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攀钢RH真空装置特点及处理效果

雷辉  李利刚

（攀枝花钢钒有限公司提钒炼钢厂，攀枝花  617000）

摘 要：本文介绍了攀钢RH真空处理装置的主要装备，该装备为攀钢提高钢水质量和品种开发提供了保障。分析了代表钢种的RH处理效果，并重点分析了超低碳钢生产过程中存在的主要问题，建议在RH处理间隙时间加强真空室冷钢的清理，并采用无碳钢包及微碳合金，进一步提高真空脱碳效果，达到提高IF钢成品碳含量≤30×10^-6比例的目的。

关键词：RH  脱气  脱碳  效果

1 前言   

RH循环脱气法是一种重要的炉外精炼方法，具有处理周期短、生产能力大、精炼效果好、容易操作等一系列优点，在炼钢生产中获得了广泛应用。攀钢提钒炼钢厂于1997年11月投产了第一台RH－MFB真空处理装置，经过二、三期工程建设，相继又增加了两台双工位的RH－TOP真空处理装置。目前，攀钢拥有3台RH真空精炼装备，该装备为攀钢新产品开发，提高产品质量及产品升级起到了非常重要的作用。

2 RH主要装备

攀钢130tRH装置主要由真空室系统、真空系统、合金与渣料添加系统、顶枪加热系统、液压提升系统、水处理系统和自动控制系统等构成。真空系统有四级蒸汽喷射泵，为了满足脱碳及脱氢能力，第三、第四级喷射泵采用了并联形式以加强抽气能力。合金与渣料添加系统由16个高位料仓、3个称量料斗、皮带机、真空料斗、合金溜槽等构成。攀钢130tRH装置主要设计参数见表1。

2.1 多功能顶枪系统

多功能顶枪（MFB）具有吹氧脱碳、加铝吹氧化学加热及吹煤气/氧气燃烧加热功能。其主要由升降装置、密封通道、点火烧嘴、MFB枪及废气排放装置等组成，见表2。攀钢板坯RH－MFB主要是用于吹氧，在生产超低碳钢过程中进行吹氧强制脱碳。

2.2 整体真空室系统

插入管与真空室采用整体焊接，真空室顶盖靠重力及密封件与真空室连接密封，减少漏气情况的发生，其主要参数见表3。

2.3 真空泵系统

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。真空泵系统是RH装置的核心，选择合适的真空泵系统直接关系到真空精炼的冶金效果、生成成本和冶炼时间，其主要参数见表4。

真空泵系统主要由三级增压泵和二级并联的喷射真空泵系统组成，带有二台中间冷凝器和一台末级冷凝器及一套真空压力调节装置。冷凝器的作用是将前级喷射泵排出的蒸汽冷凝成水以提高后级喷射泵的效率。五级真空泵降低了第二级增压泵的负担，减轻了第二级真空泵弯头处的磨损，提高了真空泵系统的可靠性和稳定性，降低了真空泵的能耗，增加了真空度调节级数，因此，它可根据不同钢种对精炼的要求灵活选择真空泵运行数量，达到最大限度利用设备的目的^[1]。

2.4 驱动气体系统

氩气作为驱动气体从上升管吹入RH的真空室，是RH钢液循环的动力源，吹氩流量的大小直接影响钢液循环状态和脱碳等冶金反应。吹氩流量与抽真空控制不当会产生强烈喷溅。由于脱碳过程中生成CO气体，必然加剧喷溅程度，因此，在脱碳时吹氩流量应先调小，随着C.O反应的减弱而适当增大，直到脱碳结束时，达到所需吹氩流量。

3 代表钢种RH处理效果

3.1 重轨钢处理效果

2#RH真空精炼为RH－TOP，主要处理重轨钢，主要功能是真空脱气，去除夹杂。重轨钢在真空处理过程中主要采用的本处理模式，本处理是指在低真空度下，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。整个处理过程在循环气体流量保持恒定的条件下，真空度随时间的延长而快速降低，其目的是经过一定时间的脱气，降低钢中的[H]、[N]活度，减少夹杂物、提高钢水纯净度。

通过大量实验研究，2#RH脱氢处理工艺效果较好。对于重轨钢，经过RH在高真空度下的处理，大大降低钢液中的[H]含量，其处理后重轨钢[H]含量分布如图1，由图可见，RH处理后[H]含量在1.5×10^-6以内的炉次占94%。利用RH真空处理脱氢，脱氢效果十分显著，脱氢率可达60%～80%。

3.2 超低碳深冲钢处理效果

1#RH真空精炼为RH－MFB，主要处理超低碳钢。RH处理超低碳钢（如IF钢）的主要目的是真空脱碳，真空脱碳在真空条件下通过熔融金属中溶解的氧与其内的碳反应，生成CO气体，CO被抽走，从而减少碳的一种化学反应。

在真空条件下，由于碳、氧反应非常激烈，产生的CO气体很快被抽走，脱碳的同时也在脱氧。因此，RH真空脱气的脱氧脱碳效果较好，一般经过RH真空处理的钢水，全氧含量可保持在20×10^-6～50×10^-6，RH出站[C]可保持在30×10^-6以下。

RH处理时真空度对钢水中碳含量有决定性影响，根据攀西地区大气压的实际与脱碳反应的热力学方程可知：

式中：[C]、[O]分别为钢水中碳、氧浓度，％；

Pco为真空室内CO气体分压，即RH处理时的真空度。

从（1）、（2）式可知，在RH处理过程中，保持较高的真空度对脱碳是非常有利的，真空度越低，脱碳反应越向右进行。真空室内压力越小，脱碳效果越好，从图2可以看出，攀钢板坯生产超低碳钢RH处理过程中，一般处理15min左右，生成的CO就很少了，表明脱碳反应已经很微弱。

3.3 低碳铝镇静钢处理效果

3#RH真空精炼也为RH－TOP，主要处理气瓶钢。气瓶钢主要采用轻处理模式，轻处理是指在6Kpa～26Kpa较低真空度下进行成分、温度调整的处理方式。统计10炉气瓶钢的生产情况，真空处理前钢水氧活度为3.0×10^-6～12×10^-6，处理后为1.0×10^-6～5.0×10^-6，平均下降了78.3%。处理前后钢水T[O]变化见图3，由图3可知，经真空处理后，T[O]有了明显降低，平均值由进站的18.5×10^-6降为12.7×10^-6，降低率18.8%～44.0%，平均达30.3%，表明真空处理有较好的去除夹杂物效果。在管坯钢27CrMoV、氧气瓶钢、齿轮钢等品种上也取得到了较好效果。

从2007年11月初投产至今，所有经3# RH处理的钢种出站[H]均控制在＜2.0×10^-6。图4是不同处理时间对[H]的影响。由图4可见，处理时间12min～25min范围内，钢水[H]含量变化不大，即RH处理时间≥12min就能满足钢水[H]含量控制要求。

4 存在的主要问题及建议

RH处理过程中，从上升管吹入的氩气，形成大量的气泡，气泡受热不断膨胀并带动钢水上升，当气泡进入真空室后，由于压差使气泡破裂，在破裂的瞬间将钢液击碎形成无数小液滴，在此过程中既完成了RH的各种脱气反应，但同时部分液滴可吸附于真空室壁，经数炉堆积后，就在室内形成了所谓的“冷钢”。冷钢是伴随RH钢液环流而生，是RH处理的孪生产物。一方面，在生产中冷钢容易导致生产超低碳钢后期钢水增碳；另一方面，冷钢形成以后，粘附在真空室内，需要花费大量时间清理，制约了RH处理能力^[2，3]。建议攀钢利用脱碳过程中产生的一氧化碳气体的二次燃烧或通过外界的煤气加热提高槽温以减少或避免冷钢的粘结，处理间隙过程中通过加热保温，消除已形成的冷钢。

随着汽车用钢板对钢质量的要求日益提高，其对钢中碳含量也提出了更高的要求，特别是超深冲用钢，要求钢中碳含量控制在30×10^-6以内。真空脱碳处理后，攀钢RH处理IF钢脱碳期结束时碳含量多数能控制在30×10^-6以内，但是至连铸开浇之前钢水增碳量较严重，且波动较大，成品碳含量≤30×10^-6的比例仅为50%左右，成为限制产品使用性能的主要环节。因此，为进一步降低IF钢成品碳含量，重点是要减少RH处理后期钢水增碳，应在保证真空室不结冷钢的前提下，使用无碳钢包及微碳合金。另一方面，建议加强RH进站钢水碳含量和a[O]控制，利用MFB枪对碳高炉次进行强制脱碳，缩短处理时间，并加强设备监控与维护等方式，提高处理过程的抽气能力，以维持足够长的深真空时间和进一步降低真空度，达到深脱碳的效果。

5 结论

（1）攀钢提钒炼钢厂目前有三套RH装备，其中1#RH真空精炼为RH-MFB，主要用于超低碳钢的生产，2#RH、3#RH真空精炼为RH-TOP，主要用于重轨钢、气瓶钢、车轴及管坯等型线品种的生产。RH精炼装置在在脱气、合金化和去除夹杂等方面均起到了较好效果，为提高钢水质量和品种开发提供了有力的保障。

（2）攀钢RH在处理重轨钢、超低碳钢及低碳铝镇静钢的效果均能满足钢种要求，处理后的重轨钢及车轴钢的[H]＜2.0×10^-6，IF钢RH处理脱碳期结束时碳含量可控制在≤30×10^-6。                                              

（3）攀钢RH精炼方面还存在真空室及废气管道结冷钢及IF钢成品碳含量≤30×10^-6的比例偏低等主要问题，建议在RH处理间隙时间利用煤气加强的冷钢清理，采用无碳钢包及微碳合金，并加强工艺控制和设备维护，进一步降低IF钢成品碳含量。

参 考 文 献

[1]  北京钢铁研究总院．国产炉外精炼设备的装备水平和使用情况．冶金部科技司中国金属学会，第一次全国铁水预处理与钢的二次冶金会议报告文集．1992：34～49

[2]  赵沛，成国光，沈甦．炉外精炼及铁水预处理实用技术手册[M]．冶金工业出版．2004：224

[3]  刘柏松．RH-MFB脱碳过程模型与工艺优化．河北理工大学硕士学位论文．2005年．