【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 數(shù) 處理容量、循環(huán)因數(shù)、處理時(shí)間、循環(huán)流量、真空度，真空泵的抽氣能力等參數(shù)都是循環(huán)脫氣法在設(shè)計(jì)和操作時(shí)應(yīng)考慮的主要工藝參數(shù)。 處理容量 處理容量指的是被處理鋼液的重量。對(duì)于 RH 法，其處理量的上限在理論上是沒有限制的。而處理容量的下限，即 RH 法處理的最小容量，則取決于處理過程中溫降的情況。當(dāng)處理容量小于 30 噸時(shí)，鋼液的溫降相當(dāng)顯著。為保證一定的開澆溫度，只有提高出鋼溫度或縮短處理時(shí)間，而這兩種辦法都會(huì)使處理的效果降低。 處理時(shí)間 鋼包在 RH 工位的停留時(shí)間稱為處理時(shí)間。該時(shí)間的絕大部分一 17 直在進(jìn)行真空脫氣，所以脫氣時(shí)間略短于處理時(shí)間。為了使鋼液充分脫氣，就要保證有足夠的脫氣時(shí)間。 鋼水通過一定時(shí)間的真空脫氣處理，氣體含量及夾雜物都能不同程度的減少。 循環(huán)因數(shù) 循環(huán)因數(shù) μ 即循環(huán)次數(shù)，是處理過程中通過真空室的總鋼液量與處理容 量 Q 之比?？捎孟率奖硎?： μ =wQt 式中 w— 循環(huán)流量， t/min t— 脫氣時(shí)間， min 在脫氣條件（循環(huán)流量、驅(qū)動(dòng)氣體流量、真空度）一定時(shí)，返回鋼包的鋼液氣體含量也就一定。這樣，循環(huán)開始后，進(jìn)入真空室的鋼液氣體含量主要取決于已脫氣鋼液返回鋼包后與鋼包中鋼液混合的狀況。 為了使氫含量較高的鋼液有效的脫氫，例如要求最終氫含量小于2ppm，則循環(huán)因數(shù)必須取 5或 5以上。 循環(huán)流量 單位時(shí)間內(nèi)通過真空室的鋼液成為循環(huán)流 量。它的大小主要決定于上升管直徑和驅(qū)動(dòng)氣體的流量。循環(huán)流量與驅(qū)動(dòng)氣體、上升管內(nèi)徑的關(guān)系式如下： ω =α 式中 α —— 常熟 d—— 上升管內(nèi)徑， cm 18 G—— 驅(qū)動(dòng)氣體流量， l/min 循環(huán)流量是 RH 設(shè)備特性和工藝的重要參數(shù)，因此人們對(duì)它進(jìn)行了大量的研究。以下就各種參數(shù)的影響情況進(jìn)行討論。 （ a）氣體流量 研究結(jié)果表明，氣體流量增大時(shí)，環(huán)流量也增大，但當(dāng)氣體流量增大到一定程度時(shí)，環(huán)流量會(huì)達(dá)到飽和。 （ b）環(huán)流管內(nèi)徑 環(huán)流管徑增大時(shí)，使環(huán)流截面積增大，從而減小鋼液循環(huán)流動(dòng)的阻力， 提高驅(qū)動(dòng)氣體的抽引效率。所以，環(huán)流管徑增大，環(huán)流量亦隨之顯著增大。 （ c）吹入氣體深度 許多研究結(jié)果都表明，環(huán)流量與吹入氣體深度的平方根成正比。當(dāng)然，在吹氣深度很小時(shí)，上升管由于氣泡行程太短，氣液間混合不好，使換流量顯著減小，和吹入深度的平方根不成比例。 總之，較大的吹入氣體深度，有利于氣泡的分散和膨脹，使其作用于液體的時(shí)間和形成加長(zhǎng)，從而更充分地發(fā)揮驅(qū)動(dòng)氣體的抽引效率，增大換流量。 綜上所述，提高環(huán)流量的途徑有：增大吹入氣體流量；增大環(huán)流管內(nèi)徑；在可能的條件下增大吹入氣體深度。 真空度 真空度處于真空狀態(tài)下的氣體的稀薄程度稱為真空度，通常用氣體的壓強(qiáng)來表示。壓強(qiáng)值的單位很多，國(guó)際單位制中壓強(qiáng)的基本單位 19 是 Pa（帕）。 為了方便起見，人們通常把低于大氣壓的整個(gè)真空度范圍劃分成幾段。真空范圍的劃分國(guó)際上通常采用如下辦法： 粗真空 ＜（ 760～ 1） 中真空度 ＜（ 1～ 103） 高真空 ＜（ 103～ 107） 超高真空 ＜ 107 工作泵抽氣能力 工作泵抽 氣能力大小，應(yīng)根據(jù)處理的鋼種、處理容量、脫氣時(shí)間、循環(huán)流量以及處理過程中鋼液脫氣規(guī)律來確定。 真空循環(huán)脫氣過程中，氣體的析出速率是不同的。在處理前期由于鋼液原始含氣量大，而后期氣體析出量大為減少。如果按脫氣高峰來考慮真空泵的抽氣能力，則所選真空泵的抽氣能力會(huì)偏大，而按整個(gè)脫氣時(shí)間的平均脫氣量來考慮，則抽氣能力又偏低。比較合理的方法，是按脫氣過程中鋼液脫氣規(guī)律來考慮真空泵的抽氣能力。 第三 章 RH 生產(chǎn)工藝 循環(huán)脫氣法工藝是一種用于生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)鋼的鋼水二次精煉工藝。整個(gè)鋼水冶金反應(yīng)是在砌有耐火襯的 真空槽內(nèi)進(jìn)行的。真空槽的下部是兩個(gè)帶耐火襯的浸漬管，上部裝有熱彎管，氣體由熱彎管經(jīng)氣體冷卻器至真空泵系統(tǒng)。 鋼水處理前，先將浸漬管浸入待處理的鋼包鋼水中。與真空槽連 20 通的兩個(gè)浸漬管，一個(gè)為上升管、一個(gè)為下降管。由于上升管不斷向鋼液吹入氬氣，吹入的氣體受熱膨脹，從而驅(qū)動(dòng)鋼液不斷上升，流經(jīng)真空槽 鋼水中的氬氣、氫氣、一氧化碳等氣體在真空狀態(tài)下被抽走。脫氣的鋼水由于自身重力的作用再經(jīng)下降管流入鋼包，就此不斷循環(huán)反復(fù)。 、真空冶金基礎(chǔ) 鋼中的氣體 鋼中包含著一定量的元素，它們?cè)谕ǔ顟B(tài)下，是以 氣態(tài)形式出現(xiàn)的，這些元素是氫、氧、氮，通常稱為鋼中的氣體。 氫→｛ H2｝→ 2[H] 氮→｛ N2｝→ 2[N] 氧→｛ O2｝→ 2[O] 鋼中氣體既可少量溶于鋼中形成固溶體，部分也可存在于板坯等氣泡或氣孔中，也可與鋼中其它元素形成氧化物、氮化物等以?shī)A雜物形態(tài)出現(xiàn)。 鋼中的氣體在絕大多數(shù)情況下將導(dǎo)致鋼材性能惡化乃至報(bào)廢。因而現(xiàn)代鋼鐵生產(chǎn)中，必須把氣體去除到規(guī)定的數(shù)值之下。 在煉鋼生產(chǎn)中，鋼中的氣體主要來自： ●入爐原材料 ●爐氣及各種吹入氣體 ●鐵合金 ●出鋼及澆注過程中周圍氣氛 21 ●與鋼水相接觸的各種材料等 由于常規(guī)的煉鋼工藝，其鋼水總是與上方的爐氣等相接觸，因而總有部分氣體溶入鋼中，引起鋼中氣體含量增加。 去氣途徑 現(xiàn)代鋼鐵生產(chǎn)中，去氣途徑主要有三種： ●利用粗煉鋼階段脫碳反應(yīng)所產(chǎn)生的強(qiáng)烈沸騰，將鋼中溶解的氣體排除。其原理是基于脫碳過程中產(chǎn)生的無數(shù) CO 氣泡中氫、氮的分壓 PH PN2 為零，也即每個(gè)氣泡類似于一個(gè)小的真空泵，隨脫碳過程進(jìn)行，鋼中溶解的氣體不斷向氣泡擴(kuò)散，并排至爐氣中。 ●吹入惰 性氣體 Ar 其原理同上。但這兩種方法，由于受到沸騰程度及上方氣氛限制，及其后操作因素的影響，最終成品氣體仍無法達(dá)到很低程度。 ●真空處理 真空處理是將鋼液置于真空下，基于下述均方根定律，隨壓力下降，使鋼中氣體不斷被抽走并使之降到很低的水平。 S=K SP 式中： Ps 為分壓； S為氣體溶解度； K為常熟 此方法的優(yōu)點(diǎn)是由于熔池上方始終保持很高的真空度，因而最終的氣體含量可控制到很低的水平。 真空脫氣物理化學(xué)基礎(chǔ) 真空脫氣反 應(yīng)研究主要是兩個(gè)方面：一是脫氣反應(yīng)的熱力學(xué)；二是脫氣反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)。 22 熱力學(xué)是研究脫氣反應(yīng)的方向、反應(yīng)條件、反應(yīng)最終能達(dá)到的平衡濃度也即脫氣的程度。 就真空脫氫、脫氮及碳脫氧而言，由于反應(yīng)產(chǎn)物是氣體，故按熱力學(xué)平衡原理，隨氣相壓力不斷降低，脫氣反應(yīng)將不斷進(jìn)行，直至達(dá)到某一壓力時(shí)，達(dá)到新的平衡狀態(tài)。因而可以說降低氣相壓力是推進(jìn)真空脫氣反應(yīng)的原動(dòng)力。 動(dòng)力學(xué)是研究脫氣反應(yīng)的速度，達(dá)到平衡狀態(tài)（確切地說是達(dá)到接近平衡狀態(tài)）所需的時(shí)間。實(shí)際研究中，通常將每個(gè)脫氣反應(yīng)分隔為幾個(gè)步驟，并把其中最慢的過程稱 為反應(yīng)的限制性環(huán)節(jié)，然后通過理論推導(dǎo)與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方式，確定限制性環(huán)節(jié)的速度計(jì)算式，由此即可確定脫氣反應(yīng)的時(shí)間。 真空脫氣反應(yīng)通常可分為以下幾個(gè)步驟： ●被去除元素?cái)U(kuò)散至反應(yīng)界面 ●發(fā)生反應(yīng) 就脫氫、脫氮而言，反應(yīng)是指從原子狀態(tài)轉(zhuǎn)向分子狀態(tài)；對(duì)脫碳，脫氧反應(yīng)是指碳氧反應(yīng)生成一氧化碳?xì)怏w。 ●反應(yīng)產(chǎn)物氣體去除 研究表明這三個(gè)過程中，第一步最慢，是脫氣反應(yīng)的限制性環(huán)節(jié)。 RH 處理目的及功能 RH 處理的主要目的是真空脫碳、脫氣、脫氧、調(diào)節(jié)鋼水溫度和化學(xué)成分 。 RH 處理方法主要有本處理、輕處理和吹氧脫碳等。不同 23 的處理方法對(duì)應(yīng)不同的 RH 處理功能，可以達(dá)到不同的冶金效果。 RH本處理主要功能為脫氫、成分溫度調(diào)整及促使夾雜物上??； RH 輕處理除了成分溫度調(diào)整及促使夾雜物上浮功能外，可以通過先行脫碳的方式降低鋼中的 [O],節(jié)省合金并提高鋼水的純凈度；頂槍吹氧功能主要是強(qiáng)制脫碳冶煉超低碳鋼、吹氧化學(xué)升溫及噴粉脫硫；對(duì)成分 [Ca]有要求的鋼種， RH 通過喂 CaSi線對(duì)鋼水進(jìn)行改變夾雜物形態(tài)的處理。 根據(jù) RH 處理的必要性（鋼種技術(shù)條件要求）將 RH 的適應(yīng)鋼種分為如下幾類： 項(xiàng)目 定 義 鋼種 RH 指定鋼種 制造工藝上必須經(jīng)過 RH處理的鋼種 本處理型、吹氧脫碳型等 RH 準(zhǔn)指定鋼種 RH 處理后對(duì)成本質(zhì)量有利的鋼種，也可根據(jù)情況不經(jīng)過 RH 處理 輕處理型、鎮(zhèn)靜鋼 RH 處理模式 輕處理模式 輕處理是指在 6～ 26Kpa 較低真空度下進(jìn)行成分、溫度調(diào)整的處理方式?；究煞譃槲疵撗蹁撍妮p處理模式和完全脫氧鋼水的輕處理模式兩種。完全脫氧鋼水的輕處理模式工藝比較簡(jiǎn)單，只是成分和溫度的調(diào)整。下面重點(diǎn)介紹未脫氧鋼水的輕處理模式。 24 在 RH 真空狀態(tài)下，利用碳氧反應(yīng)降低鋼 水中的游離氧濃度可以節(jié)省脫氧所需的合金鋁、同時(shí)碳脫氧提高了鋼水的純凈度。 鋼水在轉(zhuǎn)爐鋼包中不進(jìn)行完全脫氧，在 RH 工序?qū)︿撍M(jìn)行真空處理，在一定真空度下，碳氧發(fā)生反應(yīng)立即產(chǎn)生 CO 氣體， CO 氣體通過槽體和排氣管被抽走。通過抽真空降低了碳氧反應(yīng)的平衡，鋼水中的游離氧因和鋼水中的碳反應(yīng)得以減少，這樣脫氧所需的合金鋁可以減少并保持在較低的水平。 同時(shí)鋁加入量減少導(dǎo)致脫氧所產(chǎn)生的夾雜物也相應(yīng)減少，有利于鋼水的純凈。 本處理模式 本處理是指在低真空度（氣壓小于 ）下，以去除鋼水中的 氫、氧（脫氧生成物）為目的的真空脫氣處理方式。 鋼水按通常處理在轉(zhuǎn)爐進(jìn)行完全脫氧，在出鋼過程中可以添加部分合金， RH 真空處理開始