[科普中国]-真空脱气

原理

钢液的真空脱气在一座特殊的真空室中进行。这个真空室内砌有耐火砖衬，其底部有两个用耐火材料制成的并可插入钢液中的管子，即钢液上升管和下降管，当向上升管中通入驱动气体，就能促使钢包中的钢液，经真空室而循环。脱气设备如下图所示：

工艺过程首先将钢水吸入真空室，接着在两个上升管的侧壁向钢水内吹入氩气。这些氩气在钢水的高温和真空室上部的低压作用下迅速膨胀，导致钢水与气体的混合体的密度沿着浸入管的高度方向不断降低，在由密度差产生的压力差的作用下，使钢水进入真空室。进入真空室的钢水与气体的混合体在高真空的作用之下释放出气体，与此同时，使钢水变成钢水珠，钢水珠内欲脱除的气体在高真空的作用下向真空中释放的过程中又使钢水珠变成更小的钢水珠，从而达到了十分好的脱气效果。释放了气体的钢水沿着下降管返回到钢包中。这样循环若干次后，可将钢液中的气体降到相当低的水平。

在循环处理初期，要求每隔10分钟取样和测温各一次；在接近处理终了时，每隔5分钟取样测温各一次。根据取样分析的结果，如须补加合金材料（包括脱氧剂或其他添加剂）时，可操作自动控制的加料料斗，在不破坏真空的条件下，以恒定的加料速率将合金料加入真空室中。

优点（1）脱气效果较好。由于输入驱动气体，在上升管内生成大量气泡核，进入真空室的钢液又喷射成级细小的液滴，大大增加了钢液脱气表面积，因而有利于脱气的进行。

（2） 温降小。一般处理温降只有30～50℃，而且在脱气过程中还可进行电加热，因此钢液在炉内只需少许过热。

（3） 处理范围较大。用同一设备能处理不同容量的钢液，也可以在电弧炉和感应炉内进行处理。

因为真空循环脱气法有以上优点，所以发展较快，应用较广。据统计投产的RH装置已有百余台，最大设备的处理容量是350t。我国一些工厂也选用了RH装置，如继大冶钢厂首先安装了一台60～100tRH装置（1967年投产），之后，上海重型机器厂（1972年投产）、武钢钢铁公司第二炼钢厂（1#RH1979年，2#RH1990年投产），和宝山钢铁总厂炼钢厂（1985年12月投产）也都安装了这种设备。实践证明，这种设备操作灵活，运转可靠，处理效果较好。

工艺参数在设计或使用循环脱气装置时，合理的选择工艺参数对取得良好的脱气效果，比较长的内衬寿命和降低运行费用有重要意义。

处理容量、循环因数、处理时间、循环流量、真空度和真空泵的抽气能力等参数，是循环脱气法在操作和设计时应考虑的主要工艺参数。

（1）处理容量是指被处理钢液的数量，过小的钢水量会使温度降低过快而达不到处理目的。钢包一般容量≥30t。当钢水容量较大时，热稳定性较好，可以从容地进行处理，达到好的处理结果。

(2)循环因数也称循环次数，是指处理过程中通过真空室的钢水量与钢包中钢水量之比。一般循环因数为3，即经过3次循环完成脱气过程。

(3)真空循环脱气设备的真空室的压力在50～100Pa左右，经过3个循环完成对钢水的脱气处理，每个循环需要3min，3次共需10min，再加5min进行合金化及其他操作，共需20min。因此真空循环脱气具有处理节奏快的特点，可与转炉治炼的节奏相配合。在电弧炉车间里使用的真空循环脱气设备的节奏可以慢一点。

(4)真空循环的循环流量是指单位时间内通过上升管的钢水量(t/min)。影响循环流量的因素有上升管或下降管的直径；提升气体流量；提升气体距离真空室钢水面的距离。增加这几个参数的值可以提高钢水的循环流量，但是过大增加会使钢水与气体混合体密度太小，气体阻塞钢水的通过而降低了循环流量。

(5)真空泵必须有足够的能力以保证在脱气处理时的真空水平，保证钢水的处理质量。

处理效果（1）脱氢 经循环处理后，脱氧刚可脱氢约65%，未脱氧刚可脱氢70%，使钢中的含氢量降到2ppm以下。

（2）脱氧 循环处理时，碳有一定的脱氧作用，特别是当原始氧含量较高，如处理未脱氧的钢，这种作用就更明显。实测发现，钢中溶解氧的脱除，主要是依靠真空下碳的脱氧作用。

（3）脱氮 RH法的脱氮量不大，当原始含氮量小于50ppm时，处理前后氮含量几乎没有变化。当氮含量大于100ppm时，脱氮率一般只有10～20%。

（4）脱气钢的质量 真空循环脱气法处理的钢种范围很广，包括锻造用钢、高强钢、各种碳素和合金结构钢、轴承钢、工具钢、不锈钢、电工钢、深冲钢等。钢液经处理后可提高纯净度，使纵向和横向机械性能均匀，提高延伸率、断面收缩率和冲击韧性。对于一些要求热处理的钢种，脱气处理后一般可缩短热处理时间。

（5）经济效果 实践证明，真空脱气不会增加每吨钢的生产成本，而对于一些钢种，真空脱气法可明显的降低成本，经济效益较好。

发展真空脱气处理经过近40年的发展，精炼功能不断扩大，已经从一个单纯的脱气设备变成一个多功能的处理设备。其快速处理的特点使它可以与转炉的快节奏配合，真空循环处理特别适用于大批量钢水的快速处理，与大容量的电弧炉或转炉都可以满意地配合。由于真空循环处理方法的优点，使它成为当今发展最快的炉外精炼设备之一，已经成为具有脱气、脱氧、脱碳、脱硫、升温、成分控制、超低碳钢精炼、不锈钢冶炼等多功能精炼设备1。