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（整期优先）网络出版时间：2021-08-04

作者: 刘鸿飞

文化科学 >教育学

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两种先进炼钢技术的介绍

刘鸿飞

东南大学材料科学与工程学院 2018 级

摘要：RH法具有处理周期短、生产能力大、精炼效果好、容易操作等一系列优点。利用RH法在进行炼钢操作时，并非仅利用孤立的RH法进行，而是将RH法与其他二次精炼的方法进行结合。在这种结合过程中，RH法充分发挥了良好的炼钢性能。可以这么说，RH是树干，二次精炼方法便是枝叶。树干和枝叶相互映衬，“各显神通”，谁少了谁都不行。

顶低复合吹炼转炉法结合了底吹和顶吹的优点，弥补了各自的缺点。正所谓“取长补短，相得益彰”，两种方法优势的结合和劣势的弥补使得其在炼钢时充分发挥其优异的性能，从而有条件获得性能更加优异的钢种。

关键词：RH法、顶低复合吹炼转炉法、比较、优缺点、炼钢法

前言

地壳中铁元素的含量十分丰富，占据5%左右，仅次于氧、硅和铝，在地壳中主要以氧化物的形式存在。

铁容易形成不同类型的合金，这些合金能够满足当代机械、电气、建筑、运输等国民经济对材料性能的需求，也正因为如此，钢材一直是国民经济中最重要的原材料之一。尽管二战后，塑料、陶瓷等新兴材料闪亮登场，发展势头迅猛，但钢铁在国民经济中的重要地位并没有改变。

钢铁在国民经济中的重要性不言而喻，因此，钢铁行业也是国家工业中的最基础的行业，钢铁工业强则国家强，钢铁工业弱则国家弱。而钢铁行业的强弱，一定程度熵取决于炼钢工艺的先进程度。接下来，本文将向大家介绍两种先进炼钢工艺——RH法和顶低复合吹炼转炉炼钢法，并将这两种方法与电炉炼钢进行对比，观察这两种炼钢方法的优势。

RH法

（1）简介^[1]

RH法，全称为RH真空脱气法，是一种钢液真空处理技术。1956年RH法由联邦德国鲁尔(Ruhrstah)钢公司和海拉斯(Heraeus)公司共同开发，故以两公司名的字头命名为RH真空脱气法，简称RH法。

如图所示为RH循环脱气法的工作原理，首先在真空室内脱气完毕后，钢液在真空室内上升到压差高度。随后，便从通气管内通入稀有气体（如氩气Ar），这样一来，上升管内会产生大量气体，气体的加入搅动着钢水，使钢水迸溅，如雨滴一般进入真空室。在钢滴内外压力差的作用下，钢水内的气体会从钢滴中“排出”。脱气后的钢滴随后进入下降管。这样一来，就完成了一个脱气的循环。一般情况下，RH法脱气的次数为2~4次。

RH法具有处理周期短、生产能力大、精炼效果好、容易操作等一系列优点，并且RH已经由原来单一的脱气设备转变为包含真空脱碳、吹氧脱碳、喷粉脱硫、温度补偿、均匀温度和成分等多功能的炉外精炼设备。而且随着技术的进步和精炼功能的扩展，在生产超低碳钢方面表现出了显著的优越性，是现代化钢厂中一种重要的炉外处理装置。

RH法与二次精炼工艺的配套^[2]

利用RH法炼钢，并不是仅仅利用孤立的RH法工艺进行炼钢。RH法的一个优点在于，它的工艺装置较为简单，能和各种二次精炼工艺进行有效的结合，常见的有RH-OB法，RH-KTB法等等。通过与其他二次精炼工艺的结合，RH法能表现出良好的炼钢性能。下面，本文将展示RH法与各种二次精炼工艺的配套方式，体现它在工业生产上的良好运用。

①RH-OB法

1972年，新日本制铁株式会社室兰制铁所根据VOD生产不锈钢的原理,开发了RH-OB真空吹氧技术，如图所示

RH-OB法(RH-oxygen blowing)指在钢液真空循环脱气法装置的真空室侧壁上安装一支吹氧枪，向真空室的钢水表面吹氧，以脱除钢水中碳的方法。

如图所示，往里面通入氧气，可以起到强制脱碳的效果。如果再往里面加入铝，铝和氧反应生成氧化铝，放出大量的热，有助于钢水的沸腾，还可以生产铝镇静钢。

这种方法可使经过RH处理的钢水中的碳达到10^-4%的水平，是生产低碳钢和超低碳钢，尤其是一些极低碳钢种的重要手段。

②RH-KTB法

RH-KTB法，即RH法与KTB法的结合。

KTB法即在脱碳反应受氧气供给速率支配的沸腾处理前半期，向真空槽内的钢水液面吹入氧气。增大氧气供给量，因而可在较低的水平下大大加速脱碳，如图所示。

使用RH-KTB法,用于脱碳的转炉出钢时钢水含碳量可由0.03%提高到0.05%,并可以用高碳铁合金代替低碳铁合金作为RH合金化的原料。KTB脱碳的同时,脱碳反应生成的CO气体在真空槽内二次燃烧放出热量,补偿钢水的热量。因此,采用KTB法的出钢温度比传统RH法平均可以降低26.3℃。

③RH—PB法（脱硫）

RH-PB法利用RH-OB真空室下部的吹氧喷嘴将粉剂通过OB喷嘴吹入钢液,进行脱气、脱硫以及冶炼超低磷钢的精炼方法。

采用RH-PB法时,吹入并分布在钢水中的熔剂形成的熔渣颗粒具有很强的脱疏能力，提高了脱硫效率。因此使用少于传统方法中的熔剂也能达到很高的脱硫率。

④RH-PTB法（脱硫）（脱氮）

RH-PTB法的反应机理如图所示，它是通过一个水冷顶枪往钢液页面喷射脱硫剂（粉末）。喷吹的粉剂进入熔池后，极大地扩大了颗粒与钢液之间的反应界面面积,从而加速脱硫反应，降低钢中硫含量。通过这种方法，可以制备超低硫深冲钢。

在RH中,脱氮主要靠真空下增大脱碳速度和降低氧和硫的活度进行。

如图所示,在相同的氩气流量下,随着钢中硫含量的降低,氮含量下降。除此之外，从钢水中上升的每个氩气小气泡都相当于一个“小真空室”（气泡中H2、N2、CO的分压接近于零），具有 “气洗”作用。随着氩气流量的增大，氩气载体气泡的气析作用越强，加快了氮气的去除速率。

在RH-PTB喷粉脱硫过程中,随着粉剂吹入量的增加,钢水氮含量逐渐降低，氮含量也不会有大的提高。

⑤NK-PERM法（脱氧）

日本钢管公司为了进行RH脱氧，开发出了升压降压法(NK-PERM) 。其脱氧方法是:

①将可溶性气体强制地溶解于真空脱气设备内的钢水中；

②突然降低压力,使饱和气体在悬浮夹杂上形成气泡；

③夹杂与气泡一起浮到钢液面,使氧很快从钢水中析出。

该过程中,用NK-AP钢包炉溶氮于中、高碳钢水中,当其含量达到0.015%～0.04%时,在RH中进行真空脱气所得钢水氧含量比常规法低，而且钢中氮含量也不会有大的提高。

⑥RH法脱氢

在RH生产中,获得氢含量较低的钢水，必须保证很高的真空度,因为此时脱氢效果好。在一定的真空压力下,钢水经过3~4次循环,脱氢效率可达50%左右。这样一来，采用增大单位脱气面积(FN)和传质系数K,即采用使钢水泡沫化、流滴化和吹氩搅拌等方法,可以提高脱氢效果。

复合吹炼转炉炼钢法

（1）简介^[3]

氧气顶吹转炉存在吹炼前期化渣较慢，后期熔池钢水成份、温度、氧化性不均匀的问题；而氧气底吹转炉虽熔池搅拌不成问题但渣氧化性弱，脱磷较难且废钢比较顶吹小。

为了克服氧气顶吹转炉和氧气底吹转炉工艺上的缺点，人们提出了在氧气顶转炉的炉底通入气体，以加强以熔池的搅拌；在底吹氧气转炉中增设顶吹氧枪以改善炉渣的氧化性。

（2）特点

①加速熔池内钢液成份及温度的混合均匀

由于从转炉底部吹入部分气体，增加了熔池的搅拌能，从而有利于熔池内钢液成份和温度的均匀性。不同的顶底复吹类型及底吹气体量和钢液混合均匀时间如图所示。

②转炉吹炼操作条件有所改善

由于从转炉底部向熔池吹入气体对熔池进行搅拌，使吹炼平稳，钢中残留氧有所下降，渣中FeO降低，喷溅物减少，终点可控性好。Q-BOP法底吹气体量和一些反应与操作的关系如图 2所示。

③脱碳氧效率有所提高

顶底复吹转炉由于从转炉底部向熔池吹入气体，使熔池产生强烈搅拌，使钢液C,O反应在接近平衡状态下进行，因而能取得良好的冶金效果。

（3）复合吹炼转炉炼钢的方式

从供气的角度考虑，顶底复合吹炼转炉的方式表现出以下几个种类。

按供气方式，可分为透气砖法和喷嘴法两类，在这里不赘述。

与电弧炼钢法的比较

（1）RH法对比电弧炉炼钢法的优点^[4]

（2）复合吹炼转炉炼钢法对比电弧炉炼钢法的优点^[5]

五、总结

铁在地壳中含量丰富，能够形成各种满足当代机械、电气、建筑、运输等国民经济对材料性能的需求的合金。因而钢铁是国民经济中的重要原材料，钢铁工业一直是国民经济的支柱行业。钢的产量和质量一定程度上反映了一个国家的基础工业水平，而它们又取决于炼钢工艺的优良与否。换句话说，炼钢工艺起着关键性的作用。

本文重点介绍了两种炼钢工艺，RH法和复合吹炼转炉炼钢法，并将它们与传统的电弧炉炼钢法进行了对比。

RH法具有处理周期短、生产能力大、精炼效果好、容易操作等一系列优点。利用RH法在进行炼钢操作时，并非仅利用孤立的RH法进行，而是将RH法与其他二次精炼的方法进行结合。在这种结合过程中，RH法充分发挥了良好的炼钢性能。可以这么说，RH是树干，二次精炼方法便是枝叶。树干和枝叶相互映衬，“各显神通”，谁少了谁都不行。

两种炼钢方法与传统的电弧炉炼钢法的比较也蕴含着哲理。正所谓“问渠哪得清如许，为有源头活水来”，人如此，炼钢亦如此。钢铁工艺的提升和改造，正如那源源不断的活水，让钢铁工艺能进一步服务人类，改造世界。

参考文献：