真空冶金的出現(xiàn)是比較早的。早期人們在尋求更為經(jīng)濟(jì)的方法來冶煉與氧有高度親和力的金屬（如鎢、鈦及鋯等）時(shí)，開始利用真空。

真空脫氣，與西德大有淵源

1928年，與此有關(guān)的真空感應(yīng)爐在德國的工廠已投入生產(chǎn)。在真空下冶煉，同時(shí)澆注也在真空下進(jìn)行。相繼出現(xiàn)有真空自耗電弧爐、電子束熔煉爐用以生產(chǎn)一些高質(zhì)量的金屬產(chǎn)品及特殊鋼的重熔。

真空技術(shù)在冶金設(shè)備中應(yīng)用的領(lǐng)域很廣。但初期這些真空冶金設(shè)備的造價(jià)比較昂貴。對(duì)于鋼的大量生產(chǎn)，在鋼水離開冶煉爐子以后進(jìn)行大量的真空脫氣處理是比較適合的。于是人們研究出各種真空除氣的方法和設(shè)備。

早在1950年初，西德開展了各種不同的鋼水真空脫氣方法及設(shè)備的研究并被廣泛應(yīng)用。德國的鋼廠都發(fā)展了他們自己的真空脫氣方法。今天為人們所知的所有的真空脫氣方法，差不多全部來自西德。如鋼包脫氣、鋼流脫氣、分批脫氣（DH法）及循環(huán)脫氣（RH法）等。

爐外精煉技術(shù)——

各產(chǎn)鋼國家的共同趨勢

隨著用戶對(duì)鋼材的機(jī)械性能的改善、純度的提高和化學(xué)成分（包括微量元素）的精確控制不斷提出新的要求，導(dǎo)致鋼廠為滿足這些要求不得不在生產(chǎn)過程中不斷更新工藝及設(shè)備，采取一系列新的工藝設(shè)備來生產(chǎn)鋼材。

“爐外精煉技術(shù)”正是為適應(yīng)這一新的發(fā)展形勢的需求而出現(xiàn)的。爐外精煉技術(shù)就是把諸如脫硫、脫氧、脫氣、去除金屬夾雜物及調(diào)整成分等爐內(nèi)的冶煉過程，轉(zhuǎn)移到鋼包或其他專業(yè)容器中進(jìn)行的冶煉過程。

在上世紀(jì)六、七十年代這一技術(shù)獲得了迅速的發(fā)展，所采用的精煉方法已達(dá)到一、二十種之多，如：BV法、DH法、AB法、ASEA-SKF法、VOD法、VAD法、LF法、RH-OB法及RH-KTB法等。

由于新的工藝能更有效地取代電爐、平爐和轉(zhuǎn)爐等一部分或全部分精煉功能，在不同程度上有利于提高產(chǎn)品的質(zhì)量、降低消耗、擴(kuò)大品種和強(qiáng)化冶煉過程，從而取得較高的經(jīng)濟(jì)效益。因此，近些年來，大力發(fā)展鋼水的爐外精煉，已成為各產(chǎn)鋼國家的共同趨勢。

國內(nèi)外發(fā)展飛速

國外爐外精煉工藝及設(shè)備發(fā)展很快，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)表明：國外前些年投入使用的設(shè)備總數(shù)已超過1000臺(tái)。其中——

LF爐約220臺(tái)，AOD和VOD爐近200臺(tái)。DH和RH設(shè)備約150臺(tái)，VD裝置130余臺(tái)，ASEA-SKF和VAD近100臺(tái)，其他精煉設(shè)備還有200多臺(tái)。其中精煉能力以RH設(shè)備最大，年生產(chǎn)能力約1.5億t。其中日本7000萬t，美國2000多萬t，德國1000萬t左右，其他一些國家約5000萬t。[微軟用戶1]

國內(nèi)自上世紀(jì)80年代以來，一批自行設(shè)計(jì)和制造的爐外精煉設(shè)備已陸續(xù)投入生產(chǎn)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)：到1997年底，我國擁有爐外精煉設(shè)備達(dá)40多臺(tái)。對(duì)提高產(chǎn)品質(zhì)量、研發(fā)高水平的新產(chǎn)品，提高經(jīng)濟(jì)效益起到了良好的作用。例如，寶鋼RH-KTB是1997引進(jìn)的RH法爐外精煉設(shè)備，其生產(chǎn)能力為（250～300）t/爐。

真空脫氣逐漸向爐外精煉轉(zhuǎn)變

爐外精煉方法很多，但就其基本工作原理而言，不外乎攪拌、脫氣、加熱、真空和合金化幾方面的組合。

鋼水真空脫氣逐漸開始向爐外精煉方法轉(zhuǎn)變。鋼中缺陷的產(chǎn)生主要是冶金因素造成的，除了原材料的質(zhì)量以外，主要與冶金過程有關(guān)，即影響鋼質(zhì)量的根本原因在于熔煉和澆鑄。

一般來說，通常的煉鋼爐生產(chǎn)的鋼常常被夾雜物污染。為了改善質(zhì)量，近些年來，出現(xiàn)了各種真空脫氣方法。鋼中氫氣和氧氣對(duì)于鋼的質(zhì)量危害極大，對(duì)有些鋼種來說，甚至氮含量也必須很低。而真空脫氣可以大量的去氫，也能使氧有效地減少，但對(duì)降低氮的含量的效果一般是不大的，因此，真空脫氣具有重要意義，發(fā)展迅速。

然而，單純的真空脫氣還不能解決優(yōu)質(zhì)鋼生產(chǎn)中存在的其它一些問題：例如它不能去硫，而低硫含量是改善鋼的橫向沖擊強(qiáng)度所必需的；它也不能調(diào)整成分，不能使鋼的質(zhì)量和成分進(jìn)一步均化；更突出的是脫氣過程中鋼水溫度下降，脫氣時(shí)間受到限制，澆鑄溫度難以掌握。這也就是一般“盛鋼桶脫氣法”設(shè)備在1959年達(dá)到高峰后之所以逐漸減少的根本原因。

鋼包精煉“身兼數(shù)職”

SKF公司為了改進(jìn)真空脫氣存在的這些弱點(diǎn)，同時(shí)為了解決實(shí)際生產(chǎn)中遇到的電爐渣鋼混出造成軸承鋼中夾雜的問題，產(chǎn)生了在鋼包中精煉鋼水的想法。在ASEA合作下產(chǎn)生了鋼包爐，所謂鋼包精煉（ASEA-SKF）法，即在鋼包爐內(nèi)對(duì)鋼水進(jìn)行電弧加熱和電磁感應(yīng)攪拌的真空處理。

鋼包精煉法的主要特點(diǎn)是可以進(jìn)行真空脫氣、電弧加熱和感應(yīng)攪拌鋼水。它把煉鋼分為兩步：由初煉爐（電爐，感應(yīng)爐，平爐，LD轉(zhuǎn)爐等）熔化鋼鐵料，碳含量和溫度合適即可出鋼，必要時(shí)可以調(diào)整合金元素Ni和Mo；然后在鋼包爐內(nèi)將這一次鋼水電弧加熱、真空脫氣、真空吹氧脫碳、脫硫以及在感應(yīng)攪拌鋼水下調(diào)整成分，精煉后直接進(jìn)行澆鑄。因此，鋼包爐同時(shí)具有鑄鋼桶、真空脫氣設(shè)備和精煉爐的作用。

鋼包爐處理的鋼種適用于一切碳素鋼、結(jié)構(gòu)鋼和工具鋼，利用真空吹氧脫碳也適用于精煉低碳不銹鋼。

鋼包爐的生產(chǎn)操作

鋼包爐生產(chǎn)操作特征具有一定的靈活性，鋼包爐的操作，除了澆鑄一項(xiàng)以外，主要包括加熱、脫氣、脫硫、脫碳或增碳，脫氧、合金化，其操作順序可以按需要而改變，即根據(jù)不同品種的冶金需要，視具體情況來決定，如圖1所示。例如：可以先脫氣后加熱，如果不需要脫氣，也可把脫氣這一步取消。

圖1 各種不同順序的鋼包爐操作方法

在30t鋼包爐上采用三種不同順序的操作如下：

①裝入一次鋼水→取樣→加渣料→加熱→加合金→脫氣→取樣→澆鑄。

②裝入一次鋼水→取樣→加渣料→脫氣→加合金→加熱→脫氣→取樣→澆鑄。

③裝入一次鋼水→取樣→加渣料→脫氣→加合金→加熱→取樣→澆鑄。

認(rèn)為最快的方法也是最常用的順序是③，即脫氣后再加熱調(diào)整溫度。從質(zhì)量觀點(diǎn)來看，在加入合金后再脫氣較為有利，因?yàn)殍F合金中有可能含氫。但實(shí)際上并沒有發(fā)現(xiàn)這三種順序之間有什么大的區(qū)別。

本文節(jié)選自《鋼水真空脫氣及爐外精煉技術(shù)的回顧與評(píng)述》

原文發(fā)表于《真空》雜志2017年第4期

文章作者：楊乃恒，巴德純，王曉冬，王展威，陳樹雷，劉坤

作者單位：東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院