隨著氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐幾十年的發(fā)展,該種煉鋼法的生產(chǎn)節(jié)奏、鋼的冶煉品種與質(zhì)量等都己基本挖掘到極限。而現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展,對鋼的產(chǎn)量、品種和質(zhì)量等又提出了越來越高的要求,這就迫使煉鋼工作者尋求新的煉鋼工藝,于是產(chǎn)生了爐外精煉法(即二次冶煉)。爐外精煉是把由煉鋼轉(zhuǎn)爐初煉的鋼水倒入鋼包或?qū)S萌萜鲀?nèi)進一步精煉的一種方法,即把全部冶煉任務(wù)只由轉(zhuǎn)爐完成的一步煉鋼法,轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)爐只承擔(dān)熔化、粗脫碳、去磷、初調(diào)成分及溫度等初煉任務(wù),然后通過二次精煉,完成脫氣、脫硫、脫磷、脫碳、合金微調(diào)、溫度調(diào)整等功能的分步煉鋼法,從而大大地縮短了轉(zhuǎn)爐的冶煉周期,提高了鋼的質(zhì)量,并能生產(chǎn)出用一步煉鋼法不能生產(chǎn)的某些鋼種(如超低碳鋼等)。實現(xiàn)了高效、低耗、優(yōu)質(zhì)和多品種的最佳化生產(chǎn)。爐外精煉法起始于二十世紀50年代初期,80年代后獲得了迅速發(fā)展。
真空處理是眾多的爐外精煉法中的一種,它是1957年由原西德魯爾(Ruhrstahl)和海拉斯(Heraeus)鋼廠聯(lián)合研制的真空循環(huán)脫氣精煉法,取兩公司名稱的首字母簡稱而來。
真空處理的主要任務(wù)是脫氣,并通過鋼水循環(huán)使得非金屬夾雜物上浮、均勻鋼水成分和溫度,同時通過物料添加系統(tǒng)使其具有脫氧、脫碳、脫硫、脫磷、成分微調(diào)等多項冶金功能。RH工藝是與十九世紀以來迅猛發(fā)展的煉鋼技術(shù)(特別是轉(zhuǎn)爐煉鋼)密切相關(guān)的一種二次冶金技術(shù)。
真空處理既是轉(zhuǎn)爐充分發(fā)揮效率的可靠保證,又是為連鑄提供優(yōu)質(zhì)鋼水、穩(wěn)定連鑄生產(chǎn)的重要手段,同時在轉(zhuǎn)爐與連鑄之間起著重要的緩沖作用。
這種方法在一定條件下還可綜合回收粗金屬中的有價元素。真空精煉除能防止金屬與空氣中氧、氮反應(yīng)和避免氣體雜質(zhì)的污染外,更重要的是對許多精煉過程(特別是脫氣過程)還能創(chuàng)造有利于金屬和雜質(zhì)分離的熱力學(xué)和動力學(xué)條件。真空精煉主要包括真空蒸餾(升華)和真空脫氣。此外,人們也常把在真空下進行的碘化物熱離解法、歧化冶金以及化學(xué)氣相沉積劃歸真空精煉范疇。
真空蒸餾(升華)在真空條件下,利用各物質(zhì)在同一溫度下蒸氣壓和蒸發(fā)速度不同,控制適當(dāng)?shù)臏囟?,使某種物質(zhì)選擇性揮發(fā)和選擇性冷凝,來獲得純物質(zhì)的方法。這種方法主要用來提純某些沸點較低的金屬(或化合物),如汞、鋅、硒、碲、鈣、鎂、鈹及某些重稀土金屬等。純度為97.5%的金屬鋅,經(jīng)一次真空蒸餾后純度可達99.94%;稀土金屬釓在真空度0.133kPa、蒸餾溫度2173K、冷凝溫度1373~1473K的條件下蒸餾,產(chǎn)品中雜質(zhì)含量可降低1~2個數(shù)量級;工業(yè)純鎂經(jīng)真空升華后純度可達99.99%。真空蒸餾亦可用于分離某些冶金中間產(chǎn)品以制取純金屬。如將鉛鋅合金、鋁鎂合金、釔鎂合金蒸餾分離制取純金屬,將稀有金屬氯化物鎂還原法或鈣還原法所得的產(chǎn)品蒸餾除去殘余的鎂(或鈣)及其氯化物以制得純稀有金屬,混合硫化礦分離等。
真空蒸餾與常壓蒸餾相比,具有蒸餾溫度低和蒸餾速度快的特點。
蒸餾溫度低
例如在常壓下鋅的沸點為1180K,其蒸餾溫度要在1273K以上,而在0.133kPa壓力下,沸點僅759K,因此蒸餾溫度可降到773~873K。降低蒸餾溫度一方面可以減少設(shè)備材料對金屬的污染,延長設(shè)備壽命;另一方面增大了金屬與雜質(zhì)蒸氣壓的差距,提高了分離效果。根據(jù)特魯頓(Trouton)法則,物質(zhì)的沸騰熵大體相等,可推出A、B兩物質(zhì)蒸氣壓之比PBθ/PBθ與溫度的關(guān)系TA、TB分別為A、B的沸點,PAθ、PBθ分別為在TK時A、B的蒸氣壓,△Sθ為A、B的沸騰熵。當(dāng)A的沸點比B低時,PAθ/PBθ隨溫度的降低而增加,即溫度降低使它們的分離系數(shù)增大,有利于兩者分離。
蒸餾速度快
物質(zhì)的蒸發(fā)速度v為物質(zhì)的蒸發(fā)速度,g/(cm2·s);Pθ和P1分別為被蒸發(fā)物質(zhì)的蒸氣壓和其在氣相的分壓,提高真空度便導(dǎo)致P1的降低,即蒸發(fā)速度加快。真空蒸餾過程一般在真空電阻爐或真空感應(yīng)爐內(nèi)進行。
真空脫氣 在真空條件下脫除氣體雜質(zhì),包括通過化學(xué)反應(yīng)而使某些雜質(zhì)以氣體形態(tài)的脫除,例如通氧使碳成CO而被脫除。真空脫氣于1938年開始在鋼鐵工業(yè)中應(yīng)用,20世紀60年代后逐步擴展用于鉭、鈮、鋯、鉿、釩、鈦等高熔點金屬的提純。
真空在脫氣過程中的作用主要是降低氣體雜質(zhì)在金屬中的溶解度。根據(jù)西韋茨定律,雙原子氣體在金屬中的溶解度與其在氣相中分壓的平方根成正比,因此提高系統(tǒng)的真空度,便相當(dāng)于降低氣體的分壓,亦即能降低氣體在金屬中溶解度,超過溶解度的部分氣體雜質(zhì)便從金屬中逸出而脫除。真空脫氣主要用于脫除金屬中的氫、氮和氧、碳。
金屬中氫的脫除氫在釩、鈮、鉭中的溶解度與其關(guān)系在973K下當(dāng)氫分壓為1kPa時,釩、鈮、鉭中H:Me在0.01以下,或相當(dāng)于金屬中含氫在50×10-4%以下。
當(dāng)容器中的壓力低于大氣壓力時,把低于大氣壓力的部分叫真空。用符號“pv”表示。其關(guān)系式為: pv=patm-pa ...
看看進氣口和排氣口是否接錯了,三相泵的話看看是不是電機反轉(zhuǎn)了。如果真空泵電機還是好的。而且如果是不同工作方式的泵,不能正常工作的原因還是有所區(qū)別的,不能一概而論。
水環(huán)式真空泵(簡稱水環(huán)泵)是一種粗真空泵,它所能獲得的極限壓力,對于單級泵為?2.66?~?9.31kPa?;對于雙級泵為?0.133?~?0.665kPa?。水環(huán)泵也可用作壓縮機,它屬于低壓的壓縮機...
真空精煉設(shè)備和操作隨著實際應(yīng)用不斷發(fā)展,從單一的脫氫處理發(fā)展為充分利用真空下的碳氧反應(yīng),于是出現(xiàn)了輕處理、本處理、深脫碳等處理方式。
(1)輕處理的目的
利用真空狀態(tài)下的碳氧反應(yīng)可使鋼水中碳和氧同步下降這一原理,轉(zhuǎn)爐在生產(chǎn)低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼時適當(dāng)提高終點碳,出鋼時鋼包內(nèi)按沸騰鋼脫氧強度脫氧,這樣渣中氧化鐵降低,金屬收得率提高,停吹時鋼水殘錳提高,并可用高碳錳鐵代替中碳錳鐵。通過RH輕處理,使碳、氧同步下降,減輕了轉(zhuǎn)爐脫碳負擔(dān),其脫氧產(chǎn)物(一氧化碳氣泡)不污染鋼水,而且上浮過程中使鋼水純凈度大大提高,最后僅用少量鋁終脫氧,鋁收得率高達70%以上而且十分穩(wěn)定鋼水純凈度的提高,消除了連鑄堵水口事故。
(2)輕處理的操作要點
輕處理是在67~266mbar的低真空度下對鋼水溫度、成分進行調(diào)整,根據(jù)真空槽內(nèi)鋼水沸騰情況適當(dāng)調(diào)整真空度;
環(huán)流氣體流量由小(最大流量的60%)到大(最大流量的80%);
當(dāng)真空槽內(nèi)鋼水沸騰情況逐漸微弱時加鋁終脫氧,加鋁后鋼水繼續(xù)環(huán)流3分鐘以上;
低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼輕處理中的脫碳量約為0.04%,當(dāng)轉(zhuǎn)爐出鋼[C]過高時,可以用頂槍吹氧脫碳。
(1)本處理的目的
真空脫氫處理是RH最傳統(tǒng)最成熟的處理工藝,又稱本處理。本處理的操作是在0.67mbar的真空度下,使鋼水以最大環(huán)流速度處理一定時間,使氫降到2ppm以下。
(2)本處理的操作要點
-鋼包應(yīng)連續(xù)使用5爐以上,出鋼時耐材表面溫度應(yīng)在1000℃以上;
-處理前鋼水成分在目標(biāo)成分中下限,鋼水溫度不可過低;
-真空槽和浸漬管應(yīng)處理3次以上,才能進行本處理;
-真空泵啟動后應(yīng)在4分鐘內(nèi)達到工作真空度,應(yīng)采用預(yù)抽真空方式;
-處理前要檢查設(shè)備、頂槍、各密封圈的冷卻、法蘭等不得有漏水;
-合金微調(diào)后繼續(xù)在最低壓力下處理5分鐘以上。
深脫碳處理模式
(1)深脫碳處理的目的
具有優(yōu)異深沖性能的高品質(zhì)冷軋薄鋼板是最主要的高附加值產(chǎn)品,而鋼中固溶碳量嚴重影響冷軋鋼板深沖性能。同樣,碳在高牌號無取向電工鋼中也是導(dǎo)致磁性能惡化的主要元素。因此,要求處理要在盡可能短的時間內(nèi)把W(C)降至很低范圍(30ppm以下)。
(2)深脫碳處理的操作要點
-確保最大的環(huán)流速度,即浸漬管及真空室狀況良好;
-不得使用含碳鋼包覆蓋劑;
-要求轉(zhuǎn)爐控制好出鋼溫度,盡量避免RH升溫造成處理時間過長:
-采取措施消除真空槽壁凝結(jié)的冷鋼,或處理超低碳鋼前3爐不處理中高碳鋼,而應(yīng)處理低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼 。2100433B
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新建文本文檔.txt 人類從事將真空作為滅弧和絕緣介質(zhì)的應(yīng)用研究,到現(xiàn)在已有一百多年的歷史。早在 1893 年,美國人里頓豪斯 (Rittenhause) 就設(shè)計出世界上第1 只真空滅弧室并以專利的形式發(fā) 表;1920年,瑞典佛加(Birka)公司研制出世界上第一臺真空開關(guān); 1926年,加里福尼亞 工學(xué)院的索倫森(Sornsen)教授發(fā)表了真空開關(guān)的試驗結(jié)果,并預(yù)言應(yīng)用真空開關(guān)的時代不 久就會到來。由于當(dāng)時的真空技術(shù)還很落后,使得真空開關(guān)在工業(yè)上的實際應(yīng)用被大大推遲 了。 到1950年前后,隨著真空技術(shù)以及相關(guān)技術(shù)如冶金技術(shù)等的發(fā)展,真空滅弧室的制造技 術(shù)得到了提高,又重新開始了真空開關(guān)在工業(yè)上應(yīng)用的研究。 1956年,羅斯(H.Cross)對杰 寧無線電制造公司(Jenning) 生產(chǎn)的用于高頻回路的真空開關(guān)進行了改造,試制出了 15kV、 200A的真空開關(guān)。 1961年美
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為了降低真空精煉VOD爐設(shè)備能源消耗量,提高效率和經(jīng)濟效益,將原五級拉瓦爾噴射器與水泵的組合改為三級主泵一級輔泵加水環(huán)泵型式真空泵組等,使蒸汽介質(zhì)質(zhì)量參數(shù)的要求大為降低,提高噴嘴噴射速度。
根據(jù)對鎂質(zhì)量的要求,可以采用不同的精煉方法。鎂的精煉方法主要有鎂熔劑精煉、鎂沉降精煉、鎂真空蒸餾精煉和鎂添加難熔金屬精煉等。前兩種方法主要是脫除粗鎂中的非金屬氧化物和鐵等雜質(zhì)。后兩種方法主要除去金屬雜質(zhì),用于生產(chǎn)高純鎂。鎂精煉產(chǎn)出的精鎂通稱商品鎂 。
爐外精煉把傳統(tǒng)的煉鋼分成兩步,第一步叫初煉,在氧化性氣氛下進行爐料的熔化、脫磷、脫碳和主合金化;第二步叫精煉,在真空、惰性氣氛或可控氣氛下進行脫氧、脫硫、去除夾雜、夾雜物變性、微調(diào)成分、控制鋼水溫度等。20世紀60年代以來,各種爐外精煉方法相繼出現(xiàn)。全世界這一技術(shù)已經(jīng)得到了飛速發(fā)展。
爐外精煉在現(xiàn)代化的鋼鐵生產(chǎn)流程中已成為一個不可缺少的環(huán)節(jié),尤其爐外精煉與連鑄相結(jié)合,是保證連鑄生產(chǎn)順行,擴大連鑄品種,提高鑄坯質(zhì)量的重要手段。
在煉鋼生產(chǎn)流程中,采用轉(zhuǎn)爐(或電爐)-爐外精煉-連鑄已成為鋼廠技術(shù)改造的普遍模式。
各種爐外精煉方法的工藝各不相同,其共同的特點是:有一個理想的精煉氣氛,如真空、惰性氣體或還原性氣體;采用電磁力、吹惰性氣體攪拌鋼水;為補償精煉過程中的鋼水溫度降損失,采用電弧、等離子、化學(xué)法等加熱方法。
與連鑄相匹配的鋼包精煉,在于提高鑄坯質(zhì)量和保證連鑄工藝的穩(wěn)定性。選擇合適的爐外精煉方法是連鑄鋼水準備,提供合格質(zhì)量鋼水的重要手段,為此結(jié)合產(chǎn)品質(zhì)量要求選擇鋼包精煉設(shè)備應(yīng)滿足以下基本要求:
1.調(diào)節(jié)鋼水溫度,達到連鑄所要求的澆注溫度范圍;
2.提高鋼水清潔度,特別是減少鋼中大型夾雜物的含量;
3.降低鋼中氣體含量(如氫、氮含量
4.降低鋼中有害雜質(zhì)(如硫、磷)含量;
5.使鋼水中溫度和成分均勻化,并微調(diào)成分使成品鋼的化學(xué)成分范圍非常窄;
6.改變鋼中夾雜物的形態(tài)和組成,改善鋼水的流動性;
7.減輕煉鋼爐的冶煉負荷,縮短冶煉周期,提高生產(chǎn)率;
8.鋼包精煉爐成為煉鋼爐和連鑄機之間的一個“緩沖器”平衡兩者之間的生產(chǎn)節(jié)奏,有利于提高連鑄機的生產(chǎn)率。
爐外精煉原理
精煉主要通過下述作用:
鋼液中氣體的溶解度服從平方根定 律,鋼中進行脫氫含量,在鋼液真空處理時,降低精煉容器中氫的分壓p,即可達到鋼液脫氫的目的。氫的溶解反應(yīng)平衡常數(shù)KH是溫度的函數(shù),在1600℃時,KH=0.0027。氫在鋼液中溶解平衡常數(shù)低,擴散速度快,所以鋼液脫氫速度很快,可使鋼中氫含量接近平衡值。同理,也可進行脫氮,但氮在鋼液中的溶解平衡常數(shù)較高,KN=0.040,擴散速度慢,因此鋼液真空處理時,氮的脫出率僅為10~25%(見鋼的去氣,真空冶金)。
爐外精煉通常用兩種脫氧方法。真空下碳脫氧和加 入合金元素硅、錳、鋁等進行沉淀脫氧。真空下碳氧反應(yīng)為:【C】+【O】─→CO↑,則【C】%·【O】%=ppCO/K=mppCO,平衡常數(shù)K為溫度的函數(shù),在1600℃和ppCO=1大氣壓時值為0.0020~0.0025,因此真空下碳的脫氧能力很強,可超過脫氧元素硅、錳和鋁。反應(yīng)產(chǎn)物CO是氣態(tài)而不是呈夾雜物形態(tài),在真空下極易排除。
向鋼水中吹入惰性氣體,這種氣體本身不參與冶金反 應(yīng),但從鋼水中上升的每個小氣泡都相當(dāng)于一個"小真空室"(氣泡中H2、N2、CO的分壓接近于零) 具有"氣洗"的作用。 爐外精煉生產(chǎn)不銹鋼的原理,就是應(yīng)用不同的CO分壓下碳鉻和溫度之間的平衡關(guān)系。用惰性氣體加氧進行精煉脫碳(工藝過程中不斷變換氬/氧的比例),可以降低碳氧反應(yīng)中CO的分壓,在較低溫度的條件下,降低碳含量而鉻不被氧化。
鋼液攪拌 爐外精煉過程中對鋼液進行攪拌,使鋼液成分和溫度均勻化,并能促進冶金反應(yīng)。多數(shù)冶金反應(yīng)過程是相界面反應(yīng),反應(yīng)物和生成物的擴散速度是這些反應(yīng)限制性環(huán)節(jié)。鋼液在靜止?fàn)顟B(tài)下,冶金反應(yīng)速度很慢,如電爐中靜止的鋼液脫硫需要30~60分鐘;爐外精煉中攪動鋼液進行脫硫只需3~5分鐘,即可達到同樣的效果。鋼液在靜止?fàn)顟B(tài)下,夾雜物靠上浮除去,服從于斯托克斯(Stokes)定律,排除速度較慢;攪拌鋼液時,夾雜物的除去服從于指數(shù)規(guī)律,式中Xt和X0分別表示時間s和開始時間(s=0)時夾雜物的濃度;k為常數(shù),與攪拌強度、類型和夾雜物的特性有關(guān)。
鋼包處理型爐外精煉 特點是精煉時間短(10~30分鐘),精煉任務(wù)單一,沒有補償鋼水溫度降低的加熱裝置,工藝操作簡單,設(shè)備投資少。有鋼水脫氣、脫硫,成分控制和改變夾雜物形態(tài)等裝置。真空循環(huán)脫氣法(RH、DH),鋼包真空吹氬法(Gazid),鋼包噴粉(CaSi或其他粉劑)處理法(IJ、TN、SL)等均屬此類。
鋼包精煉型爐外精煉 特點是精煉時間長(60~180分鐘),具有多種精煉機能,有補償鋼水溫度降低的加熱裝置,適于各類高合金鋼和特殊性能鋼種(如超純鋼種)的精煉生產(chǎn)。真空吹氧脫碳法 (VOD)、真空電弧加熱脫氣法(VAD)和鋼包精煉爐法(ASEA-SKF)等,均屬此類。與此類似的還有氬氧脫碳法(AOD)。