【康沃真空網(wǎng)】真空精煉技術(shù)大致分為RH和VD兩種，其中RH、VD和DH技術(shù)被廣泛使用，如圖1所示。

　　1961年安裝在八幡制鐵所（現(xiàn)在的日本制鐵）的DH爐是日本第一臺(tái)真空精煉設(shè)備。盡管DH技術(shù)在日本得到了廣泛的應(yīng)用，但DH技術(shù)與RH技術(shù)相比存在著一些缺點(diǎn)，如使用升降式真空容器、設(shè)備復(fù)雜、脫氣能力較小。1998年，新日鐵發(fā)展了REDA技術(shù)，彌補(bǔ)了DH技術(shù)的不足。REDA技術(shù)被用于超低碳鋼和不銹鋼的生產(chǎn)，在生產(chǎn)高純不銹鋼時(shí)，比VOD精煉工藝更為有效。本文介紹了幾種真空精煉技術(shù)的發(fā)展情況。

　　RH技術(shù)

　　RH精煉爐于1963年首次安裝在日本富士制鐵廣畑廠（現(xiàn)在的日本制鐵廣畑廠），是世界第二臺(tái)RH設(shè)備。從1970年代末到1980年代后期，日本的鋼鐵生產(chǎn)工藝迅速發(fā)展，連鑄在凝固過(guò)程中取代了模鑄，在這種情況下，RH技術(shù)也進(jìn)入了快速發(fā)展階段，包括以下幾點(diǎn)：

　?、僭诓捎娩X鎮(zhèn)靜鋼脫氣和脫氧生產(chǎn)鋁鎮(zhèn)靜鋼寬厚板的過(guò)程中，增加超聲波檢測(cè)。

　?、谝话沅摲N的精煉采用RH技術(shù)，利用其高效的真空脫碳和攪拌能力，以降低轉(zhuǎn)爐負(fù)荷。

　?、跼H技術(shù)被應(yīng)用于超低碳鋼的生產(chǎn)，提高生產(chǎn)率和改善產(chǎn)品質(zhì)量。

　　在RH精煉過(guò)程中，鋼液的循環(huán)是由浸沒(méi)管（通氣管）提供的氬氣引起的，利用的是氣舉原理。實(shí)際工廠循環(huán)率的測(cè)量使用金的同位素Au作為示蹤劑和加入銅。將Kuwabara 團(tuán)隊(duì)分析的合金連續(xù)添加時(shí)成分變化的結(jié)果與其他公司的報(bào)告數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，提出了式（1），計(jì)算結(jié)果和RH設(shè)備實(shí)際測(cè)量結(jié)果一致。

　　Q=11.4G1/3D4/3{In（P1/P2）}1/3（1）

　　式中，Q為鋼液循環(huán)流量，t/min；G為氬氣流量，NL/min；D為上升管直徑，mm；P1、P2分別為大氣壓力和真空室壓力，Pa。

　　真空精煉脫碳主要有以下兩個(gè)目的：①在不銹鋼生產(chǎn)中，在抑制[Cr]氧化的同時(shí)，在低碳范圍內(nèi)脫碳；②汽車面板用超低碳鋼的批量生產(chǎn)。

　　許多有關(guān)超低碳鋼的研究是從20世紀(jì)80年代開始進(jìn)行的。特別是RH工藝在超低碳范圍內(nèi)脫碳，以及在轉(zhuǎn)爐中使用脫磷鐵水，大批量生產(chǎn)超低碳鋼和不銹鋼，為技術(shù)進(jìn)步作出了重要貢獻(xiàn)。

　　Sumita等人建立了一個(gè)假定連續(xù)平衡的脫碳模型，該模型近似于在RH環(huán)境下鋼包和真空容器之間的完美融合。利用該模型分析了操作條件對(duì)脫碳的影響，如圖2所示。

　　[C]=[C]0exp（-Kt）（2）

　　Kc=(Q/V){ak/(Q+ak)}（3）

　　式中，[C]0為初始含碳量；Q為循環(huán)速率，t/min；V為鋼包內(nèi)容積，m3；ak為脫碳容量系數(shù)，m3/min， K為脫碳表觀速率常數(shù)，min-1。

　　分析結(jié)果如下：

　?、?0%的脫碳在真空室中進(jìn)行，剩余的10%在上部通氣管中進(jìn)行。

　　②在低碳區(qū)，即[C]≤40ppm，脫碳速率停滯，ak≤10m3/min，K≤0.15min-1。真空室脫碳速率控制步驟是脫碳反應(yīng)傳質(zhì)與循環(huán)速率的混合條件。

　　近年來(lái)，RH設(shè)備具備了更高的循環(huán)速率和更短的混合時(shí)間。Kato等人的研究表明，在鋼包內(nèi)的鋼水中不存在濃度分布不均勻的死區(qū)。當(dāng)[C] >40ppm時(shí)，速率控制步驟包括（i）真空室鋼液表面氣泡成核速率和（ii）氣泡生長(zhǎng)與浮選分離速率。在[C]≤40ppm的低碳區(qū)，（ii）為速率控制步驟。因此，要加快超低碳鋼在RH工藝流程中的脫碳速度，有以下重要措施：

　?、?通過(guò)增加RH排氣量，快速提高脫碳初期的真空度。

　?、?提高鋼水的循環(huán)速率。

　　③ 在脫碳后期對(duì)鋼水表面進(jìn)行強(qiáng)力攪拌。

　　RH-OB 技術(shù)由日本制鐵室蘭廠開發(fā)，致力于促進(jìn)RH過(guò)程中不銹鋼脫碳。雙重分層風(fēng)口設(shè)置在真空室的底部，噴射的氧氣由氧槍的內(nèi)管供應(yīng)，油霧由氧槍的外管提供?？刂泼撎肌⑸郎睾痛笛跬瓿珊蟮腞H處理時(shí)間，對(duì)該工藝中吹氧產(chǎn)生的夾雜物的合理浮選和去除具有重要意義。

　　RH-KTB 氧氣頂吹法是在川崎鋼鐵千葉廠發(fā)展起來(lái)的，頂槍與鋼水表面之間的距離是1.6-4.5m，結(jié)合碳含量控制目標(biāo)來(lái)控制氧槍位置高度，給鋼水表面吹氧進(jìn)行脫碳。RH-KTB技術(shù)的作用如下：

　?、贉p少了溫降和邊緣處理工作量。

　　②增大脫碳率（增大容量系數(shù)）。

　?、墼谵D(zhuǎn)爐吹煉結(jié)束時(shí)，盡可能增加碳的含量，降低出鋼溫度和全鐵量（%T.Fe）。

　　RH-MFB （RH多功能燒嘴）由日本制鐵廣畑廠開發(fā)，它可以從頂部噴槍供應(yīng)氧氣和液化天然氣，而耐火材料和鋼水在處理期間和等待時(shí)間被加熱。RH-PTB是住友金屬（現(xiàn)在的日本制鐵）和歌山廠研制的一種用于生產(chǎn)超低硫、低碳鋼的噴吹技術(shù)，其特點(diǎn)是在[C]≤40ppm的范圍內(nèi)噴吹鐵礦粉進(jìn)行脫碳。研究認(rèn)為，在鋼液中夾帶分散的鐵礦粉，增加了反應(yīng)界面面積，起到了氧源的作用，同時(shí)也為CO氣泡提供了形核條件。

　　在川崎鋼鐵千葉廠（現(xiàn)在的JFE鋼鐵千葉廠），氫氣和氬氣的混合氣體從循環(huán)氣體噴嘴噴入，檢查了超低碳鋼的脫碳行為，發(fā)現(xiàn)氫曾經(jīng)溶解進(jìn)入鋼液，在低碳區(qū)域內(nèi)脫碳，由氫提供形核的脫氣現(xiàn)象。研究了噴入氫氣的效果，發(fā)現(xiàn)在[C]≤15ppm的超低碳區(qū)，脫碳率提高，達(dá)到超低碳要求。

　　Okuyama等人和Sumi等人進(jìn)行了冷模型試驗(yàn)，研究了減壓下拉瓦爾噴嘴的氧氣噴射行為，并將測(cè)量的射流動(dòng)態(tài)與數(shù)值分析結(jié)果進(jìn)行了比較。

　　脫氮反應(yīng)受化學(xué)成分的影響，尤其是表面活性元素的影響。已知，表觀脫氮速率常數(shù)由[N]二級(jí)反應(yīng)表示，隨[O]和[S]的增加而降低，[O]比[S]更有效。脫氮速率的控制步驟是鋼液表面吸附氮的去除率和N2 （g）的解吸。

　　在RH工藝中，氮?dú)獾奈蘸腿コ峭瑫r(shí)進(jìn)行的，因?yàn)榭諝鈴耐夤艿牧芽p中泄漏出來(lái)。因此，要盡量減少因漏氣引起的氮?dú)馕?。以下技術(shù)可以減少氮?dú)獾奈眨?/p>

　?、?在轉(zhuǎn)爐內(nèi)不脫氧出鋼。

　　② 增加循環(huán)（Ar）氣體的流量。

　　③ 改進(jìn)管路和法蘭處的氬氣密封性能。

　?、?不使用法蘭管路。

　　其他的案例也有被報(bào)道。Mukawa等人研究了在循環(huán)氣體（Ar）中混合CO氣體以促進(jìn)氮?dú)饷摮ano等人報(bào)道了不脫氧出鋼、抑制法蘭部分氣體泄漏和應(yīng)用密封中間包作為預(yù)防吸氮的對(duì)策。

　　此外，還考察了渣的脫氮效果（非真空的脫氮方法）。使用CaO-Al2O3渣并控制其化學(xué)成分，提高渣的容氮能力，從而提高氮去除率。Yamaguchi等人進(jìn)行了渣中的氮進(jìn)入到氣相而被除去的研究，還進(jìn)行了鋼液中的氮進(jìn)入渣中的基礎(chǔ)研究。

　　Arai等人開發(fā)了PERM技術(shù)（壓力升降法），以促進(jìn)浮選去除夾雜物。利用氮?dú)庠诔汉蜏p壓下溶解度的差異，可以產(chǎn)生氮?dú)鈿馀荨＿@項(xiàng)技術(shù)被應(yīng)用于生產(chǎn)碳鋼和不銹鋼的50t VOD爐以及生產(chǎn)軸承鋼的250t RH爐上。氧去除率提高了一倍以上，板坯中總氧含量和夾雜物平均尺寸均有所降低。

　　在真空室內(nèi)添加脫硫劑對(duì)鋼水進(jìn)行脫硫的技術(shù)由Mizukami等人、Sato等人和Soejima等人研發(fā)。川崎鋼鐵水島廠（現(xiàn)在的JFE鋼鐵倉(cāng)敷廠）和日本制鐵大分廠研究噴入脫硫劑的脫硫技術(shù)。

　　VOD技術(shù)

　　VOD技術(shù)于1967年由德國(guó)公司開發(fā)，日本第一臺(tái)VOD設(shè)備于1968年安裝在日新鋼鐵公司，用于不銹鋼精煉。發(fā)展案例包括：利用VOD技術(shù)生產(chǎn)超低碳鋼和超低氮不銹鋼，使用單孔噴嘴替換多孔透氣磚的KTG技術(shù)等。此外，還研究了氧化劑粉末噴吹對(duì)脫氮的促進(jìn)作用?！　?/p>

　　在不銹鋼精煉中，可以用AOD法對(duì)高碳鋼水進(jìn)行脫碳，但是AOD在低碳范圍內(nèi)脫碳率較低，因此最終含碳量達(dá)不到超低碳要求。雖然引入大量Ar氣體可以降低CO氣體分壓，但這會(huì)增加成本。日本大同特殊鋼公司開發(fā)了VCR技術(shù)，這是一種改良的AOD技術(shù)，具有真空精煉功能。該公司于1991年開始在不銹鋼生產(chǎn)中使用70t的AOD-VCR爐，如圖3所示。

　　VCR工藝的特點(diǎn)是利用爐渣中的溶解氧和氧化物，在真空條件下不吹氧進(jìn)行脫碳。新日鐵在1996年引入了V-AOD不銹鋼精煉工藝。該工藝在減壓（[C]≤0.6%）條件下吹氧（不稀釋氣體），改善了脫碳條件，縮短了精煉時(shí)間，降低了渣中鉻還原需要的硅合金的消耗量。