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真空冶金的出现是比较早的。早期人们在寻求更为经济的方法来冶炼与氧有高度亲和力的金属（如钨、钛及锆等）时，开始利用真空。  真空脱气，与西德大有渊源1928年，与此有关的真空感应炉在德国的工厂已投入生产。在真空下冶炼，同时浇注也在真空下进行。相继出现有真空自耗电弧炉、电子束熔炼炉用以生产一些高质量的金属产品及特殊钢的重熔。 真空技术在冶金设备中应用的领域很广。但初期这些真空冶金设备的造价比较昂贵。对于钢的大量生产，在钢水离开冶炼炉子以后进行大量的真空脱气处理是比较适合的。于是人们研究出各种真空除气的方法和设备。 早在1950年初，西德开展了各种不同的钢水真空脱气方法及设备的研究并被广泛应用。德国的钢厂都发展了他们自己的真空脱气方法。今天为人们所知的所有的真空脱气方法，差不多全部来自西德。如钢包脱气、钢流脱气、分批脱气（DH法）及循环脱气（RH法）等。 炉外精炼技术——各产钢国家的共同趋势随着用户对钢材的机械性能的改善、纯度的提高和化学成分（包括微量元素）的精确控制不断提出新的要求，导致钢厂为满足这些要求不得不在生产过程中不断更新工艺及设备，采取一系列新的工艺设备来生产钢材。 “炉外精炼技术”正是为适应这一新的发展形势的需求而出现的。炉外精炼技术就是把诸如脱硫、脱氧、脱气、去除金属夹杂物及调整成分等炉内的冶炼过程，转移到钢包或其他专业容器中进行的冶炼过程。 在上世纪六、七十年代这一技术获得了迅速的发展，所采用的精炼方法已达到一、二十种之多，如：BV法、DH法、AB法、ASEA-SKF法、VOD法、VAD法、LF法、RH-OB法及RH-KTB法等。 由于新的工艺能更有效地取代电炉、平炉和转炉等一部分或全部分精炼功能，在不同程度上有利于提高产品的质量、降低消耗、扩大品种和强化冶炼过程，从而取得较高的经济效益。因此，近些年来，大力发展钢水的炉外精炼，已成为各产钢国家的共同趋势。 国内外发展飞速国外炉外精炼工艺及设备发展很快，据不完全统计表明：国外前些年投入使用的设备总数已超过1000台。其中—— LF炉约220台，AOD和VOD炉近200台。DH和RH设备约150台，VD装置130余台，ASEA-SKF和VAD近100台，其他精炼设备还有200多台。其中精炼能力以RH设备最大，年生产能力约1.5亿t。其中日本7000万t，美国2000多万t，德国1000万t左右，其他一些国家约5000万t。[微软用户1] 国内自上世纪80年代以来，一批自行设计和制造的炉外精炼设备已陆续投入生产。据不完全统计：到1997年底，我国拥有炉外精炼设备达40多台。对提高产品质量、研发高水平的新产品，提高经济效益起到了良好的作用。例如，宝钢RH-KTB是1997引进的RH法炉外精炼设备，其生产能力为（250～300）t/炉。 真空脱气逐渐向炉外精炼转变炉外精炼方法很多，但就其基本工作原理而言，不外乎搅拌、脱气、加热、真空和合金化几方面的组合。 钢水真空脱气逐渐开始向炉外精炼方法转变。钢中缺陷的产生主要是冶金因素造成的，除了原材料的质量以外，主要与冶金过程有关，即影响钢质量的根本原因在于熔炼和浇铸。 一般来说，通常的炼钢炉生产的钢常常被夹杂物污染。为了改善质量，近些年来，出现了各种真空脱气方法。钢中氢气和氧气对于钢的质量危害极大，对有些钢种来说，甚至氮含量也必须很低。而真空脱气可以大量的去氢，也能使氧有效地减少，但对降低氮的含量的效果一般是不大的，因此，真空脱气具有重要意义，发展迅速。 然而，单纯的真空脱气还不能解决优质钢生产中存在的其它一些问题：例如它不能去硫，而低硫含量是改善钢的横向冲击强度所必需的；它也不能调整成分，不能使钢的质量和成分进一步均化；更突出的是脱气过程中钢水温度下降，脱气时间受到限制，浇铸温度难以掌握。这也就是一般“盛钢桶脱气法”设备在1959年达到高峰后之所以逐渐减少的根本原因。 钢包精炼“身兼数职”SKF公司为了改进真空脱气存在的这些弱点，同时为了解决实际生产中遇到的电炉渣钢混出造成轴承钢中夹杂的问题，产生了在钢包中精炼钢水的想法。在ASEA合作下产生了钢包炉，所谓钢包精炼（ASEA-SKF）法，即在钢包炉内对钢水进行电弧加热和电磁感应搅拌的真空处理。 钢包精炼法的主要特点是可以进行真空脱气、电弧加热和感应搅拌钢水。它把炼钢分为两步：由初炼炉（电炉，感应炉，平炉，LD转炉等）熔化钢铁料，碳含量和温度合适即可出钢，必要时可以调整合金元素Ni和Mo；然后在钢包炉内将这一次钢水电弧加热、真空脱气、真空吹氧脱碳、脱硫以及在感应搅拌钢水下调整成分，精炼后直接进行浇铸。因此，钢包炉同时具有铸钢桶、真空脱气设备和精炼炉的作用。 钢包炉处理的钢种适用于一切碳素钢、结构钢和工具钢，利用真空吹氧脱碳也适用于精炼低碳不锈钢。 钢包炉的生产操作钢包炉生产操作特征具有一定的灵活性，钢包炉的操作，除了浇铸一项以外，主要包括加热、脱气、脱硫、脱碳或增碳，脱氧、合金化，其操作顺序可以按需要而改变，即根据不同品种的冶金需要，视具体情况来决定，如图1所示。例如：可以先脱气后加热，如果不需要脱气，也可把脱气这一步取消。  图1 各种不同顺序的钢包炉操作方法 在30t钢包炉上采用三种不同顺序的操作如下： ①装入一次钢水→取样→加渣料→加热→加合金→脱气→取样→浇铸。 ②装入一次钢水→取样→加渣料→脱气→加合金→加热→脱气→取样→浇铸。 ③装入一次钢水→取样→加渣料→脱气→加合金→加热→取样→浇铸。 认为最快的方法也是最常用的顺序是③，即脱气后再加热调整温度。从质量观点来看，在加入合金后再脱气较为有利，因为铁合金中有可能含氢。但实际上并没有发现这三种顺序之间有什么大的区别。 本文节选自《钢水真空脱气及炉外精炼技术的回顾与评述》 原文发表于《真空》杂志2017年第4期 文章作者：杨乃恒，巴德纯，王晓冬，王展威，陈树雷，刘坤 作者单位：东北大学机械工程与自动化学院 |
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