1前言

多年來，鋼材生產(chǎn)工藝被劃分為初期的鋼水生產(chǎn)環(huán)節(jié)和后續(xù)的鋼水精煉環(huán)節(jié)后，煉鋼工藝變得更加經(jīng)濟(jì)。初期煉鋼環(huán)節(jié)的主要任務(wù)是得到普通鋼水，這可以通過堿性氧氣轉(zhuǎn)爐冶煉鐵水或電弧爐冶煉廢鋼實(shí)現(xiàn)。另外，CONARC工藝作為一項(xiàng)新技術(shù)，增加了煉鋼工藝?yán)酶鞣N原材料的靈活性。后續(xù)精煉環(huán)節(jié)在出鋼后的鋼包內(nèi)進(jìn)行，其目的是通過各種精煉措施生產(chǎn)高質(zhì)量鋼材。

鋼包精煉的冶金設(shè)備可分為兩種類型：一種是在真空條件下對(duì)鋼水作進(jìn)一步處理;另一種是在大氣條件下對(duì)鋼水作進(jìn)一步處理。本文主要關(guān)注真空循環(huán)脫氣工藝(RH)，該工藝是大多數(shù)高質(zhì)量鋼材生產(chǎn)的主要設(shè)備。主要是基于鋼水再循環(huán)原理，自1957年投入到工業(yè)生產(chǎn)中，至今已有50多年的歷史。為了提高煉鋼工藝的靈活性，在RH基礎(chǔ)上開發(fā)了RH-OB工藝和RH-TOP工藝。當(dāng)前，許多鋼廠在生產(chǎn)板材的工藝中使用了真空循環(huán)脫氣工藝(RH);在特定區(qū)域，某些鋼廠在生產(chǎn)長(zhǎng)材的工藝中也使用該項(xiàng)技術(shù)。

2利用RH和VD生產(chǎn)高質(zhì)量工程用鋼

在考慮生產(chǎn)線條件后，在江蘇省江陰市的江陰興澄鋼廠分兩步建立一個(gè)新型的聯(lián)合鋼廠。

第一階段：建立1座高爐，1個(gè)鐵水脫硫站，1座轉(zhuǎn)爐，1座鋼包，一套真空循環(huán)脫氣設(shè)備(RH)，1套方坯連鑄機(jī)，1套大方坯連鑄機(jī)。

第二階段：建立1個(gè)鐵水脫硫站，1座轉(zhuǎn)爐，1座鋼包，1座真空脫氣爐(VD)。

對(duì)于容積為100～120t、出鋼出鋼時(shí)間為36～40min的鋼包，每年處理的鋼水量為88.5萬t?？紤]到每日最大冶煉爐次為30爐、年平均每日冶煉爐次為15～20爐的情況，為第一階段的新RH裝置，配置了一個(gè)TOP槍噴系統(tǒng)，以及一個(gè)四級(jí)蒸汽噴射真空泵系統(tǒng)。

產(chǎn)品包括不同鋼種，比如高質(zhì)量碳鋼，合金結(jié)構(gòu)鋼，軸承鋼，合金軸承鋼，鋼管和冷軋鋼，這些鋼材主要用于自動(dòng)化工業(yè)。

對(duì)于軸承鋼，通常應(yīng)用“電弧爐-鋼包爐-真空脫氣爐(VD爐)”工藝進(jìn)行生產(chǎn)。近年來，循環(huán)真空脫氣爐(RH爐)有取代真空脫氣爐(VD爐)的趨勢(shì)。這種趨勢(shì)始于日本的SMI機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)通過RH工藝進(jìn)行潔凈鋼生產(chǎn)，可以生產(chǎn)出高性能的軸承鋼。除了可以滿足較高的鋼材潔凈度外，RH工藝能在真空條件下減小熱量損失，實(shí)現(xiàn)了高效生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)的溫度控制。通過試運(yùn)行，江蘇興澄鋼廠正在生產(chǎn)高質(zhì)量的工程用鋼，提供給自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)，如軸承鋼，鍛造用鋼，曲柄軸或曲柄軸彈簧。鋼水在鋼包內(nèi)實(shí)現(xiàn)了鋼渣精煉，脫硫和合金化后，進(jìn)入RH爐進(jìn)行深脫氫，最后進(jìn)行潔凈化處理。

對(duì)于生產(chǎn)牌號(hào)為100Cr6的軸承鋼，對(duì)比兩種不同生產(chǎn)工藝的氧含量可以發(fā)現(xiàn)，新的“轉(zhuǎn)爐—鋼包爐—循環(huán)真空脫氣爐(RH)”工藝較傳統(tǒng)的“轉(zhuǎn)爐—鋼包爐—真空脫氣爐(VD)”工藝得到了更好的結(jié)果，表現(xiàn)RH爐的優(yōu)勢(shì)。

3生產(chǎn)高質(zhì)量管線鋼

通常，有兩種基本的工藝來生產(chǎn)這種鋼材：

(1)傳統(tǒng)的“轉(zhuǎn)爐—鋼包爐—VD”工藝，某些鋼廠應(yīng)用該流程生產(chǎn)各自的產(chǎn)品;

(2)“電弧爐/轉(zhuǎn)爐—鋼包爐—RH”工藝，某些鋼廠已經(jīng)使用了這種新的流程。兩種工藝有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。根據(jù)用戶的具體要求，選擇不同的優(yōu)化方案。根據(jù)最終產(chǎn)品的所需特性和冶金要求，制定了一系列標(biāo)準(zhǔn)。

利用新的“電弧爐/轉(zhuǎn)爐—鋼包爐—RH”工藝生產(chǎn)高質(zhì)量管線鋼時(shí)，經(jīng)過頂渣脫硫后，可以得到與VD爐脫硫效果相當(dāng)?shù)淖罱K硫含量。但是，其結(jié)果是增加了鋼水中氮含量，因此，在RH后續(xù)的脫氣過程中需要進(jìn)一步脫氮，以滿足鋼材性能要求。因此，應(yīng)用不同的工藝流程可以得到相同的效果，但是需要根據(jù)具體情況來正確評(píng)估優(yōu)化方案。

4利用RH和VD生產(chǎn)特殊鋼

RH工藝主要用于高產(chǎn)條件下實(shí)現(xiàn)快速脫碳和較短的循環(huán)時(shí)間。在RH爐內(nèi)的真空環(huán)境下，CO大量生成，爐內(nèi)的鋼水飛濺強(qiáng)烈，這將導(dǎo)致鋼水在爐內(nèi)結(jié)殼，降低產(chǎn)量。保持爐內(nèi)的耐火材料較高的溫度可以有效減少鋼水結(jié)殼。許多年前SMSMavac已經(jīng)成功證實(shí)，通過彎曲的熱排管可以從氣體冷卻過程中吸熱。然后，爐頂?shù)膰姌尲訜嵫b置可進(jìn)一步加熱RH爐。人們希望鋼水在RH爐內(nèi)的循環(huán)次數(shù)越少越好，因此，鋼水噴射用的真空泵吸入量必須越來越大。

雖然RH爐具有上文所述的特點(diǎn)，然而在實(shí)際生產(chǎn)中的脫碳初期，真空條件下鋼水的飛濺降低了脫碳速率。為了優(yōu)化該工藝，RH爐內(nèi)的真空度必須加以控制。通常來講，泄露裝置的引入可以用于控制爐內(nèi)的真空度。如果操作正確，脫碳初期的鋼水飛濺可以隨時(shí)控制在可接受范圍內(nèi)。但是，必須充分考慮錯(cuò)誤的漏氣分析和漏氣測(cè)量帶來的負(fù)面影響。自SMSMevac引入吸入量可調(diào)節(jié)的鋼水噴射裝置后，很好地解決了該問題。值得注意的是，影響RH爐內(nèi)的鋼水飛濺因素主要有以下幾點(diǎn)：

(1)鋼水中碳元素和氧元素在鋼水中的溶解度;

(2)RH爐內(nèi)真空度下降速率;

(3)氣體循環(huán)量;

(4)排氣管道的物理形狀。

當(dāng)前，現(xiàn)代RH裝置配備了可調(diào)真空泵。RH內(nèi)的壓力下降過程視爐內(nèi)鋼水的飛濺程度連續(xù)調(diào)節(jié)。在任何壓力條件下，真空泵可根據(jù)鋼水飛濺程度隨時(shí)實(shí)現(xiàn)快速脫碳。在穩(wěn)定、可重復(fù)實(shí)現(xiàn)的冶金結(jié)果條件下，實(shí)現(xiàn)了較短的脫碳時(shí)間。而且，鋼廠效益不再受制于爐內(nèi)鋼水的大量結(jié)殼，這種經(jīng)過改良的RH工藝被命名為RH-SC工藝，成為SMSMevacGmbH的注冊(cè)商標(biāo)。

5結(jié)論

選擇生產(chǎn)高附加值鋼種時(shí)，考慮最終目標(biāo)十分重要。在二次精煉過程中，采取不同的冶金工藝流程均可實(shí)現(xiàn)對(duì)最終產(chǎn)品的冶金要求，比如氫含量，氧含量，氮含量，硫含量，磷含量，碳含量以及這些元素的綜合含量。技術(shù)的進(jìn)步改善了鋼廠效益和鋼材質(zhì)量的穩(wěn)定性。另外，鋼廠的投資效益取決于能否跟上市場(chǎng)對(duì)鋼材質(zhì)量和數(shù)量需求的變化，以及能否充分利用冶金工藝流程的靈活。