RH精炼工艺及技术发展.doc

RHRH 精炼工艺及技术发展精炼工艺及技术发展 20072007 年年 7 7 月月 6 6 日日 1 目目 录录 一 一 RHRH 精炼基本情况精炼基本情况 1 1 RHRH 精炼工作原理精炼工作原理 2 2 2 2 RHRH 精炼工艺简述精炼工艺简述 3 3 二 二 RHRH 精炼技术的发展及国内现状精炼技术的发展及国内现状 3 3 1 1 RHRH 精炼技术的发展精炼技术的发展 3 3 2 2 RHRH 精炼技术装备的国内现状精炼技术装备的国内现状 4 4 三 三 RHRH 精炼吹氧 喷粉技术的发展精炼吹氧 喷粉技术的发展 7 7 1 1 RHRH 吹氧脱碳及相关技术的发展吹氧脱碳及相关技术的发展 7 7 2 2 RHRH 喷粉技术及其发展喷粉技术及其发展 9 9 3 3 RHRH 技术冶金功能的比较技术冶金功能的比较 1111 四 四 RHRH 精炼技术的展望精炼技术的展望 1212 2 RHRH 精炼工艺及技术发展精炼工艺及技术发展 当前 国内外的钢铁冶炼工艺技术发展突飞猛进 很多新工艺 新技术在新建炼钢项目上得到了很好的应用 如铁水预处理技术 复吹转炉副枪与溅渣护炉技术 钢水炉外精炼技术 LF RH CAS VD VOD 等工艺 等 RH 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 到目前为止 RH 已经由原 来单一的脱气设备转变为包含真空脱碳 吹氧脱碳 喷粉脱硫 温 度补偿 均匀温度和成分等多功能的炉外精炼设备 而且随着技术 的进步和精炼功能的扩展 在生产超低碳钢方面表现出了显著的优 越性 是现代化钢厂中必不可少的炉外处理装置 一 一 RHRH 精炼的基本情况精炼的基本情况 1 1 RHRH 精炼工作原理精炼工作原理 RH 装置是以最早开发此 项工艺的两家德国公司 Ruhstahl 及 Heraeus 的名 字命名的 它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 水冷弯头经气体冷却 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 当真空槽抽真空时 钢水表面的大气压与真空槽内的压差迫使 钢水朝浸渍管里流动 与真空槽连通的两个浸渍管 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或氮气 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 脱气的钢水由于重力 的关系再经下降管流入钢包 就此不断循环反复 同时 进入真空 槽在低压环境状态下的钢水 还进行一系列的冶金反应 比如碳氧 反应 为满足钢种要求 精确控制钢水成份 通常 RH 处理中还需 吹氩 吹氧 3 进行合金化处理 铁合金材料经高位料仓 称量料斗 皮带机 真 空加料系统 合金溜槽 在真空状态下通过真空槽进入钢水 完成 合金化工艺 2 RH2 RH 精炼工艺流程简述精炼工艺流程简述 RH 钢包台车在受包位接收由行车吊来的待处理钢水 受包后钢 包台车开到保温剂投入位 加入铝渣 或直接开至真空槽下方的处 理位置 由人工判定钢液面高度 随后顶升钢包至预定高度 进行 测温 取样 定氧及测渣层厚度等操作 钢包被液压缸继续顶升 将真空槽的浸渍管浸入钢水并到预定的深度 与此同时 上升浸渍 管以预定的流量吹入氩气 随着浸渍管完全浸入钢液 真空阀打开 真空泵启动 各级真空泵根据预先设定的抽气曲线进行工作 真空 脱氢处理 在规定时间及规定低压条件下持续进行循环脱气操作 以达到脱氢的目标值 真空脱碳处理 低碳或超低碳等级钢水 循 环脱气将持续一定时间以达到脱碳的目标值 在脱碳过程中 钢水 中的碳和氧反应形成一氧化碳并通过真空泵排出 如钢中氧含量不 够 可通过顶枪吹氧提供氧气 脱碳结束时 钢水通过加铝进行脱 氧 钢水脱氧后 合金料通过真空加料系统加入真空槽 对钢水进 行测温 定氧和确定化学成份 钢水处理完毕 真空阀关闭 真空 泵系统依次停泵 同时真空槽复压 重新处于大气压状态 钢包下 降至钢包台车 上升浸渍管自动由吹氩切换为吹氮 钢包台车开至 加保温剂工位 吹氩喂丝并投入保温剂 钢包台车开到钢水接受跨 行车把钢包吊运至连铸大包回转台 二 二 RHRH 精炼技术的发展及国内现状精炼技术的发展及国内现状 1 1 RHRH 精炼技术的发展精炼技术的发展 RH 将真空精炼与钢水循环流动结合起来 具有处理周期短 生 产能力大 精炼效果好等优点 适合冶炼周期短 生产能力大的转 炉钢厂采用 RH 发展到今天 大体分为 3 个发展阶段 4 1 启用阶段 1968 1980 年 RH 装备技术在全世界广泛采用 根据 1976 年统计 世界共计投入生产的 RH 设备有 448 台 随着转 炉大型化的发展 RH 也实现了大型化 世界上最大的 RH 精炼设备 为 360t 2 多功能 RH 精炼技术的确立 1980 2000 年 这一时期 RH 的技术发展趋势主要是 1 优化 RH 工艺设备参数 扩大处理能力 2 开发多功能 RH 精炼工艺和装备 使 RH 具有脱硫 脱磷等功 能 3 开发 RH 热补偿和升温技术 4 实现全部钢水进 RH 真空处理 经过这一时期 RH 技术几乎达到尽善尽美的地步 日本在这一 时期对 RH 的技术发展做出重要贡献 先后开发出 RH OB 法 RH PB 法和 KTB 法等著名新工艺 3 接近反应极限的真空精炼技术 2000 年 今 为了解决极 低碳钢 w C 10 10 6 6 的精炼难题 需要进一步克服钢水的静 压力 以提高脱碳速度 因为在极低碳区 真空度已不再决定反应 的热力学条件 而反应钢水深度 即钢水静压力 则决定了反应速 度 由于反应层越来越浅 如何扩大反应界面是提高反应速度的限 制环节 解决这一问题 日本川崎公司采用喷吹氢气向钢水增氢 进而利用真空脱氢产生的微气泡提高脱碳的反应面积 达到深度脱 碳的目标 日本新日铁公司研究开发的 REDA 工艺采用直筒型浸泽罩 代替 DH 浸泽管进行真空处理 使钢水的循环流量大幅度提高 解决 了极低碳钢的精炼困难 采用上述 2 种工艺 RH 可以生产 w C 3 10 6 6的极低碳钢 2 2 RHRH 精炼技术装备的国内现状精炼技术装备的国内现状 近年来 我国钢铁企业普遍对钢水炉外精炼技术的应用较为重 5 视 投入大量资金上先进的炉外精炼技术装备 炉外精炼已经不再 是特大型钢铁企业或特钢企业的专利品 炉外精炼在提高钢材产品 质量 扩大品种 提高炼钢生产能力 保障连铸顺行 降低成本 优化炼钢生产工艺等方面发挥着极其重要的作用 甚至成为限制性 环节 而 RH 真空处理又是炉外精炼领域的一个突出典型 是炼钢厂 拓展钢材品种 提升产品质量的关键技术装备 国内主要大型钢厂 RH 装备情况见表 1 表 1 主要大型钢厂 RH 装备台数及容量 厂名厂名容量容量 t 座座台数台数备注备注 宝钢300t 5 座55 号 RH 采用三工作位式 鞍钢200t 1 座 260t 2 座3 武钢90t 2 座 300t 1 座 3 经 RH 处理品种达 350 以 上 太钢80t 1 座 180t 1 座2180t RH07 年 5 月刚投产 本钢150t 1 座 150t 1 座22 号 RH 采用双工作位式 攀钢160t 2 座22 号 RH 正做施工图设计中 中钢150t 2 座 250t 2 座 4 济钢150t t 1 座1正在开工建设中 沙钢180t t 2 座2 马钢120t t 1 座 300t 1 座2300 t RH 刚刚投产不久 唐钢150 t 1 座1河北第一个 迁钢210 t 1 座1首钢第一个 莱钢130 t 1 座1正在调试过程中 重点钢铁企业近几年重点钢铁企业近几年 RHRH 装备技术发展状况 装备技术发展状况 1 宝钢在产品研发 生产和技改计划中 一直将满足市场和 客户需求摆在首位 努力挖潜提高品种钢生产能力 加大高附加值 产品的生产规模 公司生产的 O5 板 镀锡板 DI 材 中高牌号电 6 工钢 耐高温高压锅炉管 X 系列管线钢 钢帘线等重点品种钢的 质量和各项技术经济指标已经达到世界一流水平 特别是在宝钢炼 钢厂的升级换代和系列技术改造中 将提升自主的 RH 工艺技术和生 产能力摆在十分重要的位置 经过历时几年的系列改造 宝钢 RH 技 术和装备在生产中已高效应用 并已具备自主集成和成套输出能力 1985 年宝钢投产的第一套 RH 真空循环脱气装置 是宝钢一期工 程投资上马的设备 2004 年 宝钢分公司对其进行了全方位的技术 改造 涉及真空槽系统 真空泵系统 顶枪系统 预热枪系统等 它的成功改造 大大提高了钢水的循环速度以及炉外精炼的生产效 率 对提高 双高 产品比例以及提升企业综合竞争力做出重要贡 献 宝钢的第二套 RH 真空循环脱气装置于 1999 年投入生产 宝钢 在该装置上采用自主技术集成和自主创新的工艺技术 共开发了 17 个子系统 形成了具有自主知识产权的炉外精炼核心工艺技术 该 RH 真空循环脱气装置除真空系统 顶枪系统以及预热枪系统等关键 设备从国外引进外 其余设备均由我国自行制造 该项目曾荣获 2004 年度国家科学技术进步二等奖 宝钢的第三套 RH 真空循环脱气装置是 1998 年投产的 前两套 RH 真空循环脱气装置生产的主要产品是连铸的高级别管线钢 超低 碳钢及模铸的钢帘线 模具钢 T91 油井钻杆钢以及其他高附加值 钢种 而第三套 RH 真空循环脱气装置生产的主要产品则是硅钢 2004 年 这 3 套 RH 真空循环脱气装置的产量分别为 164 万吨 229 万吨和 200 万吨 真空比达到 56 7 宝钢 4 号 RH 装置由真空系统 顶枪及预热枪系统等 17 个系统 组成 真空泵系统末级将采用水环泵形式 顶枪及预热枪系统的燃 气将采用焦炉煤气方案 7 宝钢 5 号 RH 真空精练采用 三工位 的布置形式 实现了钢水 的交替处理 大大缩短了待机时间 真空系统采用四级蒸汽喷射泵 增大循环气体流量等技术手段 提高了钢水的循环速度 通过采用 多功能顶枪技术 提高了脱碳处理的效率 并可进行钢水脱硫处理 2 鞍钢目前有 3 座 RH 精炼装备 其中二炼钢有 1 座 RH TB 三炼钢有 2 座 2005 年 8 月 鞍钢建成的真空处理装置 RH 也是第 2 座 RH 真空处理装置 最大单炉处理容量达到 260 吨 2006 年 6 月 份 国内 国际钢材市场开始出现价格双双回升 走势趋同的良好 发展态势 2007 年 2 月国内钢铁生产继续保持适度增长 钢材市场 需求旺盛 钢铁企业产销两旺 国际钢材市场全面启动 钢材需求转 旺 库存明显消化 价格强劲反弹 国际市场价格明显上涨 国内外 钢材价差扩大 鞍钢紧紧抓住有利机会 再次购建第三座 RH TB 真 空精练炉 力在拓展公司的品种 提高市场竞争力 其主要进行超 低碳钢 管线钢等专用钢材的生产 3 武钢有 3 座 RH 真空装置 其中二炼钢厂两座 处理能力 均为 90T 三炼钢一座 最大处理能力为 300T 二炼钢厂的两台 RH 真空处理装置 1 号 RH 配置 KTB 顶枪系统和 WPB 喷粉系统 根据公 司产品定位和市场需求 为了优化产品结构 降低生产成本 提高产品 市场竞争能力 2005 年 3 月 2 号 RH 新增一套 MFB 顶枪装置 改造后 的 2 号 RH MFB 顶枪装置具有处理及非处理的在线加热 去除真空室 结瘤 吹氧脱碳 钢水加铝升温功能 武钢二炼钢厂现生产钢种多 达 450 个 其中经 RH 精炼的钢种达 350 个 二炼钢厂已成为武钢品种 钢生产基地 4 2006 年 11 月 15 日 唐钢一钢轧厂新建成的 RH 精炼炉开 始真空循环处理 也成为河北省历史上第一包经 RH 精炼炉冶炼的高 质量钢水 唐钢 RH 精炼炉设计生产汽车制造 家用电气和石油化工 8 等领域所需要的优质钢板 150 万吨 采用了具有国际先进水平的真 空循环抽气 豪华双工位设置 五级组合真空泵等先进技术 三 三 RHRH 精炼吹氧 喷粉技术的发展精炼吹氧 喷粉技术的发展 1 1 RHRH 吹氧脱碳及相关技术的发展吹氧脱碳及相关技术的发展 RH 真空精炼过程中 主要靠钢水中的氧进行脱碳 脱碳反应方 程式如下 1 脱碳反应动力学可用式 2 描述 o o 2 3 式 2 3 中 为时间 min 为 时间的碳质量分数 为 处理前的碳质量分数 为反应速率常数 min 1 1 为钢水环 流量 min 为钢水的体积 3 3 为脱碳反应的容积常数 3 3 当 0 03 的高碳浓度区 KTB 法的脱碳速率常数 0 35 比常规 RH 法大 在钢中 0 01 的范围内 主要 由吹氧来控制脱碳反应 脱碳速度随着 的增加而增加 而在钢 中 0 01 下吹氧的意义就不大了 因此 使用 RH KTB 法 转炉出钢钢水 可由 0 03 提高到 0 05 并可以用高碳铁合金 代替低碳铁合金作为 RH 合金化的原料 应用 RH KTB 技术 在 KTB 脱碳的同时 脱碳反应生成的 CO 气 体在真空槽内二次燃烧放出热量 可补偿脱碳精炼中钢液的温度损 失 可降低转炉的出钢温度 不需要延长精炼时间 可获得高的脱 碳速度 在转炉出钢终点 0 05 的情况下冶炼超低碳钢 脱 碳过程中不会发生强烈喷溅 减少了 RH OB 工艺中的氩气的消耗 使用灵活 操作简便 虽然 RH KTB 技术也有其不足之处 如增加了 氧枪及其控制系统 要求真空室有更高的高度 但在现有的真空吹 氧技术中仍不失为佼佼者 4 RH MFB 多功能喷嘴技术 1992 年日本新日铁公司广畑厂在日本原川崎公司开发 RH KTB 10 精炼技术之后 为降低初炼炉的出钢温度以及脱碳的需要 开发了 多功能喷嘴的 RH 顶吹氧技术 其冶金功能与 KTB 精炼技术相近 另 外可喷吹铁矿石粉以加速脱碳 还可在精炼过程中吹入一定量的天 然气使之燃烧达到加热钢水的目的 2 2 RHRH 喷粉技术及其发展喷粉技术及其发展 RH 喷粉技术是在 RH OB 和 RH KTB 设备的基础上增加了喷粉技 术 实现了脱硫 脱磷和改变非金属夹杂物形态的功能 1 RH PB 法 1987 年新日铁名古屋厂研制成功 RH PB 法 它利用 RH OB 法真 空室下部的吹氧喷嘴将粉剂通过 OB 喷嘴吹入钢液 进行脱气 脱硫 以及冶炼超低磷钢的精炼 RH 真空室下部一般有两个喷嘴 可以通 过切换阀门改变为吹氧或喷粉 加铝可使钢水升温 速度达 8 10 min 脱硫率能达 70 80 同时 还具有良好的脱氢效 果 不会影响传统的 RH 真空脱氧能力 更无吸氮之忧 采用 RH PB 法时 吹入并分布在钢水中的溶剂形成的溶渣颗粒具有很强的脱硫 能力 提高了脱硫效率 因此使用少于传统方法中的熔剂也能达到 很高的脱硫率 2 RH PTB 喷粉法 1994 年日本住友金属工业公司和歌山厂研制开发了 RH PTB 喷 粉法 该法利用水冷顶枪进行喷粉 粉剂输送较流畅 喷嘴不易堵 塞 不使用耐火材质的浸入式喷粉枪 操作成本较低 无钢水阻力 载气耗量小 此法冶炼超低硫钢喷吹 2系粉剂 冶炼极低碳钢 喷吹铁矿石粉剂 用 RH PTB 法喷粉时 喷粉速度为 100 130 min 约喷吹 10min 当 2 粉剂用量为 5 时 可使钢中 降到 5 10 6 6以下 当用量为 8 时 可得 1 3 2 9 10 6的超低硫钢 此时脱硫 11 率大于 90 同时 钢中 也由 20 10 6 降到 15 10 6 喷铁矿粉时 喷粉速度为 20 60 喷吹约 10min 喷粉后消除了一般 RH 中 30 10 6时脱碳的停滞现象 处理 后 可降到 30 10 6 3 MESID 技术 1994 年比利时西德玛 SIDMAR 钢铁公司研制成功 MESID 技术 MESID 喷枪用脉冲气流工作 从而减少氧气流对真空室内钢液面的 影响 可向溶池表面喷吹用于脱硫的固体混合料 还可加热真空室 的耐火材料或保温 3 3 RHRH 技术冶金功能的比较技术冶金功能的比较 40 多年来 精炼技术取得了巨大进展 由起初单一的脱气 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 各类 RH 多功能 处理方法的冶金功能比较见表 2 表表 2 2 RHRH 多功能处理方法的冶金功能比较多功能处理方法的冶金功能比较 处理效果 10 6 装置 开发 年份 开发厂家 主要功能 使用钢种 备注 RH 1959 德国鲁尔 钢铁公司 和海拉尔 公司 真空脱氢 减少夹杂 均匀成分 温度 含氢量要求 严格钢种 主 要是低碳钢 超低碳深冲 钢 硅钢等 2 40 20 40 为钢液脱 氢开发 迅 速将氢降 至远低于 白点敏感 极限范围 RH OB 1972 日本新日 铁公司 同 并可吹氧 脱碳 加 热钢水 同 可生 产不锈钢 多 用于超低碳 钢的处理 2 40 20 40 35 为钢液升 温而开发 RH MFB 1992 日本新日 铁公司 同 并可喷粉 脱硫 磷 和吹氧脱 碳 同 可用 于超低硫 磷钢的处理 1 5 40 30 20 喷嘴既可 喷粉 又可 吹氧 RH KTB 1986 日本川崎 钢铁公司 同 并可加速 脱碳 补 偿热损失 同 多用 于超低碳钢 钢 硅 钢的处理 1 5 40 30 20 快速脱碳 至超低碳 范围 二次 燃烧补偿 热损失 12 RH PB 1987 日本新日 铁公司 同 并可喷粉 脱硫 磷 同 主要 用于超低硫 磷等钢种的 处理 1 5 40 10 20 从 孔 喷入粉剂 RH PTB 1994 日本住友 金属工业 公司 同 并可喷粉 脱硫 磷 同 主要 用于超低硫 磷钢的处理 1 5 40 30 20 从 喷枪喷入 粉剂 MESID 1994 比利时西 德玛钢铁 公司 同 并可喷粉 同 主要 用于超深冲 钢 超纯净 钢处理 1 5 20 15 快速脱碳 至低碳范 围 四 四 RHRH 精炼技术的展望精炼技术的展望 1 40 多年来 RH 及 RH 多功能精炼技术在国内外得到了广泛应 用和迅速发展 其喷吹气体和粉剂的实用技术在一定程度上已经确 立 今后 RH 技术的主要发展方向是实现多功能化 高效化和长寿化 RH 多功能精炼工艺主要包括 真空脱碳与超低碳钢冶炼技术 真空 脱气与超低氮钢精炼技术 喷吹脱磷 脱硫技术 脱氧与加杂物上 浮技术和吹氧进行热补偿工艺 实现 RH 多功能的技术关键是研究开 发多功能氧枪 将喷氧和钢水热补偿等功能集为一体 达到高效化 生产和设备长寿化的目标 RH 装备技术的进步集中体现在高效化生 产 设备长寿化和重点智能控制等方面 2