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RH真空精炼法浸渍管结构形式的发展

李相臣，贺庆

(钢铁研究总院冶金工艺研究所，北京100081)

摘  要：回顾了RH浸渍管结构形式的发展历史。除了简述常规双圆形浸渍管结构外，还介绍了单浸渍管结构、双椭圆形浸渍管结构、多浸渍管结构等3种新型RH结构及其试验研究。比较认为，新结构RH在循环流量、流场、脱碳方面均优于或至少相当于常规RH，但是由于其它新结构的RH结构复杂，只有单浸渍管结构RH已投入工业应用。

关键词：RH；浸渍管；循环流量

RH精炼法是一种重要的炉外精炼方法，在炼钢生产中获得了广泛应用和显著进展。其主要功能已经由原来单一的脱气设备发展成为包含真空脱气脱碳、吹氧脱碳、喷粉脱硫、温度补偿、均匀温度和成分等的一种多功能炉外精炼设备。

RH精炼过程的关键在于钢液的循环流动和混合，成分及温度的均匀化、精炼反应的速率及效果等都与之相关。钢液的循环流动和混合特性以及如何提高RH真空脱气装置系统的效率始终是RH精炼技术研究的重要课题。针对传统的RH真空脱气装置进行改造的同时，人们积极探索新结构的RH真空脱气装置以便提高钢液的精炼效率，延长RH真空脱气装置的寿命。而循环流量是判断RH真空脱气装置冶炼效率的最重要的指标之一^[1]。

1  常规双圆形浸渍管结构RH

RH真空精炼的第一个专利是E．Willianms在1931年提出来的，其原理如图1(a)所示，第二个专利由阿尔贝德公司在1957年提出的，其原理如图1(b)所示，第二个专利比第一个专利有了很大的改进。1957年，由德国Ruhstahl和Heraeus公司共同设计的世界上第一台工业生产用RH真空脱气设备于1959年在德国蒂森公司恒尼西钢厂建成投产，其设备如图1(c)所示，一直运行到1976年8月。 

1963年，第2台RH装置在新日铁钢铁公司投产，其结构已和现在RH的结构相同，其结构如图2^[3]所示。RH钢水环流的基本流程^[4]是盛有钢水的钢包在RH处理工位由液压升降装置顶升，浸没真空槽下部2个浸渍管，使真空槽内部形成密闭容器，开启真空泵，钢液上方形成真空，并在大气压力作用下，钢液被压入真空槽；在其中1个浸渍管内吹入氩气或氮气，使局部区域的钢水密度降低，钢水会在这个浸渍管里不断上升，在真空槽内部高真空环境下，钢水中的C、夹杂、气体被迅速脱去，然后会在另一个浸渍管里不断下降，形成钢水上下循环流动即钢水环流。在钢水循环流动的过程中，根据冶炼钢种的需要投入各种合金，或使用顶枪吹氧脱碳和升温，达到钢水精炼的目的。

对于150tRH装置，通过水模型试验经过厘归得到钢液的环流量(t／min)计算式^[5]为

Q_lp＝0．0291Qg^0.323Du^0.65Dd^0.84

式中：Q为提升气体流量，L／min；Du和Dd分别为上升管和下降管内径，cm。

RH环流量随提升气体流量、上升管和下睛管内径的增加而增加，且下降管内径Dd对环流量的影响比上升管内径Du大^[6]。

2单浸渍管结构RH

为了增加常规RH的循环流量，有人建议将双浸渍管合为1个浸渍管，以增大环流截面积。这样常规的RH就变成了单浸渍管RH。日本新日铁八藩钢厂和君津钢厂已经商业化应用了1种新型的高效精炼设备——REDA(Revolutionary Degassing Activator)，它采用大直径单浸渍管，同时钢包底吹氩，结构如图3^[7]所示。

READ法中，钢水ω(C)在15～20min内就可降低到10×10^﹣6，然后可以毫无停滞地降低到4×10^﹣6，如图4^[7]所示。此外，REDA的脱氢和夹杂物去除功能也得到改善^[8]。由于REDA气泡活性表面大，吹气位置深，吹氩流量减少，吹氩流量和DH相当，远比RH少，但脱碳能力远优于DH，和RH相当，因此真空槽壳体更轻^[9]。

北京科技大学、长城特殊钢公司和北京冶金设计研究院合作，将长钢的1台20世纪60年代建造、已准备报废的RH装置改造成1种新型的炉外精炼设备——单嘴精炼炉，并已申请了专利^[10]。主要在以下2方面作了改造：1)将RH上升管和下降管改造成单嘴型，增加了环流量，方便了操作；2)将RH浸渍管内环吹氩改为从钢包底部透气砖偏心吹氩，增大了氩气泡上升路径，大大加强了搅拌，促进了钢液循环。采用电弧炉不加铝终脱氧出钢和单嘴炉真空碳脱氧加硅、铝沉淀脱氧工艺，可使轴承钢ω(O)达到10×10^﹣6～20×10^﹣6。

3双椭圆浸渍管结构RH

对于常规RH，研究表明，增大RH浸渍管内径，RH循环流量增大，对钢包内钢水的温度和成分的均匀、钢水脱碳速度的提高均有好处，但受钢包内径尺寸及真空室尺寸的限制，浸渍管直径不可能无限增大，且在设备设计时，浸渍管内径基本已到上限，无法再进一步扩大。因此，在浸渍管尺寸横向保持不变的情况下，增加其纵向尺寸，将浸渍管形状由圆形变成椭圆形，椭圆形浸渍管的短轴长等于圆形浸渍管的直径，长轴适当增加，以此增加RH浸渍管的截面积，提高RH循环流量。椭圆形浸渍管结构如图5^[11]所示，采用椭圆形浸渍管后，浸渍管截面积增加86．70％，循环流量从34t／min增加到0 79t／min，增加132．35％，如图6所示；脱碳能力也大幅增加，在最初10min，钢水ω(C)降低到20×10^﹣6，20min后，ω(C)就低于10×10^﹣6，如图7所示，这都得益于采用椭圆形浸渍管后循环流量的提高。国内进行的水模试验也得到相似的结果，循环流量增加了34％，混匀时间缩短，脱碳能力增强^[12]。

4  多浸渍管结构RH

为了增加RH循环流量，提高RH系统的精炼效率，东北大学^[1]设计了1种新结构的RH真空循环脱气装置，针对单管喷吹难以提高循环流量的问题，新装置上升管由1个增加到3个，并均匀分布于圆周位置，同时考虑到传统的RH真空脱气装置下降管附近钢包壁因流动冲刷影响而导致熔渣侵蚀严重的现象，将下降管移至钢包的中心位置，如图8所示。

试验采取一超声波流量计法和粒子示踪法对RH真空脱气装置的水模型的循环流量进行测量分析，得到结果如图9所示。结果显示，新型多管RH真空脱气装置循环流量大于传统的2管RH装置循环流量，并且随着喷入气体量的增加，新装置循环流量的增加幅度也大于传统装置的增加幅度。樊世川等人^[13]通过水模型实验分析了新结构装置的环流特性，并同传统结构的RH真空脱气装置的环流特性进行了比较分析，利用碳黑墨水染色法分析系统内钢包的混合能力，也得到相同的结果。但由于此结构复杂，维护难度较大，目前只限于水模试验阶段，未见应用的文献。

5结语

目前，已见文献报道的RH结构有常规双圆形浸渍管结构、单浸渍管结构、双椭圆形浸渍管结构、多浸渍管结构等类型。双椭圆形浸渍管结构、多浸渍管结构、单浸渍管结构等类型在循环流量、脱碳能力等方面均优于常规双圆形浸渍管结构，但由于维护、操作等方面的原因，目前还只限于试验室水模研究阶段。除常规RH外，目前只有单浸渍管结构RH进入工业应用。

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