RH生產(chǎn)工藝及

脫硫技術(shù)的控制1RH生產(chǎn)工藝簡介1.1RH的開展概況1.2RH精煉技術(shù)的種類及特點1.3RH噴粉技術(shù)及其開展2RH脫硫技術(shù)2.1脫硫的熱力學(xué)與動力學(xué)2.2RH脫硫劑的種類、使用方法與脫硫效果2.3提高脫硫率的措施主要內(nèi)容RH精煉技術(shù)于1959年由西德魯爾鋼(Ruhrstahl)公司和海羅爾斯(Heraeus)公司聯(lián)合開發(fā)成功。上世紀在七十年代起，RH精煉技術(shù)被全世界廣泛采用，至20世紀90年代中期，RH真空精煉處理水平和配套技術(shù)已相當(dāng)完善和成熟。RH精煉技術(shù)主要經(jīng)歷了RH-O，RH-OB，RH-KTB，RH-MFB四個階段；在噴粉方面，先后出現(xiàn)了RH-IJ、RH-KPB、RH-PB、RH-PTB、MESID、RH-WPB噴粉法。

1.1RH精煉技術(shù)的開展概況RH生產(chǎn)工藝簡介1合金添加孔2排氣孔3真空室4上升管5下降管6鋼包RHRH設(shè)備示意圖1.2

RH精煉技術(shù)的種類及特點真空循環(huán)脫氣是利用空氣揚水泵的原理。真空槽內(nèi)部形成密閉容器后,開啟真空泵,鋼液上方形成真空,并在大氣壓力作用下,鋼液被壓入真空槽。如左圖所示。處理效果

：脫氫、脫碳、脫氧、脫氮、脫硫成分控制、升溫RH示意圖

RHRHRH法的工藝原理ＲＨ法又稱真空循環(huán)脫氣法。其根本工藝原理是利用氣泡將鋼水不斷地提升到真空室內(nèi)進行脫氣、脫碳等反響，然后回流到鋼包中。因此,ＲＨ處理不要求特定的鋼包凈空高度，反響速度也不受鋼包凈空高度的限制。◆反響速度快,表觀脫碳速度常數(shù)可到達3.5min-1。處理周期短，生產(chǎn)效率高，常與轉(zhuǎn)爐配套使用;◆反響效率高，鋼水直接在真空室內(nèi)進行反響，可生產(chǎn)[Ｈ]≤0.5ppm、[Ｎ]≤25ppm、[Ｃ]≤10ppm的超純潔鋼;◆可進行吹氧脫碳和二次燃燒進行熱補償，減少處理溫降;◆可噴粉脫硫，生產(chǎn)[S]≤5ppm的超低硫鋼。RH技術(shù)的優(yōu)點RH-O吹氧技術(shù)示意圖

1969年德國蒂森鋼鐵公司亨利希鋼廠開發(fā)技術(shù)特點：強化脫碳冶煉低碳不銹鋼暴露問題：氧槍結(jié)瘤嚴重氧槍動密封不良槍位無法調(diào)整

VOD精煉技術(shù)能較好的滿足不銹鋼生產(chǎn)要求，RH-O技術(shù)未能得到廣泛運用RH-ORH-OB側(cè)吹氧技術(shù)示意圖

1972年新日鐵室蘭廠開發(fā)技術(shù)特點：強制脫碳、加鋁升溫暴露問題：噴嘴壽命低、噴濺嚴重、真空室易結(jié)瘤，輔助作業(yè)時間延長要求增加RH真空泵的能力，阻礙了RH-OB進一步開展RH-OBRH-KTB法示意圖

1986年日本原川崎鋼鐵公司開發(fā)技術(shù)特點：

脫碳速度快熱量補償多降低轉(zhuǎn)爐出鋼溫度防止和減輕真空室結(jié)冷鋼使用靈活，操作簡便在現(xiàn)有的真空吹氧技術(shù)中仍不失為佼佼者RH-KTBRH-KTB主要工藝特點：不需額外添加熱源〔如鋁、硅等〕，本錢低；不需延長處理時間，生產(chǎn)作業(yè)率高；熱效率高，在吹氧脫碳期間的前10min內(nèi)，爐氣中含CO2量高達60.5％〔而普遍RH僅為3.5％〕。RH-MFB法示意圖

1992年日本新日鐵公司廣畑廠開發(fā)RH-MFB法的主要功能是在真空狀態(tài)下的吹氧強脫碳、鋁化學(xué)加熱鋼水，在大氣狀態(tài)下吹氧氣/天然氣燃燒加熱烘烤真空室及去除真空室內(nèi)壁形成的結(jié)瘤物，真空狀態(tài)下吹天然氣/氧氣燃燒加熱鋼水及防止真空室頂部形成結(jié)瘤物。RH-MFBRH-MFBMFB氧槍是四層鋼管組成，中心管吹O2，環(huán)縫輸入天然氣(LNG)或焦?fàn)t煤氣(COG)，外管間通冷卻水。攀鋼RH-MFB真空處理裝置的主要工藝參數(shù)項目主要工藝參數(shù)RH型式單室上動式每次處理鋼水量/t131.5鋼包自由凈空/mm300～500處理時間/min超低碳鋼28低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼16高耐候鋼及低合金鋼22真空泵抽氣能力/kg·h-1550（66.6Pa，20℃）1300（1300Pa，20℃）2800（8000Pa，20℃）3500（13300Pa，20℃）極限真空度/Pa30抽氣時間/min≤4(從900hPa至1.5hPa)真空系統(tǒng)泄漏率/kg·h-1≤25(20℃時)鋼水循環(huán)速率/t·min-150～70真空室總高/mm10650插入管內(nèi)徑/mm450真空室砌磚后內(nèi)徑/mm1700MFB槍加熱真空室的加熱速度/℃·h-1≥60晝夜處理次數(shù)13(平均)，15(max)處理周期/min24～36年處理鋼水量/×106t52.61.3RH噴粉技術(shù)及其開展RH噴粉技術(shù)是在RH-OB、RH-KTB設(shè)備的根底上增加了噴粉技術(shù)，實現(xiàn)了脫硫、脫磷和改變非金屬夾雜物形態(tài)的功能。RH噴粉脫硫方法鋼液真空循環(huán)精煉法RH自上世紀八十年代以來主要開展了以下幾種噴粉脫硫方法：RH-PB〔IJ〕法、RH-PB〔OB〕法、RH-PTB法和RH-WPB法等。它們的主要區(qū)別在于脫硫粉劑在鋼液和RH裝置中吹入的部位不同，獲得不同的吹煉效果。RH-PB〔IJ〕RH-PB〔IJ〕法是日本新日鐵大分廠于1985年開發(fā)的，該法是將粉劑通過置于上升管下方的噴槍噴入鋼液中，帶脫硫粉劑的鋼液經(jīng)上升管進入RH上部真空室，在鋼液循環(huán)過程實現(xiàn)脫硫。該方法既可將氬氣與粉劑呈氣粉兩相流同時吹入，又可單獨吹氬〔如以下圖〕。RH-PB(IJ)RH-PB(IJ)法示意圖1985年日本新日鐵公司大分廠開發(fā)經(jīng)RH-PB〔IJ〕處理后,可使[H]達1.5μg/g,[C]達25μg/g,[P]達20μg/g,[S]達10μg/g,[N]達30μg/g。RH-PB(IJ)的特點可以將鋼包噴粉時爐渣的不利影響限制在最小程度；粉體與鋼液的接觸時間較長；可增強鋼包底部和真空室內(nèi)的鋼液攪拌；可增大環(huán)流量。RH-PB〔OB〕設(shè)備原理圖RH-PB〔OB〕該法是利用原設(shè)于真空室下部的吹氧〔OB〕噴嘴，使其具有噴粉功能，依靠載氣將粉劑通過噴嘴吹入真空室內(nèi)的鋼液。真空室下部一般有兩個噴嘴，可通過切換閥門改變成吹氧或噴粉。1987年日本新日鐵名古屋廠開發(fā)RH-PB特點：不僅可以脫氧、脫硫，還可以冶煉超低磷鋼；吹氧噴嘴具有噴粉功能，可以使鋼水升溫；具有良好的去氫效果；不會影響傳統(tǒng)的RH真空脫氣的能力，更無吸氮之憂。RH-PTB裝置原理圖

RH-PTB1994年日本住友公司和歌山廠開發(fā)為冶煉超低硫深沖鋼，日本住友工業(yè)公司和歌山廠于1994年開發(fā)了RH頂噴粉法，即RH-PTB噴粉法。該法通過水冷頂槍進行噴粉操作，粉劑輸送較流暢，噴嘴不易堵塞；不使用耐火材質(zhì)的浸入式噴槍操作操作本錢較低；無鋼液阻力，載氣耗量小。RH-PTB反響機理概貌噴粉期間[S]和[N]的變化粉劑耗量，kg/tRH-PTB1994年9月，比利時北部的SIDMAR鋼鐵廠在投入使用的RH設(shè)備上安裝了由MDHMESSO冶金公司開發(fā)的MESID噴槍。其技術(shù)核心是MESID噴槍用脈沖氣流工作，從而減少氧氣流對真空室內(nèi)鋼液面的影響。如以下圖所示。除增加一定的氣體外，也可向熔池外表噴吹用于脫硫的固體混合料，這對生產(chǎn)終點硫有限的低碳鋼來說尤其重要。此外，利用噴槍燒嘴的功能，可以加熱真空室的耐火材料或保持一定溫度。MESID技術(shù)MESID工藝圖主要用于超深沖鋼、超純潔鋼處理。也可快速脫碳至低碳范圍。處理效果：[H]＜1.5×10-6，[N]＜20×10-6，[C]＜×10-6。這種RH裝置〔300T〕具有優(yōu)異的深脫碳功能，所處理的115爐超低碳鋼的一些主要數(shù)據(jù)為：爐處理時間27MIN；脫碳時間17.0MIN;平均終點碳含量13.5PPM;最低終點碳含量8PPM;深度真空(＜100PA)時間12.5MIN;平均脫碳率94.1%MESID技術(shù)

成分RH處理前，ppmRH處理后，ppm[C][N][C][N]平均241.014.913.716.1偏差36.32.82.73.0最小147.07.09.010.0最大351.019.020.024.0MESID處理前后鋼水主要成分變化MESID技術(shù)RH-WPBRH-WPB噴吹法具有反響時間短、耐火材料損傷小等特點；而槽內(nèi)添加法具有不改造設(shè)備、難于使用粉料、耐火材料燒損大。其中脫硫效率比較分別見下表。粉體消耗/kg·t-1脫硫效率ηs/%563.4668.2771.6脫硫劑單耗/kg·t-1脫硫效率ηs/%568.2670.2772.4噴吹CaF2為30%的粉體時脫硫效率的變化

槽內(nèi)添加CaF2為40%的脫硫劑時脫硫效率的變化項目參數(shù)噴吹量/kg·t-10~7噴吹速度/kg·min-10~200載氣（Ar氣）流量/Nm3·min-13.0~4.0噴槍高度/cm950~1000粉料粒度/μm1.5~1000粉粒組成1.5~1000RH-WPB鋼水脫硫的主要條件

RH-WPB

技術(shù)現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于RH生產(chǎn),模式如下:非脫[C]鋼:LD出鋼(頂渣改質(zhì))→RH成份調(diào)整→RH—WPB噴粉脫硫脫[C]鋼:LD出鋼(頂渣改質(zhì))→RH脫[C]→RH成份調(diào)整→RH—WPB噴粉脫硫各種脫硫方法的比較脫硫方法脫硫效果%綜合優(yōu)勢劣勢投入法40～60不需改造現(xiàn)有車間、設(shè)備;工藝簡單、易行反應(yīng)效率低;侵蝕耐材0.7～1mm/爐(不脫硫爐次為0.4～0.5mm/爐);RH-PTB50～80不增加氧槍成本;對耐材影響小;可以升溫;負壓輸粉,槍不易堵需增加部分設(shè)備;反應(yīng)持續(xù)時間比RH-IJ、RH-PB法短;粉劑利用率較低RH-PB70～90脫硫反應(yīng)效率高需增加整套噴吹設(shè)備、車間改造;易噴濺;噴嘴處侵蝕嚴重RH-IJ70～90粉劑參與鋼液多次循環(huán);脫硫反應(yīng)效率很高需增加整套噴吹設(shè)備、車間改造;粉劑易堵槍,噴槍開支高序列類型開發(fā)廠家主要功能適用鋼種處理效果備注1RH1957年前西德魯爾鋼鐵公司和赫拉歐斯公司真空脫氣(H2)，減少雜質(zhì)，均勻成分、溫度特別用于對含氫量要求嚴格鋼種，主要是低碳鋼、超低碳深沖鋼等[H]<2×10-6[N]<40×10-6[O]<20~40×10-6原為鋼水脫氫開發(fā)，短時間可使[H]降到遠低于白點敏感極限以下2RH-OB1972年新日鐵公司名古屋廠同1，并能吹氧脫碳、加熱鋼水同1，還可生產(chǎn)不銹鋼，多用于超低碳鋼的處理同(RH)，且可使終點碳[C]≤35×10-6為鋼水升溫而開發(fā)3RH-PB1985年新日鐵公司分廠同1，并可噴粉脫硫、磷同1，主要用于超低硫、磷鋼的處理[H]<1.5×10-6[S]<10×10-6[P]<20×10-6噴槍插入鋼包內(nèi)上升管下面4RH-KTB1986年日本川崎鋼鐵公司同1，并可加速脫碳，補償熱損失同1，多用于超低碳鋼、IF鋼、硅鋼的處理[H]<1.5×10-6[N]<40×10-6[O]<30×10-6[C]<20×10-6快速脫碳至超低碳范圍，二次燃燒補償處理過程熱損失5RH-PB(OB)1987年新日鐵同1，并可噴粉脫硫、磷同1，主要用于超低硫、磷鋼等的處理[N]<40×10-6[S]<10×10-6[P]<20×10-6從OB孔噴入粉劑6RH-MFB1992年日本新日鐵同1，既可噴粉脫硫、磷又可吹氧加速脫碳同1，還可用于超低硫、磷鋼的處理[H]<1.5×10-6[N]<40×10-6[O]<30×10-6[C]<20×10-6噴嘴既可噴入粉劑又可吹氧7RH-PTB1994年日本住友金屬工業(yè)公司同1，并可噴粉脫硫、磷同1，主要用于超低硫、磷鋼的處理[H]<1.5×10-6[N]<40×10-6[O]<30×10-6[C]<20×10-6從KTB噴嘴噴入粉劑RH及多功能RH精煉技術(shù)的概況匯總表廠家煉鋼設(shè)備處理的鋼種川崎水島廠轉(zhuǎn)爐-RH(KTB)-連鑄超低碳鋼住友鋼鐵公司轉(zhuǎn)爐-RH(PB)-連鑄超低碳鋼、電工鋼浦項鋼鐵公司轉(zhuǎn)爐-RH（TOB）-連鑄超低碳鋼、超低氮鋼臺灣中鋼轉(zhuǎn)爐-RH-連鑄IF鋼、電工鋼、壓力容器鋼美國鋼公司轉(zhuǎn)爐-鋼包爐汽車用鋼Momvalley廠轉(zhuǎn)爐-RH（KTB）-連鑄建筑用鋼美國內(nèi)陸鋼公司轉(zhuǎn)爐-RH（OB）-連鑄超低碳鋼美國大湖廠轉(zhuǎn)爐-鋼包爐或RH（KTB）-連鑄低碳、超低碳鋼Stelko公司轉(zhuǎn)爐-RH（OB/PB）-連鑄低硫、超低硫鋼、管線鋼美國AK鋼公司轉(zhuǎn)爐-CAS（OB）或RH（KTB）-連鑄低碳、超低碳鋼一些具有RH設(shè)備的廠家處理的鋼種按爐渣離子理論脫硫反響式：硫在渣鋼間的分配比：脫硫熱力學(xué)按爐渣分子理論，堿性氧化渣與金屬間的脫硫反響如下：2.1脫硫的熱力學(xué)與動力學(xué)硫在金屬液中存在三種形式:即[FeS]、[S]和S2-。FeS它既溶于鋼液，也溶于熔渣。渣鋼間的脫硫反響：首先鋼液中硫擴散至熔渣中即[FeS]→(FeS)，進入熔渣中的〔FeS〕與游離的CaO(或MnO)結(jié)合成穩(wěn)定的CaS或MnS。(CaO)十[FeS]＝(CaS)十(FeO)Ks=(S)(FeO)[S]?(CaO)(S)[S]Ls==Ks?(CaO)(FeO)平衡常數(shù)和分配系數(shù)影響鋼渣間脫硫反響的因素?zé)掍摐囟鹊挠绊憽ｄ撛g的脫硫反響屬于吸熱反響，吸熱在108.2-128kJ/mol之間，因此，高溫有利于脫硫反響進行。溫度的重要影響主要表達在高溫能促進石灰溶解和提高爐渣流動性。爐渣堿度的影響。爐渣堿度高,游離CaO多,或〔O2-〕增大,有利于脫硫。但過高的堿度,常出現(xiàn)爐渣粘度增加,反而降低脫硫效果。由表可以得到堿度一般在11左右時脫硫效果最正確。見以下圖。爐渣堿度對脫硫的影響爐渣堿度對脫硫率的影響爐渣堿度對硫的分配系數(shù)的影響爐渣中(FeO)的影響。從熱力學(xué)角度可以看出，(FeO)高不利于脫硫。當(dāng)爐渣堿度高、流動性差時，爐渣中有一定量的(FeO)，可助熔化渣。金屬液成分的影響。金屬液中[C]、[Si]能增加硫的活度系數(shù)f[S]，降低氧活度，有利于脫硫。脫硫的有利條件：高溫，高堿度，低〔FeO〕，好流動性。脫氧對脫硫的影響。鋼液溶解氧對脫硫的影響非常顯著，本實驗采用插鋁的方法脫氧。在其他成分相同的情況下，脫氧的好壞對脫硫的影響以及最終硫含量的關(guān)系如以下圖。從中可以看出，系列1是脫氧效果不太好的最終硫含量，其硫含量很高；系列2是脫氧比較好的情況，最終硫含量很低。脫氧對脫硫的影響初始硫含量的影響。一般來說當(dāng)鋼液中的初始硫含量高時，其脫硫率就高。如以下圖所示：初始硫含量對脫硫的影響不同的脫硫劑參加量的影響。以下圖為不同的脫硫劑參加量〔1%、2%〕對脫硫效果的比較，從圖中可以明顯看出，隨著脫硫劑參加量的增加，脫硫效果有著相當(dāng)大的變化。在其他條件大致相同的情況下，參加量加大可以明顯提高脫硫效果。渣量對脫硫的影響渣指數(shù)的影響。通常采用m(CaO)/m(SiO2×Al2O3)表示熔渣的成分對脫硫的影響，其值稱為Mannesman指數(shù)即渣指數(shù)用MI表示(見以下圖)。渣指數(shù)〔MI〕對脫硫的影響渣指數(shù)對脫硫率的影響渣指數(shù)對硫的分配系數(shù)的影響〔1〕鋼渣間脫硫反響是放熱反響，溫度升高有利于脫硫。高溫主要增加了脫硫速度?！?〕低〔FeO〕有利于脫硫?！?〕高堿度有利于脫硫。〔4〕大渣量有利于脫硫。沒有低的氧含量[O]和〔FeO〕是不能順利脫硫的。分析硫的分配系數(shù)影響因素◆渣成分渣中〔FeO〕，Ls渣中〔CaO〕/〔FeO〕,Ls◆流動性向堿度的渣中參加13-15%的CaF2，Ls提高到180-200◆鋼包吹氬或倒包能加強鋼液與爐渣的混合，Ls可增加到原來的倍。脫硫反響動力學(xué)脫硫反響渣、鋼界面反響，脫硫反響的速率方程：當(dāng)鋼水中硫的傳質(zhì)系數(shù)km很大時，此時硫的傳質(zhì)阻力集中于爐渣:如Ls一定，ks很大，即硫的傳質(zhì)阻力集中于鋼水時，即，那么脫硫速率方程為：RH處理過程脫硫方法：噴吹脫硫粉劑真空室投入脫硫劑脫硫可選渣系：CaO-CaF2CaO-CaF2-Al2O3CaO-Al2O3-SiO22.2RH脫硫劑的種類、使用方法與脫硫效果CaO-CaF2最高脫硫能力；40%CaF2最正確，LS180在CaO-CaF2渣系中參加5%Al2O3改善脫硫，但含量不能高于10%。在CaO-CaF2渣中參加10%～15%MgO，減輕對耐材影響CaO-CaF2CaO-CaF2武鋼投入法脫硫率60%

擋渣出鋼,渣層<100mm;渣中氧化鐵<10%,堿度3～4;渣改性加8kg/t石灰和螢石(8∶2)(在出鋼一半時參加)。對脫硫的工藝要求有:①脫硫劑CaO、CaF2的比例為6∶4,參加量3～5kg/t;②采用活性石灰,脫硫劑要防潮;③脫硫劑粒度3～5mm;④脫硫劑參加時機應(yīng)在深脫氧2min之后進行;⑤投入速度要連續(xù)均勻并控制在150kg/t;⑥要在脫硫劑加完后保持攪拌3～5min;⑦RH脫硫時每加1.5kg/t脫硫劑需補加鋁0.25kg/t。技術(shù)要點武鋼RH噴吹設(shè)備示意圖1.儲存罐ST1

2.儲存罐ST2

3.提升罐4.布袋除塵器BF35.噴吹罐6.噴槍7.真空室8.鋼包噴粉脫硫時頂渣改質(zhì)前后頂渣中w(TFe)+w(MnO)比照工序范圍均值改質(zhì)前5.34-9.317.21改質(zhì)后3.21-7.024.89CaO-CaF2武鋼

噴吹法粉體中w(CaF2)對脫硫效率的影響粉粒組成w(CaO)∶w(CaF2)=70∶30CaO-CaF2武鋼

噴吹法CaO-CaF2新日鐵

投入法

脫硫率50%

新日鐵廣佃廠的試驗與武鋼根本相同。脫硫劑參加量為6kg/t時其脫硫率為50%。據(jù)其稱,脫硫劑參加位置也很重要,上升管上方投入比下降管上方投入效率要高近10%。CaO-CaF2

寶鋼投入法脫硫率47%

管線鋼RH處理脫硫脫硫劑組成:65%～85%CaO+15%～35%CaF2,脫硫劑粒度：<5mm,脫硫時間：10～15min。試驗脫硫率為46.7%(平均由30×10-6下降至16×10-6)CaO-CaF2-Al2O3組分CaOCaF2Al2O3備注1≥50≥20<25E.Render230-6045-55<10小林潤吉364181