[科普中国]-真空处理

概述

为了进一步降低钢中氢、氧、氮等气体和其它夹杂物，提高钢的质量，钢水的真空处理已成为生产优质钢和特殊钢的不可缺少的工艺环节。

真空处理就是把炼好的钢液，在真空室中放置一段时间，使原来溶解在钢液中的气体尽量排出，以提高钢的质量。常用下面两种方法：

第一种：将装满钢液的盛钢桶，置于真空室中，抽成真空后静置片刻，然后吊出真空室再行浇注。

第二种：将一盛钢桶钢液注入另一置于真空室里的盛钢桶中，利用倒桶的过程使钢液进行较完全的脱气，然后进行浇注。2

早在十九世纪末，就有人提出在真空下能更好地排除钢中各种气体的设想。由于当时没有相应的真空设备和技术，这一设想直到二十世纪五十年代才得以实现。1952年西德博胡姆公司第一次建成了一台工业性的40~150吨真空浇注设备。此后，真空处理就迅速地发展起来，在世界各国获得了广泛的应用。真空处理设备的型式，初期是以真空浇注为主，到六十年代后期，就以DH和RH为主了，而且设备平均容量都比较大，最大达400吨。

我国从1955年开始进行钢水真空处理的试验。1956年相继在抚顺、大冶等钢厂建立了盛钢桶处理和倒包处理设备。1964年上海机修总厂自己制成了蒸气喷射真空泵，并在冶金工业上得到广泛应用。此后我国又安装DH设备和RH设备。1

一般原理真空处理是炉外处理工艺中使用较普遍的一种。从50年代初以来，它随着对钢质量要求的不断提高而迅速发展，同时，大型、高效的真空设备，特别是蒸气喷射泵的出现又为其发展创造了条件。目前，钢水真空处理的方法大致可以分为四类：液面脱气法、滴流脱气法、提升脱气法和循环脱气法。

钢液在真空中的脱气反应为：

脱氢：

脱氮：

脱氧：

由上述反应式可见，钢中的平衡气体含量与熔池温度和气相中该气体分压有关。减压是各类真空处理的基本手段。在减压条件下，气相中、、、分压下降，从而可以降低钢中的气体含量。对脱氧来说，在减压条件下碳氧反应平衡向产生CO的方向移动，钢中下降，即减压条件下提高了碳的自脱氧能力，如右图可见，在减压条件下碳的脱氧能力可以提高到和硅、铝的脱氧能力相当的水平。3

基本形式真空处理的方法很多，综合起来可分为三大类：滴流处理法、盛钢桶处理法和部分处理法。

滴流处理法钢水从真空室上方盛钢桶或中间罐以流束状下落到真空室时，由于其周围压力急骤下降而使钢水流束膨胀，表面积增大，这样一来，溶解在钢水中的气体就容易逸出，而达到除气的目的。

如右图（a）所示是倒包处理法。其过程是先把盛钢桶放在真空室中，并且通过铝板（或阀门）把连通口封闭。在倒包浇注前，预先把真空室抽真空。浇注开始后，铝板被钢水溶化（或开启阀门）而使钢水注入到真空室的盛钢桶中。

如右图（b）所示是真空浇注法。该法与倒包处理法的不同就在于这里用钢锭模代替了真空室中的盛钢桶。

如右图（c）所示是出钢处理法。这里钢水由炼钢炉出来通过中间罐直接流入抽真空的盛钢桶中。

盛钢桶处理法如右图所示是盛钢桶处理法。装有钢水的盛钢桶放入真空室，然后将真空室抽成真空。由于真空的压强下降，则气体可从钢水中逸出，而达到除气的目的。对吨位较大的盛钢桶，因受钢水本身静压力的影响，盛钢桶底层气体不易逸出，则须用惰性气体搅拌，以提高其除气效果。

部分处理法1956年西德Dortmund HSrder冶金联合公司首先使用真空提升除气法，故又称它为DH法，如右图（a）所示。其真空室下部有一个吸钢管，当把吸钢管插入钢水后， 真空室被抽成真空，使真空室与外界大气压有压力差，钢水在此压力差的作用下，沿吸钢管升入真空室而达到除气目的。当压力差一定时，盛钢桶与真空室之间的液面差保持不变。然后提升真空室（或下降盛钢桶），便有一定量的钢水返回到盛钢桶里。DH法就是这样将钢水经过吸钢管分批送入真空室内进行脱气处理。真空室经多次升降， 就可使全部钢水得到处理。 ·

1957年西德Ruhrstahl公司与Heraeus公司首先使用真空循环除气法。故又称为RH法，如右图（b）所示。真空室下部有二个伸入钢水中的管，即上升管和下降管；通过上升管侧壁吹入氩气，由于氩气气泡的作用，钢水被带动，上升到真空室以除气，除气后的钢水由下降管返回到盛钢桶里。这样使盛钢桶中的钢水连续地通过真空室而进行循环，达到除气的目的。

上述这些处理法中，在发展的初期，滴流处理设备建造较多，但由于此设备处理钢水温降比较严重等原因，到六十年代后期，DH法和RH法就迅速发展了起来。而RH法又由于几乎原封不动地保存了DH法的所有优点，同时取消了真空室或盛钢桶的周期性升降运动，简化了设备，故被广泛地用于工业生产中。1