，在RH 精炼炉中，脱氧所产生的主要原因有两个方面：一方面是真空度，另一方面是真空处理时间。精炼炉中的真空度直接影响炉中的氧气分压。在精制过程中，当精制炉RH 的真空度低于200Pa 时，脱氧率较高，而当真空度高于200Pa 时，似的脱氧了也明显偏低。根据该制造实践，在熔化过程中通常使用预抽空方法，以最小化生产空气的抽出时间并提高熔化速度。

图2 真空度与精炼频率关系图

在试验当中发展，碳脱氧的真空室当中没有明显的变化迹象，并且其中的钢包顶渣也无任何波动，但是会出现真空度上升的趋势，可由0.08kPa 升高至0.2kPa，废气量由800kg/h 增加至820kg/h。

2.2 真空处理时间

当代的动力学与热力学的理论来分析，热炉中真空槽内的真空度要保持在一定的范围内，并进行真空处理，这个时间段就成为影响精炼过程的主要因素，从图中也可以看出，随着处理时间的增长，钢水中的氧含量呈递减趋势，并且在5min ～10min时下降速率最快真空处理时间越长，钢水中的氧含量越低，当冶炼到达20min 左右时，已经基本接近稳定状态，这时氧含量处于平衡。即便再延长冶炼时间，也没有任何效果。

图3 真空处理时间与氧含量关系图

2.3 真空槽及浸渍管

除了上述两种原因外，真空槽与浸渍管也是影响冶炼速度的主要原因。在整个的精炼过程当中，与钢水直接接触时，要确保浸渍管中的干燥程度，所以一般都提前进行烘干预处理，定期还要进行检查维护。如果对浸渍管保养不到位，在直接接触过程中就会使其中的残水或其他杂质融入钢水，对整个精炼过程产生很大的影响。

3 提高RH精炼炉脱氧效率的方法

3.1 优化精炼造渣还原技术

RH 的精炼炉中，炉渣与炉顶渣必须要以适当的比例进行熔化处理，并且在对残渣进行溶解之前，要使用热力学与动力学知识来进行详细处理。取决于钢水的动量，可以将熔融炉渣置于精炼炉中，这样也可以减少RH 精炼炉的溶渣量，相应的也就缩短了整个精炼过程的时间，同时保证了渣料的融化，提升了后期的脱氧效率。经过反复的生产实践和数据进度，可以看出当石灰与萤石的比例为4：1 时，是最佳的造渣原料配比。

3.2 控制好精炼的温度

温度是整个精炼过程中起决定作用的重要参数，对于脱氧，脱硫，去渣都有相当的效果影响。所以在整个精炼过程中，必须设置好精确的温度控制，保证RH 精炼炉的温度适合钢水冶炼，整个演练过程中，脱氧是一个吸收热量的过程，适当的提高温度可以提升脱氧速率，同时也可以达到良好的脱氧效果，从热力学观点来看，温度的升高为脱氧提供了良好的反应条件，但是必须很好地控制温度。不要盲目提高温度。温度过高会损害特种钢的使用寿命，这不会提高后续产品的质量。

3.3 对炉渣性能判断及调整

RH精炼炉真空状态下的脱氧速率，在整个精炼过程中一直处于动态的变化过程中，在整个精炼过程中，我们需要根据实际生产情况进行及时调整，同时测试炉渣的成分和性能。该数据是评价RH精炼炉的运行状态的重要指标。RH精炼对炉渣进行性能检测同时进行调整，是整个钢水冶炼过程不可缺少的环节。在正常条件下，RH精炼炉炉渣的颜色会根据脱氧程度而变化，因此，根据炉渣的形状和颜色，可以制定适当的调整计划以提高脱氧率。