【康沃真空網(wǎng)】真空精煉技術大致分為RH和VD兩種，其中RH、VD和DH技術被廣泛使用，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爐是日本第一臺真空精煉設備。盡管DH技術在日本得到了廣泛的應用，但DH技術與RH技術相比存在著一些缺點，如使用升降式真空容器、設備復雜、脫氣能力較小。1998年，新日鐵發(fā)展了REDA技術，彌補了DH技術的不足。REDA技術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，比VOD精煉工藝更為有效。本文介紹了幾種真空精煉技術的發(fā)展情況。
RH技術
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RH設備。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，連鑄在凝固過程中取代了模鑄，在這種情況下，RH技術也進入了快速發(fā)展階段，包括以下幾點：
①在采用鋁鎮(zhèn)靜鋼脫氣和脫氧生產(chǎn)鋁鎮(zhèn)靜鋼寬厚板的過程中，增加超聲波檢測。
②一般鋼種的精煉采用RH技術，利用其高效的真空脫碳和攪拌能力，以降低轉爐負荷。
③RH技術被應用于超低碳鋼的生產(chǎn)，提高生產(chǎn)率和改善產(chǎn)品質量。
在RH精煉過程中，鋼液的循環(huán)是由浸沒管（通氣管）提供的氬氣引起的，利用的是氣舉原理。實際工廠循環(huán)率的測量使用金的同位素Au作為示蹤劑和加入銅。將Kuwabara 團隊分析的合金連續(xù)添加時成分變化的結果與其他公司的報告數(shù)據(jù)進行比較，提出了式（1），計算結果和RH設備實際測量結果一致。
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目的：①在不銹鋼生產(chǎn)中，在抑制[Cr]氧化的同時，在低碳范圍內脫碳；②汽車面板用超低碳鋼的批量生產(chǎn)。
許多有關超低碳鋼的研究是從20世紀80年代開始進行的。特別是RH工藝在超低碳范圍內脫碳，以及在轉爐中使用脫磷鐵水，大批量生產(chǎn)超低碳鋼和不銹鋼，為技術進步作出了重要貢獻。
Sumita等人建立了一個假定連續(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。
分析結果如下：
①90%的脫碳在真空室中進行，剩余的10%在上部通氣管中進行。
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傳質與循環(huán)速率的混合條件。
近年來，RH設備具備了更高的循環(huán)速率和更短的混合時間。Kato等人的研究表明，在鋼包內的鋼水中不存在濃度分布不均勻的死區(qū)。當[C] >40ppm時，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：
① 通過增加RH排氣量，快速提高脫碳初期的真空度。
② 提高鋼水的循環(huán)速率。
③ 在脫碳后期對鋼水表面進行強力攪拌。
RH-OB 技術由日本制鐵室蘭廠開發(fā)，致力于促進RH過程中不銹鋼脫碳。雙重分層風口設置在真空室的底部，噴射的氧氣由氧槍的內管供應，油霧由氧槍的外管提供。控制脫碳、升溫和吹氧完成后的RH處理時間，對該工藝中吹氧產(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)展起來的，頂槍與鋼水表面之間的距離是1.6-4.5m，結合碳含量控制目標來控制氧槍位置高度，給鋼水表面吹氧進行脫碳。RH-KTB技術的作用如下：
①減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)）。
③在轉爐吹煉結束時，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，其特點是在[C]≤40ppm的范圍內噴吹鐵礦粉進行脫碳。研究認為，在鋼液中夾帶分散的鐵礦粉，增加了反應界面面積，起到了氧源的作用，同時也為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)溶解進入鋼液，在低碳區(qū)域內脫碳，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，達到超低碳要求。
Okuyama等人和Sumi等人進行了冷模型試驗，研究了減壓下拉瓦爾噴嘴的氧氣噴射行為，并將測量的射流動態(tài)與數(shù)值分析結果進行了比較。
脫氮反應受化學成分的影響，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]二級反應表示，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，氮氣的吸收和去除是同時進行的，因為空氣從通氣管的裂縫中泄漏出來。因此，要盡量減少因漏氣引起的氮氣吸收。以下技術可以減少氮氣的吸收：
① 在轉爐內不脫氧出鋼。
② 增加循環(huán)（Ar）氣體的流量。
③ 改進管路和法蘭處的氬氣密封性能。
④ 不使用法蘭管路。
其他的案例也有被報道。Mukawa等人研究了在循環(huán)氣體（Ar）中混合CO氣體以促進氮氣脫除。Yano等人報道了不脫氧出鋼、抑制法蘭部分氣體泄漏和應用密封中間包作為預防吸氮的對策。
此外，還考察了渣的脫氮效果（非真空的脫氮方法）。使用CaO-Al2O3渣并控制其化學成分，提高渣的容氮能力，從而提高氮去除率。Yamaguchi等人進行了渣中的氮進入到氣相而被除去的研究，還進行了鋼液中的氮進入渣中的基礎研究。
Arai等人開發(fā)了PERM技術（壓力升降法），以促進浮選去除夾雜物。利用氮氣在常壓和減壓下溶解度的差異，可以產(chǎn)生氮氣氣泡。這項技術被應用于生產(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。
在真空室內添加脫硫劑對鋼水進行脫硫的技術由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鋼鐵倉敷廠）和日本制鐵大分廠研究噴入脫硫劑的脫硫技術。
VOD技術
VOD技術于1967年由德國公司開發(fā)，日本第一臺VOD設備于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技術等。此外，還研究了氧化劑粉末噴吹對脫氮的促進作用。
在不銹鋼精煉中，可以用AOD法對高碳鋼水進行脫碳，但是AOD在低碳范圍內脫碳率較低，因此最終含碳量達不到超低碳要求。雖然引入大量Ar氣體可以降低CO氣體分壓，但這會增加成本。日本大同特殊鋼公司開發(fā)了VCR技術，這是一種改良的AOD技術，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工藝的特點是利用爐渣中的溶解氧和氧化物，在真空條件下不吹氧進行脫碳。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，縮短了精煉時間，降低了渣中鉻還原需要的硅合金的消耗量。
