RH脱碳应用

RH精炼在炼钢生产中的应用及其作用探讨 摘 要 RH工艺发展至今已有４０余年，期间它的设备与精炼功能不断扩充、完善。目前，RH精炼工艺在国外大型钢铁联合企业中得到广泛应用，已成为处理超低碳钢、高牌号硅钢以及超纯净管线钢首选的精炼工艺。本文根据RH真空循环脱气设备的主要功能并运用相关真空冶金理论，来探讨RH设备的工业化生产功效。 关键词 RH-KTB 真空 应用 一、前言 20世纪炼钢技术中的革新，可以举出纯氧顶吹转炉炼钢法（LD法，BOF法）和连续铸钢法，由于采用了这些工艺，炼钢的生产率飞速提高。在炼钢法中，炉外精炼法是设置在转炉和连铸之间的工序，然而它也是顺畅地连接这两个过程，同时提高这两个过程的生产率，提高钢质量的工序。宝钢二炼钢RH真空脱气处理设备由川铁总承包，由德国Vacmctal真空冶炼公司 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 、制造和供货。部分设备如真空槽体、铁合金料仓、料斗等钢结构件是由Vacmctal与西安冶金制造厂合作制造，RH-KTB的生产技术由川崎制铁提供。 二、RH真空循环脱气设备的主要功效 1、RH循环脱气法的诞生和发展 RH称为循环式真空脱气或环流式真空脱气法。1957年由西德鲁尔（Ruhrstahl）公司和海罗尔斯公司（Heraeus）共同设计并于1957年生产出第一台RH真空处理装置。最初RH主要是为钢水脱H2，随着解决一系列炉外精炼任务的需要，后来增加了真空脱碳、真空脱氧、改善钢水的纯净度及合金化和均匀化等的功能，由RH不断被扩展、引伸而诞生了RH-OB、RH-KTB、RH-PB等多功能的二次精炼设备。RH方法的特殊优点是，能够准确控制预先设定的冶金目标，保证迅速得出处理结果（这点对连续浇注来说是必不可少的），温度损失较少且能够顺利地进行一定规模的合金化。目前世界上有130座按循环脱气原理工作的设备投入使用，我国自1967年大冶钢厂从西德引进第一台RH装置后，循环式真空脱气处理的优势逐渐被认识并不断得到应用。 2、真空循环脱气工艺 真空循环工艺是将连续循环的钢流暴露在真空状态下，以去除溶解在钢水中的气体。这个工艺中的核心设备是真空槽，它是一个砌筑有耐材的钢容器，在容器槽的底部带有二个砌有耐材的通道叫浸渍管，在真空槽底下的钢包被提升，直至浸渍管浸入到钢包的钢水中一定深度后为止，然后通过一套与真空槽抽气管相连的蒸汽喷射泵对真空槽进行抽气，随之真空槽内的压力降低，钢液成柱状开始被提升进入浸渍管中，这是靠了在钢包中钢水 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面的大气压力差作用，一个大气压的压差使所产生的钢液柱高度达到1.4米。为了达到所要求的钢液循环流量，通过真空槽，在浸渍管的其中一个上将氩气喷射入钢水中，气体是通过穿过内壁工作砖的细管喷入的。这个浸渍管被叫做“上升管”或“进口浸渍管”。含有氩气的混合气泡沫化，并使钢水密度降低，最终导致在进口浸渍管上方的钢水高度大于在出口浸渍管中的钢水高度。上浮的氩气泡对一次连续循环的钢流提供了动能，使得来自钢包的循环钢流通过真空槽并再返回至钢包中。 在真空状态下，溶解在钢水中的气体被转化成分子结构状态，并通过真空抽气系统被去除。布置的随机真空料仓允许在不破坏真空条件下直接将多批次合金料加入在槽内的循环钢水中，这样就避免了在向钢水中加合金时所产生的氧化损失，同时在处理期间还减少了温度损失，在真空槽待机状态时通过采用连接在槽体上部的烘烤烧嘴，使得真空槽的耐材砌筑层始终处于大约1500℃的热状态。 3、ＲＨ－ＫＴＢ的特点及功效 3.1特点 3.1.1“KTB”本身是具有普通意义的一种单元工艺，它不仅用于真空循环脱气，还用于真空电弧脱气，VOD真空吹氧脱碳及将顶吹氧枪插入铁水或钢液中进行吹氧等多方面，据报道，在世界各国有用KTB法的炉外精炼设备已超过300套。 为改善钢材的韧性、深冲性和抗时效性，在精炼过程中使钢中含碳量降低到超低水平已势在必行。RH-KTB就是1988年由日本川崎钢铁公司在原RH的基础上为改进超低碳钢冶炼工艺而开发的新型顶吹氧循环脱气法。氧气从密封的真空室顶部的垂直氧枪吹入RH容器中，目的是加速脱碳、冶炼出含碳量[C]≤20PPm的超低碳钢。 3.2功效 ①在KTB方法中，有30%的氧用于CO气体的二次燃烧，二次燃烧率达到60%，使RH处理过程中的热损失得以补偿，因此可降低转炉出钢温度约26℃。 ②加速脱碳速率。在不延长RH真空处理时间的条件下，可在较高出钢含碳量下生产超低碳钢。实践表明，使用RH-KTB工艺时，转炉出钢终点[C]含量从0.025%提高到0.05%。 ③应用KTB法，稳定地降低了脱气终点的（T•Fe）和钢中的[O]。从而使连铸时由于钢水中Al2O3造成的浸入式水口的堵塞得到缓解，提高了板坯表面质量。 ④减轻了RH真空室的冷钢粘结。以前，RH真空室内粘附的残钢成为精炼超低碳钢时增碳或微量添加成分不合的原因，另外，在修补时由于真空泵下部槽的更换和真空室上部砖的拆运，需要长时间清理残钢，造成RH运转率低。用RH-KTB氧枪后，不仅可以使在KTB处理期间形成的残钢最少，而且还为处理凝聚在真空室内壁形成的残钢提供一种有效的清理工具，从而提高了真空室的寿命，减少耐火 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 的费用。 综如上述，用RH-KTB法生产超低碳钢，可降低出钢温度和提高出钢终点碳含量，使转炉的处理成本降低；同时减轻了RH真空室的冷钢粘结。另外，作为附加效益，用KTB法后，脱氧合金化时有可能使用价格便宜的高碳锰铁来代替价格高的低碳锰铁。 三、RH设备对钢液脱[H]的原理与应用 1、脱氢的基本原理 钢水和气相之间的平衡对于氢和氮的最终含量尤为重要，两种气体均以原 子结构溶解于钢水中，有关它们的溶解度在一定温度下是恒定的。这可采用Sievert“平方根定律”进行推定，它表明在一定温度下钢水中的气体含量与该气体在气相中的分压的平方根成正比，即在钢中气体的含量在一定温度下与气体在气相中的分压有关。 KN/Fe=[N]/√PN2各自的KN/Fe=[H]√PN2 {N2}=2[N]，{N2}=2[H] 根据平方根定律的定理，钢中氢和氮的溶解度完全取决于气体在气相中分压，当该分压降低时，它们的溶解度也随之下降。 1.1氢的来源及产生 钢水中的氢主要来自于所加入的炉料及铁合金原料中所含有的水分，以及耐火材料和钢水表面或钢液滴所接触的大气中的水汽。 在纯Fe—H系统中在1600℃，气相中分压1帕的条件下氢溶解度大约为ab+25PPm，同样氢的溶解度也依赖于温度与压力（看图1和图2）。 400 1700℃ 200 80 60 1600℃ 40 1700℃ 20 10 1 1600℃ ℃ 10-4 5 10-3 5 10-2 5 10-1 （图1） 50 10 5 2 1 0.5 α-Fe γ-Fe δ-fe 液态铁 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 （图2） 由于在钢从液态向固态转变过程中，溶解度迅速降低，从而导致分子结构的氢析出，在固化的钢中，分子结构的氢从钢中排出时所释放出的压力能聚集，达到超出钢的粘合强度的能力，这就导致了钢材内部的裂纹延伸，即产生了俗称的“白点”。 在固态中与铁结合的元素（铝、硅）或间隙元素（硼）均使氢溶解度降低，具有同样趋势的还有碳、硅、磷，相反铁（铬、镍）硫元素将使氢溶解度增高，同时象那些易形成氢化物的元素（铌）亦使氢溶解度增高。 2、脱氢 铁水中的氢浓度服从Sievert定律，如式2.1所示那样，与氢分压的平方根成正比。对于纯度高的钢水，服从亨利定律，设ƒH（氢的活度系数）≈1 1/2H2（g）=[H] （2.1） 当氢的分压为1/100时，[H]就成为1/10。在通常操作的真空度（1.33~6.65）×10-2Kpa条件下，[H]可达0.7×10-6以下。含有Ti、V、Cr、Ni、Mn等的钢（易发生白点的低合金钢），由于氢的活度降低，从平衡的观点来看，脱氢变得困难了。 2.1脱氢速度 如果考虑合金成分的影响，无论哪种方法都显示出大致相同的变化规律，脱氢率约60%左右。对于RH法增加环流速度，或者DH槽导入氩气，即如果强化真空槽内钢水的搅拌，则脱氢率增高，处理后的[H]的分散程度减小。这是由于脱氢速度增大，导致吸氢的影响相对减小的缘故。 钢包脱气处理后的[H]含量，比由平衡值预测的值要高，而且在实际操作中因为想缩短处理时间，所以脱氢速度成了问题。关于脱氢速度，从引入真空脱气法的时候，即以液相附面层中氢的传质是限制性环节为前提进行的 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 。 脱氢反应的容量系数值随脱气方法和操作水平的变化而不同，一般在（0.5-8.0）×10-3/S范围内，比其他气体成分的容量系数大，可知进行钢水真空处理时脱氢容易进行。一般情况下，为了缩短处理时间，钢包脱气法向着增大A/V的方向来改进操作，所以任何真空钢包脱气法都达到了[H]≤0.00015%的水平，在实际操作中脱氢几乎没有问题。 得到的容量系数值分散程度很大，这是由于脱气方法和操作条件不同，A/V有变化和吸氢速度不同所致。在实际操作中渣和钢的接触，必须考虑渣-钢间氢的移动。RH处理时渣及钢水中氢的变化如图。 5 4 3 2 1 0 0 5 10 15 20 可以说在氢从渣中往钢水中传质的同时，进行着钢水的脱氢反应，从渣中吸收的氢量随脱气方法和操作条件的改变而发生变化。 2.2吸氢 钢包脱气时的脱氢速度大，如果进行真空脱气就更容易进行脱氢，处理后钢水中的氢含量就容易达到目标值（[H]≤0.00015%）。为了有效地进行脱氢，稳定地得到[H]≤0.0001%的结果，特别是对于铬和镍等含量高、氢活度降低的低合金钢，必须考虑吸氢含量。 脱氢后钢水的氢氧平衡如图，氢的溶解度也显著增大。即使在冬天干燥期，脱氧后的钢水中氢含量也接近0.001%；夏天则更容易达到饱和值（[H]=0.0022%）。 0.006 0.004 РH2=1atm РH2+РH20=1atm 0.002 0.5 0.001 0.2 0.0006 0.1 0.0004 0.05 0.0002 РH20 /atm= 0.03 0.01 0.0001 0.001 0.004 0.01 0.04 0.1 0.4 钢水中氢和氧之间的平衡（1600℃） 在实际操作中，物质平衡和吸氢是个问题，从空气中吸氢并没有进行到平衡值为止。通过减少与反应有关的水蒸气接触来抑制吸氢量。再者，选择脱氢速度大的操作条件，减少吸氢的影响，降低真空脱气后的氢含量。 但是，脱气、脱氧后的钢水和水分接触后，几乎全部的水分都有可能被钢水所吸收，所以关于保温剂和钢包耐火材料及中间包耐火材料中水分的控制，要特别的注意。 除了由水蒸气-钢水反应吸氢之外，还考虑到由水蒸气-渣-钢水反应吸氢的问题，所以为了稳定地熔炼低氢钢，必须把气相-渣、渣-钢水界面的氢的传质速度定量化，选择吸氢速度小的操作因素（水蒸气分压、渣量及化学组成，渣-金属接触状况）。 关于含有氢氧根离子的渣和钢水的反应，及钢水从渣中吸氢的速度，还没有定量的结果，但可以认为渣中的氢氧基是按（OH）=[H]+[O]反应转移到钢水中的，氢更容易从渣中转入脱氧后的钢水。为了降低钢包精炼时及精炼后的吸氢量，有效的方法是：减少渣量，不提高碱度，降低Al2O3含量及使用MgO代替CaO等。 为了稳定地生产低氢钢，不仅要定量分析气相-钢水间氢的移动，必须确立从粗精炼到凝固为止的过程中的脱氢对策（防吸氢对策）。随着分割精炼法的进步，在转炉中进行大幅度削减石灰使用量的低渣比吹炼，转炉吹止[H]也显著降低，如图所示。另外，钢包内渣量少的时候，铸模内钢水中的[H]降低。如果能够防止钢包精炼时及精炼后从渣中吸氢的话，有可能会容易地生产出低氢钢。将来的脱氢技术也应该考虑渣量和渣成分，不仅对精炼，对连续过程也要进行。 0.0006 [H]=1.27+0.040×CaO（kg/t）（r=0.855） 0.0005 0.0004 0.0003 少渣操作 0.0002 0.00015 常规操作 0 0 10 20 30 40 50 60 石灰使用量和吹止[H]的关系 四、RH吹氧设备的应用 1、RH中增加吹氧功能的由来 1.1RH工艺进化的必然 随着RH精炼功能的扩展，在生产超低碳钢方面体现出其特殊优势。鉴于操作上的原因，从转炉出来的钢水，其含C量稍大于500PPm比较理想，但同时注意到，这样进入RH后，如果只借助于自然脱碳，虽可用增加环流量等方法，但要将[C]降低到100PPm以下需要RH处理很长时间，且温降较大，因而不利于与铸机很好的配合。因此要在真空室内达到所需的脱碳程度并提高脱碳速率，必须在真空条件下吹氧进行，由此出现RH吹氧的各种工艺，主要代表是RH-OB和RH-KTB。 以前，RH工艺要求转炉出钢[C]<0.03%及较高的出钢温度，致使转炉操作中铁损较大回氮现象严重且对耐火材料的侵蚀增加。而采用RH-OB和RH-KTB法可使转炉操作优化，铁损减少，含[N]量得到控制。另外由于RH是利用溶解氧、溶解碳铁损肯定少。从传输现象和有关研究表明，由于钢中氧浓度的增加提高了脱碳反应的驱动力从而促进脱碳反应，故向RH真空槽吹氧，可有效地提高钢液的脱碳反应速度，从而解决了高碳浓度区域内的氧气供给速率问题，大大缩短了同样含碳量下的RH处理时间。而从热力学角度来看，RH内吹氧也是对钢液进行热补偿的一种有效手段。 1.2RH-OB和RH-KTB的比较 RH-OB吹氧，氧气通过真空室下部侧壁上水平设置的双层不锈钢浸入式喷嘴而吹入循环流动的钢水中，内管吹氧，内外管间隙通Ar或N2对喷嘴进行冷却。其氧气的利用率不如KTB，二次燃烧效果也很微弱，为补偿RH处理过程中的温降，需要配合向真空室加Al吹氧来升温，但容易造成钢液中Al2O3夹杂的增多而影响钢水的纯净度。 另外，由于吹氧的OB管直接与高温钢液接触，加速了对浸入管根部砖衬的侵蚀，因此OB管的寿命也很低，一般少于200次，而且无法避免浸入管的法兰盘漏气而引起的增氮，与之相比RH-KTB就完善了很多。 2、RH中KTB吹氧对脱碳反应的影响 在RH-KTB处理开始，由顶枪Laval喷嘴供氧以完成吹氧脱碳，吹氧精炼后，喷枪升高放位置。 就脱碳平衡来说，吹氧对脱碳反应方程的形式表面上没什么影响，因为吹氧对脱碳来说依然是C、O平衡。但实际上已影响到方程中的某些系数或量值的改变而导致脱碳反应速度加快，表观脱碳常数增大。即吹氧对于脱碳过程的影响是隐含在某些形式一样但内容已受吹氧改变的各项中。故脱碳反应模式可以用下式描述： [C]=[C]i·EXP[-Kc·t] 其中[C]i是钢液初始含碳量 但表观脱碳常数Kc值比常规RH有所提高，实验表明：与常规RH相比，KTB法的Kc从0.21min提高到0.35min。 川崎钢铁公司的研究表明：对不吹氧的RH，其脱碳反应主要由于处理过程中C的传质所控制。常规RH中，初始[O]浓度对脱碳速率有很大影响，且脱碳速率随[O]浓度的降低而降低，因此为保证一定的脱碳速率，须使最初的钢水具有较高的[O]浓度，故一般要求转炉出钢时[C]≤0.02%，且[C]/[O]≈0.66。 另外可知，RH-KTB脱碳速率由氧的传质所控制。在[C]>300PPm的高碳浓度区，即使在相同的[O]浓度范围内，KTB法的脱碳速率也比常规RH要大。因此不仅在[C]和[O]相比较高时，KTB可以完全支配O2的传递，即使在低真空的脱碳反应初期，KTB也是提高脱碳速度，缩短RH处理时间的有效方法。 KTB法可允许转炉处钢时[C]从0.025%提高到0.05%，此时的[O]从600PPm降至300PPm，[C]/[O]>0.66，但由于KTB向真空室的钢水供氧，故仍使KO保持较高值。研究表明，一般在[C]L>100PPm的范围内，主要由吹氧来控制脱碳反应，且脱碳速率随着[O]L的增加而增加，而在[C]L≤100PPm下吹氧的实际意义就不大了。 五、RH真空条件下脱碳的原理与实践 为了降低碳含量使成品钢材满足深冲要求，过去二十年来，真空下脱碳的理论和工艺得到了很大的发展，并进一步促使更多的钢厂采用RH真空脱气装置，目前世界上已经有超过180余台RH投入生产，国内（不含台湾）也发展到15台。 通过降低CO气体的分压，促进[C]+[O]→CO（g），就能实现RH真空处理的快速脱碳。假设钢包和脱气容器构成一个钢液完全混合的容器，在这一反应区域碳含量为速率控制因素，则脱碳反应可以表示为： C（t）=Co•（-Kc•t） （1） 其中，脱碳速率Kc=（Q/W）•ρ•αk/（Q+ρ•αk） （2） 上式中，C（t）为钢包内经过脱碳时间t（min）后的碳含量（PPm），钢包初始碳含量为Co，αk（m3/min）为与处理容器有关的脱碳容量系数，Q为环流量（t/min），W为钢水总量（t）。 从上述两个式子可以看出，RH的脱碳速度主要取决与环流量和脱碳容量系数，而这两个参数是和RH装置的工艺、设备以及处理过程密切相关的。 1.关于RH真空脱碳的方式 根据许多的研究报告，RH真空槽内的脱碳大致可以分为钢水自由表面的CO生成反应（表面脱碳）、环流氩气等气泡CO的吸附反应（气泡脱碳）及钢水内部的CO气泡产生的反应（内部脱碳）。 由于钢水中生成CO气泡的反应能够同时影响环流量和脱碳容量系数，导致即使在真空度较低的脱碳初期，其脱碳速度也很高，反之在处理周期的后期，脱碳陷入停滞，日本的胜田和岸本等人对钢水碳含量较高时（大于200PPm）的表面脱碳进行了研究，得出表面脱碳所带来的影响很小，但在钢水中碳含量很低（低于20PPm）。北村等认为表面脱碳所带来的影响比内部脱碳要大。 2、对脱碳工艺参数的分析 从对RH脱碳过程的理论分析可以看出，脱碳的速度取决于钢水流量和脱碳容量系数，而它们又是和设备和工艺参数紧密联系的。 2.1增大环流气体流量 毫无疑问，增大环流气体的流量将增大钢水环流量，可以看出，对提高脱碳容量系数也是有益的，但是，环流量的增大，尤其是脱碳初期使用大的环流量使钢水的飞溅增多，形成碳污染，对脱碳不利；此外，初期的大环流量也对达到高真空度的时间有较大影响，因此生产超低碳钢强调合理的环流模式和合理提高环流气体流量。 2.2提高真空度 提高真空度有利于提高排气速度和环流量，更高的真空度意味着更低的平衡碳含量，一些研究认为，尽快使每次处理达到高真空度也是重要的。但是，对于一定的设备来说，提高真空度是有限的。 2.3增大下部槽和浸渍管的内径 鉴于减少飞溅钢水对深脱碳的不利影响，增大下部槽或者浸渍管的内径提供了一种增大环流量的而不使飞溅钢水大幅度上升的可能性，但对设备参数的改变最大的障碍还是在于设备本身。 2.4改变喷嘴位置 如果喷嘴浸入液面的深度越大，由于气泡在钢水内上升的路径延长，这意味着钢水中滞留的气相体积分数更大，有利于脱碳，但Чymkob采用理论模式计算后发现，将浸渍管加长可以提高环流量，但过长则效果变差，原因是因为飞溅钢水量因增加气泡上升距离而增大，在 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 上也将带来诸多问题。 2.5在钢水内部形成更多弥散气泡 kuwabare和舆ó认为在极低碳钢水中的脱碳陷入停滞是因为钢水内能够生成CO气泡核的地点变少的缘故，为了促进此时的脱碳，在钢水引入大量的弥散气泡是加速脱碳的有效方法。 2.6真空槽的烘烤 大的环流气体和较深的喷嘴位置能够加速脱碳，但带来的问题是真空处理中的钢水喷溅量大，这可以从处理后的槽内清理得以证实。这部分粘着钢水将妨碍RH处理的深脱碳，因此强调真空槽的烘烤，即在真空槽上部装入烧嘴实行在线烘拷，使槽温即使在处理间隙也保持在1450℃，可以有效减少钢水的附着量。 3.加速RH真空脱碳的工艺进步 3.1扩大浸渍管管径 扩大通气管管径将同时增大环流量和容量系数，但问题是通气管管径要受钢包空间的限制。川崎鹿岛厂的办法是采用椭圆形的浸渍管，使浸渍管的内径从Φ3200mm圆形扩大到3200*3800mm椭圆形，抽真空能力保持不变，测定的环流量从105t/min升高到220t/min，可以在20分钟内将RH处理终碳稳定控制在15PPm以内，此前，即使通常是更长的处理时间，平均的处理终碳也将近20PPm。 3.2RH真空室下部槽侧吹氩 最初是新日铁大分厂采用淹没式喷枪喷粉吹氩的RH-IJ法，在进行脱硫的同时发现具有很好的脱碳动力学条件，但飞溅很强烈，且喷枪过深则氩气泡及相应的两相流不能全部进入上升管内。经改进，新日铁广田厂通过布置在RH在真空室下部槽底的七支侧吹喷嘴进行吹氩是一种有效的强化脱碳措施。适当的吹氩不会加剧飞溅和影响真空度，但能够更有力地增加RH真空室内的气液两相界面积。此技术投入运行后全程脱碳都有益，特别是终点碳达到10PPm的命中率显著提高了。 3.3RH真空室充氢气 当钢水中碳含量很低时（例如30PPm以下），脱碳的速率很慢，几乎陷入停滞，原因在于此时钢水内部能够提供给CO气泡非均匀的核心很少，造成式（2）中αk变小。如果在环流气体中加入一部分氢，[H]在低压下很容易形核，且初生气泡很小。通过溶解的氢在真空槽内再次产生沸腾，因而能诱发原已近于停滞的熔池内部脱碳反应，RH处理的终点碳可以稳定在6-7PPm的水平。 充氢有两种方式：其一是真空度不变，边充气边脱碳。在此次过程中，[H]为维持在3PPm水平。其二是适当减小真空度，使[H]达到5-10PPm。 充氢处理并不影响最终的氢含量，因为在真空条件下，脱氢很容易。该工艺的工业试验也证明了这一点。 3.4REDA结构 越来越多的研究关注RH处理后期的脱碳频于停滞的现象，日本的学者报道了新开发的REDA装置，其特点是采用大口径单浸渍管和底吹氩钢包。在175吨和350吨级的工业试验中，可以在20分钟内稳定将碳脱至10PPm以内，最低达到3PPm。 之所以该装置能够取得很好的脱碳效果，来源于两方面的因素：1.钢包底吹，深的熔池和相对较大的氩气流量保证能够形成比较多的气液界面。2.大口径单浸渍管保证较少的冷钢粘结。3.氩气底吹使钢水的混合更好，有利于碳和氧的传输。 为了加速RH真空脱碳和获得更低碳含量的钢水，近年来，对钢水飞溅和脱碳处理后期脱碳陷入停滞的研究得到了重视，其研究成果相继在一系列RH处理新工艺、新设备和新技术的开发过程中得以体现并取得良好的应用效果。 六、RH真空条件下冶炼超低碳钢的原理与实践 1、超低碳钢的脱碳工艺 1.1脱碳工艺的主要参数 有关RH脱碳模型，新日铁的副岛利行和川崎的住田则夫等曾经提出RH真空室内和钢包内钢水完全混合模型、上升管内Ar气泡的脱碳模型和喷溅金属脱碳模型等3种数摸。由于后2种模型经生产实践证明与实际偏差较大，特别是在低碳（[C]<0.01%）范围，其偏差就更大。因此，多采用第1种脱碳模型。这一脱碳模型描述钢液反应速率与钢液中碳浓度的比例关系，且以钢液中碳的扩散为C-O反应的限制性环节。其表达式如式（1）。 [C]L=[C]L0exp（- Kc·T） （1） 式中：[C]L：碳浓度（µg/g） [C]L0：起始碳浓度（µg/g） Kc：碳表现传质系数（min-1） T：RH处理时间（min） 其中： Kc=Q/V·ακ/ Q +ακ （2） 式中：Q：钢液体积循环量（m3/min） V：钢包内钢液体积（m3） ακ：脱碳过程容积传质系数（m3/min） 从式（1）中可见，Kc值越大，则脱碳速率越快，处理时间越短。从式（2）中可见，Kc与钢液循环量的关系，在体积传输系数ακ一定的情况下，Q值越大，则Kc值越大。因此RH大循环量的确立，将加快脱碳速率，减少脱碳时间，缩短整个RH处理周期，以满足连铸的生产节奏。RH脱碳工艺的参数主要取决于钢液中起始碳含量以及RH钢液循环量，而钢液循环量主要由提升气体氩气流量和循环管内径决定。 为使RH处理后碳含量降得较低，转炉出钢时的碳含量通常控制在0.030%左右，这样有利于自然脱碳条件下精炼终点碳较低。见下图所示。 1000 800 600 400 200 0 100 200 300 400 500 住友金属鹿岛第二炼钢厂250吨RH的脱碳工艺就是应用上述脱碳模型的成功范例。该厂为解决超低碳钢RH精炼与连铸匹配的问题，将RH循环管内径由Φ500mm增大到Φ570~750mm，循环气体流量控制在2000~3000NL/min之间。时间表明循环管内径增大为Φ650mm，循环气体流量为2000NL/min时，钢液循环量由原来的100t/min增大到150t/min，碳由300µg/g降到15µg/g的处理时间仅需16min。生产C<30µg/g的超低碳钢，RH全部处理时间由原来的35min减少到23min，实现了RH精炼与连铸工序之间的匹配。 RH的脱碳速度与真空室的减压速率有关，因此鹿岛、内陆等钢厂增大了真空泵的排气能力以提高减压速率。 根据美国内陆钢公司第四炼钢厂的生产实践，一般来说，自然脱碳速率可达34µg/min，用户可根据工艺流程、生产节奏确定RH脱碳时间。 2、优化工艺的依据 2.1驱动气体控制的依据 2.1.1在超低碳钢的处理中，真空度越好则C-O反应也就愈加激烈。真空条件下C与O的亲和力远大于其他元素,C-O反应与真空度的下降成正比，这就要求在处理中应尽可能在短时间内使全泵投入工作以加快C-O反应的速度。由于处理前期钢中所含的[C]与[O]较多，反应产生大量的气体，大大加重了工作泵的工作压力，无法及时地抽出废气，造成真空度上升缓慢，而大量产生的反应气体此时也是驱动气体的一部分。如果我们适当地控制驱动气体地流量，在确保环流的基础上使这部分气体流量尽可能地缩小，这样就能适当地减轻工作泵的压力，使真空度尽可能快地达到高真空度的目的。 2.1.2在脱碳的中后期，当C-O反应趋于平稳，反应气体大量减少，真空度也随之达到高真空度。此时钢水的搅拌不如开始那么激烈，C-O反应速度由于反应面积的减少而变得缓慢。此时如果增加环流气的流量，增加钢水的搅拌力就能达到增加C-O的反应面积，加快C-O反应速度的目的。同时增加环流气也可增加钢水的循环量，在相同的时间内可增加钢水循环。 3．KTB强制脱碳的依据 二炼钢RH与以前的设备上最大的区别即在于KTB系统。它的存在使在供氧为限制性环节的脱碳初期，向真空状态钢水液面吹氧以促进脱碳以及由于发生的CO气体的二次燃烧其燃烧热量用来加热钢水成为可能。 在过去的操作方法中始终要在有过剩含氧量的区域范围进行处理。而以前的OB法因氧枪是埋在钢液下进行供氧，因此供氧更多的是使钢中[O]含量增加而非二次燃烧。采用KTB方法则可以在脱碳初期的区域范围进行吹氧产生二次燃烧。比起仅靠环流来脱碳，其结果是可以得到比过去常规操作方法要快得多的脱碳速度。这是因为在脱碳初期低真空度下的脱碳时,由于气体的扩散阻力的增加限制了脱碳速度的提高。由2C+ O2=2CO及2CO+ O2=2CO2可知，不使用KTB供氧时的脱碳一般只存在第一种公式的反应，而当槽体内的CO含量相对稳定时反应趋于平衡，脱碳速度也随之稳定，同时大量反应气体的产生也限制了真空度的提高,使脱碳速度受到限制。当采用KTB供氧时则二种公式的反应同时产生，这时由于CO的急剧减少使[C][O]反应速度得以加快，而二次燃烧又并不会产生更多的反应气体，从而使真空度也能较快的降低。因此KTB的供氧可以有效地提高脱碳速度。同时在脱碳初期如遇[C]比较高而[O]比较低时，为了不使[O]成为限制性环节，更要采用KTB供氧以使[O]与[C]成比例，以提高脱碳速度。由此可知在真空度低的脱碳初期，从提高脱碳速度的立场而言，由KTB法供氧是相当重要的。特别是在提高出钢[C]而降低[O]的时候更为明显。但在脱碳的中后期由于[C][O]含量的降低,反应趋于平缓，反应气体大量减少，真空度充分地高，排出气体内CO及CO2的 含量大大降低后，为脱碳而进行KTB已不在需要了。综上可知,为提高脱碳速度有必要在脱碳初期进行KTB处理。以上的依据川铁提供的KTB操作技术及原理为依据的，下图是对比KTB法和常规操作法的脱碳速度。 KTBO2吹入 600 KTB法 400 常规法 200 0 5 10 15 20 25 T 脱〔C〕时间 4、实践生产中的注意问题 4.1冷钢问题 RH真空槽内的冷钢是影响RH处理超低碳钢脱碳效率的因素之一，冶炼超低碳钢要求冷钢越少越好。在冶炼超低碳钢前应提前用KTB化去槽内冷钢同时处理一炉低碳钢以洗槽。 4.2合金增碳问题 处理超低碳钢时应注意所加入的合金的增碳问题。一般此类钢种所加入合金的含碳量是极低的，但我们应注意料仓的“清洁”，避免超低碳合金受“污染”。同时采用现时的处理方法，在某些特定的状态下需加入碳粉降温，这就需要注意加料过程中碳粉是否添加干净。因为只需留下极少量的碳粉对超低碳钢的成品[C]就会造成很大的回升。我们应在加完碳粉后使合金添加程序空走一遍以确保碳粉添加干净，避免回碳。 4.3测温枪的准确性 由于超低碳钢的合金添加多少是由测温定氧的结果来决定的，因此对测温枪的精度要求很高。在处理前必须经过校正以及与CC的比对以确保其准确性，同时处理时要避免连续测温以防止测温枪温度上升引起偏差。 七、结论 近年来，对于超纯净钢需求量的增加，给二次精炼工艺提出了更高的要求。各国都致力于在钢的处理广度（品种）和深度（纯度）上研究开发RH工艺，使RH应用在处理超低碳钢、超低硫、超低磷钢等超纯净钢方面得到很大发展，并使RH高速高效化，以适应与连铸的匹配。从RH法的发展看，有两个明显特点：一是处理功能和范围的充实和扩大，二是从处理大量特殊钢到大批量处理一般钢种。以日本新日铁为例，该公司采用RH真空处理的钢水量已占钢水量的50%左右。目前RH装置不仅可用于处理一般钢种，而且已成为生产超低碳钢、高级硅钢（无取向和取向硅钢）及IF钢的首选精炼工艺，并适合于与吨位大于50t的转炉或平炉及大型电炉配套使用，其后多与连铸匹配。今后，RH还将立足于本身的功能并进一步向钢包精炼多功能集约化和批量生产高附加值产品的方向发展，并日益受到国内外钢铁界的重视。 参考文献： １、《炉外精炼—向多品种、高质量钢大生产的挑战》 （日）尾冈博幸 ２、多功能二次精炼工艺的发展　　（日）Ｋｏｉｃｈｉ　　Ｅｎｄｏｈ等 ３、《上海金属》　　ＲＨ法主要精炼工艺的发展与应用　　郭雷　 ４、《炼钢》　　ＲＨ－ＫＴＢ及其ＲＨ真空精炼方法　　张春霞等 ５、《第十届质量与非金属夹杂物控制学术论文集》　ＲＨ真空精炼加速脱碳工艺的发展　　郑庆等 ６、《钢铁》　　ＲＨ真空脱气过程的模拟研究　　张洪平　　谢裕生 ７、精炼工艺内部资料 游离氢、氮含量 压力 氢溶解度 PPm 温度 ℃ 图例� 处理前� 处理后� � 少渣吹炼� � � � 过去方法� � � � [H] *10-4% [H] *10-4% 氢含量% 氧含量% 吹止[H]% 石灰使用量/kg·t-1 含氧量цg/g 含碳量цg/g 脱碳前后碳—氧含量 [C]ppm KTB法和常规法的脱碳对比图 1