RH真空精炼炉脱气工艺分析
RH真空精炼原理及工艺简介
RH真空精炼原理及工艺简介孙利顺（唐山钢铁股份有限公司技术中心唐山邮编063016）摘要：本文简要分析了RH真空处理的钢水循环“气泡泵”原理、真空脱气原理、真空脱氧原理、真空脱碳原理与合金化原理，介绍了本处理、轻处理、深脱碳处理等处理模式。
关键词：真空精炼；气体；夹杂物1 钢中的气体、非金属夹杂物及其对钢质量的影响钢中除了含有各种常规元素和合金元素外，还含有微量的气体(氢、氮和氧)及非金属夹杂物。
由于氧在钢中与合金元素结合成各种类型的氧化物以非金属夹杂物形式存在于钢中，所以钢中的气体通常是指溶解在钢中的氢和氮，其含量大致波动在1—100ppm之间。
虽然钢中气体和非金属夹杂物的含量不高，但对钢的质量和性能会产生较大影响，甚至导致钢材报废。
1．1氢对钢质量的影响钢中含氢有害无利，它对钢的不良影响主要表现在以下几个方面；(1)氢脆。
氢脆是氢对钢的机械性能不良影响的重要表现。
随着钢中含氢量的增加，钢的强度特别是塑性和韧性将显著下降，使钢变脆，称为氢脆。
氢脆随钢强度的增高而加剧，因此对高强度钢来说，氢脆尤为突出，高强度钢平均含氢量不到1ppm就可能出现氢脆。
(2)白点。
氢以氢原子形式溶解在钢中，在钢液中的溶解度比在固态钢中大得多。
当温度下降时，氢在钢中的溶解度降低，氢原子便扩散到显微孔隙、夹杂物附近或晶界间，结合成氢分子(2[H]={H2})。
氢分子在该处不断地聚集，同时产生巨大的压力，当其聚集压力超过该处钢的强度极限时，产生裂纹，使钢的机械性能(特别是塑性)降低，甚至断裂。
裂纹的部位常呈银白色圆点，称为白点。
(3)钢中含有较多的氢还会使钢锭产生点状偏析，以及使钢锭上涨或产生内部疏松。
1．2氮对钢质量的影响氮对钢质量的影啊表现为不良和有益两个方面。
不良影响主要表现在以下几个方面：(1)氮使钢产生时效硬化。
氮在低温下它是过饱和状态，必然从钢中析出。
但是钢中的氮不是以气体存在，而是呈弥散的固态氮化物缓慢地从钢中析出，逐渐地改变着钢地性能，使钢的强度和硬度增加，塑性和冲击韧性显著降低，这种现象称为老化或时效。
RH真空脱气循环炉工艺流程
RH 真空脱气循环炉工艺流程简介1 RH真空脱气循环炉工艺流程综述|制包车开彎RH处理T位罠空朋液压切换“----------- 1I ----------- *油皿血升钢包裁至处理位RII比空址理，含金側料律包卜■降._________ 并，钢包印匕升涮赳卜怜节卜■限低钢包勺开到M仲■「喂罐上I保舫剎钢包冲JF封钢水接唱跨行牛:将钢包吊到迪越I.P.料通过真空加料系统加入真空槽。
对钢水进行测温、RH钢包台车在受包位接收由行车吊来的待处理钢水，受包后钢包台车开到保温剂投入位，加入铝渣，或直接开至真空槽下方的处理位置，由人工判定钢液面高度，随后顶升钢包至预定高度。
进行测温、取样、定氧及测渣层厚度等操作。
钢包被液压缸继续顶升，将真空槽的浸渍管完全浸入钢液，真空阀打开，真空泵启动。
各级真空泵根据预先设定的抽气曲线进行工作。
真空脱氢处理：在规定时间及规定低压条件下持续进行循环脱气操作，以达到脱氢的目标值。
真空脱碳处理（低碳或超低碳等级钢水）：循环脱气将持续一定时间以达到脱碳的目标值。
在脱碳过程中，钢水中的碳和氧反应形成一氧化碳并通过真空泵排出。
如钢中氧含量不够，可通过顶枪吹氧提供氧气。
脱碳结束时，钢水通过加铝进行脱氧。
钢水脱氧后，合金定氧和确定化学成分。
钢水处理完毕，真空阀关闭，真空泵系统依次停泵，同时真空槽复压，重新处于大气压状态，钢包下降至钢包台车。
上升浸渍管自动由吹氩切换为吹氮。
钢包台车开至加保温剂工位，吹氩喂丝并投入保温剂。
钢包台车开到钢水接受跨，行车把钢包调运至连铸大包回转台。
Wif ~殆孑顶枪P 除尘分旋器r 二紙增壬泵r- 真空儈牟-扳塔虫泵u」.一-奩I其空嘈图1 RH真空脱气循环法系统流程图1.1 RH处理目的及功能RH脱气处理的主要目的是真空脱碳、脱气、脱氧、调节钢水温度和化学成份。
RH处理方法主要有本处理、轻处理及顶枪吹氧脱碳处理等，具体见图3。
从图中可看出不同的止理方法对应不同的 RH 处理功能，可以达到不同的冶金效果。
宝钢工程RH精炼炉设备与工艺技术介绍
•宝钢工程RH工艺特点及先进性(续)
多功能顶枪喷吹燃气加热功能，同时可 以保持高槽温，防止冷钢形成；
多功能顶枪供氧与铝粉剂放热反应，实 现钢水化学升温；
采用顶枪的提升，去除真空槽槽壁粘结 的冷钢；
强合金化能力； 吹氩喂丝功能；
•工艺特点及先进性综述
分类
功能 脱 氢
脱碳
加热
自然 强制 二次 化学 去冷 脱碳 脱碳 燃烧 加热 钢
RH简介
• 可实现脱气、脱氧、脱碳、合金化、及调整钢水成 分、调整钢水温度（升温）、去除杂净化钢液、喷 粉脱硫等多重功能。
• 具有大的钢液循环速度，缩短处理时间。 • 具有与炼钢、连铸之间较高的配合率，适应灵活多
变的生产。 • 通过先进的计算机控制系统，实现电气、仪表、计
算机的三电一体化。实现生产计划和生产命令接受 处理、以及与基础自动化通讯、冶金数学模型处理 及状态跟踪等功能。
一.采用转炉-LF/RH-连铸的工艺搭配。 二.采用新型的多功能顶枪,实现吹氧脱碳,化学处理和加 热升温等工艺要求。 三.采用大抽气量的真空泵，为提高抽气速率可在末级并 联水环泵。 四.开发了热弯管技术,提高处理工艺效果和热效率 五.浸渍管采用新型的大规格,大环流量设计,提高钢水循 环速度和工艺效果 六.合理分配环流管的根数,层数和规格,提高钢水循环工 艺效果 七.合理设定合金加料口高度和槽体高度的设计.
• 发展趋势
RH真空精炼设备正在向功能多样化、设备大型化、 操作自动化及可靠连续化方向发展，成为生产超低碳钢、 硅钢、高合金钢等高附加值钢种的主要手段。可以说， 现代工业所需要的几乎所有的超纯、超低C、S钢种，均 可以用RH工艺设备来生产。
BSEE-RH充分考虑了RH精炼中各项先进的设备技术和 工艺技术，满足现代产品对高质量和高附加值的要求。
RH精炼炉真空碳脱氧速率研究
219管理及其他M anagement and otherRH 精炼炉真空碳脱氧速率研究白志坤，张文祥，张万庆，王子然（河钢集团唐钢新区，河北 唐山 063000）摘 要：热力学及动力学方面对HRH 真空精炼炉碳脱氧可行性进行了分析，并对低碳钢进行了小批量试验，通过试验验证了真空碳脱氧可行。
本文通过对RH 精炼炉在真空状态下运行设备工艺进行分析，结合在冶炼过程中热力学和动力学的学科内容，阐述了rh 精炼炉在中空状态下完成脱氧的可行性，通过生产实践研究，对低碳钢进行了部分冶炼试验，验证了可行性的同时明确指出了真空状态下脱氧速率的各种影响因素。
关键词：RH 精炼；脱氧；真空碳中图分类号：TF341 文献标识码：A 文章编号：11-5004（2020）24-0219-2 收稿日期：2020-12作者简介：白志坤，男，生于1988年，河北唐山人，本科，中级工程师，研究方向：炼钢工艺技术。
伴随着我国石油化工等工业企业的全面发展，对品种钢的质量有了更高的要求。
随之而来的是各类品种钢需求量越来越大，在品种钢的冶炼过程中主要是针对硫，严格的硼和气体检查，尤其是低硅钢的硼和气体检查，对于优化整个精炼炉的冶炼过程至关重要。
由于生产时间长，该产品采用渣油系列CaO-CaF-A12O，CaO-SiO 渣系统和CaO-CaF 液体系统采用精炼炉碳真空脱氧技术，可以满足应用要求。
1 RH精炼炉工艺流程RH 精炼炉也被称为RH 真空循环脱气方法。
首次使用时是在20世纪的中期，在德国被应用到炼钢中。
该技术主要是从实际生产中借用的。
人们发现在铸造过程中经常会发生结渣。
经过多次实验，可以得出结论，液态钢中的氢和氮是引起这种现象的主要原因，真空清洁技术。
伴随着钢铁冶炼中真空精炼技术的不断成熟，RH 在处理工程中周期短，效率高，被更多的转炉炼钢企业应用于生产实践。
RH 精炼炉是属于对精加工的一种二次加工方法，在整个工艺当中，主要是真空状态进行的，并且将所精炼的炉内壁上，镶嵌耐火衬，使其不收到高温的破坏。
RH精炼炉工艺
RH精炼炉工艺摘要:介绍了RH的发展历史，对RH中最关键的真空系统原理进行了说明，介绍了莱钢RH的功能、设备及工艺，针对莱钢情况，对莱钢品种开发进行了探讨。
关键词: RH 原理工艺品种1 RH的历史与发展RH精炼全称为RH真空循环脱气精炼法。
于1959年由德国人发明，其中RH为当时德国采用RH精炼技术的两个厂家的第一个字母。
真空技术在炼钢上开始应用起始于1952年，当时人们在生产含硅量在2%左右的硅钢时在浇注过程中经常出现冒渣现象，经过各种试验，终于发现钢水中的氢和氮是产生冒渣无法浇注或轧制后产生废品的主要原因，随之各种真空精炼技术开始出现，如真空铸锭法、钢包滴流脱气法、钢包脱气法等，从而开创了工业规模的钢水真空处理方法，特别是蒸汽喷射泵的出现，更是加速了真空炼钢技术的发展。
随着真空炼钢技术的开发与发展，最终RH和VD因为处理时间短、成本低、可以大量处理钢水等优点而成为真空炼钢技术的主流，70年代开始随着全连铸车间的出现，RH因为采用钢水在真空槽环流的技术从而达到处理时间短、效率高、能够与转炉连铸匹配的优点而被转炉工序大量采用。
RH从开始出现到现在40多年来，有多项关键性技术的出现，从而加速了RH精炼技术的发展。
表1为40多年来RH技术的发展情况。
表1 RH技术发展情况2 RH系统概述RH系统设备是一种用于生产优质钢的钢水二次精炼工艺装备。
整个钢水冶金反应是在砌有耐火衬的真空槽内进行的。
真空槽的下部是两个带耐火衬的浸渍管，上部装有热弯管。
被抽气体由热弯管经气体冷却器至真空泵系统排到厂房外。
钢水处理前，先将浸渍管浸入待处理的钢包钢水中。
当真空槽抽真空时，钢水表面的大气压力迫使钢水从浸渍管流入真空槽内(真空槽内大约0.67mbar时可使钢水上升1.48m高度)。
与真空槽连通的两个浸渍管，一个为上升管，一个为下降管。
由于上升管不断向钢液吹入氩气，相对没有吹氩的下降管产生了一个较高的静压差，使钢水从上升管进入并通过真空槽下部流向下降管，如此不断循环反复。
炉外精炼-RH
炉外精炼的基本原理：（1）吹氩的基本原理：氩气是一种惰性气体，从钢包底部吹入钢液中，形成大量小气泡，其气泡对钢液中的有害气体来说，相当于一个真空室，使钢中[H][N]进入气泡，使其含量降低，并可进一步除去钢中的[O]，同时，氩气气泡在钢液中上沲而引起钢液强烈搅拌，提供了气相成核和夹杂物颗粒碰撞的机会，有利于气体和夹杂物的排除，并使钢液的温度和成分均匀。
（2）真空脱气的原理：钢中气体的溶解度与金属液上该气体分压的平方根成正比，只要降低该气体的分压力，则溶解在钢液中气体的含量随着降低。
（3）LF炉脱氧和脱硫的原理：炉外精炼的任务：炉外精炼是把由炼钢炉初炼的钢水倒入钢包或专用容器内进一步精炼的一种方法，即把一步炼钢法变为二步炼钢法。
炉外精炼可以完成下列任务：（1）降低钢中的硫、氧、氢、氮和非金属夹杂物含量，改变夹杂物形态，以提高钢的纯净度，改善钢的机械性能；（2）深脱碳，在特定条件下把碳降到极低含量，满足低碳和超低碳钢的要求；（3）微调合金成分，将成分控制在很窄的范围内，并使其分布均匀，降低合金消耗，提高合金元素收得率；将钢水温度调整到浇铸所需要的范围内，减少包内钢水的温度梯度。
RH真空循环脱气法LF具有加热和搅拌功能的钢包精炼法处理过程：用钢包车将钢包送入处理位，使真空室下降或使钢包提升，以便使吸嘴浸入钢包内的钢液以下500mm。
然后启动真空泵。
由于真空室内压力下降，钢包内钢水被吸入真空室中。
由于吸嘴中的一个喷入氩气，另一个没有，钢水便开始反复循环。
这时就可采取各种处理措施，例如脱气、吹氧、化学成分及温度调整等。
处理结束时使系统破真空。
随后退出吸嘴，将钢包送至后处理位置或交接位置。
冶金效果：在短时间就可达到较低的碳(<15ppm)、氢(<1.5ppm)、氧含量(<40ppm)；仅有略微的温度损失；不用采取专门的渣对策；可准确调整化学成分，Al，Si等合金收得率在90～97％。
汽车钢板以及电工钢等是RH钢生产的典型产品。
炉外精炼真空循环脱气法(RH法)与工艺介绍
5.4.4 RH钢液真空循环原理
h 0为真空室内静态下理论钢液深度。见表5－6。
表5－6 理论钢液提升高度h、h0与真空度关系
P(kPa)
35 20 15 10 8.6 2.7 0.5 0.067
h (m)
0.97 1.19 1.26 1.33 1.35 1.43 1.47 1.48
h0 (m) 槽内钢水重量(t)
钢液真空循环原理类似于“气泡泵”的作用，如图所示。当 进行真空脱气处理时，将真空室下部的两根浸渍管插入钢液 内一定深度（如200t时500 mm ）后，启动真空泵将真空室抽 成真空，于是真空室内、外形成压差，钢液便从两根浸渍管 中上升到压差相等的高度（所谓的循环高度）。为了使钢液 循环，从上升管下部约三分之一处吹入驱动气体（一般为氩 气）。该气体吹入上升管内的钢液中，在上升管内瞬间产生 大量的气泡。由于受热膨胀和压力降低所引起的等温膨胀， 气体体积成百倍的增大，导致上升管中钢液（两相流）密度 变小；又由于氩气泡内的氢气、氮气的分压为零，所以钢液 内溶解的气体向氩气泡内扩散。膨胀的气体驱动钢液以约 5m/s的速度上升，成喷泉状喷入真空室内。
5.4.4 RH钢液真空循环原理
A g A 1 A 2 n R ( T s T g ) n R T sl n ( P P 1 2 ) n R T s [ l n ( P P 1 2 ) ( 1 T T g s) ]
式中:
V0—驱动气体在标准状态下的体积，m3 ; Tg—驱动气体的初始温度，K; Ts—钢液的温度，K； V1－按压力P1计算的驱动气体体积，m3； P1－驱动气体出口处的压力，Pa； P2－真空室内压力，Pa；
“气泡泵”的特性曲线
5.4.4 RH钢液真空循环原理
RH和VD真空处理脱气效果
钢包内真空处理钢水过程的主要目的是尽可能最大量地去除钢中的气体。
循环(RH)，批量(DH)和钢包(VD)真空处理方法在世界生产实践中得到了最广泛的推广应用。
白俄罗斯钢铁厂电冶炼车间钢水炉外处理车间包括循环和钢包真空处理装置，以及钢包炉。
用100t电弧炉炼钢。
优质钢种包括合金结构钢、碳钢和调质钢。
两个真空装置由1个泵系统控制，保证残余应力＜100Pa。
真空泵系统由5级蒸汽喷射泵和2个水环式泵组成。
系统功率相当于70Pa时为300kg/h，20kPa时为120kg/h。
利用水口装置确保VD和RH真空装置的有序应用。
比较两种装置处理钢水效果具有实际意义。
很显然，由于碳的强烈氧化和渗入钢水的气泡数量明显增加。
非脱氧钢的真空处理效果要好于脱氧钢。
鉴于此，本文研究了非脱氧碳钢和合金钢的脱气状况。
熔体的真空脱气效果要通过氢的行为精确评定，因为与氧和氮不同，氢含量与复杂的脱氧物理-化学过程无关，与非金属夹杂的形成和清除无关，而由合金元素带入的氢可以根据对照平衡图准确计算。
在去除熔体中溶解气体的过程中，将氢作为清除气体，因为只有氢溶解在钢水中，且不与熔体中的其它存在元素反应。
第一种机制相当与氢从钢水中直接转入熔体上方的空间或者真空处理过程中氢分解成液滴时包围熔体的空间。
第二种机制相当于熔体中自动形成气泡或所谓的均匀形成坯晶时的理论脱气状况。
第三种机制，均匀形成坯晶，在钢水与固态耐材砌体界面上产生气泡时进行；分离后，气泡由钢水中上浮。
第四种机制的特点是钢水喷吹惰性气体时脱气，惰性气体经炉底透气砖或喷嘴进入熔体。
钢水中的溶解气体被喷嘴喷吹气体包围和送达钢水表面。
在钢水工业脱气装置中通常同时采用几种机制。
它们可能相互影响，而其作用效果可能在处理过程中变化。
此时，通常将不同的机制应用于熔体，不能单独评定不同机制对熔体脱气的作用，以及确定其在规定中间时间内的共同作用。
试验中采用了通过Elektro-Nite公司Hidris系统的氢含量快速测量方法。
RH真空脱气循环炉工艺流程
RH真空脱气循环炉工艺流程简介1 RH真空脱气循环炉工艺流程综述RH钢包台车在受包位接收由行车吊来的待处理钢水，受包后钢包台车开到保温剂投入位，加入铝渣，或直接开至真空槽下方的处理位置，由人工判定钢液面高度，随后顶升钢包至预定高度。
进行测温、取样、定氧及测渣层厚度等操作。
钢包被液压缸继续顶升，将真空槽的浸渍管完全浸入钢液，真空阀打开，真空泵启动。
各级真空泵根据预先设定的抽气曲线进行工作。
真空脱氢处理：在规定时间及规定低压条件下持续进行循环脱气操作，以达到脱氢的目标值。
真空脱碳处理（低碳或超低碳等级钢水）：循环脱气将持续一定时间以达到脱碳的目标值。
在脱碳过程中，钢水中的碳和氧反应形成一氧化碳并通过真空泵排出。
如钢中氧含量不够，可通过顶枪吹氧提供氧气。
脱碳结束时，钢水通过加铝进行脱氧。
钢水脱氧后，合金料通过真空加料系统加入真空槽。
对钢水进行测温、定氧和确定化学成分。
钢水处理完毕，真空阀关闭，真空泵系统依次停泵，同时真空槽复压，重新处于大气压状态，钢包下降至钢包台车。
上升浸渍管自动由吹氩切换为吹氮。
钢包台车开至加保温剂工位，吹氩喂丝并投入保温剂。
钢包台车开到钢水接受跨，行车把钢包调运至连铸大包回转台。
图1 RH真空脱气循环法系统流程图1.1 RH处理目的及功能RH脱气处理的主要目的是真空脱碳、脱气、脱氧、调节钢水温度和化学成份。
RH处理方法主要有本处理、轻处理及顶枪吹氧脱碳处理等，具体见图3。
从图中可看出不同的止理方法对应不同的RH处理功能，可以达到不同的冶金效果。
RH本处理主要功能为脱氢、成份温度调整及促使夹杂物上浮；RH轻处理除了成份温度调整及促使夹杂物上浮功能外，可以通过先行脱碳的方式降低钢中的[O]，节约合金提高钢水的纯净度；顶枪吹氧功能主要是强制脱碳冶炼超低碳钢、吹氧化学升温及喷粉脱硫；对成份[Ca]有要求的钢种，RH通过喂CaSi丝对钢水进行改变夹杂形态的处理。
RH真空精炼的冶金功能2 RH处理原理概述在RH真空处理装置中，钢液的真空脱气在一个砌有耐火砖衬的真空室中进行。
浅析钢液的RH真空精炼
真空形成负压 ． 这 时 钢 液 受 大 气 压 力 作 用 将 由插 入 管 进 入 真 空 室 当 向上 升 管 中通 入 隋性 气 体 氩 时 ， 利 用 气 泡 泵 原 理 使 钢 包 中 的钢 液 上 升 ． 经 真 空 室 然 后 在 重 力 的作 用 下 从 下 降管 回流 人 钢 包 ． 形成钢水 的反复循环 ： 钢 水 在 上 升 管 内 的 沸 腾 大 幅增 加 了 与氩 气 泡 的接 触 面 积 ． 溶 解 于钢 液 中 的氢 和 氮 进 入 气相从钢 液中逸 出。 Ｒ Ｈ 真 空 循 环 脱 气 法 的 主 要 任 务 是 通 过钢水循环 。 促使非 金属夹杂 物上浮 、 均 匀 钢 水 成 分 和 温 度， 同时通过物料添加系统使其具有脱氧 、 脱碳、 脱硫 、 脱磷 、 成 分 微 调 等 多 项 冶 金 功 能 Ｒ Ｈ真 空循 环 脱 气 法 可 为 连铸 提 供 优质钢水 ． 提高连铸 生产 的安全稳定性 ． 同 时 在 转 炉 炼 钢 与 板坯 连铸 之 间发 挥 了重 要 的缓 冲 作 用 。
，
冈 ● 中 的 含 量 不 高
翥
越大 ． 则脱 气速 率 越 大 。 由于 脱 气 和碳 脱氧 的 产 物 是 气体 ， 溶 解 在 钢 液 中 的气 体 向气 相 的迁 移 相 对 比较 容 易 其 迁 移 的第 一 步 是 气 体 原 子 通 过 扩 散 和 对 流 迁 移 到 钢 液一 气 相 界 面 ： 第 二 步是 气 体 原 子 由 溶解 状态 转 变 为 表 面 吸 附 状 态 ： 第 三步 是 表 面 吸 附 的 气 体 原 子生成气体分子 ； 第 四 步 是 气 体 分 子 从 钢 液 表 面脱 附 ； 第 五 步是气体分子扩散进入气相 ． 并被 真 空 泵 抽 出 。对 迁 移 过 程 起 控 制 作 用 的 是气 泡在 钢 液 内 的缓 慢 扩 散 如果 加 强 钢 液 搅 拌． 则可使脱气过程加快 。
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RH真空精炼炉脱气工艺分析
作者：常升， 王振光， CHANG Sheng， WANG Zhen-guang
作者单位：山东工业职业学院,山东淄博,256414
刊名：
山东冶金
英文刊名：SHANDONG METALLURGY
年，卷(期)：2011,33(2)
1.李战军;王文军;刘金刚RH精炼工艺的研究 2009
2.郑金星;王振光;王庆春炼钢工艺及设备 2011
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2.简龙.刘伟.吴世龙.于艳忠RH-KTB精炼对低碳钢种脱氮的影响[会议论文]-2007
3.卫扬帆.林利平.田义胜.李具中.柳志敏.魏伟提高RH精炼钢水产能[会议论文]-2007
4.简龙.刘伟.吴世龙.于艳忠RH-TB精炼对低氮钢种脱氮的影响[会议论文]-2007
5.刘浏RH高效化生产工艺技术的进步[会议论文]-2007
6.耿涛.张海民.Geng Tao.Zhang Haimin济钢国产RH精炼炉装备的设计创新与应用[期刊论文]-四川冶金2011,33(2)
7.吴红.金凤浅谈RH精炼的生产控制及生产管理系统[会议论文]-2007
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9.李战军.王文军.刘金刚.郝宁.王东柱.史志强RH精炼工艺的研究[会议论文]-2009
10.黄成红.于学斌.HUANG Cheng-hong.YU Xue-bin RH精炼过程中钢液成分和温度均匀化的研究[期刊论文]-炼钢2005,21(2)
本文链接：/Periodical_sdyj201102013.aspx。