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    RH真空冶金原理及功能
    標簽: 真空冶金
    2022-08-04  閱讀

    來源:冶金安全智造

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      【康沃真空網】RH精煉全程為RH真空循環脫氣精煉法,是由聯邦德國魯爾公司(Ruhrstahl)和海拉斯公司(Heraeus)于1956年前后共同開發的真空精煉設備。RH的工作原理如圖 1-1所示。該方法由帶有吸入鋼液和排出鋼液的兩根浸漬管的真空室和排氣裝置構成。RH設計的最初目的是用于鋼液的脫氫處理,隨著功能的演化RH目前已經成為具備脫氣、脫氧、脫硫、脫碳、成分微調等眾多冶金功能的先進二次精煉裝備。

    RH真空冶金原理及功能

    圖 1-1 RH精煉原理

      1.1   RH真空處理原理概述

      RH真空過程鋼液的脫氣是在一個砌有耐火磚襯的真空室中進行,真空室底部有兩個用耐火材料制成的可插入鋼液的浸漬管。真空處理過程中,將浸漬管插入鋼液中,并通過真空系統對真空室抽真空,在壓差的作用下鋼液從浸漬管底部上升到壓差高度(約1.48m)進入真空室。此時,在上升管下部三分之一處吹入驅動氣體Ar氣,由于上升管鋼液表觀密度比下降管鋼液表觀密度小,上升管中鋼液在Ar氣泡驅動下進入真空室,又在重力作用下從下降管流回鋼包,從而實現鋼液在鋼包與真空室之間的往復循環。提升氣體也可以使鋼水在上升管內上升過程中產生沸騰而大幅增加鋼液與氣相(Ar氣泡)的接觸面積,溶解于鋼液中的[H]、[N]便從鋼液中逸出而進入低分壓的氣相中,從而達到脫氣的目的;RH真空循環過程可以促進夾雜物的碰撞、聚合,加速夾雜物的上浮去除,也可以借助RH真空室頂槍的噴粉、吹氧、天然氣噴吹和真空料倉的加料系統實現對鋼液的脫碳、脫硫、脫氧、去除夾雜、升溫、成分微調等多種冶金功能。

      RH真空裝置主要包括:

     ?。?)真空泵系統

      目前的RH真空泵系統主要有:蒸汽噴射真空泵、干式機械真空泵。兩種真空泵系統都采用多級抽氣模式,且都能達到快速脫碳的效果。

     ?。?)鋼包臺車及液壓升降系統

      鋼包臺車將鋼包從鋼水接收跨的承接位置輸送到真空槽下脫氣工位進行真空處理,然后送往起吊位,鋼水吊至連鑄平臺進行澆鑄。鋼包臺車升降設備用于提升盛有鋼水的鋼包和鋼包臺車,直到浸漬管浸入鋼水預設深度為止。升降設備安裝在真空槽下方的坑內,升降框架沿導軌垂直運動,由液壓缸驅動。

     ?。?)真空槽橫移臺車

      RH真空處理系統一般設有1個處理工位和1個待機工位。在此工位上設有兩臺真空槽橫移臺車,用于把真空槽從處理工位移送到待機工位或從待機工位移送到處理工位,交替使用。

     ?。?)多功能頂槍

      在處理工位,頂槍安裝在真空槽的上部,具有吹氧脫碳功能、吹氧加鋁化學升溫功能、噴吹燃氣對鋼液加熱或者真空槽放瘤除冷鋼功能及噴粉深度脫硫功能。

     ?。?)合金加料系統

      合金料先放在開式料罐中,再運送至合金料倉上方進行放料,從而將物料存儲在合金料倉中。

      1.2 鋼水循環“氣泡泵”原理

    RH真空冶金原理及功能

    圖1-2 真空循環脫氣示意圖

      鋼水真空循環原理類似于“氣泡泵”(見圖 1-2),當真空室底部浸漬管插入鋼水中后,真空室內開始抽真空,大氣和真空室之間形成壓力差,鋼水就從兩個浸漬管上升到與壓差相等的高度,即循環高度B。但要實現鋼水循環,需要在上升管處輸入驅動氣體(Ar氣),驅動氣體受熱膨脹以及壓力由P1降低到P2而引起等溫膨脹導致上升管內鋼水與氣體混合物密度降低,從而驅動鋼水上升。按能量守衡定律,氣體膨脹功(A氣體)等于被輸送鋼水上升所需的功(A鋼水)與鋼水和氣體混合物克服上升過程中摩擦阻力所作的功(A損失)之和。

      1.3    RH真空脫氣原理

      RH真空脫氣有以下幾種途徑:(1)上升管中,鋼液內氣體原子由于“氣泡泵”作用向氬氣泡內擴散脫除;(2)隨著真空壓力降低,鋼液內部發生化學反應(如:碳氧反應)形成氣相,鋼液中氣體原子擴散進入到真空室內脫除;(3)真空室內部自由界面隨著氣體分壓降低,鋼液中氣體原子轉變成分子去除;(4)真空室內部氬氣泡與鋼液之間的界面破裂導致鋼水液滴飛濺,液滴在真空室內完成脫氣。氣體在鋼液內的溶解度與系統的壓力有關,氫和氮在鋼中的溶解度服從平方根定律。冶金過程的各種化學反應都向平衡態方向自發進行,氣體在鋼中的溶解與化學反應相似,抽真空降低系統內的氣體分壓,將引起平衡移動,使鋼中的氣體含量[H]和[N]降低。

      溶解在鋼液中的氣體向氣相遷移過程由以下步驟組成:

     ?。?)溶解在鋼液中的氣體原子通過擴散和對流遷移到鋼液/氣相界面;

     ?。?)氣體原子由溶解狀態轉變為表面吸附狀態;

     ?。?)表面吸附的氣體原子彼此相互作用,生成氣體分子;

     ?。?)氣體分子從鋼液表面脫附;

     ?。?)氣體分子擴散進入氣相,被真空系統抽出。

      在煉鋼溫度和真空度一定條件下,步驟(2)、(3)、(4)、(5)進行的相當迅速,脫氣速度主要取決于步驟(1),即溶解在鋼中的氣體原子向液/氣相界面的遷移。因此,在抽真空的同時應加強鋼液攪拌,加快脫氣過程。

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