鋼液真空提升脫氣法（DH法）

真空提升脫氣法主要的工藝參數(shù)有：(1)處理容量，即鋼包內(nèi)待處理的鋼水量。(2)鋼液吸入量，即每次升降時(shí)吸入真空室內(nèi)的鋼液量。一般為鋼包內(nèi)鋼液量的10%～15%。(3)循環(huán)因數(shù)，即進(jìn)入真空室的鋼液量與未處理時(shí)鋼包內(nèi)鋼液量之比。(4)升降次數(shù)，指處理過(guò)程中鋼液分批進(jìn)入真空室的次數(shù)。(5)停留時(shí)間，即鋼液在真空室停留的時(shí)間。一般處理過(guò)程中鋼液要在真空室內(nèi)停留6～7s。下降過(guò)程中鋼液要在最低位置停留5s左右，使鋼液完全返回鋼包。(6)升降速度，即處理過(guò)程中鋼包或真空室相對(duì)運(yùn)動(dòng)的速度。升降速度大，鋼液流速也大，在有效時(shí)間內(nèi)，鋼液受真空作用的時(shí)間多，可以獲得更好的脫氣效果。早期的DH升降速度一般為6～7m/min，現(xiàn)在一般設(shè)計(jì)為10～15m/min。(7)提升行程，指鋼包與真空室相對(duì)運(yùn)動(dòng)的距離。此參數(shù)取決于處理容量、鋼水吸入量、真空室和鋼包直徑。處理鎮(zhèn)靜鋼時(shí)，真空室內(nèi)熔池的深度一般不超過(guò)450mm;處理沸騰鋼時(shí)，該深度不超過(guò)600mm為宜。

DH法的工藝流程可分8步：(1)處理前根據(jù)精煉鋼種和出鋼量確定需要配加的合金種類和數(shù)量，并將其裝入料罐內(nèi);(2)調(diào)整上下行程;(3)給吸嘴安裝擋渣帽;(4)給真空室加熱;(5)將裝有鋼液的鋼包運(yùn)至處理工位，取樣、測(cè)溫、將吸嘴插入鋼液內(nèi);(6)啟動(dòng)真空泵，使真空度達(dá)到13kPa左右，升降機(jī)構(gòu)開(kāi)始自動(dòng)升降，使鋼液進(jìn)入真空室，開(kāi)始脫氣反應(yīng)，鋼液產(chǎn)生沸騰和噴濺。處理后的鋼液回流到鋼包，產(chǎn)生攪拌和混勻。這樣升降30次左右，鋼液經(jīng)3次循環(huán)，真空度達(dá)極限值，脫氣基本完成;(7)加入合金料再升降數(shù)次，使合金混勻;(8)破真空、測(cè)溫取樣、澆鑄。

DH法的工藝特點(diǎn)可歸納為：(1)處理過(guò)程中鋼液分批進(jìn)入真空室并產(chǎn)生劇烈沸騰和噴濺，使脫氣表面增大，脫氣效果好。(2)用較小的真空室處理大量的鋼液。(3)真空室可用石墨電極、重油、煤氣烘烤，處理過(guò)程中鋼液的溫降小。(4)由于處理過(guò)程鋼液不與氧化性爐渣接觸及鋼液的充分脫氧，處理過(guò)程中加入合金料的收得率高。

真空提升脫氣設(shè)備主要由真空室、提升機(jī)構(gòu)、加熱裝置、合金加入裝置及真空抽氣系統(tǒng)組成。(見(jiàn)下圖1)鋼液的脫氣反應(yīng)在真空室內(nèi)進(jìn)行。主要設(shè)備參數(shù)有真空室內(nèi)直徑、真空室內(nèi)高度、吸嘴長(zhǎng)度等。真空室內(nèi)直徑與處理量有關(guān)。真空室高度一般為3～5m。加熱系統(tǒng)用以減少鋼液在處理過(guò)程降溫，防止鋼液粘結(jié)在真空室上?？刹捎秒娮?、煤氣、重油等加熱方式。真空抽氣系統(tǒng)一般由多級(jí)蒸汽噴射泵組成。

真空提升脫氣法是根據(jù)壓力平衡原理進(jìn)行工作的。工作時(shí)首先將真空室下部的吸嘴插入鋼包的鋼液中。這種插入過(guò)程可以是鋼包臺(tái)車將鋼包抬高，也可以是真空室上部的鉸鏈機(jī)構(gòu)將真空室放下，也可以是二者兼而有之。此時(shí)真空系統(tǒng)開(kāi)始工作。隨著真空度的提高，由于真空室內(nèi)外壓力差的作用，鋼液進(jìn)入真空室內(nèi)。真空處理過(guò)程中進(jìn)入真空室的鋼液表面壓力大大降低，鋼液中所溶解的氣體的分壓力也隨之降低，脫氣過(guò)程鋼液中[C] [O]=CO反應(yīng)也向著生成CO的方向進(jìn)行。從而實(shí)現(xiàn)了脫氫、脫氮、真空碳脫氧。當(dāng)鋼包下降或真空室上升時(shí)，處理完的鋼液返回鋼包，完成一次處理過(guò)程。鋼包上升或真空室下降，又一個(gè)處理過(guò)程開(kāi)始。這樣周期性的處理直至達(dá)到所要求的處理效果。

DH處理可使鋼中的氫含量降低到2×10^-6以下，氧含量降低到20×10^-6左右、氮含量降低到15×10^-6左右、碳含量降低到10～20×10^-6左右。由于鋼中氧含量大幅度降低，使鋼中的夾雜物含量也大為減少，達(dá)到了很好的純凈鋼液的效果，因此適用于各種特殊要求的鋼種的處理。當(dāng)今世界上已經(jīng)有100臺(tái)以上的DH設(shè)備投入使用。由于DH法與鋼液循環(huán)脫氣法(RH法)的功能相似，設(shè)備投資及比消耗與RH法相近，處理速度卻比后者慢得多，因此自20世紀(jì)80年代后期已無(wú)新的DH設(shè)備投入運(yùn)行。 2100433B

RH脫氣法與其他精煉處理方法相比有如下優(yōu)點(diǎn)：

(1)脫氣效果較好。由于輸入驅(qū)動(dòng)氣體，形成了大量氣 泡核，進(jìn)入真空室的鋼液會(huì)噴射成非常細(xì)小的液滴，使鋼液 脫氣面積大大增加，因此有利于脫氣的進(jìn)行。

(2) 鋼液溫降小。一般一次處理后鋼液溫降只有30～ 50℃左右，而且在脫氣過(guò)程中還可加熱。

(3)脫氣室適用范圍較大。可在同一設(shè)備處理不同容量 的鋼液，也可在電爐和感應(yīng)爐內(nèi)進(jìn)行處理。

(4)可處理的鋼種多。有鍛造用鋼、高強(qiáng)度鋼、結(jié)構(gòu)鋼、 軸承鋼、工具鋼、不銹鋼、電工鋼、深沖鋼等。

(5) 設(shè)備操作靈活，運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定可靠。

RH裝置是在高溫與真空條件下工作的，上升管中吹入 驅(qū)動(dòng)氣體，鋼液連續(xù)不斷地向上噴濺。真空脫氣室的中、下 部?jī)?nèi)襯，承受著鋼液噴濺和鋼液環(huán)流的沖刷作用，損毀較為 嚴(yán)重。插入管的內(nèi)襯，內(nèi)壁會(huì)受到高速氣流(流速高達(dá)每秒 數(shù)米) 和鋼液的沖刷作用，外壁和底部受到鋼水的劇烈沖擊，熔渣的化學(xué)侵蝕以及急冷急 熱作用，機(jī)械性損耗嚴(yán)重，易產(chǎn)生熱剝落。

與其他脫氣法相比，RH法耐火材料的侵蝕較為嚴(yán)重，其中插入管襯體的工作環(huán)境特別 惡劣，是RH裝置最薄弱的環(huán)節(jié)。

RH裝置采用的耐火材料有：高鋁磚、鎂白云石磚、方鎂石尖晶石磚、鎂磚、鎂鉻磚及 耐火搗打料和耐火澆注料等。

真空循環(huán)脫氣是利用空氣揚(yáng)水泵的原理。首先將鋼水吸入真空室，接著在兩個(gè)浸入管的一個(gè)的側(cè)壁向鋼水內(nèi)吹入氬氣。這些氬氣在鋼水的高溫和真空室上部的低壓作用下迅速膨脹，導(dǎo)致鋼水與氣體的混合體的密度沿著浸入管的高度方向不斷降低，在由密度差產(chǎn)生的壓力差的作用下，使鋼水進(jìn)入真空室。進(jìn)入真空室的鋼水與氣體的混合體在高真空的作用之下釋放出氣體，與此同時(shí)，使鋼水變成鋼水珠，鋼水珠內(nèi)欲脫除的氣體在高真空的作用下向真空中釋放的過(guò)程中又使鋼水珠變成更小的鋼水珠，從而達(dá)到了十分好的脫氣效果。釋放了氣體的鋼水沿著下降管返回到鋼包中。

脫氣設(shè)備如圖1所示。

鋼液真空循環(huán)脫氣法發(fā)展過(guò)程中又出現(xiàn)了一些增加其功能的新的處理方法，如安裝噴氧槍進(jìn)行深脫碳的RH-OB法，在真空室上部增設(shè)水冷氧槍的RH-KTB法和在RH處理過(guò)程同時(shí)進(jìn)行噴粉處理的RH-IJ法等。RH輕處理則是利用鋼水中的碳和氧和真空條件，同時(shí)降低鋼水中碳和氧的方法。即通過(guò)真空循環(huán)處理將鋼水中的碳和氧從大氣下的平衡轉(zhuǎn)入50Pa下的平衡，降低鋼水中的溶解氧含量。此后向鋼水里加鋁，以達(dá)到穩(wěn)定的鋁收得率。再通過(guò)RH的環(huán)流攪拌使鋼水成分均勻，使鋼水中鋁的收得率得到穩(wěn)定的控制。

真空循環(huán)脫氣法作為一種爐外精煉手段，在煉鋼流程中的使用趨勢(shì)是與LF爐配合使用，發(fā)揮LF爐精煉過(guò)程脫氧和脫硫優(yōu)勢(shì)和RH法的脫氣優(yōu)勢(shì)。

總之，RH-真空循環(huán)處理經(jīng)過(guò)近40年的發(fā)展，精煉功能不斷擴(kuò)大，已經(jīng)從一個(gè)單純的脫氣設(shè)備變成一個(gè)多功能的處理設(shè)備。其快速處理的特點(diǎn)使它可以與轉(zhuǎn)爐的快節(jié)奏配合，真空循環(huán)處理特別適用于大批量鋼水的快速處理，與大容量的電弧爐或轉(zhuǎn)爐都可以滿意地配合。由于真空循環(huán)處理方法的優(yōu)點(diǎn)，使它成為當(dāng)今發(fā)展最快的爐外精煉設(shè)備之一?？梢哉f(shuō)RH的發(fā)展遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了該發(fā)明之初冶金工作者對(duì)它的期望。已經(jīng)成為具有脫氣、脫氧、脫碳、脫硫、升溫、成分控制、超低碳鋼精煉、不銹鋼冶煉等多功能精煉設(shè)備。而RH又具有操作簡(jiǎn)單、處理鋼水量大的優(yōu)點(diǎn)，所以發(fā)展很快。2100433B