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RH真空冶金原理及功能
标签: 真空冶金
2022-08-04  阅读

来源:冶金安全智造

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  【康沃真空网】RH精炼全程为RH真空循环脱气精炼法,是由联邦德国鲁尔公司(Ruhrstahl)和海拉斯公司(Heraeus)于1956年前后共同开发的真空精炼设备。RH的工作原理如图 1-1所示。该方法由带有吸入钢液和排出钢液的两根浸渍管的真空室和排气装置构成。RH设计的最初目的是用于钢液的脱氢处理,随着功能的演化RH目前已经成为具备脱气、脱氧、脱硫、脱碳、成分微调等众多冶金功能的先进二次精炼装备。

RH真空冶金原理及功能

图 1-1 RH精炼原理

  1.1   RH真空处理原理概述

  RH真空过程钢液的脱气是在一个砌有耐火砖衬的真空室中进行,真空室底部有两个用耐火材料制成的可插入钢液的浸渍管。真空处理过程中,将浸渍管插入钢液中,并通过真空系统对真空室抽真空,在压差的作用下钢液从浸渍管底部上升到压差高度(约1.48m)进入真空室。此时,在上升管下部三分之一处吹入驱动气体Ar气,由于上升管钢液表观密度比下降管钢液表观密度小,上升管中钢液在Ar气泡驱动下进入真空室,又在重力作用下从下降管流回钢包,从而实现钢液在钢包与真空室之间的往复循环。提升气体也可以使钢水在上升管内上升过程中产生沸腾而大幅增加钢液与气相(Ar气泡)的接触面积,溶解于钢液中的[H]、[N]便从钢液中逸出而进入低分压的气相中,从而达到脱气的目的;RH真空循环过程可以促进夹杂物的碰撞、聚合,加速夹杂物的上浮去除,也可以借助RH真空室顶枪的喷粉、吹氧、天然气喷吹和真空料仓的加料系统实现对钢液的脱碳、脱硫、脱氧、去除夹杂、升温、成分微调等多种冶金功能。

  RH真空装置主要包括:

  (1)真空泵系统

  目前的RH真空泵系统主要有:蒸汽喷射真空泵、干式机械真空泵。两种真空泵系统都采用多级抽气模式,且都能达到快速脱碳的效果。

  (2)钢包台车及液压升降系统

  钢包台车将钢包从钢水接收跨的承接位置输送到真空槽下脱气工位进行真空处理,然后送往起吊位,钢水吊至连铸平台进行浇铸。钢包台车升降设备用于提升盛有钢水的钢包和钢包台车,直到浸渍管浸入钢水预设深度为止。升降设备安装在真空槽下方的坑内,升降框架沿导轨垂直运动,由液压缸驱动。

  (3)真空槽横移台车

  RH真空处理系统一般设有1个处理工位和1个待机工位。在此工位上设有两台真空槽横移台车,用于把真空槽从处理工位移送到待机工位或从待机工位移送到处理工位,交替使用。

  (4)多功能顶枪

  在处理工位,顶枪安装在真空槽的上部,具有吹氧脱碳功能、吹氧加铝化学升温功能、喷吹燃气对钢液加热或者真空槽放瘤除冷钢功能及喷粉深度脱硫功能。

  (5)合金加料系统

  合金料先放在开式料罐中,再运送至合金料仓上方进行放料,从而将物料存储在合金料仓中。

  1.2 钢水循环“气泡泵”原理

RH真空冶金原理及功能

图1-2 真空循环脱气示意图

  钢水真空循环原理类似于“气泡泵”(见图 1-2),当真空室底部浸渍管插入钢水中后,真空室内开始抽真空,大气和真空室之间形成压力差,钢水就从两个浸渍管上升到与压差相等的高度,即循环高度B。但要实现钢水循环,需要在上升管处输入驱动气体(Ar气),驱动气体受热膨胀以及压力由P1降低到P2而引起等温膨胀导致上升管内钢水与气体混合物密度降低,从而驱动钢水上升。按能量守衡定律,气体膨胀功(A气体)等于被输送钢水上升所需的功(A钢水)与钢水和气体混合物克服上升过程中摩擦阻力所作的功(A损失)之和。

  1.3    RH真空脱气原理

  RH真空脱气有以下几种途径:(1)上升管中,钢液内气体原子由于“气泡泵”作用向氩气泡内扩散脱除;(2)随着真空压力降低,钢液内部发生化学反应(如:碳氧反应)形成气相,钢液中气体原子扩散进入到真空室内脱除;(3)真空室内部自由界面随着气体分压降低,钢液中气体原子转变成分子去除;(4)真空室内部氩气泡与钢液之间的界面破裂导致钢水液滴飞溅,液滴在真空室内完成脱气。气体在钢液内的溶解度与系统的压力有关,氢和氮在钢中的溶解度服从平方根定律。冶金过程的各种化学反应都向平衡态方向自发进行,气体在钢中的溶解与化学反应相似,抽真空降低系统内的气体分压,将引起平衡移动,使钢中的气体含量[H]和[N]降低。

  溶解在钢液中的气体向气相迁移过程由以下步骤组成:

  (1)溶解在钢液中的气体原子通过扩散和对流迁移到钢液/气相界面;

  (2)气体原子由溶解状态转变为表面吸附状态;

  (3)表面吸附的气体原子彼此相互作用,生成气体分子;

  (4)气体分子从钢液表面脱附;

  (5)气体分子扩散进入气相,被真空系统抽出。

  在炼钢温度和真空度一定条件下,步骤(2)、(3)、(4)、(5)进行的相当迅速,脱气速度主要取决于步骤(1),即溶解在钢中的气体原子向液/气相界面的迁移。因此,在抽真空的同时应加强钢液搅拌,加快脱气过程。