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1 文献综述
1.1 洁净钢的发展
到了21世纪，科学技术和经济都发展到了比较高端的程度，随之而来的就是先进高端质量的工业产品日益增多，人们对于钢材质量的要求更加严格。为了改善钢材的质量， 必须提高钢水的洁净度。在建筑、汽车、机械制造、石油等工业方面都呈现出新的发展趋势，高质量、超洁净的钢铁设备产品的应用日益增多，并且钢铁面临着新材料产品的严峻挑战，例如塑料制品、铝合金、璃等。加之当前世界钢铁市场已趋于饱和，竞争十分激烈，国外一些钢铁厂为了占据钢铁市场，纷纷采取技术措施，生产高附加值的产品，例如优质深冲钢，超低硫钢等[1-2]。因此，进入90年代，洁净钢的生产技术是世界炼钢界的一个热点。
国内外一些钢铁企业都在积极地开发、应用洁净钢的生产技术，并取得了明显的经济效益，例如日本新日铁的吨钢销售额为707美元，但是我国比较先进的钢铁厂的吨钢销售额仅为295美元。我国已经是世界第一产钢国，但我国大多数钢铁厂尚未很好的掌握洁净钢的生产技术，每年都要从国外进口大量钢材。因此，开发、应用洁净钢的生产技术势在必行，这对于我国由钢铁大国转变成钢铁强国具有十分重要的意义[1,3]。 1.1.1 洁净钢概况
1962年Kieshng在给英国钢铁学会起草的特别报告中，首次提出了洁净钢（clean steel）一词，泛指O、S、P、H、N以及Pb、As、Cu、Zu等杂质元素含量低的钢。提出洁净钢的概念是为了能够高效率、低成本、成批地生产出可以稳定地满足用户加工和使用要求的优质商品钢材[5]。
在洁净钢中洁净度是一个非常重要的概念。洁净度可这样理解，在钢中要尽量地去除有害组元，而且在冶金熔体、铸坯和钢材中要求有非常均匀的分布。有了钢材的高洁净度才能获得令人满意的微观组织，从而保证了钢的使用性能。钢的洁净度是反映钢的总体质量水平的重要标志，是钢的内在质量的保证指标。钢的洁净度通常由钢中有害元素含量以及非金属夹杂物的数量、形态和尺寸来评价。
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“洁净钢”和“纯净钢”是两个不同的概念。洁净钢并不意味着越纯越好，洁净钢应定义为: 当钢中的非金属夹杂物或其它有害物质直接或间接地影响产品的加工性能或使用性能时，该钢就不是洁净钢；而如果钢中的非金属夹杂物和有害杂物的数量、尺寸或分布对产品的加工性能、使用性能都没有不良影响，则这种钢就可以被认为是洁净钢，这一定义是比较恰当而准确的，因为不同钢种的钢材，在不同加工过程和使用过程中，对其所要求的性能以及与之相应的洁净度是不同的[3,6]。
五十多年的科学技术的不断进步，钢铁产品面临被新型工程材料如铝、塑料、玻璃等取代的巨大压力，提高钢的洁净度越来越成为钢铁冶金技术研究的重要课题，提高钢的洁净度已成为每一个钢铁产品的任务。比如，为了满足管线钢不断提高的韧性要求，特别是酸性气体输送管道抗HIC性能的提高，在过去40年里，对钢中S含量有不断降低的要求。对汽车板（轿车外壳）则要求C、N、T.O都小于2010-6，而饮料罐不仅要求T.O小于2010-6，同时要求夹杂物直径必须小于20μm，轮胎钢芯线、夹杂物直径要求小于10μm，而电视机屏幕荫罩钢则要求夹杂物直径更小，即5μm。又如对于滚珠轴承钢来说，为了提高接触疲劳性能，使钢中全氧降低到1010-6以下，甚至更低。正是由于这种巨大的压力，使提高钢的洁净度的冶金技术得以飞速发展，至80年代末，钢中P、C、S、N、T.O、H已可降低到5010-6左右[2,4,6]。 1.1.2 生产洁净钢的主要技术
洁净钢生产技术涉及多个工序环节，以转炉流程为例，通常由铁水脱硫处理、顶底复吹转炉吹炼、出钢挡渣、脱氧、钢水包内沪渣改性、氩气搅拌、RH真空处理或其它方式的炉外精炼、保护浇铸、中间包冶金、结晶器保护渣、结晶器内钢水流动控制等组成[3]。
目前国内基本具备生产洁净钢条件的钢铁企业主要有宝钢、武钢、攀钢和部分特钢厂。武钢二炼钢厂具备KR铁水脱硫、TN喷粉、80t顶底复吹转炉、KTB、4台板坯连铸机及CAS等设备；宝钢有铁水脱硫处理，CAS—OB、KIP、2台板坯连铸机及3座300t的顶底复吹转炉，其三期工程将建成具有新技术的现代化的炼钢设备的第二炼钢厂；攀钢具有脱硫、LF炉外处理、120t的顶底复吹转炉、板坯连铸机、炉外精炼装置等设备。其中宝钢、武钢、攀钢等都具有生产高纯净度的深冲钢的条件。除此之外鞍钢、太钢等都在引进先进技术及设备，鞍钢的RH精炼现在也取得了不小的成果。近年来，我国的
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钢厂非常注重洁净钢的生产及实验研究，在不久将来也具备生产高质量洁净钢钢的设备条件及生产能力。
国外的一些技术成果，国外只有日本的少数工厂采用了结晶器钢水电磁制动、FC结晶器等最新技术，近几年来美、欧、韩、台钢铁企业洁净钢生产水平的提高实际上主要是靠严格的炉渣管理和各工艺环节的严细操作获得的。以美国内陆钢铁公司第4氧气转炉炼钢厂为例，该厂有两台容量235t顶底复吹转炉，一台RH—OB真空精炼装置和两台板坯连铸机，年产300吨钢，全部为深冲用钢，其中35%为钛稳定的极低碳IF钢，20%超低碳钢，45%为低碳铝镇静钢，美国内陆钢铁公司生产洁净钢的实践非常令人深思。 美国内陆钢铁公司、阿姆柯钢铁公司、LTV钢铁公司、Weirton钢公司、德国蒂森钢铁公司等用的就是这些与国内宝钢、武钢相当的装备生产出了总氧含量在1510-6— 3010-6的一流汽车板、DI 罐钢等。除深冲钢以外，国外管线钢的牌号已发展到X80级，硫含量已能降低到1010-6—2010-6，甚至少于1010-6。优质造船板的硫含量低于8010-6，总氧含量已降低到2010-6—2510-6以下[3-5]。 1.1.3 RH精炼炉概况
在洁净钢的生产技术中，有一项技术是不得不提的，自从它诞生到现在50多年来，它的技术不断的被完善，并且应该于生产洁净钢中，它就是RH精炼。
RH精炼全称为RH真空循环脱气精炼法。在1959年由德国Rheinstahl和Hutlenwerke公司联合开发成功，其中RH为这两家德国厂家名称的第一个字母。RH将真空精炼与钢水循环流动结合起来，进而具有了处理时间短、效率高、精炼效果好、能够与转炉连铸匹配的优点而被转炉工序大量采用[7]。现在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[8]。RH精炼炉的主要结构如图1.1：
图1.1 RH精炼炉的主要结构图
RH系统设备是一种用于生产优质钢的钢水二次精炼工艺装备。它是由吸入和排出钢水的浸渍管和真空槽以及真空排气装置所组成。整个钢水冶金反应是在砌有耐火衬的
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真空槽内进行的，真空槽的下部是两个带耐火衬的浸渍管，上部装有热弯管，被抽气体由热弯管经气体冷却器至真空泵系统排到厂房外。
钢水处理前，先将浸渍管浸入待处理的钢包钢水中，是钢包和真空室形成密闭系统。真空排气系统启动，当真空槽抽真空时，钢水表面的大气压力迫使钢水从浸渍管流入真空槽内。与真空槽连通的两个浸渍管，一个为上升管，一个为下降管。由于上升管不断向钢液吹入氩气或氮气，相对没有吹气体的下降管产生了一个较高的静压差，使钢水从上升管进入并通过真空槽下部流向下降管，如此不断循环反复。在真空状态下，流经真空槽钢水中的氩气、氢气、氮气、一氧化碳等气体在钢液循环过程中被抽走。同时，进入真空槽内的钢水还进行一系列的冶金反应，比如碳氧反应；如此循环脱气精炼使钢液得到净化[8,9]。
1.2 RH精炼的发展
1.2.1 RH精炼技术发展
RH是由德国两家公司共同开发的真空脱气装置，即将真空精炼和钢水循环流动结合起来，并于1959年正式用于大型生产。此后该技术引入日本，英语1963年在新日铁广田建成第一台RH装置并投入使用。此后日本将该技术扩展，现在已经具有脱碳、脱氢、脱氧、成份调整等多功能的精炼设备。具有精炼周期短、效率高、生产能力大、精炼效果好等优点，适合特点与之相像的转炉钢厂广泛采用。纵观RH的发展，大致可以分为以下几个阶段：
（1）1959—1975年，基础技术研究及功能开发阶段。此阶段的主要成果是：
1）RH工作原理及反应机理基本已经探明；
2）一些基本公式及工艺控制参数可以大致的推导出； 3）计算一些设备参数，并可以扩大一些功能。
RH装备技术在全世界得到认可并广泛采用。根据1976年统计，世界共计投入生产的RH设备有448台。随着转炉越来越大型化，RH也随之大型化，目前世界上最大的RH精炼设备为360t。
（2）1975—1980年，多功能RH精炼技术发展并扩展技术，与连铸相结合并进入大规模处理阶段。这一时期RH的技术发展趋势主要是：
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