rh精炼工艺培训教材

rh精炼工艺培训教材内容摘要：

数 处理容量、循环因数、处理时间、循环流量、真空度，真空泵的抽气能力等参数都是循环脱气法在设计和操作时应考虑的主要工艺参数。 处理容量 处理容量指的是被处理钢液的重量。 对于 RH 法，其处理量的上限在理论上是没有限制的。 而处理容量的下限，即 RH 法处理的最小容量，则取决于处理过程中温降的情况。 当处理容量小于 30 吨时，钢液的温降相当显著。 为保证一定的开浇温度，只有提高出钢温度或缩短处理时间，而这两种办法都会使处理的效果降低。 处理时间 钢包在 RH 工位的停留时间称为处理时间。 该时间的绝大部分一 17 直在进行真空脱气，所以脱气时间略短于处理时间。 为了使钢液充分脱气，就要保证有足够的脱气时间。 钢水通过一定时间的真空脱气处理，气体含量及夹杂物都能不同程度的减少。 循环因数 循环因数 μ 即循环次数，是处理过程中通过真空室的总钢液量与处理容 量 Q 之比。 可用下式表示 ： μ =wQt 式中 w— 循环流量， t/min t— 脱气时间， min 在脱气条件（循环流量、驱动气体流量、真空度）一定时，返回钢包的钢液气体含量也就一定。 这样，循环开始后，进入真空室的钢液气体含量主要取决于已脱气钢液返回钢包后与钢包中钢液混合的状况。 为了使氢含量较高的钢液有效的脱氢，例如要求最终氢含量小于2ppm，则循环因数必须取 5或 5以上。 循环流量 单位时间内通过真空室的钢液成为循环流 量。 它的大小主要决定于上升管直径和驱动气体的流量。 循环流量与驱动气体、上升管内径的关系式如下： ω =α 式中 α —— 常熟 d—— 上升管内径， cm 18 G—— 驱动气体流量， l/min 循环流量是 RH 设备特性和工艺的重要参数，因此人们对它进行了大量的研究。 以下就各种参数的影响情况进行讨论。 （ a）气体流量 研究结果表明，气体流量增大时，环流量也增大，但当气体流量增大到一定程度时，环流量会达到饱和。 （ b）环流管内径 环流管径增大时，使环流截面积增大，从而减小钢液循环流动的阻力， 提高驱动气体的抽引效率。 所以，环流管径增大，环流量亦随之显著增大。 （ c）吹入气体深度 许多研究结果都表明，环流量与吹入气体深度的平方根成正比。 当然，在吹气深度很小时，上升管由于气泡行程太短，气液间混合不好，使换流量显著减小，和吹入深度的平方根不成比例。 总之，较大的吹入气体深度，有利于气泡的分散和膨胀，使其作用于液体的时间和形成加长，从而更充分地发挥驱动气体的抽引效率，增大换流量。 综上所述，提高环流量的途径有：增大吹入气体流量；增大环流管内径；在可能的条件下增大吹入气体深度。 真空度 真空度处于真空状态下的气体的稀薄程度称为真空度，通常用气体的压强来表示。 压强值的单位很多，国际单位制中压强的基本单位 19 是 Pa（帕）。 为了方便起见，人们通常把低于大气压的整个真空度范围划分成几段。 真空范围的划分国际上通常采用如下办法： 粗真空 ＜（ 760～ 1） 中真空度 ＜（ 1～ 103） 高真空 ＜（ 103～ 107） 超高真空 ＜ 107 工作泵抽气能力 工作泵抽 气能力大小，应根据处理的钢种、处理容量、脱气时间、循环流量以及处理过程中钢液脱气规律来确定。 真空循环脱气过程中，气体的析出速率是不同的。 在处理前期由于钢液原始含气量大，而后期气体析出量大为减少。 如果按脱气高峰来考虑真空泵的抽气能力，则所选真空泵的抽气能力会偏大，而按整个脱气时间的平均脱气量来考虑，则抽气能力又偏低。 比较合理的方法，是按脱气过程中钢液脱气规律来考虑真空泵的抽气能力。 第三 章 RH 生产工艺 循环脱气法工艺是一种用于生产优质钢的钢水二次精炼工艺。 整个钢水冶金反应是在砌有耐火衬的 真空槽内进行的。 真空槽的下部是两个带耐火衬的浸渍管，上部装有热弯管，气体由热弯管经气体冷却器至真空泵系统。 钢水处理前，先将浸渍管浸入待处理的钢包钢水中。 与真空槽连 20 通的两个浸渍管，一个为上升管、一个为下降管。 由于上升管不断向钢液吹入氩气，吹入的气体受热膨胀，从而驱动钢液不断上升，流经真空槽 钢水中的氩气、氢气、一氧化碳等气体在真空状态下被抽走。 脱气的钢水由于自身重力的作用再经下降管流入钢包，就此不断循环反复。 、真空冶金基础 钢中的气体 钢中包含着一定量的元素，它们在通常状态下，是以 气态形式出现的，这些元素是氢、氧、氮，通常称为钢中的气体。 氢→｛ H2｝→ 2[H] 氮→｛ N2｝→ 2[N] 氧→｛ O2｝→ 2[O] 钢中气体既可少量溶于钢中形成固溶体，部分也可存在于板坯等气泡或气孔中，也可与钢中其它元素形成氧化物、氮化物等以夹杂物形态出现。 钢中的气体在绝大多数情况下将导致钢材性能恶化乃至报废。 因而现代钢铁生产中，必须把气体去除到规定的数值之下。 在炼钢生产中，钢中的气体主要来自： ●入炉原材料 ●炉气及各种吹入气体 ●铁合金 ●出钢及浇注过程中周围气氛 21 ●与钢水相接触的各种材料等 由于常规的炼钢工艺，其钢水总是与上方的炉气等相接触，因而总有部分气体溶入钢中，引起钢中气体含量增加。 去气途径 现代钢铁生产中，去气途径主要有三种： ●利用粗炼钢阶段脱碳反应所产生的强烈沸腾，将钢中溶解的气体排除。 其原理是基于脱碳过程中产生的无数 CO 气泡中氢、氮的分压 PH PN2 为零，也即每个气泡类似于一个小的真空泵，随脱碳过程进行，钢中溶解的气体不断向气泡扩散，并排至炉气中。 ●吹入惰 性气体 Ar 其原理同上。 但这两种方法，由于受到沸腾程度及上方气氛限制，及其后操作因素的影响，最终成品气体仍无法达到很低程度。 ●真空处理 真空处理是将钢液置于真空下，基于下述均方根定律，随压力下降，使钢中气体不断被抽走并使之降到很低的水平。 S=K SP 式中： Ps 为分压； S为气体溶解度； K为常熟 此方法的优点是由于熔池上方始终保持很高的真空度，因而最终的气体含量可控制到很低的水平。 真空脱气物理化学基础 真空脱气反 应研究主要是两个方面：一是脱气反应的热力学；二是脱气反应的动力学。 22 热力学是研究脱气反应的方向、反应条件、反应最终能达到的平衡浓度也即脱气的程度。 就真空脱氢、脱氮及碳脱氧而言，由于反应产物是气体，故按热力学平衡原理，随气相压力不断降低，脱气反应将不断进行，直至达到某一压力时，达到新的平衡状态。 因而可以说降低气相压力是推进真空脱气反应的原动力。 动力学是研究脱气反应的速度，达到平衡状态（确切地说是达到接近平衡状态）所需的时间。 实际研究中，通常将每个脱气反应分隔为几个步骤，并把其中最慢的过程称 为反应的限制性环节，然后通过理论推导与实验相结合的方式，确定限制性环节的速度计算式，由此即可确定脱气反应的时间。 真空脱气反应通常可分为以下几个步骤： ●被去除元素扩散至反应界面 ●发生反应 就脱氢、脱氮而言，反应是指从原子状态转向分子状态；对脱碳，脱氧反应是指碳氧反应生成一氧化碳气体。 ●反应产物气体去除 研究表明这三个过程中，第一步最慢，是脱气反应的限制性环节。 RH 处理目的及功能 RH 处理的主要目的是真空脱碳、脱气、脱氧、调节钢水温度和化学成分。 RH 处理方法主要有本处理、轻处理和吹氧脱碳等。 不同 23 的处理方法对应不同的 RH 处理功能，可以达到不同的冶金效果。 RH本处理主要功能为脱氢、成分温度调整及促使夹杂物上浮； RH 轻处理除了成分温度调整及促使夹杂物上浮功能外，可以通过先行脱碳的方式降低钢中的 [O],节省合金并提高钢水的纯净度；顶枪吹氧功能主要是强制脱碳冶炼超低碳钢、吹氧化学升温及喷粉脱硫；对成分 [Ca]有要求的钢种， RH 通过喂 CaSi线对钢水进行改变夹杂物形态的处理。 根据 RH 处理的必要性（钢种技术条件要求）将 RH 的适应钢种分为如下几类： 项目 定 义 钢种 RH 指定钢种 制造工艺上必须经过 RH处理的钢种 本处理型、吹氧脱碳型等 RH 准指定钢种 RH 处理后对成本质量有利的钢种，也可根据情况不经过 RH 处理 轻处理型、镇静钢 RH 处理模式 轻处理模式 轻处理是指在 6～ 26Kpa 较低真空度下进行成分、温度调整的处理方式。 基本可分为未脱氧钢水的轻处理模式和完全脱氧钢水的轻处理模式两种。 完全脱氧钢水的轻处理模式工艺比较简单，只是成分和温度的调整。 下面重点介绍未脱氧钢水的轻处理模式。 24 在 RH 真空状态下，利用碳氧反应降低钢 水中的游离氧浓度可以节省脱氧所需的合金铝、同时碳脱氧提高了钢水的纯净度。 钢水在转炉钢包中不进行完全脱氧，在 RH 工序对钢水进行真空处理，在一定真空度下，碳氧发生反应立即产生 CO 气体， CO 气体通过槽体和排气管被抽走。 通过抽真空降低了碳氧反应的平衡，钢水中的游离氧因和钢水中的碳反应得以减少，这样脱氧所需的合金铝可以减少并保持在较低的水平。 同时铝加入量减少导致脱氧所产生的夹杂物也相应减少，有利于钢水的纯净。 本处理模式 本处理是指在低真空度（气压小于 ）下，以去除钢水中的 氢、氧（脱氧生成物）为目的的真空脱气处理方式。 钢水按通常处理在转炉进行完全脱氧，在出钢过程中可以添加部分合金， RH 真空处理开始。