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1、不同钢类的不同钢类的RH精炼装置和工艺特点分析精炼装置和工艺特点分析王新华王新华北京科技大学北京科技大学11、 前言前言v近年来国内大多数钢铁企业进行了改、扩建，许多钢厂选择近年来国内大多数钢铁企业进行了改、扩建，许多钢厂选择了了RH精炼工艺方法；精炼工艺方法；vRH精炼装置数目增加很快；精炼装置数目增加很快；v也存在一些问题：也存在一些问题：v一些新建一些新建RH装置的使用率很低；装置的使用率很低；vRH能力选择方面有偏差能力选择方面有偏差(偏小或过大偏小或过大)等。等。vRH设备参数和精炼工艺与钢种密切相关，本文以设备参数和精炼工艺与钢种密切相关，本文以IF钢、低钢、低碳冷轧钢板、热轧钢板
2、和合金结构钢四类钢为例，对碳冷轧钢板、热轧钢板和合金结构钢四类钢为例，对RH主主要设备参数选择和精炼工艺特点进行分析讨论。要设备参数选择和精炼工艺特点进行分析讨论。22、超低碳、超低碳IF钢钢RH精炼装置及工艺特点精炼装置及工艺特点1.1.RHRH精炼工艺使大批量、经济地生产精炼工艺使大批量、经济地生产IFIF钢成为可能：钢成为可能：v1950195019701970年代，受炼钢装备水平所限，年代，受炼钢装备水平所限，IFIF钢产量一直不钢产量一直不高；高；v19801980年代后，随着复吹转炉、冷轧板连续退火尤其是强大年代后，随着复吹转炉、冷轧板连续退火尤其是强大功率的功率的RHRH精炼装置
3、的开发成功，精炼装置的开发成功，IFIF钢产量快速增长。钢产量快速增长。2.2.IFIF钢生产又带动和促进了钢生产又带动和促进了RHRH装备和工艺技术的发展：装备和工艺技术的发展：v满足满足IFIF钢更加超低碳化的需要；钢更加超低碳化的需要；v必须缩短精炼周期以适应高拉速连铸；必须缩短精炼周期以适应高拉速连铸；vRHRHOBOB、RHRHKTBKTB、高真空大环流量、高真空大环流量RHRH、双精炼工位、双精炼工位RHRH等等大批大批RHRH新工艺技术，均与超低碳新工艺技术，均与超低碳IFIF钢的生产相关。钢的生产相关。3IF钢的更加超低碳化趋势钢的更加超低碳化趋势超深冲钢超深冲钢(IF钢）：钢
4、）：v 超低碳化超低碳化(低温退火钢板低温退火钢板)；v 抗二次加工硬化抗二次加工硬化(低磷低磷)。 烘烤硬化钢烘烤硬化钢(BH钢）：钢）：v C：3050ppm；v C、Nb、Ti精确控制。精确控制。 DP、TRIP高强度钢：高强度钢：v 500900MPa；v DP已商业化应用。已商业化应用。 超高强度钢：超高强度钢：v 热冲压成形；热冲压成形；v 局部热处理等。局部热处理等。 日本日本IFIF钢目标：钢目标： 1980s1980s： 20ppm20ppm； 1990s 1990s： 15ppm15ppm； 2000s 2000s： 10ppm10ppm。4低温退火用超低碳低温退火用超低碳
5、IF钢板（钢板（ 13ppm）宝钢宝钢2RH2019年年12月生产实绩：月生产实绩：Cui Jian, “Development of RH Refining technology at BAOSTEEL, 2nd CSM-VDEh SeminarOn Metallurgical Fundamentals, June 18-19, 2019, Dusseldorf, p.159 满足低温退火工艺要求满足低温退火工艺要求IF钢板钢板(碳含量碳含量13ppm)的比的比率达到了率达到了70。5RH脱碳反应速率脱碳反应速率加快脱碳速率的措施：加快脱碳速率的措施：v 快速提高真空度快速提高真空度(降低降
6、低Ptotal)；v 加强真空槽内钢水搅拌混合加强真空槽内钢水搅拌混合(增加增加kCO和和 kS)；v 加大钢水环流速率加大钢水环流速率Qm。增大环流速率增大环流速率Qm的措施：的措施：v 快速提高真空度快速提高真空度(降低降低Ptotal)；v 增加浸渍管内径增加浸渍管内径(D)和提升气体和提升气体 流量流量(G)。6RH装置参数装置参数(举例举例)近年来新建的主要用于近年来新建的主要用于IF钢精炼的钢精炼的RH装置，均装置，均选择了强大真空系统选择了强大真空系统(抽气能力）、大内径浸渍抽气能力）、大内径浸渍管、双精炼工位等，管、双精炼工位等，IF钢精炼水平显著提高（如钢精炼水平显著提高（如
7、宝钢宝钢2RH、武钢三炼钢、武钢三炼钢2RH）。）。7RH装置并不是愈强大愈好装置并不是愈强大愈好v过度增大真空抽气能力：过度增大真空抽气能力：v 设备投资增加；设备投资增加；v 操作功耗增加。操作功耗增加。v过度增大浸渍管内径：过度增大浸渍管内径：v浸渍管寿命降低。浸渍管寿命降低。v过度过度增大提升气体流量增大提升气体流量:v 浸渍管寿命降低；浸渍管寿命降低；v 生产成本增加。生产成本增加。8新日铁君津厂新建新日铁君津厂新建2RH的经验值得借鉴的经验值得借鉴第第2炼钢厂：炼钢厂：v300t顶底复吹转炉顶底复吹转炉2vRH2vVKIP2v2板坯铸机，板坯铸机，3板坯铸机板坯铸机1RH：v197
8、9年建成并经多次改年建成并经多次改造；造；v抽气能力抽气能力: 1000kg/hv浸渍管内径：浸渍管内径：650mmv提升气体提升气体: 2500Nl/ minv不能满足不能满足IF钢精炼需要钢精炼需要.92019年新建年新建2RH(IF钢专用钢专用)v君津厂已有君津厂已有20多年多年RH生产生产IF钢的经验，在设计选择钢的经验，在设计选择2#RH装置参数时进行了充分论证：装置参数时进行了充分论证：v1RH真空抽气能力真空抽气能力(1000kg/h)已能够满足精炼要求；已能够满足精炼要求；v浸渍管内径和提升气体流量偏小，影响了钢水的环流速率。浸渍管内径和提升气体流量偏小，影响了钢水的环流速率。
9、v2RH与与1RH相比主要有以下改进：相比主要有以下改进：v浸渍管内径由浸渍管内径由650mm 增加至增加至750mm；v提升气体流量由提升气体流量由2500 增加至增加至4000Nl/min；v将真空系统设备和管路将真空系统设备和管路 的内容积由的内容积由490Nm3减减 少至少至340Nm3。10真空度和环流速率比较真空度和环流速率比较环流速率大幅度提高环流速率大幅度提高112RH脱碳能力显著提高脱碳能力显著提高12IF钢精炼用钢精炼用RH合理参数合理参数v必须采用强大高效的必须采用强大高效的RH精炼装置；精炼装置；v应对加大真空能力、浸渍管内径、提升气体流量等因素应对加大真空能力、浸渍管
10、内径、提升气体流量等因素综合考虑，而不应片面追求过大真空抽气能力；综合考虑，而不应片面追求过大真空抽气能力；v合理配置（合理配置（250300t钢水包）：钢水包）：v双精炼工位；双精炼工位；v真空抽气能力：真空抽气能力：11001250kg/h；v浸渍管内径：浸渍管内径：750mm；v最大提升气体流量：最大提升气体流量：4000Nl/min。133、低碳冷轧薄板钢种、低碳冷轧薄板钢种RH精炼装置及工艺特点精炼装置及工艺特点冷轧薄板主要钢类冷轧薄板主要钢类大量采用大量采用CAS、钢包吹氩等、钢包吹氩等较简易的炉外精炼工艺方法。较简易的炉外精炼工艺方法。14 采用采用RH对对LCAK钢进行精炼（两
11、种工艺）钢进行精炼（两种工艺）“工艺一工艺一”：v转炉出钢过程对钢水进行铝脱转炉出钢过程对钢水进行铝脱氧；氧；vRH精炼过程不再进行脱碳；精炼过程不再进行脱碳；vRH精炼主要任务是通过钢水环精炼主要任务是通过钢水环流运动促进脱氧产物充分去除。流运动促进脱氧产物充分去除。“工艺二（工艺二（RH轻处理）轻处理）”：v转炉出钢不进行铝脱氧；转炉出钢不进行铝脱氧；v利用利用RH在较低真空度下进行部在较低真空度下进行部分脱碳；分脱碳；v随后进行脱氧和去除夹杂物操随后进行脱氧和去除夹杂物操作。作。15低碳冷轧薄板钢种低碳冷轧薄板钢种RH精炼装置选择精炼装置选择v由于不需要对由于不需要对LCAK钢进行深脱碳
12、处理，钢进行深脱碳处理，RH精炼任务因此精炼任务因此较较IF钢大大减轻；钢大大减轻；vLCAK钢可采用钢可采用CAS、钢包吹氩等多种二次精炼工艺方法，、钢包吹氩等多种二次精炼工艺方法，既便采用既便采用RH精炼，由于精炼任务较轻，因此没有必要过度精炼，由于精炼任务较轻，因此没有必要过度追求增大真空能力、浸渍管内径、提升气体流量和采用双追求增大真空能力、浸渍管内径、提升气体流量和采用双精炼工位等；精炼工位等；v但是，有些钢厂生产但是，有些钢厂生产LCAK钢与钢与IF钢共用一台钢共用一台RH装置，为装置，为满足满足IF钢精炼需要，这些钢厂有必要选用高效化钢精炼需要，这些钢厂有必要选用高效化RH精炼精
13、炼装置。装置。 163、热轧板类钢种、热轧板类钢种RH精炼装置及工艺特点精炼装置及工艺特点v硫含量普遍低于冷轧钢种，尤其在低合金钢和微合金化硫含量普遍低于冷轧钢种，尤其在低合金钢和微合金化钢中，包括很多超低硫和极低硫含量钢种；钢中，包括很多超低硫和极低硫含量钢种；v重要用途厚板要求对重要用途厚板要求对H进行严格控制，如高品质管线钢进行严格控制，如高品质管线钢用厚板，要求用厚板，要求H1.5ppm；v除管线钢等少数钢种对硫化物类夹杂物的种类和形貌控除管线钢等少数钢种对硫化物类夹杂物的种类和形貌控制有严格要求外，大多数钢种对夹杂物没有明确的控制制有严格要求外，大多数钢种对夹杂物没有明确的控制要求；
14、要求；v热轧钢板用钢二次精炼的主要任务是脱硫和脱氢（厚板热轧钢板用钢二次精炼的主要任务是脱硫和脱氢（厚板产品）。产品）。17真空处理不是真空处理不是“瓶颈瓶颈”由于须进行深脱硫，周期由于须进行深脱硫，周期大多在大多在4050min。热轧钢种的热轧钢种的RH真空脱气一般可在真空脱气一般可在30min内完成，内完成，不会成为生产流程中的不会成为生产流程中的“瓶颈瓶颈”。主要生产热轧钢板的企业，主要生产热轧钢板的企业，更宜选择更宜选择VD精炼工艺方法。精炼工艺方法。18热轧钢板钢种热轧钢板钢种RH精炼装置选择精炼装置选择v以热轧钢板为主要产品的钢厂，其加快炼钢生产流程的瓶以热轧钢板为主要产品的钢厂，
15、其加快炼钢生产流程的瓶颈为颈为“LF”精炼，因此也没有必要过度追求增大真空能力、精炼，因此也没有必要过度追求增大真空能力、浸渍管内径、提升气体流量和采用双精炼工位等；浸渍管内径、提升气体流量和采用双精炼工位等；v但是，一些钢厂生产热轧钢种与但是，一些钢厂生产热轧钢种与IF钢共用一台钢共用一台RH装置，装置，为满足为满足IF钢精炼需要，这些钢厂有必要选用高效化钢精炼需要，这些钢厂有必要选用高效化RH精精炼装置。炼装置。 194 4、合金结构钢（棒线材）、合金结构钢（棒线材）RHRH精炼装置及工艺特点精炼装置及工艺特点v合金结构钢棒线材用于制作机合金结构钢棒线材用于制作机械设备中的轴件、齿轮、弹簧
16、、械设备中的轴件、齿轮、弹簧、轴承等；轴承等；v大多是在动载荷，即冲击、振大多是在动载荷，即冲击、振动或承受周期性交变应力的条动或承受周期性交变应力的条件下工作，疲劳破坏是导致工件下工作，疲劳破坏是导致工件失效的重要原因；件失效的重要原因；v钢中非金属夹杂物往往为疲劳钢中非金属夹杂物往往为疲劳裂纹的起源；裂纹的起源；v为了保证钢材的抗疲劳破坏性为了保证钢材的抗疲劳破坏性能，必须对夹杂物进行严格控能，必须对夹杂物进行严格控制，高品质合结钢制，高品质合结钢TOTO含量绝含量绝大多数须低于大多数须低于12ppm12ppm，轴承钢，轴承钢TOTO甚至在甚至在5ppm5ppm以下。以下。20RH不是生产
17、不是生产“瓶颈瓶颈”v LF精炼任务重：精炼任务重：v 直接和扩散脱氧；直接和扩散脱氧；v 脱硫；脱硫；v 夹杂物转变；夹杂物转变；v 周期：周期：50min。v RH精炼周期大多短于精炼周期大多短于 40min；v 不是炼钢精炼连铸不是炼钢精炼连铸 生产流程的瓶颈。生产流程的瓶颈。21合金结构钢合金结构钢RH精炼装置选择精炼装置选择v合结钢钢水真空处理主要有合结钢钢水真空处理主要有RH和和VD两种工艺方法：两种工艺方法：v采用采用VD进行真空处理时，会有钢液与炉渣混合搅动发生，进行真空处理时，会有钢液与炉渣混合搅动发生，由此会造成钢水中夹杂物（尤其由此会造成钢水中夹杂物（尤其D类夹杂物）量增
18、多；类夹杂物）量增多；v采用采用RH精炼，炉渣与钢液的混合程度显著降低，有利于精炼，炉渣与钢液的混合程度显著降低，有利于生产高品质超低氧合结钢；生产高品质超低氧合结钢；v特殊钢厂应选择特殊钢厂应选择RH真空精炼工艺。真空精炼工艺。v高品质合结钢高品质合结钢RH精炼周期大多短于精炼周期大多短于40min，不是炼钢，不是炼钢精炼连铸生产流程的瓶颈。特殊钢厂也没有必要追求过精炼连铸生产流程的瓶颈。特殊钢厂也没有必要追求过度增大真空能力、浸渍管内径、提升气体流量和采用双精度增大真空能力、浸渍管内径、提升气体流量和采用双精炼工位等。炼工位等。225、结论、结论1.RH精炼设备参数和精炼工艺与所生产钢种密
19、切相关，近年来新建和改精炼设备参数和精炼工艺与所生产钢种密切相关，近年来新建和改建的建的RH装置大多数采用了双工位、加大真空能力、浸渍管内径和提升装置大多数采用了双工位、加大真空能力、浸渍管内径和提升气体流量等技术，这些气体流量等技术，这些RH高效化措施主要是针对高效化措施主要是针对IF钢生产的。钢生产的。2.生产超低碳生产超低碳IF钢应采用高效强大的钢应采用高效强大的RH精炼装置，对于精炼装置，对于250300t容容量级量级RH装置，真空抽气能力在装置，真空抽气能力在11001250kg/h，浸渍管内径，浸渍管内径750mm，最大提升气体流量，最大提升气体流量4000Nl/min即可以满足即
20、可以满足IF钢高钢高效精炼的需要。效精炼的需要。3.生产低碳铝镇静钢冷轧薄板钢种如采用生产低碳铝镇静钢冷轧薄板钢种如采用RH精炼，由于精炼任务较轻，精炼，由于精炼任务较轻，没有必要过度追求增大真空能力、浸渍管内径、提升气体流量和采用没有必要过度追求增大真空能力、浸渍管内径、提升气体流量和采用双精炼工位等。但是，如与双精炼工位等。但是，如与IF钢生产共用一台钢生产共用一台RH装置，则有必要选用装置，则有必要选用高效化高效化RH精炼装置。精炼装置。4.热轧钢板类钢种炉外精炼的主要任务是深脱硫和脱氢，以热轧板为主热轧钢板类钢种炉外精炼的主要任务是深脱硫和脱氢，以热轧板为主要产品的钢厂，其炼钢生产流程的要产品的钢厂，其炼钢生产流程的“瓶颈瓶颈”为为LF，因此没有必要过度，因此没有必要过度增大增大RH装置的真空能力、浸渍管内径、提升气体流量和采用双精炼工装置的真空能力、浸渍管内径、提升气体流量和采用双精炼工位等位等5.高品质合结钢高品质合结钢LF精炼周期长于精炼周期长于RH真空精炼，以合结钢作为主要产品真空精炼，以合结钢作为主要产品钢厂，也没有必要过度增大真空能力、浸渍管内径、提升气体流量和钢厂，也没有必要过度增大真空能力、浸渍管内径、提升气体流量和采用双精炼工位等。采用双精炼工位等。23感谢！感谢！敬请批评指正！敬请批评指正！24
