一种RH精炼感应加热温度补偿装置及其使用方法与流程

本发明属于炉外精炼领域，尤其涉及一种RH精炼感应加热温度补偿方法。

背景技术：

随着人们对钢水纯净度和钢材质量要求的不断提高，RH真空精炼技术越来越受到人们的重视。早期的RH真空精炼主要用来脱除钢水中的氢，现在的RH真空精炼技术则从最初单一的脱氢功能发展到能够脱碳、脱氧，再后不断充实，扩大到具有吹氧、升温、钢水成分和温度的精确控制、强制脱碳、脱硫、脱磷和夹杂物控制等功能。到目前为止，RH已经由单纯的脱氢装置发展到几乎具有所有二次精炼功能的炉外精炼设备。虽然RH装置具有良好的精炼效果，但也存在着一些问题，如处理过程中存在着钢水温度损失的问题，造成温度损失的因素很多，包括真空室及浸渍管预热温度、处理时间、吹氧、铝及合金加人量、废气排温等。尤其在生产超低碳钢或生产相当低的[H]、[N]、[O]类洁净钢时，势必延长RH的处理时间，这样就会造成钢水温度更大的损失。而现代化的连铸工艺，对钢水浇铸温度的要求十分苛刻，合格的钢水浇铸温度是连铸工艺稳定和获得合格铸坯最重要的工艺参数之一。为了充分发挥各项冶金功能，对温度的控制至关重要，钢水浇铸温度过低不利于夹杂物上浮，还会引起水口冻结，迫使浇铸中断，降低连铸机作业率。因此，RH的钢水温度补偿工艺越来越成为冶金工作者重点考虑的问题之一。

目前国内外钢铁企业广泛使用的具有能提温功能的方法主要有RH-OB和RH-KTB两种方法。

1972年新日铁室兰厂开发了RH-OB真空侧吹氧技术，该技术加速了脱碳反应，效果十分显著，在我国个大钢厂也得到了广泛应用。在处理过程中，为了减少钢液的温降或对钢液进行提温可在钢液中加入Al，然后进行吹氧提温补偿温度损失，整个过程温降仅为20℃，是不吹氧降碳时的一半，能够进一步延长RH处理时间。但该方法的最大不足是加Al提温后，夹杂物不仅多，而且尺寸较大，必须进行一次轻处理(循环时间大于10min)才能去除由于升温产生的大型夹杂物。所以对高质量钢，应慎用RH-OB升温处理。另外，侧枪的喷嘴寿命低，需要经常更换，使维护成本提高也是RH-OB的不足之一。

1986年，日本川崎钢铁公司，为满足汽车工业对钢板质量提出的要求，努力降低钢中的碳含量，开发了顶吹氧的RH-KTB技术。该技术提温是通过吹氧脱碳时，产生的CO气体二次燃烧，放出热量，补偿了RH处理过程的温度损失。该法的优点是不需要额外添加热源(如铝、硅等)，对钢液污染低，利于洁净钢的冶炼，成本低。该方法的最大不足是对于处理一些超低碳钢很有利，但对于一些碳含量比较高，同时对气体含量要求比较严格的钢种就比较困难了。

1992年，新日铁广佃厂开发了RH-MFB多功能喷嘴真空室顶吹氧技术，对钢水温度的补偿主要是通过喷嘴喷入的燃气燃烧来实现的，达到加热钢水的目的。同时该技术也可以同RH-OB一样靠投入铝燃烧发热来加热来实现温度补偿。

总的来看，目前的RH精炼过程中或者是投Al、Si燃烧放热，或者是利用脱碳产生CO以及喷入煤气的燃烧放热的化学氧化方法来实现温度补偿。不足之处就是在提温过程中，增加了钢液中夹杂物含量，需要增加一次轻处理操作，通常是对于处理超低碳钢升温优势明显，但对于中高碳钢的提温处理就可能引起[C]成分波动,不利于成分控制。

RH真空精炼工艺中对温度的补偿控制非常重要，因为在抽真空脱气和脱碳的过程中，吹入的氩气会将大部分热量带走，与此同时钢水在真空室和钢包内不断循环也加速了热量的损失，另外浸渍管和真空室的烘烤不佳也会加剧温度的损失。各种因素叠加就会造成过程温 降非常大，使钢水温度降低，不仅会导致真空室粘钢影响其它炉次钢水成分控制，同时也影响本炉次的浇铸温度控制，钢水浇铸温度过低不利于夹杂物上浮，使钢液洁净度的提高难度加大，甚至有可能引起水口冻结，迫使浇铸中断的生产事故。为此，现有的RH精炼设备都配有投铝吹氧燃烧放热或者是喷入煤气以及二次燃烧放热的温度补偿的功能。从目前洁净钢的发展趋势来看，不断提高钢液洁净度和成分精准控制是将来必然发展趋势。但是目前现有的RH精炼工艺在对钢液温度进行补偿的化学方法中，对钢液洁净度的提高和成分精准控制都有一定不利影响。

为此，本发明提出了一种基于电磁感应加热原理的物理方法来实现RH提温的方法，进而改善化学方法中提温的不足，从而达到精炼提温效果，消除提温过程中引起的成分波动及带来的夹杂物，为钢液洁净度的提高创造条件。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述问题和不足而提供一种RH精炼过程温度补偿的方法，彻底消除目前工艺过程中提温引起的成分波动及带来的夹杂物，为钢液洁净度的提高创造条件。

本发明的目的是这样实现的：

通过在RH浸渍管的上升管和下降管外围布置的电磁感应加热装置对内部钢液进行感应加热来实现对钢液的温度补偿。

一种RH精炼感应加热温度补偿装置，其特征在于，RH精炼感应加热温度补偿装置设置在RH上升管或下降管的上升管和下降管的外围，电磁感应加热装置包括加热线圈、电源、水冷电缆，电源通过水冷电缆连接加热线圈，所述加热线圈为矩形铜管，铜管的横截面空心矩形为30mm×20mm，矩形铜管壁厚在3mm～5mm；铜含量大于99.95％，所述加热线圈高度L为300mm～600mm，匝数为10匝～20匝，线圈内径D1与上升管或下降管 的内径D2的比值为1.25～1.5，加热线圈内部通冷却水；在加热线圈内侧贴近上升管或下降管一侧设置25mm～50mm厚低导热系数高抗热震性隔热层，为所述加热线圈匝间的缝隙用镁质捣打料填实。

所述低导热系数高抗热震性隔热层为蛭石材质隔热层。

一种RH精炼感应加热温度补偿装置的使用方法，

步骤一：将电磁加热线圈安装在上升管和下降管的外围，所述加热线圈顶部距离真空室底部外壳的距离H为90-110mm，加热线圈安装时使上升管和下降管通道内的钢液处于加热线圈的中心位置，并将电源与水冷电缆接好；

步骤二：在真空室及上升管或下降管烘烤过程中，打开加热线圈冷却阀门，使线圈处于冷却状态，并将冷却水的流速调至1m/s～3m/s；

步骤三：待真空室及上升管、下降管烘烤温度达到要求后，将上升管与下降管插入到钢包的钢液内进行精炼处理，先将冷却水的流速调至2m/s～4m/s范围，然后开启电源开关对上升管与下降管内的钢液进行感应加热，之后将冷却水的流速调至4m/s～6m/s，加热线圈冷却水的进水温度30℃～35℃，电源功率可根据进站钢水的温度和上机的温度要求进行调整，电源的功率取值范围在50kW～100kW；加热线圈电源频率按进行计算，式中ρ为钢液的电阻率，f为1000Hz～2000Hz；

步骤四：RH精炼处理完后，

如果下一罐待处理钢包已到位，将线圈加热电源关闭，禁止关闭冷却水，冷却水的流速保持在4m/s～6m/s范围，重新进入步骤三的操作；

如果是处理浇次的最后一罐钢，待处理完毕后，先将电源关闭60～100分钟，之后将冷却水调至1m/s～3m/s范围，100分钟后将冷却水调至0.5m/s～1m/s范围，待上升管与下降管的温度降到室温后，可将冷却水的阀门关闭；

如果进行下一浇次的RH精炼处理时，按步骤二进行相应的工艺操作。

本发明的有益效果在于：

(1)可以降低转炉出钢温度5℃～10℃，为转炉炉龄的提高和综合成本的降低创造条件。

(2)能够进一步提高钢液的洁净度，由于温度补偿采用的是电磁感应加热的物理方法较加铝氧化的化学方法能够使钢液更加洁净。

(3)在温度补偿时，不涉及利用钢液成分的氧化放热，能够精准控制钢液成分，防止成分波动。

(4)电磁感应加热的温度补偿方法，可以从RH处理开始到结束一直进行，较加铝氧化的化学方法可以免去钢液轻处理时间，可以缩短RH处理时间，使整个生产节奏更加紧凑。

(5)由于电磁感应加热温度补偿过程中控制方便灵活，能够为上机的钢水提供最佳的温度，有利于铸坯质量的提高。

附图说明

图1为RH精炼感应加热温度补偿装置工作示意图。

图2中本发明加热线圈结构示意图。

图中1-真空室、2-下降管、3-加热线圈、4-上升管、5-水冷电缆、6-电源、7-匝间填料、8-矩形铜管、9-隔热层、10-被加热的钢液、11-浸渍管内衬。

具体实施方式

实施例1：

如图所示，一种RH精炼感应加热温度补偿装置，RH精炼感应加热温度补偿装置设置在RH上升管4和下降管2的外围，电磁感应加热装置包括加热线圈3、电源6、水冷电缆5，电源6通过水冷电缆5连接加热线圈3，所述加热线圈3为中空的矩形铜管8，铜管的横截面空心矩形为30mm×20mm，矩形铜管8壁厚在3.5mm；铜含量大于99.95％，所述加热线圈3高度L为350mm，匝数为12匝，加热线圈3内径D1与上升管4或下降管2的内径D2的比值为1.26，加热线圈3内部通冷却水；在加热线圈3内侧贴近上升管4或下降管2一侧设置30mm厚低导热系数高抗热震性隔热层，为所述加热线圈3匝间的缝隙用镁质捣打料填实。

所述低导热系数高抗热震性隔热层为蛭石材质隔热层。

一种RH精炼感应加热温度补偿装置的使用方法，

步骤一：将电磁加热线圈3安装在上升管4和下降管2的外围，所述加热线圈3顶部距离真空室1底部外壳的距离H为95mm，加热线圈3安装时使上升管4和下降管2通道内的钢液处于加热线圈3的中心位置，并将电源6与水冷电缆5接好；

步骤二：在真空室1及上升管4、下降管2烘烤过程中，打开加热线圈3冷却阀门，使加热线圈3处于冷却状态，并将冷却水的流速调至1.5m/s；

步骤三：待真空室1及上升管4与下降管2烘烤温度达到要求后，将上升管4与下降管2插入到钢包的钢液10内进行精炼处理。在进站钢液温度低于RH处理温度下限5℃时，先将冷却水的流速调至3.2m/s范围，然后开启电源6开关对上升管4与下降管2内的钢液10进行感应加热，同时将功率调整到60kW进行感应加热，5分钟之后进行测温，若温度以满足RH的要求后，将功率调整到50kW,冷却水流速调整到4.1m/s进行保温处理；若温度还没有达到RH的要求，可将功率调整到70kW冷却水流速调整到4.8m/s进行加热，直到满足RH处理温度后，将功率调整到55kW冷却水流速调整到4.1m/s进行过程保温处理，此过程要求加热线圈3冷却水的进水温度33℃，加热线圈电源频率按进行计算，式中ρ为钢液的电阻率，f可取1000Hz直到RH处理结束后，关闭电源；

步骤四：RH精炼处理完后，如果下一罐待处理钢包已到位，将加热线圈3加热电源关闭，禁止关闭冷却水，冷却水的流速保持在4.5m/s范围，重新进入步骤三的操作；如果是处理浇次的最后一罐钢，待处理完毕后，先将电源6关闭70分钟，之后将冷却水调至1.5m/s，100分钟后将冷却水调至0.5m/s，待上升管4与下降管2的温度降到室温后，可将冷却水的阀门关闭；如果进行下一浇次的RH精炼处理时，按步骤二进行相应的工艺操作。

通过此方法进行温度补偿，可以将技术要求在1650℃的转炉出钢温度降低到1645℃出钢，能够降低5℃出钢温度，利于炉龄的提高，且能够缩短2分钟的RH处理时间，提高了精炼效率。

实施例2：

如图所示，一种RH精炼感应加热温度补偿装置，RH精炼感应加热温度补偿装置设置在RH上升管4和下降管2的外围，电磁感应加热装置包括加热线圈3、电源6、水冷电缆5，电源6通过水冷电缆5连接加热线圈3，所述加热线圈3为中空的矩形铜管8，铜管的横截面空心矩形为30mm×20mm，矩形铜管8壁厚在4.5mm；铜含量大于99.95％，所述加热线圈3高度L为580mm，匝数为15匝，加热线圈3内径D1与上升管4或下降管2的内径D2的比值为1.4，加热线圈3内部通冷却水；在加热线圈3内侧贴近上升管4或下降管2一侧设置40mm厚低导热系数高抗热震性隔热层，为所述加热线圈3匝间的缝隙用镁质捣打料填实。

所述低导热系数高抗热震性隔热层为蛭石材质隔热层。

一种RH精炼感应加热温度补偿装置的使用方法，

步骤一：将电磁加热线圈3安装在上升管4和下降管2的外围，所述加热线圈3顶部距离真空室1底部外壳的距离H为105mm，加热线圈3安装时使上升管4或下降管2通道内的钢液处于加热线圈3的中心位置，并将电源6与水冷电缆5接好；

步骤二：在真空室1及上升管4、下降管2烘烤过程中，打开加热线圈3冷却阀门，使加热线圈3处于冷却状态，并将冷却水的流速调至1.8m/s；

步骤三：待真空室1及上升管4与下降管2烘烤温度达到要求后，将上升管4与下降管2插入到钢包的钢液10内进行精炼处理。在进站钢液温度低于RH处理温度下限5℃时，先将冷却水的流速调至3.5m/s范围，然后开启电源6开关对上升管4与下降管2内的钢液10进行感应加热，同时将功率调整到75kW进行感应加热，8分钟之后进行测温，若温度以满足RH的要求后，将功率调整到50kW,冷却水流速调整到4m/s进行保温处理；若温度还没有达到RH的要求，可将功率调整到80kW冷却水流速调整到5.5m/s进行加热，直到满足RH处理温度后，将功率调整到55kW冷却水流速调整到4.5m/s进行过程保温处理，此过程要求加热线圈3冷却水的进水温度30℃，加热线圈电源频率按进行计算，式中ρ为钢液的电阻率，f可取1200Hz直到RH处理结束后，关闭电源；

步骤四：RH精炼处理完后，

如果下一罐待处理钢包已到位，将加热线圈3加热电源关闭，禁止关闭冷却水，冷却水的流速保持在4.6m/s范围，重新进入步骤三的操作；如果是处理浇次的最后一罐钢，待处理完毕后，先将电源6关闭80分钟，之后将冷却水调至1.6m/s，100分钟后将冷却水调至0.8m/s，待上升管4与下降管2的温度降到 室温后，可将冷却水的阀门关闭；如果进行下一浇次的RH精炼处理时，按步骤二进行相应的工艺操作。

通过此方法进行温度补偿，可以将技术要求在1660℃的转炉出钢温度降低到1650℃出钢，降低10℃的转炉出钢温度利于炉龄的提高及合金的收得率的提高，并能缩短5分钟的RH处理时间，提高了精炼效率。