RH法特點(diǎn)

20世紀(jì)80年代，隨著汽車工業(yè)對(duì)鋼水質(zhì)量的要求日益嚴(yán)格，RH技術(shù)得到迅速發(fā)展。這一時(shí)期RH技術(shù)發(fā)展的主要特點(diǎn)如下：

(1)優(yōu)化工藝、設(shè)備參數(shù)，擴(kuò)大處理能力；

(2)開發(fā)多功能的精煉工藝和裝備；

(3)開發(fā)鋼水熱補(bǔ)償和升溫技術(shù)；

(4)完善工藝設(shè)備，納入生產(chǎn)工藝在線生產(chǎn)，逐年提高鋼水真空處理比例 。

RH 法(RH-vacuum degassing)是一種鋼液真空處理技術(shù)。1956年由聯(lián)邦德國(guó)魯爾(Ruhrstah)鋼公司和海拉斯(Heraeus)公司共同開發(fā)的，故以兩公司名的字頭命名為RH真空脫氣法，簡(jiǎn)稱RH法。

具有處理周期短、生產(chǎn)能力大、精煉效果好、容易操作等一系列優(yōu)點(diǎn)，在煉鋼生產(chǎn)中獲得了廣泛應(yīng)用。RH已經(jīng)由原來單一的脫氣設(shè)備轉(zhuǎn)變?yōu)榘婵彰撎?、吹氧脫碳、噴粉脫硫、溫度補(bǔ)償、均勻溫度和成分等多功能的爐外精煉設(shè)備。而且隨著技術(shù)的進(jìn)步和精煉功能的擴(kuò)展，在生產(chǎn)超低碳鋼方面表現(xiàn)出了顯著的優(yōu)越性，是現(xiàn)代化鋼廠中一種重要的爐外處理裝置。 RH精煉技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用 最初開發(fā)應(yīng)用RH的主要目的是對(duì)鋼水脫氫，防止鋼中白點(diǎn)的產(chǎn)生，因此，RH處理僅限于大型鍛件用鋼、厚板鋼、硅鋼、軸承鋼等對(duì)氣體有較嚴(yán)格要求的鋼種，應(yīng)用范圍很有限 。

采用RH工藝能夠達(dá)到以下效果：

(1)脫氫。經(jīng)循環(huán)處理后，脫氧鋼可脫w(H)約65%，未脫氧鋼可脫w(H)約70%；使鋼中的w(H)降到2×10-6以下。統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，最終氫含量近似地與處理時(shí)間成直線關(guān)系，因此，如果適當(dāng)延長(zhǎng)循環(huán)時(shí)間，氫含量還可以進(jìn)一步降低。

(2)脫氧。循環(huán)處理時(shí)，碳有一定的脫氧作用，特別是當(dāng)原始氧含量較高，如處理未脫氧的鋼，這表明鋼中溶解氧的脫除，主要是依靠真空下碳的脫氧作用；如RH法處理未脫氧的超低碳鋼，w(O)可由(200～500)×10-6降到(80～300)×10^-6，處理各種含碳量的鎮(zhèn)靜鋼，w(O)可由(60～250)×10^-6降到(20～60)×10^-6。

(3)去氮。與其他各種真空脫氣法一樣，RH法的脫氮量也是不大的。當(dāng)鋼中原始含氮量較低時(shí)，如w(N)<50×10^-6，處理前后氮含量幾乎沒有變化。當(dāng)w(N)>100×10^-6時(shí)，脫氮率一般只有10%～20%。

(4)脫氣鋼的質(zhì)量高。真空循環(huán)脫氣法處理的鋼種范圍很廣，包括鍛造用鋼、高強(qiáng)鋼、各種碳素和合金結(jié)構(gòu)鋼、軸承鋼、工具鋼、不銹鋼、電工鋼、深沖鋼等。鋼液經(jīng)處理后可提高純凈度，使縱向和橫向機(jī)械性能均勻，提高延伸率、斷面收縮率和沖擊韌性。對(duì)于一些要求熱處理的鋼種，脫氣處理后一般可縮短熱處理時(shí)間。

(5)經(jīng)濟(jì)效果好。采用RH工藝后，可以縮短生產(chǎn)周期，提高收得率，節(jié)約脫氧劑及合金元素，改善鋼質(zhì)量，而且脫氣處理后一般可縮短熱處理時(shí)間，獲得較好的經(jīng)濟(jì)效果。

實(shí)踐證明，真空脫氣不會(huì)增加每噸鋼的生產(chǎn)成本，對(duì)于一些鋼種還會(huì)明顯地降低成本。 RH工藝能夠準(zhǔn)確控制和迅速達(dá)到預(yù)先規(guī)定的冶金目標(biāo)(這對(duì)連續(xù)澆鑄來說十分必要)，溫度損失小，故在超低碳深沖鋼的生產(chǎn)方面發(fā)揮著極為重要的作用。

至20世紀(jì)90年代中期，RH真空精煉處理水平和配套技術(shù)已達(dá)到相當(dāng)完善和成熟，容量從幾十噸至340t，有130余套設(shè)備投入使用，韓國(guó)浦項(xiàng)、日本新日鐵、德國(guó)蒂森克虜伯等國(guó)外鋼鐵公司都采用了RH裝置。 日本在RH技術(shù)日趨完善的過程中作出了重要貢獻(xiàn)。

1963年日本引進(jìn)RH真空精煉技術(shù)后，在脫氫的基礎(chǔ)上又開發(fā)了脫碳、脫氧、吹氧升溫、噴粉脫硫和成分控制等功能，使改進(jìn)后的RH法能進(jìn)行多種冶金操作，更好地滿足了擴(kuò)大處理鋼種范圍、提高鋼材質(zhì)量的要求。

1965年，我國(guó)大冶鋼廠從原西德引進(jìn)了70tRH裝置，循環(huán)式真空脫氣處理的優(yōu)勢(shì)逐漸得到認(rèn)識(shí)，武鋼、寶鋼、攀鋼等多家鋼鐵企業(yè)也相繼采用了該項(xiàng)技術(shù) 。

RH精煉技術(shù)的發(fā)展方向是多功能化，除脫氣功能外，還增加了真空脫碳、脫硫、成分微調(diào)和鋼水熱補(bǔ)償?shù)榷喾N功能，為了加速脫碳，還出現(xiàn)了多種真空下吹氧強(qiáng)制脫碳技術(shù)。RH真空吹氧技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了RH－O，RH－OB，RH－KTB，RH－MFB 4個(gè)主要階段，此后，在RH－OB，RH－KTB設(shè)備的基礎(chǔ)上增加了噴粉功能，使其既具有RH通常功能，又有脫硫、脫磷和改變非金屬夾雜物形態(tài)的功能。

RH吹氧脫碳及相關(guān)技術(shù)的發(fā)展 RH真空精煉過程中，主要靠鋼水中的氧進(jìn)行脫碳，脫碳反應(yīng)方程式如下： [C] [O]=CO(1)脫碳反應(yīng)動(dòng)力學(xué)可用式(2)描述：Ct=C0exp(-Kc·t)(2)Kc=(W/V)·[AK/(W AK)](3)式(2～3)中，t為時(shí)間，min；Ct為t時(shí)間的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；Co為處理前的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；Kc為反應(yīng)速率常數(shù)，min-1；W為鋼水環(huán)流量，t/in；V為鋼水的體積，m³；AK為脫碳反應(yīng)的容積常數(shù)，m³/s。當(dāng)w(C)<0.003%時(shí)，W AK，脫碳過程出現(xiàn)停滯趨勢(shì)。通過增大吹氬流量和環(huán)流速度，可使脫碳速率常數(shù)Kc增大，進(jìn)一步降低碳含量。

1、RH－O真空吹氧技術(shù)

1969年德國(guó)蒂森鋼鐵公司亨利希鋼廠開發(fā)了RH－O技術(shù)，首次用鋼質(zhì)水冷氧槍從真空室頂部向真空室內(nèi)循環(huán)著的鋼水表面吹氧以強(qiáng)化脫碳冶煉低碳不銹鋼，既縮短了冶煉周期又降低了脫碳過程中鉻的氧化損失。但在工業(yè)生產(chǎn)中RH－O技術(shù)暴露出以下問題：氧槍結(jié)瘤嚴(yán)重，因氧槍動(dòng)密封不良而使氧槍槍位無法調(diào)整。這些問題一時(shí)無法解決，而當(dāng)時(shí)VOD精煉技術(shù)能較好地滿足不銹鋼生產(chǎn)的要求，所以RH－O技術(shù)未能得到廣泛運(yùn)用。

2、RH－OB真空吹氧技術(shù)

1972年新日鐵室蘭廠根據(jù)VOD生產(chǎn)不銹鋼的原理，開發(fā)了RH－OB真空吹氧技術(shù)。使用真空吹氧精煉技術(shù)可進(jìn)行強(qiáng)制脫碳、加鋁吹氧升高鋼水溫度、生產(chǎn)鋁鎮(zhèn)靜鋼等，減輕了轉(zhuǎn)爐負(fù)擔(dān)，提高了轉(zhuǎn)爐作業(yè)率，縮短了冶煉時(shí)間，降低了脫氧鋁耗。 RH－OB真空吹氧技術(shù)在20世紀(jì)80年代得到了較快發(fā)展，但也存在不足：吹氧噴嘴壽命低，降低了RH設(shè)備的作業(yè)率；噴濺嚴(yán)重，增加了RH真空室的結(jié)瘤，延長(zhǎng)了清除結(jié)瘤及輔助作業(yè)時(shí)間，要求增加RH真空泵的能力。這些問題，阻礙了RH－OB真空吹氧技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。

3、RH－KTB真空吹氧技術(shù)

1986年日本原川崎鋼鐵公司(現(xiàn)已和NKK重組為JEE公司)在傳統(tǒng)的RH基礎(chǔ)上，成功地開發(fā)了RH頂吹氧(RH KTB)技術(shù)，將RH技術(shù)的發(fā)展推向一個(gè)新階段。RH裝置上采用KTB技術(shù)，在脫碳反應(yīng)受氧氣供給速率支配的沸騰處理前半期，向真空槽內(nèi)的鋼水液面吹入氧氣，增大氧氣供給量，因而可在[O]較低的水平下大大加速脫碳。在鋼中w(C)>0.03%的高碳濃度區(qū)，KTB法的脫碳速率常數(shù)Kc=0.35，比常規(guī)RH法大；在鋼中w(C)>0.01%的范圍內(nèi)，主要由吹氧來控制脫碳反應(yīng)，脫碳速度隨著[O]的增加而增加；而在鋼中w(C)≤0.01%下吹氧的意義就不大了。因此，使用RH KTB法，轉(zhuǎn)爐出鋼鋼水w(C)可由0.03%提高到0.05%，并可以用高碳鐵合金代替低碳鐵合金作為RH合金化的原料。 應(yīng)用RH－KTB技術(shù)，在KTB脫碳的同時(shí)，脫碳反應(yīng)生成的CO氣體在真空槽內(nèi)二次燃燒放出熱量，可補(bǔ)償脫碳精煉中鋼液的溫度損失，可降低轉(zhuǎn)爐的出鋼溫度；不需要延長(zhǎng)精煉時(shí)間，可獲得高的脫碳速度；在轉(zhuǎn)爐出鋼終點(diǎn)w(C)>0.05%的情況下冶煉超低碳鋼，脫碳過程中不會(huì)發(fā)生強(qiáng)烈噴濺，減少了RH-OB工藝中的氬氣的消耗；使用靈活，操作簡(jiǎn)便。雖然RH－KTB技術(shù)也有其不足之處(如增加了氧槍及其控制系統(tǒng)，要求真空室有更高的高度)，但在現(xiàn)有的真空吹氧技術(shù)中仍不失為佼佼者。

4、RH－MFB多功能噴嘴技術(shù) 。

鋼液真空循環(huán)脫氣法發(fā)展過程中又出現(xiàn)了一些增加其功能的新的處理方法，如安裝噴氧槍進(jìn)行深脫碳的RH-OB法，在真空室上部增設(shè)水冷氧槍的RH-KTB法和在RH處理過程同時(shí)進(jìn)行噴粉處理的RH-IJ法等。RH輕處理則是利用鋼水中的碳和氧和真空條件，同時(shí)降低鋼水中碳和氧的方法。即通過真空循環(huán)處理將鋼水中的碳和氧從大氣下的平衡轉(zhuǎn)入50Pa下的平衡，降低鋼水中的溶解氧含量。此后向鋼水里加鋁，以達(dá)到穩(wěn)定的鋁收得率。再通過RH的環(huán)流攪拌使鋼水成分均勻，使鋼水中鋁的收得率得到穩(wěn)定的控制。

真空循環(huán)脫氣法作為一種爐外精煉手段，在煉鋼流程中的使用趨勢(shì)是與LF爐配合使用，發(fā)揮LF爐精煉過程脫氧和脫硫優(yōu)勢(shì)和RH法的脫氣優(yōu)勢(shì)。

總之，RH-真空循環(huán)處理經(jīng)過近40年的發(fā)展，精煉功能不斷擴(kuò)大，已經(jīng)從一個(gè)單純的脫氣設(shè)備變成一個(gè)多功能的處理設(shè)備。其快速處理的特點(diǎn)使它可以與轉(zhuǎn)爐的快節(jié)奏配合，真空循環(huán)處理特別適用于大批量鋼水的快速處理，與大容量的電弧爐或轉(zhuǎn)爐都可以滿意地配合。由于真空循環(huán)處理方法的優(yōu)點(diǎn)，使它成為當(dāng)今發(fā)展最快的爐外精煉設(shè)備之一。可以說RH的發(fā)展遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了該發(fā)明之初冶金工作者對(duì)它的期望。已經(jīng)成為具有脫氣、脫氧、脫碳、脫硫、升溫、成分控制、超低碳鋼精煉、不銹鋼冶煉等多功能精煉設(shè)備。而RH又具有操作簡(jiǎn)單、處理鋼水量大的優(yōu)點(diǎn)，所以發(fā)展很快。2100433B

真空技術(shù)在煉鋼上開始應(yīng)用起始于1952年，當(dāng)時(shí)人們?cè)谏a(chǎn)含硅量在2%左右的硅鋼時(shí)在澆注過程中經(jīng)常出現(xiàn)冒渣現(xiàn)象，經(jīng)過各種試驗(yàn)，終于發(fā)現(xiàn)鋼水中的氫和氮是產(chǎn)生冒渣無法澆注或軋制后產(chǎn)生廢品的主要原因，隨之各種真空精煉技術(shù)開始出現(xiàn)，如真空鑄錠法、鋼包滴流脫氣法、鋼包脫氣法等，從而開創(chuàng)了工業(yè)規(guī)模的鋼水真空處理方法，特別是蒸汽噴射泵的出現(xiàn)，更是加速了真空煉鋼技術(shù)的發(fā)展。

隨著真空煉鋼技術(shù)的開發(fā)與發(fā)展，最終RH和VD因?yàn)樘幚頃r(shí)間短、成本低、可以大量處理鋼水等優(yōu)點(diǎn)而成為真空煉鋼技術(shù)的主流，70年代開始隨著全連鑄車間的出現(xiàn)，RH因?yàn)椴捎娩撍谡婵詹郗h(huán)流的技術(shù)從而達(dá)到處理時(shí)間短、效率高、能夠與轉(zhuǎn)爐連鑄匹配的優(yōu)點(diǎn)而被轉(zhuǎn)爐工序大量采用。

RH40多年來，有多項(xiàng)關(guān)鍵性技術(shù)的出現(xiàn)，從而加速了RH精煉技術(shù)的發(fā)展。表1為40多年來RH技術(shù)的發(fā)展情況。

表1　 RH技術(shù)發(fā)展情況

RH脫氣法與其他精煉處理方法相比有如下優(yōu)點(diǎn)：

(1)脫氣效果較好。由于輸入驅(qū)動(dòng)氣體，形成了大量氣 泡核，進(jìn)入真空室的鋼液會(huì)噴射成非常細(xì)小的液滴，使鋼液 脫氣面積大大增加，因此有利于脫氣的進(jìn)行。

(2) 鋼液溫降小。一般一次處理后鋼液溫降只有30～ 50℃左右，而且在脫氣過程中還可加熱。

(3)脫氣室適用范圍較大?？稍谕辉O(shè)備處理不同容量 的鋼液，也可在電爐和感應(yīng)爐內(nèi)進(jìn)行處理。

(4)可處理的鋼種多。有鍛造用鋼、高強(qiáng)度鋼、結(jié)構(gòu)鋼、 軸承鋼、工具鋼、不銹鋼、電工鋼、深沖鋼等。

(5) 設(shè)備操作靈活，運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定可靠。

RH裝置是在高溫與真空條件下工作的，上升管中吹入 驅(qū)動(dòng)氣體，鋼液連續(xù)不斷地向上噴濺。真空脫氣室的中、下 部?jī)?nèi)襯，承受著鋼液噴濺和鋼液環(huán)流的沖刷作用，損毀較為 嚴(yán)重。插入管的內(nèi)襯，內(nèi)壁會(huì)受到高速氣流(流速高達(dá)每秒 數(shù)米) 和鋼液的沖刷作用，外壁和底部受到鋼水的劇烈沖擊，熔渣的化學(xué)侵蝕以及急冷急 熱作用，機(jī)械性損耗嚴(yán)重，易產(chǎn)生熱剝落。

與其他脫氣法相比，RH法耐火材料的侵蝕較為嚴(yán)重，其中插入管襯體的工作環(huán)境特別 惡劣，是RH裝置最薄弱的環(huán)節(jié)。

RH裝置采用的耐火材料有：高鋁磚、鎂白云石磚、方鎂石尖晶石磚、鎂磚、鎂鉻磚及 耐火搗打料和耐火澆注料等。