1RH精煉技術的發展2現代純凈鋼生產工藝流程在純凈鋼生產中，RH是最重要的真空精煉裝置之一，應用越來越廣泛，新建鋼廠多數選擇RH精煉。3鋼鐵冶煉工藝路線5特殊鋼廠冶煉工藝路線脫硫6短流程鋼廠冶煉工藝路線7RH的發展歷史RH精煉技術是1959年德國Rheinstahl和Hutlenwerke公司聯合開發成功的。RH將真空精煉與鋼水循環流動結合起來，具有處理周期短，生產能力大，精煉效果好等優點，適合冶煉周期短，生產能力大的轉爐工廠采用。RH發展到今天，大體分為三個發展階段：（1）發展階段（1968年~1980年）：RH裝備技術在全世界廣泛采用。（2）多功能RH精煉技術的確立（1980年~2000年）：RH技術幾乎達到盡善盡美的地步。表1RH工藝技術的進步工藝指標鋼水純凈度/×10-6鋼水溫度脫碳速度常數溫度波動補償量/℃Kc/min-1℃CST.OPNH技術水平≤20≤10≤15≤20≤20≤1.026.30.35≤±5

（3）極低碳鋼的冶煉技術（2000年~）：為了解決極低碳鋼（[C]≤10×10-6）精煉的技術難題，需要進一步克服鋼水的靜壓力，以提高熔池脫碳速度。9RH處理鋼水過程鋼水處理前，先將浸漬管浸入待處理的鋼包鋼水中。當真空槽抽真空時，鋼水表面的大氣壓力迫使鋼水從浸漬管流入真空槽內。（真空槽內大約0.67mbar時可使鋼水上升1.48m高度)。與真空槽連通的兩個浸漬管，一個為上升管，一個為下降管。由于上升管不斷向鋼液吹入氬氣，形成氣泡泵，使鋼水從上升管進入并通過真空槽下部流向下降管，如此不斷循環反復。在真空狀態下，流經真空槽鋼水中的氬氣、氫氣、一氧化碳等氣體在鋼液循環過程中被抽走。同時，進入真空槽內的鋼水還進行一系列的冶金反應，比如碳氧反應等如此循環脫氣精煉使鋼液得到凈化。為滿足鋼種要求、精確控制鋼水成份，通常，RH處理過程中還需進行合金化處理。鐵合金材料經高位料倉、稱量臺車、真空料斗、合金溜槽，在真空狀態下通過真空槽進入鋼水，完成合金化功能。10RH工藝流程

11RH工藝過程描述鋼水即將到達前，關閉主真空閥為真空泵的提前啟動作好準備。盛有鋼水的鋼包座落于鋼包臺車上，并啟動前級真空泵進行預抽。鋼包臺車運行到處理工位正下方，將環流氣體由氮氣切換到氬氣。啟動液壓頂升機構，將鋼包頂升到預定高度，打開主真空閥，鋼水即進入真空槽，形成環流。測溫取樣及定氧，根據測定結果決定是否進行“先行處理”。先行處理即正規處理以外的預備性處理。如鋼水溫度過低，可先行化學升溫；鋼水含氧過高，可先行加Al處理；鋼水含碳過低可先行加碳處理等。先行處理后須再次測溫取樣以確認先行處理的結果。13RH法的設備RH的主體設備構成：真空室及附屬設備；氣體冷卻器；真空排氣裝置；合金稱量臺車及加料裝置。RH精煉車間示意圖RH設備示意圖15RH真空室RH真空室形狀如右圖，真空室外殼為鋼板圍焊成的圓筒狀結構，內襯為耐火磚。真空室下部有兩根用耐火材料制成的可以插入鋼液的浸漬管，也稱升降管，其中一根為鋼液的上升管，另一個根為鋼液的下降管，浸漬管的上半部外側鋼管結構。真空處理時鋼液沿上升管進入真空室，沿下降管返回鋼包。RH真空室示意圖17RH法主要的工藝參數循環流量：循環流量W(t/min)是指單位時間內通過真空室的鋼液量。也稱循環速率，是一個重要的工藝參數。W主要取決于上升管直徑(d)和驅動氣體流量(G0)。如圖所示為不同上升管直徑條件下，循環流量與驅動氣體流量之間的關系。設計真空室時W是根據處理容量V、循環因數u和脫氣時間t來確定的：循環流量與驅動氣體流量之間的關系18RH法主要的工藝參數真空度

真空度是指RH處理時真空室內可以達到并且保持的最小壓力。真空泵的抽氣能力

真空泵的抽氣能力大小，應根據處理鋼種、處理容量、處理時間、循環流量以及處理過程中的脫氣規律來確定。

RH法處理過程中的氣體析出速度是不同的，處理前期鋼液原始氣體含量較高，氣體析出量也較大。處理后期的氣體析出量較小，因此，就不能采用固定的抽氣能力，而是要根據不同的真空度來確定。19100t鋼包RH年處理能力的估算

RH年處理能力的估算：式中：P:年處理能力

:平均爐處理能力,100t:平均處理周期,36min:LD－LF－RH－CC--RL的配合率,85％

:RH作業率,85％

:RH處理鋼水合格率,99.5%

萬噸/年

估算結果:100鋼包RH估算其年處理能力為94.5萬噸。

21RH精煉的主要冶金功能RH真空精煉的冶金功能22真空脫碳-碳氧平衡碳氧平衡原理在RH過程中，[C]、[O]反應生成CO氣體，由于降低了氣相中CO的分壓使[C]和[O]的反應向著生成CO氣體的方向進行：不同真空條件的碳氧平衡曲線23脫碳與脫氧的關系RH脫碳時脫碳量與脫氧量的關系通過降低系統壓力促使碳氧反應來實現脫碳或脫氧的目的是十分有效的手段。當鋼液中含氧量降低某一數值△[O]時，則含碳量也相應降低一定數值，它們之間存在以下關系：右圖顯示了RH脫碳時脫碳量與脫氧量的關系25真空脫碳RH精煉中發生的各種化學反應的反應速度決定于金屬側各元素的傳質系數，根據Shigeru的研究證明，在整個RH精煉過程中各元素的傳質系數基本保持不變，但反應界面積隨時間發生明顯變化。為了方便描述各種反應速度，常采用體積傳質系數k（=傳質系數×反應界面積）。鋼水含碳量和吹Ar方式對RH脫碳過程的體積傳質系數k的影響RH的體積傳質系數與以下因素有關：k和鋼水碳含量成正比；增加鋼水的循環流量Q使k值提高；改變吹氬方式利于提高k值：如在300tRH的真空室底部增設8支2mm吹Ar管吹氬（QA=800Nl/min），使k值提高。

KojiYMAMGUCHI總結100t~260tRH的實際生產數據提出以下關聯式：26

脫碳影響因素的分析

插入管直徑對脫碳速度的影響

脫碳速度隨插入管內徑的增大而增大。循環量Q與插入管內徑d4/3成正比。不同插入管內徑的脫碳曲線27

氬氣流量對脫碳速度的影響脫碳速度隨氬氣流量的增大而增大

29深脫碳處理

需要深脫碳的鋼種,指含碳量≤0.010%的鋼種。這類鋼種在轉爐中并不將[C]吹煉到最低極限，為了保留一定的殘余錳及金屬收得率，通常轉爐吹煉到[C]～0.05％左右即出鋼，出鋼時只進行少量的錳合金化及極弱的脫氧,保持鋼水中自由氧在600ppm以上。這種處理的特點是在50mbar至200mbar壓力下，先進行真空脫碳，最后在1.33mbar下完成成分調整及鋼水純凈化處理。此類鋼種處理前的先行處理通常是先行加鋁或先行升溫。當鋼水氧含量不足，以致僅依靠自然脫碳不能使碳降到目標值以下或者轉爐出鋼碳過高（≥0.06％）時，則經用頂槍吹氧進行強制脫碳。當脫碳到目標值以下時，需加入微量元素（如IF鋼需加Ti或V、Nb等）及最終調整化學微量元素含量。

30深脫碳操作31RH脫碳在操作中需注意的幾個問題要保持真空系統良好的密封性，確保處理過程中的真空度不變。驅動氣體是鋼液循環的動力源，調節氣體流量必須由小到大，防止噴濺。鋼水溫度控制。真空室各部位在處理前必須進行充分烘烤，達到溫度要求，減少處理過程溫降。處理過程中通常每5分鐘測溫一次，以判斷溫降及鋼液循環情況。32RH脫碳后的增碳控制應用防止噴濺及電極加熱技術，盡可能使真空室不結瘤，控制脫碳過程中從真空室結瘤殘鋼的增碳；在脫碳期加入冷卻廢鋼。由于真空處理過程中溫降較有規律，尤其是脫碳10分鐘以后溫降更顯規律性，因此冷卻廢鋼最晚可在處理至10分鐘時加入；首選碳含量盡可能低的合金。其次，根據冷卻廢鋼增碳的道理，采用在脫碳期加入合金的技術，以防止合金增碳的發生。

33脫硫對鋁脫氧鋼水，脫硫反應為：

3(CaO)+2[Al]+3[S]=(Al2O3)+3(CaS)鋼水脫硫效率主要決定于鋼中鋁含量和爐渣指數（S·P）：當（S·P）=0.1時，渣—鋼間硫的分配比最大（400~600）。因此，脫硫渣的最佳組成是：60%(CaO)+25%(Al2O3)+10%(SiO2)。RH噴粉通常采用CaO+CaF2系脫硫劑，該種粉劑的脫硫分配比可按下式計算：La=(%S)/[%S]=1260-25(%Al2O3)–75(%SiO2)±250鋼水脫硫速度為：根據高橋等人的測定：ks=0.27m/min。采用RH噴粉脫硫的主要優點是：（1）脫硫效率高。（2）頂渣影響小，與鋼水間的傳質速度大幅度降低。RH噴粉鋼包噴粉粉劑消耗量與脫硫效率的關系渣中FeO+MnO含量對渣—鋼間硫的分配比的影響34RH脫硫實際操作中需討論的問題脫硫劑的選擇選擇CaO-CaF2脫硫率最高CaO與CaF2比例以6：4為宜不同CaO系渣的Cs35對鋼包渣的要求

加拿大某鋼廠的RH脫硫數據顯示鋼包渣中氧勢越高，硫分配比越低36

鋼水回硫量隨鋼渣氧勢的升高而增大37

鋼渣中FeO+MnO應<5%(對于非鋁脫氧鋼要求更低)

爐渣應有較合理成份CaOMgOSiO2Al2O3FeO+MnORH處理開始5885243RH處理結束569625338

脫硫時機的選擇鋼中[O]越高，則脫硫效率越低。因此，脫硫的時機應選擇在：鋼水脫氧后鋼水進行合金化后脫硫劑消耗對脫硫率的影響

國內某鋼廠的數據顯示，脫硫率隨脫硫劑消耗的上升而提高，最高脫硫率達83.3%，最低[S]為0.001%。但超過6kg/t時，無助于脫硫。3940

鋼水溫度對脫硫率的影響國內某鋼廠的數據顯示，脫硫率隨RH處理鋼水溫度的上升而提高。41RH脫硫需要注意的問題

鋼液溫度損失。當添加1.5kg/t.鋼脫硫劑時，溫度降低5℃

鋼中Al的損失。脫硫過程產生的氧又氧化部分鋁。每添加1.5kg/t.鋼脫硫劑需補鋁丸0.25kg/t.鋼對耐材侵蝕速度加快，平均達到每爐1.11mm。42RH脫硫的效果國內某廠利用此工藝生產高牌號無取向硅鋼，使成品[S]穩定保持在≤10ppm。加拿大某廠經RH脫硫后的[S]含量平均達10ppm。43

新日鐵某廠利用RH-PB工藝生產超低硫鋼，脫硫劑采用1：1CaO-CaF2，脫硫劑添加速度max300kg/min，氬氣流量1666.7NL/min，處理20min，可使[S]由20～30ppm降至5ppm。新日鐵另一鋼廠采用RH-噴吹法，采用6：4CaO-CaF2+10~15%MgO，添加速度100kg/min，氬氣量max3500NL/min，處理20min，使[S]由20～57ppm降至5ppm。44RH精煉中噴粉脫硫動力學模型脫硫反應包括如下步驟：（1）硫從鋼液內部對流擴散到鋼液；（2）石灰粉粒渣滴界面在鋼液石灰粉粒渣滴界面發生脫硫反應；（3）脫硫產物離開鋼液石灰粉粒渣滴界面,向粉粒渣滴內部擴散。模型假設：設體系內鋼液處于充分混合狀態,噴入的粉粒呈液態均勻彌散懸浮于鋼液內部；脫硫反應僅發生在鋼液石灰粉粒渣滴界面,鋼中去除的硫全部為粉粒吸收；噴粉脫硫前鋼液已充分脫氧,氧位足夠低；同時考慮鋼液側和粉粒側渣側傳質阻力；不考慮處理過程中粉粒的聚集及鋼液的溫降,把鋼、渣密度和粘度視作常數。總的脫硫率為：確定模型參數脫硫模型預測結果45脫磷

將RH吹氧工藝與噴粉工藝相結合可以實現RH脫磷。在RH吹氧脫碳期同時噴吹石灰粉可以達到理想的脫磷效果。如日本新日鐵名古屋廠230tRH采用OB/PB工藝，可生產[P]≤20×10-6的超低磷鋼。粉劑中(%CaO)≈20%時，爐渣脫磷能力最強。提高真空度使爐渣脫磷能力略有提高。根據RH-PB處理中取出的粉劑顆粒，經X光衍射分析的結果繪出左下圖。由于RH噴粉避免了頂渣的影響，延長了粉劑與鋼水直接反應的時間，使脫磷效率提高。如右下圖所示，上浮粉劑顆粒中P2O5含量接近3CaO·P2O5或4CaO·P2O5的理論極限。遠高于鐵水預處理或轉爐脫磷效率。粉劑配比和真空度對爐渣脫磷能力的影響RH-PB工藝中粉劑顆粒的脫磷效果比較46脫氧與夾雜物上浮RH精煉通常采用鋁脫氧工藝，生成的脫氧夾雜物大多為細小的Al2O3夾雜，RH精煉過程中鋼水氧含量的變化可以表示為：RH處理鋼水中夾雜物的形貌和成份RH精煉中，爐渣傳氧決定于渣中(%FeO)+(%MnO)含量。由于RH有效地避免了卷渣，頂渣對鋼水的氧化大為減弱。RH的表觀脫氧速度常數比鋼包吹氬工藝大約提高1倍。若RH處理前控制渣中(%FeO)+(%MnO)≤1%，處理后鋼中[O]T≤10×10-6。RH精煉過程中氧化物夾雜的排出速度可以表示為：

渣中FeO+MnO含量和脫氧速度常數k間的關系47夾雜物尺寸對去除的影響

鋼中夾雜物的上浮決定于夾雜物的尺寸：大顆粒夾雜上浮去除，而小顆粒夾雜通過碰撞聚合后才能上浮去除。因此，精煉過程中鋼水夾雜物的數量可采用淺野等人提出的表達式描述：

N=N0·exp（-·D）式中：D為夾雜物的半徑；N為夾雜物的數量（l/kg）；為常數。鋼水氧含量的變化表達式如下：RH精煉過程中T[O]的行為ko和攪拌能量的關系0.5048RH精煉裝置內夾雜物行為從圖a可以看出：RH精煉過程夾雜物去除主要發生在前12min，RH處理12分鐘絕大多數夾雜物可以去除；從圖b可以看出：較大提升氣體流量的去除夾雜的效果要好于較小的提升氣體流量。b.夾雜物去除率與氣體流量的關系a.夾雜物去除率隨時間的變化49RH處理過程中鋼中氧含量預測前12分鐘將氧含量迅速下降，渣中FeO+MnO含量越高，鋼液中氧含量也越高；由預測公式分析,在吹氬流量、浸滯管直徑不變的條件下,影響處理過程中鋼中總氧含量的因素有:純脫氣處理時間、渣中FeO+MnO含量、鋼包內襯材質。氧含量預測公式：氧含量隨處理時間的變化預測氧含量與實測值對比50RH脫氧后的純攪拌脫氣時間須多于7min美國內陸鋼鐵公司生產超深沖鋼RH后攪拌脫氣時間與T[O]量的關系51NK-PERM法

為了提高RH的脫氧效率，日本NKK公司開發了一種通過鋼包脫氣處理去除夾雜物的新方法，稱為NK-PERM法。該工藝的技術原理是：首先將可熔氣體（如N2、H2）強行熔解到鋼水中，然后進行真空精煉，再降壓過程中過飽和氣體在懸浮的微細夾雜物表面形成氣泡，氣泡與夾雜物上浮到液面迅速與鋼水分離。通過250tRH工業試驗，該工藝獲得良好的冶金效果，細小夾雜物的去除效率明顯提高。采用RH噴粉工藝，使鏈狀Al2O3夾雜與CaO粉劑形成低熔點CaO·Al2O3夾雜，利于上浮排除。采用RH噴粉工藝后，Al2O3夾雜含量明顯降低。

NK-PERM處理后夾雜物分布的變化情況52脫氫RH脫氫效率很高，處理脫氧鋼水，脫氫效率H≥65%；處理弱脫氧鋼水，由于劇烈的C-O反應使≥70%。RH的H

值決定于循環次數（N）。RH處理后鋼水含H量為：式中：N為鋼水循環次數。為保證良好的脫氫效果，要求：

由于RH的真空度很高，脫氫速度可表示為：經測定對200tRH，吹Ar流量為2000~2500Nl/min時，kH為0.16min-1。增大吹Ar流量使kH值提高。如對340tRH，吹Ar量從0增加到2500Nl/min時，kH可提高1倍。采用RH噴粉工藝后，由于鋼水中存在大量細小彌散的固體粉劑，明顯增強了鋼水中氣泡異相形核的能力，有利于脫氫反應。RH噴粉法和RH法處理鋼的氫含量對比53

RH脫氫處理工藝

以X60鋼種為例，這種處理是在1.33mbar壓力下對脫氧鋼水所進行的處理。通過脫氫處理同時可使鋼水中T[O]降低至20ppm以下以得到純凈度極高的鋼水。脫氫處理的要點是使鋼水在1.33mbar以下保持10min以上。該類鋼種由于合金元素含量較高添加鐵合金及最終脫氧的時間需3-5min。54RH脫氫操作55脫氮

鋼水脫氮速度不決定于鋼中氮的傳質系數，主要決定于界面化學反應速度。務川進等人通過實驗研究發現，隨鋼中[%O]和[%S]含量的增加，鋼水吸氮（或脫氮）速度降低（或增高）。因此，通常采用二級反應式近似計算真空脫氮速度：式中：kN=15.9fN2/(1+173aO+52aS+17aN)2。

a吸氮b脫氮真空度、表面活性元素含量對鋼水吸氮和脫氮的影響脫氮速度常數計算值與實測值的比較56RH輕處理或中間處理

輕處理是在80～200mbar壓力下對0.01％≤C≤0.05％這一類低碳、半低碳鋼的處理方法。此類鋼轉爐出鋼碳通常在0.05～0.06％，出鋼時用高碳錳鐵進行弱脫氮，由于轉爐出鋼碳無需降低0.05％以下，因此停吹時殘余錳可稍高，從而節約了錳鐵，鋼水不致過度氧化而確保較好高的金屬收得率。通過真空脫碳，鋼中碳、氧同時降低因而可得到較純凈的鋼，而且最終脫氧用鋁可降低1kg/t鋼以下。總之，輕處理的目的是減輕轉爐負擔，降低生產成本，提高鋼水質量。中間處理是指X60以下管線鋼，及部分焊接高強度鋼所進行的一種處理，在RH能力有余時也可對一般鋼種進行處理。中間處理的目的是提高鋼的質量，為連鑄順利開澆創造條件，中間處理是在壓力小于50mbar的情況下進行的一種處理

57RH脫氮效率及強化脫氮工藝措施RH的脫氮效率（N）比較低，并和初始氮含量有關：當初始[N]=100×10-6時，N≈20%；對于較低的初始氮含量，RH處理基本不脫氮。其原因主要是：（1）鋼中氮的溶解度高，約是氫的15倍。（2）鋼中硫、氧等表面活性元素含量的增加，使鋼水脫氮速度降低。（3）RH浸入管漏氣造成鋼水吸氮。強化RH脫氮的工藝措施提高真空度和抽氣速度；盡量降低鋼中氧、硫含量；進行脫碳后鎮靜處理時△N和初始N含量的關系時間（min）l/n（%-1）采用浸入管吹氬密封技術；采用噴粉工藝。噴粉時間和鋼水氮含量的關系58RH精煉的多功能化RH-OB：高效脫碳，升溫RH-KTB：升溫RH-MFB：多功能噴嘴RH-PB：噴粉脫硫、脫磷RH-IJ：吹氣、噴粉RH-PTB：噴粉脫硫、脫磷REDA（單嘴精煉）：增大循環流量RH的改進形式60熱補償技術——RH-OB法

依靠加Al吹氧進行化學升溫：

Al+3/4O2=1/2Al2O3△HAl=-32.186kJ/kgAl160tRH采用OB法升溫工藝，供O2強度為1100Nm3/h。采用普通RH處理，精煉過程溫降80~90℃；采用OB法工藝吹氧20min，耗Al1.7kg/t，處理過程基本不降溫；吹氧40min，耗Al4kg/t，處理后鋼水溫度可提高50℃。為避免OB法升溫過程中鋼中C、Si、Mn的燒損，要求嚴格控制[Al]s>0.05%。處理過程中保持[Al]s>0.05%，可保證[O]≤60×10-6。若OB升溫后，延長攪拌時間25min，可保證[O]≤30×10-6。吹氧過程、加鋁量對RH-OB升溫效果的影響61熱補償技術——RH-KTB法

KTB法采用吹氧脫碳和二次燃燒技術實現鋼水升溫。該方法在普通RH上安裝可以升溫的水冷頂吹氧槍，吹氧脫碳，并依靠真空室內CO爐氣的二次燃燒提供熱量，補償精煉過程中的溫降。采用KTB工藝后，轉爐出鋼溫度比傳統RH降低26.3℃。由于KTB提高了RH表觀脫碳速度常數，在保證相同的脫碳時間的條件下，可使初始碳含量從0.025%提高到0.05%。在脫碳過程中實現二次燃燒，可將爐氣二次燃燒率從3%提高到60%，進一步補償了熱量。

KTB熱補償的能量平衡與傳統RH相比KTB熱補償所帶來的溫降減少值項目補償溫度/℃百分比/%提高初始碳含量1.26二次燃燒熱量7.839鋁氧化熱量7.939.5減少精煉過程溫降3.115.5總計20100

采用KTB技術進行熱補償的關鍵是通過精確控制吹氧量和吹氧時間，避免鋼水過氧化，保證吹氧結束后鋼水[O]<750×10-6。在此基礎上，通過自然脫碳使脫碳結束后鋼水[O]<200×10-6，可以保證精煉鋼水具有良好的潔凈度。62RH-MFB精煉過程鋼水溫度預測從圖a可以看出RH-MFB精煉過程中熱量傳遞通過以下三種途徑完成:(a)碳氧反應，產生氣體帶走熱量；(b)鋼水循環流動，溫度混勻;(c)通過耐材散熱。預測模型與實測溫度相比平均誤差只有3.4℃，可以通過預測模型指導RH-MFB精煉過程的溫度補償。a.RH-MFB精煉過程鋼水傳熱過程b.RH-MFB精煉過程溫度預測值與實測值63加鋁、吹氧對RH-MFB的溫度補償如圖a所示：對于300t的鋼包，每加入300kg鋁可以減少溫降22-24℃；如圖b所示：對于300t的鋼包，每吹入300m3氧氣可以減少溫降10℃左右；a.加鋁量與鋼水降溫關系b.吹氧量鋼水傳熱過程64盡量減少RH處理過程的加鋁吹氧提溫危害：增加Al2O3夾雜物量；增加RH處理時間，影響與連鑄的匹配。美國內陸鋼鐵公司生產超深沖鋼RH的吹氧提溫率由過去的35％減少到目前的10％左右。措施：嚴格控制前工序碳、氧、溫度；前期OB強制脫碳(內陸鋼鐵方法)；工藝控制模型；爐氣在線分析、動態控制。65RH精煉初期鋼水溫度較高時，需要加入一定的廢鋼使鋼水溫度符合要求，如圖a所示對于300t的鋼包，冷卻效果為每噸冷卻材降溫7℃左右；如圖b所示對于300t的鋼包，低錳的加入量為400-500kg，鋼水降溫不超過0.8℃。冷卻材及加低錳對RH-MFB的溫度調節a.加冷卻材量與鋼水降溫關系b.加低錳量鋼水傳熱過程鋼水降溫量/℃66真空室內壁初溫對鋼水溫度影響如上圖可知，真空室預熱溫度對鋼水溫降影響較大。真空室預熱溫度從700℃上升到1300℃，真空室預熱溫度每提高100℃，鋼水平均溫度上升6℃。67單嘴爐的發展第一座單嘴爐在1976年由北京科技大學張鑒教授開發，在大連鋼廠進行工業試驗。1992年北京科技大學成國光等人在長城特鋼，應用單嘴精煉爐冶煉軸承鋼，進一步完善了單嘴精煉爐生產工藝。1999年日本八幡鋼鐵廠開發了REDA(Revolutionarydegassingactivator)單嘴精煉爐如右圖，并取得了較好的工業效果。REDA單嘴精煉爐示意圖68單嘴精煉爐工作原理單嘴精煉爐把RH的上升管與下降管合二為一改為直筒狀吸嘴，并采用鋼包底部偏心吹氣方式，如右圖所示。單嘴精煉爐采用偏心鋼包底部吹氣，偏心吹入的氣體的上升驅動力主要是浮力，同時上升氣泡還受到了真空室負壓的抽引作用。由于偏心吹氣的原因，在氣液兩相區附近充滿了大量氣體，使得兩相區內的密度遠小于鋼液密度。主要因這兩種驅動力的作用，以及氣液兩相區密度較小，使得鋼液隨吹入氣體與上浮氣泡作上升運動至真空室內自由表面處，這樣就形成了上升流股。鋼液上升到真空室內液體表面處，由于受到后繼流股的作用，會沿鋼液表面向遠離兩相區方向運動，同時鋼液內氣體含量不斷減小（受真空泵抽真空的影響）液體密度變大，由于受自身重力的作用向下流動，到達鋼包底部附近補充了被上升流股帶走的鋼液，這樣就形成了下降流股。單嘴精煉爐示意圖69武鋼單嘴爐精煉效果武鋼三煉鋼單嘴精煉爐如圖a所示，圖b為脫碳效果，可以看出單嘴精煉爐的脫碳效果是較好的，混勻時間較短，脫碳速度較快，最終碳含量為17ppm。a.武鋼三煉鋼單嘴精煉爐b.武鋼三煉鋼單嘴精煉爐脫碳效果70日本REDA單嘴爐精煉效果日本八幡廠對175tREDA進行了大量的工業規模試驗，結果發現：進行了20多min的精煉處理后，碳含量已經低于10ppm；日本八幡把由350tDH改造成REDA，并對REDA進行了規模化工業生產試驗，發現在真空泵抽氣能力為1600kg/h與真空度為1torr條件下，處理30分鐘后的鋼中碳含量為3ppm。175tREDA工業條件脫碳結果350tREDA的脫碳性能71單嘴精煉爐與RH對比由上圖可以看出單嘴精煉爐與RH有如下區別：①單嘴精煉爐把RH的上升管與下降管合并為單一的圓筒狀吸嘴；②單嘴精煉爐采用偏心爐底吹氣，使鋼液在鋼包內和單嘴內形成循環；③單嘴精煉爐選取鋼包底部吹Ar，RH在上升管內吹Ar。單嘴爐與RH裝置對比單嘴爐與RH吹氣方式對比72混勻時間的比較可以明顯看出單嘴精煉爐內的鋼液循環速率高于RH，說明在單嘴精煉爐內的鋼液攪拌情況要比RH中強烈的多，原因可能因為攪拌氣體是從較深位置吹入的，所以氣體流股的上升路徑較長，還有就是由氣泡浮力產生的驅動能量能直接作用于鋼包內的液體。73RH精煉鋼包內鋼液流場分布數值模擬流暢分布物理模擬流暢分布鋼液從下落管以較大流速流向包底，在左右分別形成兩個循環流。74RH高效化生產的裝備技術

[C]×10-6提高真空室高度增大環流量提高抽氣能力臺灣中鋼公司將160tRH的蒸汽噴射泵抽氣能力由300kg/h增大為400kg/h后，并將吹氬量由600Nl/min提高到680Nl/min，使終點碳含量由30~50×10-6降低到30×10-6以下，脫碳時間由20min縮短到15min。美國內陸鋼鐵廠將RH的六級蒸汽噴射泵改造為五級蒸汽噴射泵/水環泵系統后，冷卻水消耗量由21t/爐減少到5t/爐，能耗降低73%。

增大吹氬量，優化吹氬工藝增設多功能氧槍

增設具有RH頂吹氧、噴粉和烘烤三大功能的多功能氧槍，對改善RH操作，提高精煉效率和RH作業率具有重要意義。

75利用旋流提高RH精煉效率

李寶寬等人利用水模型試驗研究在上升管中使用軸流式和六片平直葉片式葉輪，產生旋流對提高RH精煉效率的作用水模型實驗研究表明:在RH裝置上升管中施加旋流，無論是采用六片平直式葉輪還是軸流式葉輪，均可增加系統的循環流量.但當輸人功率相同時，軸流式葉輪要比六片平直葉式葉輪產生旋流后的系統循環流量大.76旋流對氣泡分布的影響可視化觀察表明:沒有施加旋流時，氣泡主要貼近上升管壁面上浮，因而管壁側填充氣泡空位的液體缺乏.當施加旋流時，氣泡被推移至上升管的中心線附近，因而氣泡流過的空位四周均為液體，能充分填充空位，有助于系統循環流量提高。77RH長壽化裝備技術改進真空室頂部結構提高RH浸漬管的使用壽命提高耐火材料抗侵蝕能力

改造為圓頂，壽命超過真空室上部槽。RH月處理量超過70000噸。

通過耐火材料的優化，并結合采用RH高效化生產工藝和完善RH終點控制技術，縮短RH的處理周期等技術措施，使RH底部槽壽命從1993年1200爐提高到1997年2628爐，并創造了世界紀錄。

采用浸漬管冷卻技術，使浸漬管的平均壽命達到320次。美國國家鋼鐵公司大湖廠采用兩個浸漬管輪流修補、交錯磚型和用MgO材料進行噴補三項技術，也使浸漬管的壽命超過180爐。78近幾年國外RH的主要技術參數和性能指標新日本鋼鐵公司川崎鋼鐵公司日本鋼管公司住友金屬工業公司寶鋼RH設備參數名古屋鋼鐵廠2號RH君津鋼鐵廠RH大分鋼鐵廠1號RH水島鋼鐵廠4號RH福山鋼鐵廠3號RH鹿島鋼鐵廠2號RH煉鋼廠吹O2方式OBOBOBKTBOBOBOB鋼水容量，t270305340250250250300循環管內徑，mm730650600750580750550循環氣體量，l/min3000250040005000500050001200~1400抽氣量67Pa下(kg/h)26.7Pa下135016600100711682952877010001350015000-1500-950目標[C]×10-61017181515127000≤50處理時間，min15221815151520~25日本RH冶煉效果80RH控制模型RH模型是建立在RH真空精煉冶金機理的基礎上，結合現代自動控制技術，采用先進的算法開發的成套過程控制模型。RH模型包括：

1.靜態脫碳模型;2.動態脫碳模型;3.溫度推定模型;4.合金最小成本及成分預報模型。81靜態脫碳模型靜態脫碳模型的主要功能是預測處理過程中隨真空度的逐步下降，鋼液中碳含量和游離氧含量的變化規律。靜態脫碳模型由預報模塊和推定模塊組成。預報模塊根據每一爐處理開始獲得的初始碳、游離氧含量、鋼液溫度和真空排氣模式等信息，在處理初期即給操作人員提供為達到一定目標碳含量所必須的處理時間和吹氧操作等綜合指導信息；推定模塊是在得到鋼水基本信息和操作量信息(如吹氧量、鋁材投人量等)以后，推算處理結束時的碳含量和游離氧含量。兩個模塊的綜合使用能夠逐漸優化RH的操作工藝。靜態脫碳模型是從冶金學碳氧平衡原理出發，在一定的假設基礎上建立的模型。RH真空脫碳是鋼液中的碳和游離氧反應的過程，在真空度和溫度一定的情況下，如果脫碳反應達到平衡，碳含量和游離氧含量的乘積為一常數；同時假定參與脫碳反應的氧的固定百分比來自于鋼液，而其他部分來自于鋼渣中金屬氧化物的被還原，則鋼液中碳和游離氧含量的下降遵從特定的比例關系，由以上兩個規律綜合可以求得平衡碳和平衡氧含量。82靜態脫碳模型Y.Kita模型在此模型中假設RH處理時脫碳反應發生在三個地點：氬氣表面；CO氣泡表面；鋼液自由表面。該模型認為CO氣體表面的脫碳量相對與其他位置是很小的，可以忽略不計，所以只考慮其他兩處的脫碳。1）氬氣泡表面的脫碳。在這種情況下，假設所有氬氣泡都是球狀，隨著鋼液循環而上浮，并且都參加脫碳反應。在這里認為氧的傳質是非限制環節。2）真空室內鋼液自由表面的脫碳。速率表達式為：預測結果如右圖所示實測值與計算值的比較83靜態脫碳模型村建一郎模型通過對RH脫碳反應各部位：

1）真空室內鋼液表面；

2）氬氣泡；

3）真空室內鋼液本體的脫碳速度的分析，定量估算其總脫碳量。在實際的RH操作條件下，鋼液中[O]通常較[C]高，所以，不認為鋼中氧的傳質為限制環節。因此脫碳速度是由鋼中碳的傳質、氣象界面化學反應和氣相內傳質等綜合因素來限制。

KojiYamaguchi模型該模型進行了一定的假設：鋼包和真空室中的鋼液完全混合；脫碳反應只在真空室中進行；氣液界面的碳、氧濃度和真空室中的CO分壓保持平衡；脫碳反應速率由碳、氧傳質限制；脫碳機理如右圖所示。脫碳反應機理示意圖84脫碳數學模型模擬結果85RH精煉動態脫碳模型動態脫碳模型主要功能是根據廢氣中CO，CO2

等氣體的在線分析值、初始碳分析值和廢氣流量，實時預報鋼水中碳含量。動態脫碳模型是基于分析碳及抽真空產生的廢氣信息，結合自適應控制技術實時預報鋼水碳含量的模型。該模型可以大大提高如質譜儀、紅外分析儀等設備的利用率和實際效果模型在畫面上實時顯示真空脫碳過程的許多相關信息，并在畫面上動態演示整個過程。為操作人員更好地實時控制RH真空脫碳過程提供較為詳細的參考，并可以優化RH脫碳工藝。86RH精煉動