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1、前言我国RH真空精炼装置技术现状及国产化田辉(中冶京诚工程技术有限公司)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、新技术在新建钢炼钢项目上得到了很好的应用，如铁水预处理技术、复吹转炉与溅渣护炉技术、钢水炉外精炼技术(LF、RH、CAS、VD、VOD等工艺)等。钢铁行业不仅要满足经济发展对钢材数量的需求，而且要满足对质量、品种等的需求。特别是随着市场竞争的激烈程度加剧，必将出现优胜劣汰的残酷局面。影响钢材质量和性能的重要因素之一就是钢中夹杂物的含量，气体含量及S，P含量，铁水预处理和钢水精炼技术，为全面优化下道工序和全面提升品种质量水平提供了最有效的手段。近年来，我国钢铁企业普遍对
2、钢水炉外精炼技术的应用较为重视，投入大量资金上马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，甚至成为限制环节。而RH真空处理又是炉外精炼领域的一个突出典型。铁水预处理一转炉复合吹炼(或电弧炉冶炼)一炉外精炼(LF、VD、VOD、RH)一连铸，已成为越来越多的钢铁企业炼钢厂的典型流程模式。随着我国钢铁企业对炉外精炼的重视程度越来越高，我国炉外精炼技术与装备的自主集成不仅将大有可为。同时，也带来很多挑战。我国炉外精炼装备亟待突破现存的技术瓶颈，
3、加大技术装备研发力度，缩短与国外先进国家的差距，满足我国钢铁工业产业结构和产品结构调整的实际需求，其中尤其以润滑最为突出。1RH主体设备组成及主要技术特点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。由于设备多，投资高，耐火材料消耗高，应用实例不如VD多，因为后者具有消耗少，投资低，设备少，建设快，操作维护简便等优势。目前，当代的RH因其在冶炼超低碳钢方面具有极高的效率，故在转炉工厂的应用越来越广泛。它自身的问题也在逐步克服中，比如设备耐材消耗高，生产成本高，一次投资高等问题。特别RH设备上增设TOP喷枪，又称为RHTOP装置，是近十多年来RH功能扩展
4、方面的重大进步，该技术因为各公司申请的专利不同，叫法有所不同。顶枪的应用成为RH快速脱碳，生产超低碳钢和无取向硅钢不可缺少的手段。此外顶枪技术还在烘烤、切割凝钢和化学升温方面有所发展，更是提高了RH的使用效果。RH装置通常是指一个整体式或分体式真空室，RH处理时的所有冶金反应都是在真空室内进行的。其底部有两个用耐火材料作内外衬的浸渍管，高温烘烤后使用，其上部与热弯管相连，再与抽真空系统相联通：各种气体经热弯管，气体冷却器被真空泵系统抽出而排向大气。其它部分还包含有真空室或钢包一液压或机械式一升降系统，以及RHTOP多功能顶部喷枪和检测、取样系统：真空室上部还设有真空加料系统供在真空下添加材料。
5、真空室本体、吸嘴及热顶盖的耐火材料内衬的修理及烘烤是在单独区域内进行的。处理过程：用钢包车将钢包送入处理位，使真空室下降或使钢包提升，以便使吸嘴浸入钢包内的钢液以下500mm。然后启动真空泵。由于真空室内压力下降，钢包内钢水被吸人真空室中。由于吸嘴中的一个喷入氩气，另一个没有，钢水便开始反复循环。这时就可采取各种处理措施，例如脱气、吹氧、化学成分及温度一72调整等。处理结束时使系统破真空。随后退出吸嘴，将钢包送至后处理位置或交接位置。冶金效果：在短时问就可达到较低的碳(200t的RH来讲，多为16个点，每四个点为一个控制单元，调节范围2328m3min。需要指出的是，所谓的控制通常在高低两挡之
6、间调整，并没有厂商宣传的那么高深。d钢包的主要尺寸由于VD有净空的要求，钢包内钢水的净空最好在1000mm左右，以确保脱碳反应空间。所以，在设计钢包时，多采用瘦高型，RH的特点刚好相反，它需要在处理位钢包内壁和真空室外壁之间大于200mm的空隙，如果有测温取样装置，可能此空隙要放大些，通常为400450mm，为留出更大的间距，有时还要将真空室和钢包偏心错开布置。由于需要人观察RH吸嘴插入的钢液面的情况，所以更希望钢包的设计以矮胖为好。如果钢包净空大于lm操作人就很难观察到钢液面，造成操作困难。所以最好钢液面上净空在300mm一500m之间。3RH的发展趋势随着与世界顶级的各家供货商的交流越多，
7、我们发现各厂家的RH主体设备的差别很小，操作技术，消耗指标和最后的保证值都相差不大，当前，更多的关注是如何发挥RH的设备使用率目前，我国钢铁企业普遍采用高效连铸技术装备，连铸机拉速越来越快，出现了连铸生产环节等待炉外精炼环节的状况，限制了连铸机的生产效率。所以在选择RH装置时多在布置上作文章，例如采用双工位布置。通常在工艺布置上优化的，就更有希望得到项目。典型的几个布置方案，如快速更换式，大包回转台式和简易双工位，舒适双工位，和豪华双工位。一74快速更换式结构特征：钢包(或钢包车)升降装置，单处理位，单真空系统，双真空室台车三个车位，双烘烤预备。快速换真空室，这样省去换罐占用的处理时间，以提高
8、RH作业率。这样布置的RH处理周期大约3050min大包回转台式：大包回转台，钢包升降，单处理位，双真空室车三个车位，双烘烤预备，快速换真空室，另外的好处是：可以减少吊车占用时间。缺点是：吸嘴维修还是要在处理位进行，占用处理时间。这样布置的RH处理周期大约3045min。简易双工位结构特征：双钢包升降装置，单液压站，双处理位转换使用，单真空系统，双钢包车，双真空室车四个车位，利用双枪烘烤，快速换真空室，也省去换罐占用的处理时间，提高了作业率。但在换其中一个真空室时，需要8小时左右的时间烘烤加热，这时相当于单工位的。这样布置的RH处理周期大约2040mino舒适双工位结构特征：双钢包升降装置，单
9、液压站，双处理位转换使用，单真空系统，双钢包车，三个真空室车五个车位，利用双枪烘烤，及一个烘烤器。快速换真空室，也省去换罐占用的处理时间，提高处理效率。但在换其中一个真空室时，中间的真空室可以作为两工位备用，不用考虑换包时间。带来的问题是：增加了烘烤器和真空室及其台车，但这个真空室的利用率不高。平均处理周期同上。豪华双工位结构特征：钢包升降装置，双处理位转换使用，单真空系统，双钢包车，四个真空室车六个车位，利用双枪烘烤，及四个烘烤器都可以烘烤。这样的结果，就是在增加一套真空系统后，就变成了完全独立的2套快速更换式。这样布置的RH处理周期大约min因为投资大，预留东西多，所以也不是通常选用的方案
10、。其中简易双工位的紧凑型布置方式，因为投资省，效率高，得到广泛应用。4我国自主集成RH的差距RH真空循环脱气精炼技术是继连铸之后迅速崛起的现代化炼钢技术之一，而且是钢液炉外精炼设备中技术含量最高、配套装置最多、功能最佳、脱碳效率最大、投资最昂贵的一种。其主要技术关键是：多功能顶枪、高效大抽气量蒸汽喷射真空泵、钢包(或真空室)液压顶升装置、真空室本体设计及自动化，计算机过程控制技术等。这些技术关键已逐渐被国内技术界所掌握。目前，我国还缺乏具有自主知识产权的RH顶枪装置，该装置在中国市场上仍主要被国外品牌所垄断，国产设备尚属空白。问题并非在于设计和制造，主要由于缺有实践验证。二是相关工艺控制软件的
11、开发可以说还在起步阶段。目前，在这方面主要有以下两种情况：首先，已建精炼技术装备的工艺控制软件都是从国外引进的，其核心技术不为我们掌握。其次，我国钢铁企业的软件应用人才较为匮乏，炉外精炼装备制造业现有的专业软件开发人员的水平与国外有较大差距。特别是由于生产技术管理上的差距，决定了很难提供有效的合理的完整的统计数据给二级系统，让它座位优化计算的依据。一致花了大价钱买来了外方的二级系统，很少有厂家有效利用，大多成了摆设。这种情况严重影响我国迅速掌握该项核心技术，影响形成自主的过程控制技术。5我公司提供RH设备的特点我国炉外精炼技术的设备制造已初步具备国际竞争力，特别是我们公司，在我国研发第一套RH
12、装置时，就是一个有力的参与者和实践者，这些年来，许多引进项目都是我们做国内配套和工厂配套，许多项目已经投产，并在良好的运行中。概括起来，我们的优势有：1)专业人员齐全，可以密切配合，实现各项配套技术综合性集成；我们有博士，中冶首席机械冶金设计专家，研究生等大量的人才队伍，和鼓励研发的创新体制。2)了解当前的最先进技术，占有资料多；从十年前的宝钢RH到今天的首钢搬迁工程，从原来的日本新日铁，德国迈索，到今天的MEVAG，SimenzVAI，从100t到300t，我们都有一整套资料在手。再此基础上我们消化吸收，逐步形成自己的设备结构特点。一753)独特的真空设备设计技术，实践经验多；我公司在国内率
13、先开发DH、VD、VOD等真空精炼技术，对真空设备设计有自己独特的技术，积累了大量工程建设时间经验。4)实践厂很多，经过我们参与完成的投产项目大多投产，并顺利运营生产。并可以取得第一手资料，反馈生产信息和资料。5)技术创新和研发密切和工程项目结合，每做一个项目在已有的基础上都有提高一大步。几项关键技术如下：开发多功能顶枪技术具有良好的基础；RH顶枪具有吹氧脱碳、吹氧加铝升温、喷粉脱硫、喷吹燃气加热真空室和化冷钢等多种功能，是RH真空脱气系统的核心设备。RH顶枪系统复杂，开发设计难度大。但是转炉的氧枪早就国产化了，我公司早在上世纪八十年代中期即成功开发了VOD精炼炉及其配套的水冷拉乌尔氧枪，实际
14、性能证明优于当时引进的同类装置，获得国家优秀设计金奖。在此基础上，开发RH多功能顶枪条件极好，而且我们还和鞍山热能院合作，已经有了自己的枪体设计，在马赫数的选择上我们有自己的心得，正在申请专利过程中。真空密封有自己的专有技术。在上世纪60年代以来，我们设计制造了多种DH、VD精炼装置，在真空密封方面积累了丰富经验，VOD的氧枪真空动密封十分可靠，设备虽然运行可靠。近年来，我们又吸收了外国的充气环密封的技术，克服了外方橡胶老化漏气的问题。更提高了我们的专有技术的水平。2级系统和厂方合作研发：根据冶金学的基本原理与RH精炼处理的内在原理，建立了RH静态脱碳模型、动态脱碳模型、温度模型、合金最小成本
15、模型、成分预报模型等过程控制模型。集成式RH模型具有广泛的适应性和系统性，且成本低。比较实用的是温度控制模型和成分预报模型。我们有计算机公司专门做这方面的工作。6)我们设计的RH的设备技术特点和消耗指标(1)节省一次能源及公用设施水、电、气等；由于我们大量的研究工作，我们发现在真空下的温度远没有我们想象的那么高，水冷法兰在不通水的情况下运行良好。经过大量的优化设计，使设备冷却水用量减少了大约30。(2)设备结构上充分考虑了检修要求，如料钟和真空泵，热顶盖等增设了人孔等设施，使维修方便；(3)利用顶升钢包的液压缸顶升破渣器，节省了设备，也减少了维修量。(4)真空室和热顶盖的结构充分的考虑了耐火材
16、料的砌筑操作和保温性能；对上下分体的划分点，连接方式都有自己的独特技术，对易腐蚀的区域的耐材进行了加强。(5)真空泵和冷凝器的设计，利用不锈钢制做喷嘴，使三年内麽损率不高于3。(6)开发了L1、L2控制系统的应用软件，使RH装置具备了脱碳、脱氢、脱氧、脱硫、合金化、温控功能。(7)自主开发了RH系统真空抽气系统、真空室、真空度控制系统、氮气破真空系统、顶枪及其密封系统等；顶枪和密封同时提起，这样即解决了顶枪粘渣拔不出的担心，又解决了氧枪拔出真空室后，烧损密封的问题。(8)发挥我公司专业齐全，人才素质高的优势，可独立完成RH工程的工艺设计，设备设计，工厂设计，并承接工程总承包，可从工程的前期准备，高阶段设计，直到完成施工设计，设备设计，工程施工，安装调试，以BT的型式交钥匙，对用户负责到底。对我们来说，最大的问题还是经验。十年前，我国还在引进VD等精炼技术，现在已经做到完全自主，相信RH的自主之路在五年内一定会实现。在吸收国外先进技术的基础上，自主技术总集成、工艺技术自主创新研发，并取得了创新成果：不仅建成了具有自身特色、技术先进的RH装置，工
