RH精炼工艺培训教材

RH精炼工艺培训教材

2009年04月

目 录

第一章 炉外精炼概况 4

1.1、炉外精炼技术的发展历程 4

1.2、国内炉外精炼技术的发展 6

1.3、炉外精炼技术的发展前景 10

1.4、各国主要炉外精炼方法和装备 12

第二章 RH工作原理 13

2.1、RH法工作原理 13

2.2、RH法钢液运动特性 16

2.3、RH法的特征参数 16

第三章 RH生产工艺 19

3.1、真空冶金基础 20

3.2、RH处理目的及功能 22

3.3、RH处理模式 23

3.4、RH脱氢 24

3.5、RH脱碳 27

3.6、RH对[N]的控制 29

3.7、RH轻处理工艺 31

3.8、RH夹杂物去除 31

第四章 RH作业指导 32 4.1、RH温度管理 32

4.2、RH合金化与成分调整 35

4.3、RH环流气控制 37

4.4、吹氧化学升温计算 38

4.5、强制脱碳吹氧量计算 39

第一章 炉外精炼概况

随着科学技术的发展，对炼钢的生产率、钢的成本、钢的纯净度以及使用性能，都提出了越来越高的要求。传统的炼钢设备和炼钢工艺难以满足用户越来越高的要求。20世纪60年代，在世界范围内，传统的炼钢方法发生了根本性的变化，即由原来单一设备初炼及精炼的一步炼钢法，变成由传统炼钢设备初炼，然后在炉外精炼的二步炼钢法。因此，炉外精炼也称为二次精炼。

炉外精炼技术是指在冶炼炉（转炉，电炉）生产钢水的基础上，以更加经济、有效的方法，改善钢水的物理与化学性能的冶金技术。它包括：在钢水包中，对钢水的温度、成分、气体、有害元素与夹杂进行进一步的调整、净化，达到洁净、均匀、稳定的目的；在中间包中促进气体与夹杂上浮，稳定全浇铸过程的钢水温度（也称中间包冶金）；在结晶器中去除钢中夹杂，促进形核，均匀结晶。因此，经济有效的炉外精炼技术，不仅是钢铁产品最终质量保证的最重要的基础，也使生产流程变得时间更短、更能有效衔接匹配，从而更加高效化、紧凑化。炉外精炼技术与氧气转炉、超高功率电炉、连铸一起被誉为钢铁生产具有流程革命意义的四大技术，它们之间互相依存、互相促进，奠定了现代钢铁生产稳固的技术基础。

1.1、炉外精炼技术的发展历程

钢水的炉外精炼早在20世纪30、40年代就显示了其在提高质量、扩大品种方面的作用。如最早在30年代就开始应用的合成渣洗精炼钢水技术，至今仍被应用。40年代初就有了真空模铸的报道。50年代中后期，由于大功率的蒸汽喷射泵技术的突破，相继发明了钢包内钢水提升脱气法（DH）和循环脱气法（RH）。

20世纪60年代和70年代，是钢水炉外精炼多种方法发明的繁荣时期，这与纯净钢生产概念的提出，各工业、建筑、军事、交通行业对钢材质量和性能提出了越来越高的要求，以及连铸生产工艺的稳定和连铸品种扩大的强烈要求是密切相关的。这个时期，炉外精炼技术的发展发生了三方面的根本变化：

第一，钢水精炼最初的目的是为了解决冶炼炉不能顺利生产高质量品种，它已逐步成为大部分品种生产和全面提高质量的不可缺少的手段。

第二，炉外精炼技术不仅可以减少硫等有害元素及氢、氧、氮等有害气体及夹杂物，使连铸坯生产工艺更加稳定，减少工艺与质量事故，而且越来越显示出协调生产节奏、优化衔接的关键作用。新日铁大分厂实行全连铸生产，其生产初期全部钢水进行RH处理，对确保全连铸生产的质量与工艺稳定起到了重要的保证作用。也就是说，炉外精炼的迅速发展，在很大程度上是适应了连铸生产飞速发展的需要，并反过来确实促进了连铸生产的优化。

第三，炉外精炼形成了真空和非真空两大系列不同功能的系统技术。这个时期真空处理方法有：用于超低碳不锈钢生产的VOD-VAD技术；用于生产不锈钢、轴承钢的ASEA-SKF技术；用于超低碳钢生产的RH-OB技术等。非真空处理方法有：用于低碳不锈钢生产的氩氧精炼炉AOD；配合超高功率电炉生产，替代电炉还原期，对钢水进行精炼的LF钢包炉技术及后来配套发展起来的VD技术；喷射冶金技术；合金包芯线技术；还有加浸渍罩的吹氩技术CAS等。

20世纪80年代至今，炉外精炼技术已成为现代钢铁生产流程水平与钢铁产品高质量水平的标志，它的发展也朝着功能更全、效率更高、冶金效果更佳的方向迅速完善。这一时期主要发展起来的代表技术有钢水RH-KTB（相似的还有RH-MFP，RH-OB等）。

炉外精炼技术发展的主要原因有两个：

（1）它与连铸生产的迅速发展紧密相关。它不仅适应了连铸生产对优质钢水的严格要求，大大提高了铸坯的质量，而且在温度、成分及时间节奏的匹配上起到了重要的协调和完善作用，即定时、定温、定品质地提供连铸钢水，成为稳定连铸生产的关键因素。以日本为例，1973年连铸比为26%，精炼比为4.4%；1983年连铸比超过75%，精炼比达48%；1985年连铸比为90%，精炼比迅速增至65.9%；1989年连铸比达95%，精炼比为73.4%（真空精炼比高达54.6%）。 （2）与调整产品结构、优化企业生产的专业化进程紧密结合。超低碳、超深冲、超低磷、硫的优质钢材生产必须采用包括炉外精炼技术在内的优化工艺流程，这是炉外精炼技术迅速发展的另一个重要原因。

1.2、国内炉外精炼技术的发展

我国炉外精炼技术始于20世纪50年代中后期，包括：利用高碱度合成渣在出钢过程对钢水脱硫，用于冶炼轴承钢；用钢包脱气（VD）和DH真空处理装置精炼电工硅钢等钢种。60年代中期至70年代，我国特钢企业和机电、军工行业钢水精炼技术的应用和开发有了一定的发展，并引进了一批真空精炼设备，如大冶、武钢的RH，北京重型机器厂的ASEA-SKF，抚顺钢厂的VOD，还试制了一批国产的真空处理设备，钢水吹氩精炼也在首钢等企业投入了生产应用。80年代，国产的LF钢包精炼炉、合金包芯线喂线设备、喷射冶金等钢水精炼技术得到了初步的发展，这期间宝钢引进了现代化的大型RH装置（并进而实现了RH-OB的生产应用）。国内精炼技术的发展应用在开发高质量的钢材品种和优化钢铁生产中发挥了重要的作用。可以认为，80年代是我国炉外精炼技术发展奠定基础的时期，从一些先进的示范工厂的实践中，看清楚了炉外精炼技术对推动我国钢铁工业生产优化的重大作用。

20世纪90年代初，与世界发展趋势相同，我国炉外精炼技术也随连铸生产的增长和对钢铁产品质量日益严格的要求，得到了迅速的发展。不仅装备数量增加，处理量也由过去的占钢水的2%以下，持续增长，到1998年已均达20% 以上。具体情况如表 1-1所示。

表1-1 我国炉外精炼处理比的情况

年份 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998

钢水精炼比（%） 2.68 2.82 10.06 12.0 13.0 13.5 15.5 17.5 20.2

1991年召开的全国首次炉外精炼技术工作会议，明确了“立足产品，合理选择，系统配套，强调在线”的发展炉外精炼技术的指导思想。

立足产品是指在选择炉外精炼方法时，最根本的是从企业生产的产品质量要求（主要是用户要求）为基本出发点，确定哪些产品需要进行何种炉外精炼，同时认真分析工艺特点，明确基本工艺流程。

合理选择是指在选择炉外精炼方法时，要首先明确各种炉外处理方法所具备的功能，结合产品要求，做到功能对口。其次是考虑企业炼钢生产工艺方式与生产规模、衔接匹配的合理性、经济性。还要根据产品要求和工艺特点分层次地选择相应的炉外精炼方法，并合理地搞好工艺布置。

系统配套是指要严格按照系统工程的要求，确保在设计和施工中，主体设备配套齐全，装备水平符合要求；严格按各工序间的配套要求，使前后工序配套完善，保证炉外精炼功能的充分发挥；一定要重视相关技术和原料的配套要求，确保炉外精炼工序的生产过程能正常、持续地进行。

强调在线是指在合理选择处理方法的前提下，要从加强经营管理入手，把炉外精炼技术纳入分品种的生产工艺规范中去，保证在生产中正常运行；也是指在加强设备维修的前提下，确保设备完好，保证设计规定的功能要求，确保作业率；还意味着要充分发挥设备潜力，达到或超过设计能力。

这些指导思想对我国从“八五”开始直至现在炉外处理技术的发展起到了重要的推动作用。

进入新世纪，适应连铸生产和产品结构调整的要求，炉外精炼技术得到迅速发展。钢水精炼中RH多功能真空精炼发展迅速，另外LF炉不但在电炉厂而且在转炉厂也大量采用，并配套有高效精炼渣。到2003年，包括RH、LF在内的主要钢水精炼技术，均具备了完全立足国内并可参与国际竞争的水平。

50多年来，我国炉外精炼技术发展取得了显著的成绩，主要有：

●广大钢铁企业领导和技术人员对炉外精炼技术在钢铁生产中的作用和地位逐渐提高了认识，并越来越在企业技改和生产组织中成为工作的重点。这种认识源于企业流程优化、生产顺行、高效低耗，尤其是市场对钢材产品的品种质量日益提高的要求，因而是深刻的，也是下一步发展的重要前提。 ●形成一支有一定水平的设计、生产与设备制造的工程技术队伍，有一批具有自主知识产权并具有相当水平的科技成果，具备了各种炉外精炼技术深入开发研究和工程总承包的能力。

●炉外精炼技术相关配套设备、材料同步发展，基本满足了国内各类炉外精炼设备的不同层次的需要。

●形成了一批“高炉→铁水预处理→复吹转炉→钢水精炼→连铸”或“电炉→钢水精炼→连铸”的现代化工艺流程，有强大的示范作用。