纯净钢冶炼工艺和装备技术

第一篇：纯净钢冶炼工艺和装备技术

纯净钢冶炼工艺和装备技术(国家“九.五”技术开发

指南)

一、国内外技术现状及发展趋势

随着经济的发展，市场对钢材的使用性能要求更高、更苛刻。为了提高钢材的性能，首先必须提高钢水的纯净度。90年代，国际钢铁生产技术的重要发展趋势就是要形成大批量生产纯净钢的生产能力。国外有些先进的钢铁厂 IF钢的生产比例已经超过50%。日本生产的轴承钢平均氧含量为7．5ppm。与国际先进水平相比，国内超纯净钢的冶炼工艺和装备技术很落后，主要表现为；钢水纯净度低，造成钢材性能低，工艺落后．生产成本高。国内绝大多数超纯净钢生产尚处于试验开发阶段，工艺不成熟，生产设备落后、不配套，致使生产成本很高，生产批量小，满足不了国内市场需求，造成少数高档钢材仍需依靠进口。

二、技术开发的总体目标和重点任务

建立和完善纯净钢产体制，实现钢铁厂生产结构的优化调速：重点企业的钢水纯净度达到90年代国际水平，重点钢种达到国际先进水平。重点开发和推广全量铁水深脱硫工艺技术；实现冶炼终点的计算机控制技术和挡渣出钢技术；合理配置钢水精炼设备，研究开发多功能炉外精炼设备，优化精炼工艺；完善以全连铸为某础的“炼钢-精炼-连铸”三位一体生产和质量管理体系，要从生产的各个环节保证钢水纯净度；解决量大面广，国民经济急需钢种的冶炼纯度问题，钢种的纯净度达到国际先进水平。

三、主要技术开发内容及指标

(一)全量铁水深脱硫工艺技术研究开发全量铁水深脱硫工艺和装备技术。铁水脱硫比≥95％；处理后铁水S≤30ppm；脱硫预处理周期≤30min。研究开发高效铁水脱硫剂．使脱硫粉剂耗量由目前lO～15kg／t下降到4Kg／t以下，脱硫率≥90%。

(二)多功能钢水精炼技术开发RH-KTB／KPB(吹氧、喷粉)综合工艺技术，处理后钢水纯净度达到：C≤30ppm，S≤10ppm，O≤20ppm，H≤25ppm。开发非真空多功能钢水精炼煤工艺技术，处理后钢水的纯净度可以达到： S≤50ppm；O≤25ppm；N≤40ppm。

(二)无ＡＬ2Ｏ3夹杂物的高效脱硫工艺技术脱氧效率与用铝脱氧时相当，钢中酸熔铝含量可以满足连铸和钢种性能的要求，钢中ＡＬ2Ｏ3脆性夹杂物减少85%。

(四)重点钢种的超纯净钢生产工艺技术IF钢：钢中C＋N≤50ppm；轴承钢：钢中O≤10ppm齿轮钢：钢中O≤15ppm，淬透性带宽度HRC≤4；硅钢：P≤50PPm，S≤10ppm，N≤30ppm，H≤15ppm。

(五)低C、Si、AL、S、P的高纯铁合金精炼技术上述元素含量分别控制在10～30ppm之间。

(六)微量元素快速分析技术精度达ppm级，分析时间≤2分钟。

四、经济、社会效益和市场前景 IF钢可以提高汽车单价压件合格率；轴承钢氧含量从30ppm降低到5ppm，轴承寿命可提高30倍。提高钢的纯度不仅提高了钢的原有性能，而且还可赋予创新的性能(如提高耐磨浊性等)，因而具有巨大的社会经济效益。

第二篇：日本高级钢冶炼环保技术

日本高级钢冶炼环保技术

日本是世界先进的钢铁生产国家，其在炼钢方面存在的矛盾问题是，一方面采用大型设备进行大批量生产来提高生产效率，另一方面为满足产品高级化、多品种化需求，不得不降低生产效率和增加能源消耗。以京都议定书为代表的CO2减排、减少能耗、节省资源等全球性的环保要求不断高涨，在这种情况下，钢铁业需要研究根本性对策以实现低环境负荷生产。日本住友金属和歌山钢厂在高级钢冶炼环保技术方面开发出良好工艺，现介绍如下。1 炉渣、粉尘的循环利用技术

1.1 炉渣循环利用

在传统转炉精炼法中，由于脱磷能力小，所以要投入大量的脱磷剂，因此产生大量的炉渣，排出的炉渣废弃物增加了环境负荷。虽然炉渣可以在土建工程和路基建设中得到循环利用。但是由于炉渣的市场需求量不断变化，所以对炉渣发生量的控制就成为一个急需解决的问题。对流精炼法由于利用顶底吹转炉分别进行脱碳和脱磷精炼，所以可以实现脱磷处理条件的最佳化，并且脱碳处理使用完的精炼剂可以在脱磷处理中进行再利用，所以渣量大幅度减少。对流精炼法由于精炼剂再利用和脱磷处理条件最佳化，使炉渣的发生量从97kg/t钢下降到52kg/t钢，渣量约减少了一半。

1.2 粉尘循环利用

在钢铁厂的产品制造过程中会产生镀锌废钢，为在厂内将这些被锌污染的废钢处理掉，就将这些废钢作为转炉的钢铁料使用。因此，转炉吹炼中产生的粉尘含Zn。由于转炉产生的粉尘量很大，分离回收Zn的成本很高，所以不得不采用填埋方法处理含Zn粉尘，但这种方法增加了环境负荷。

由于脱磷反应比脱碳反应的温度低，供氧速度小，所以烟尘中Zn损失小。因此，在进行脱磷处理时投入含Zn废钢，就可以生成少量高浓度含Zn粉尘。这样，就比较容易从回收粉尘中分离出Zn。对流精炼法利用粉尘集尘装置回收少量高浓度含Zn粉尘，再利用回转窑将粗锌和铁粉进行分离，将粗锌销售给锌精炼厂做原料，铁粉用作厂内高炉的炼铁原料。经过这样的处理，在脱碳时就可以不使用含Zn废钢，产生的全部粉尘都被高炉作为炼铁原料再利用。因此，本开发工艺将过去作为废弃物处理的粉尘进行资源化循环利用。过去的传统工艺生产1吨钢要填埋11kg的含Zn粉尘，现在粉尘废弃量变为零。2 快速脱碳吹炼技术

2.1 高速供氧技术

转炉脱碳处理对转炉的生产能力有很大影响。因此，有必要提高脱碳处理所需氧气的供氧速度。以前，转炉冶炼前的铁水预处理能力小，需要在转炉上进行脱磷，由于考虑到熔渣飞溅等问题，提高供氧速度有很大困难。

对流精炼法采用专用转炉进行脱磷处理，脱碳炉不进行脱磷处理，因此脱碳炉精炼剂用量达到最小化程度，供氧速度就可以提高。但是又出现了一个新问题，由于脱碳炉精炼剂用量少，吹入转炉内的高速氧气射流冲击到铁水表面产生大量铁粒飞溅，即发生严重的喷溅现象。为解决这个问题开发出可以抑制喷溅现象的新型氧枪。传统氧枪枪头有排列成与枪头圆

周成同心圆的4-6个直径相同、倾角相同的喷嘴，这种氧枪吹入的氧气射流会发生相互干扰，导致大量铁水颗粒飞溅。基于对传统氧枪问题的分析，新开发的氧枪枪头是由不同直径、不同倾角呈插花式排列的喷嘴构成的。这种喷嘴的配置避免了氧气射流的互相干扰，最大限度地降低了铁水的喷溅量。

随着铁水液面上射流重叠率的减少，喷溅量以指数关系下降。此外，还对新型氧枪高、低倾角喷嘴的直径比与喷溅量的关系进行了研究，实验是在水力模型装置和2t实验转炉中进行的。高倾角喷嘴直径和低倾角喷嘴直径，并将D2/D1=1时的喷溅量作为基准值，对喷溅量进行了指数化处理。

上述的实验结果在实验转炉上也得到了验证，随后这种新型氧枪很快在转炉生产上得到应用。结果表明，即使在5.0Nm3/min的高速供氧条件下，也未出现铁水颗粒附着在氧枪和炉体引起的操作故障。传统转炉法的脱碳吹炼时间约为20min，和歌山新钢厂脱碳炉的吹炼时间缩短到9min。

2.2 高速吹炼控制技术

由于提高供氧速度缩短了吹炼时间，相应地要求缩短吹炼终点温度和终点碳含量的控制时间。

在传统方法中，用副枪测定吹炼终点温度和终点碳含量，因此要进行取样，然后根据取样测定的温度和［C］进行数学模型计算，根据计算结果停止吹炼。吹炼停止后再次用副枪测定温度和［C］，合格后出钢。在出钢的最初阶段要根据吹炼时取样分析的［P］分析值，进行是否继续出钢的判断。为完成这些操作，必须在吹炼结束前约120s，进行吹炼末期的副枪取样测定。吹炼结束前约120s，对于吹炼时间为20min的传统吹炼来说相当于完成了90%的吹炼过程，而对于吹炼时间为9min的高速吹炼来说相当于完成78%的吹炼过程。因此，在高速吹炼情况下，采用传统控制方法必然会大大增加脱碳量模型预测值的误差。

基于这种分析，开发出适用于高速吹炼的改进型控制方法。在改进型控制方法中，由于采用［C］和温度预测的动态模型，提高了预测的准确性，可以省略吹炼结束时［C］和温度的测定。此外，由于铁水脱磷的稳定性，不必通过取样分析判断是否继续出钢，可以使吹炼中副枪的动态测定时间接近吹炼过程的90%，即在吹炼结束前约60s完成。

在传统模型中，吹炼末期过氧化渣中的［O］含量和钢水中的［C］含量，是没有考虑出钢结束之前脱碳量的值，因此，出钢后钢中［C］含量的预测值有波动。在新开发方法的副枪测定时，除了进行传统的碳浓度和温度测定，还可以测定熔渣中的氧浓度，并将熔渣氧浓度输送给动态模型，因此，提高了出钢结束时钢中［C］含量的预测准确性。

2.3 脱碳炉的处理周期时间

由于采用了上述的高速供氧技术和高速吹炼技术，和歌山新炼钢厂脱碳炉的处理周期时间为20min，其中，送入铁水4min、吹炼9min、出钢5min、放渣和补炉2min。3 多功能二次精炼法

转炉脱碳吹炼后钢水的硫含量虽然已经降到30ppm，但是高纯度钢（高性能油井管）对硫含量的要求是10ppm以下，最好是5ppm以下。为达到这种要求，传统的做法是，转炉出钢后在钢包内进行脱硫处理。处理方法是，将喷枪深入钢水中，利用Ar气从喷枪口将脱硫剂吹入钢水进行脱硫。由于粉状脱硫剂陷入Ar气气泡内，所以不能保证钢水和脱硫剂之间有足够的脱硫反应面积，影响了脱硫速度的提高，因此要投入大量脱硫剂。由于脱硫后要进行脱气处理，所以，必须在脱硫后将大量的脱硫渣排出。这样就增加了脱硫时间，并且钢水温度降低造成能量的损失。此外，由于是在大气压条件下进行搅拌操作，大气中的氮会溶

入钢中，这样，也会对钢材性能产生不利影响。为解决传统方法中存在的这些问题，实现高效率生产低氮低硫钢，开发出多功能二次精炼法。这种精炼法是在真空条件下进行，对钢水处理的主工序RH炉附加了脱硫功能，使脱气和脱硫在同一个工序完成，实现工艺流程的紧凑化。

RH附加脱硫功能采用的不是从钢水内部输入，而是从炉子上面将脱硫剂吹入钢水表面的方法。被吹入的脱硫剂接触到真空条件下的钢水面后在进入钢水内部时，不会陷入Ar气气泡内，从而保证了足够的脱硫反应面积，大大提高了脱硫速度，可以实现很低的终点硫含量。由于脱硫剂用量很少，所以脱硫后不需要进行物理除渣操作，因此温度下降少，热能损失小。

过去曾认为，在真空条件下顶吹粉剂会被真空排气泵吸走，不能发挥有效的作用。但RH附加脱硫法开发的喷粉技术对喷枪的喷嘴形状进行了改造，使粉剂和粉剂载体形成强力射流，可以无损失地将粉剂吹到钢水表面。实验证明，顶吹粉剂的方法可以达到高纯度钢的硫、氮含量要求，从而可以冶炼高级钢，且热能损失也降低到传统方法的1/2。

第三篇：铅锌冶炼废水处理工艺优化探讨

铅锌冶炼废水处理工艺优化探讨

铅锌冶炼废水处理工艺优化探讨

覃海春（广西华之夏环保咨询有限公司广西南宁530022）

摘要：铅锌冶炼废水具有成分复杂、毒性大、难以处理等特点。本文对国内多家铅锌冶炼企业所采取的污水处理工艺进行比较，通过筛选和优化，提出铅锌行业废水处理工艺改进建议。

关键词：铅锌冶炼；酸性重金属工业废水；处理；中和沉淀；固液分离

1前言

铅锌冶炼企业所产生的废水均为酸性重金属工业废水，含锌、铅、镉、铜、汞等多种重金属及砷金属，就其处理难度和危害性而言，属于难生物降解又有很大毒性的废水。众所周知，汞、镉、铅等重金属具有显著的生物毒性，微量浓度即可产生毒性，在微生物作用会转化为毒性更强的有机金属化合物(如甲基汞)，或被生物富集，通过食物链进人人体，造成慢性中毒。日本水俣湾由汞中毒造成的“水俣病”，神通川流域因镉造成的“痛痛病”，就是重金属污染给人体的健康带来的损害典型事实。此外，铅锌冶炼废水呈酸性，且含多种重金属，这给综合治理带来了极大的难度。本文对国内多家铅锌冶炼企业所采用的废水处理工艺进行分析，通过筛选及优化，提出铅锌行业废水处理工艺改进建议。2铅锌冶炼废水排放现状

目前国内铅冶炼行业采用烧结机（烧结锅）－鼓风炉炼铅工艺的企业，由于烟气中SO2含量低，达不到制酸要求，烧结烟气基本采取石灰水喷淋后排空的处

理方式，石灰水为循环使用，仅补充石灰乳及消耗水，无废水外排；采用氧气底吹－鼓风炉还原炼铅工艺(SKS)的企业，烟气用于制酸，烟气净化洗涤废水经处理后可以用于冲渣，不外排。可认为，铅冶炼企业废水可以做到不外排，对外界水体影响不大。

锌冶炼行业普遍采用常规焙烧浸出湿法炼锌工艺，沸腾炉烟气用于制酸，净化系统会产生污酸；电锌生产线各工序洗洗滤布和电解锌洗板、地面冲洗会产生

废水，工艺过程有溶液膨胀外排水。根据对生产工艺分析，锌冶炼废水含锌、铅、镉、铜等多种重金属和砷金属，并含硫酸，可描述为“重金属酸性工业废水”，目前采取的污水处置方式为将污水处理后回用于生产系统或外排。

3治理技术概述

根据王志刚、张建梅、郭冀峰、逯延军、徐灵等介绍，目前已开发应用的废水处理方法主要有3种：第一种是废水中重金属离子通过发生化学反应除去的方法，包括中和沉淀法、硫化物沉淀法、铁氧体共沉淀法、化学还原法、电化学还原法、高分子重金属捕集剂法等；第二种是使废水中的重金属在不改变其化学形态的条件下进行吸附、浓缩、分离的方法，包括吸附、溶剂萃取、离子交换等方法；第三种是借助微生物或植物的絮凝、吸收、积累、富集等作用去除废水中重金属的方法，包括生物絮凝、生物吸附、植物整治等。本文主要介绍其中的几种方法：

（1）中和沉淀法

中和沉淀法是目前处理酸性重金属工业废水应用最广泛的方法，所采用的中和剂通常是石灰和电石渣。在废水中加入石灰乳，重金属形成氢氧化物沉淀，再经过过滤和分离使沉淀物从水溶液中去除。中和沉淀法操作简单，中和剂来源广、价格低廉，在去除重金属离子的同时能中和硫酸，是常用的处理方法。不足之处在于：沉渣量大，含水率高，易二次污染，且对pH值要求严格。

（2）硫化法

在废水中投加硫化剂，使重金属离子与S2-形成硫化物沉淀而去除。硫化法主要是利用重金属硫化物溶解度低的原理，废水中低浓度重金属离子容易与S2-结合形成沉淀物而去除，从而使出水容易达到排放标准。由于硫化物沉淀细小，很难通过沉淀或过滤的办法去除，目前硫化法主要作为废水处理的辅助手段，用于废水的二段或三段处理，以保证出水达标排放。

（3）铁氧体沉淀法

铁氧体沉淀法是日本电气公司(NEC)研究出来的一种从废水中除去重金属的工艺技术，是在废水中加入铁盐，使各种金属离子形成铁氧体晶粒一起沉淀析出，从而净化废水。比重大于3．8的重金属都可以形成铁氧体。此法能一次脱除废水中的多种金属离子。形成的沉淀是一种优良的半导体材料，设备简单。操作方

便，对水质的适应性较强，沉渣极易脱水。但在操作过程中需加热到7O℃左右，或更高，并通入空气氧化，氧化速度慢，因此操作时间长，耗能高。

由于该法对废水温度有较高的要求，目前在我国铅锌冶炼废水治理中尚无应用。

（4）溶剂萃取分离

溶剂萃取法是分离和净化物质常用的方法。由于液一液接触，可连续操作，分离效果较好。使用这种方法时，要选择有较高选择性的萃取剂，废水中重金属一般以阳离子或阴离子形式存在，例如在酸性条件下，与萃取剂发生络合反应，从水相被萃取到有机相，然后在碱性条件下被反萃取到水相，使溶剂再生以循环利用。这就要求在萃取操作时注意选择水相酸度。尽管萃取法有较大优越性，然而溶剂在萃取过程中的流失和再生过程中能源消耗大，使这种方法存在一定局限性，应用受到很大的限制。

（5）胶束增强超滤处理法

20世纪80年代以来，国外开始研究一种新的水处理技术，以去除废水中的有机污染物和金属离子，即胶束增强超滤处理法。这是一种将表面活性剂和超滤膜耦合起来的新技术，由表面活性剂形成的胶团表面有高度的电荷密度和高电势，多价金属离子通过静电作用被吸附。当溶液通过超滤膜时，金属离子与胶团一起被膜截留，透过膜的几乎是纯水，从而达到分离金属的离子的目的。国内对这一处理方法的研究报道较少，国外也处于研究阶段。

胶束增强超滤处理重金属废水，工艺简单，处理效果好，适用于处理浓度较低的重金属废水。但是存在的主要问题是膜组件昂贵，且在使用过程中膜容易受到污染而导致通量下降，影响去除效果；另外，胶束增强超滤所用的表面活性剂的分子质量相对较小，因而在透过液中含有少量的表面活性剂，这相当于在处理过的废水中又引进了一种新的污染物。如何处理此类问题，目前仍处于研究阶段。

（6）生物吸附法

近十年来，用生物(如细菌、真菌、藻类、酵母等)经处理加工成生物吸附剂，用于处理含重金属废水已成为环境工程领域的一个研究热点。生物吸附法是利用生物体的化学结构及成分特性来吸附溶于水中的金属离子。与其它方法相比具有以下优点：①生物吸附剂可以降解，不会发生二次污染。②来源广泛容易获取且

价格便宜。③生物吸附剂易解吸，能够有效地回收重金属离子。基于上述优点，研究报道相当多。

4发展趋势研究

（1）生物法将成为主导方法

虽然化学法、物理化学法、生物法都可以治理和回收废水中的重金属，但由于生物法处理重金属废水成本低、效益高、易管理、无二次污染、有利于生态环境的改善。另外，通过基因工程、分子生物学等技术应用，可使生物具有更强的吸附、絮凝、整治修复能力。因此生物法具有更加广阔的发展前景。

（2）几种技术集成起来处理重金属废水

重金属废水是一种资源，许多重金属都比较昂贵。如果将废水中的重金属作为一种资源来回收，不但解决了重金属的污染，而且还具有一定的经济效益。因此，为满足日益严格的环保要求，实现废水回用和重金属回收,可将几种技术集成起来处理重金属废水，同时发挥各种技术的长处，为重金属废水的根治找到新的出路。

（3）废水零排放

目前铅锌冶炼废水经处理后一般回用于生产系统，但由于生产工艺对用水水质有一定的要求，往往无法做到零排放。经处理后符合排放标准的废水仍含有微量的重金属离子，由于累积作用，废水外排对外界水体仍会产生污染；此外，我国水资源短缺已成为社会经济发展的瓶颈。因此，实现铅锌冶炼废水零排放，即可节约用水，又能根治水环境污染，具有重要的经济价值和现实意义。5治理技术比较分析

根据对广西区内柳州华锡集团来宾冶炼厂、原柳州锌品股份有限公司、原柳州有色冶炼股份有限公司以及国内株洲冶炼厂、葫芦岛锌厂污水处理厂所采取的污水处理工艺进行分析，可发现目前国内对酸性重金属工业废水采取的处理措施均为中和沉淀法，只是所选用的工艺流程和设备稍有不同。

现将各厂污水处理工艺介绍如下：

（1）柳州华锡集团来宾冶炼厂、原柳州有色冶炼股份有限公司

柳州华锡集团来宾冶炼厂、原柳州有色冶炼股份有限公司污水处理站均为长沙有色冶金设计研究院设计，对含As硫酸污水采用低pH值铁砷氧化共沉法，脱

砷后的硫酸废水与冶炼污水一起用石灰中和法处理后，再经一系列絮凝、沉淀、压滤等处理工艺。

工艺流程见图5.7-1。

工艺流程评述：

①低pH值除砷，在除砷的同时，中和大部分硫酸，可减少二段中和的石膏产生量，提高二段中和渣中有价金属的品位，有利于二段中和渣的回收利用。

②斜板沉淀池容易堵塞，沉淀效果不理想。

③存在砷渣处理问题。

作者:SystemMaster 文字大小:[大][中][小

第四篇：工艺装备管理制度

工艺装备管理办法1、2、3、4、目的： 为满足产品的设计要求，提高产品质量而提供适宜、有效的工艺保障。适用范围： 适用于公司所有工艺装备的设计、制造、使用和管理的全过程。职责： 由技术质量部归口管理。内容和要求：

4.1、技术质量部依据产品的要求及相关合同（协议）提出满足最终产品要求的工艺装备申请并组织实施。

4.2、技术质量部负责将相关的设计评审文件呈报主管领导审批。

4.3、生产部按审批后的申请、资料组织安排加工、制造，满足要求。

4.4、技术质量部对工艺装备进行验证，以证实该装备的适宜性和有效性。

4.5、使用部门经过对产品的试加工，达到技术要求的工艺装备，判定为工艺装

备合格。

5、工艺装备的使用、保养和维修

5.1、工艺装备应指定专人使用和保养，并定期进行检查，发现问题，及时向主

管部门反映。

5.2、工艺装备应按产品及其用途进行标识。

编制：赵义平

审核：张海军

批准：景茂山

第五篇：深海装备材料技术

深海装备材料技术.txt吃吧吃吧不是罪，再胖的人也有权利去增肥！苗条背后其实是憔悴，爱你的人不会在乎你的腰围！尝尝阔别已久美食的滋味，就算撑死也是一种美！减肥最可怕的不是饥饿，而是你明明不饿但总觉得非得吃点什么才踏实。深海装备材料技术

对于深海装备来讲，最重要的通用性材料有两类，一是耐压性好的结构材料，一是深潜器上大量使用的作为浮力补偿用的浮力材料。

（1）深海装备的耐压壳材料技术

深海这种特殊环境对深海装备的耐压壳材料提出了特殊要求。深海装备耐压壳材料既要有一定的抗蚀性，在一定温度范围内还要有相当稳定的物理性能和适当的延展性，此外还应具有较高的屈服强度和较高的弹性模量。从而使深海装备能够承受住由其工作深度产生的静压强和深海装备在整个服役期内多次下潜和上浮产生的周期性载荷对耐压壳的影响。

目前深海装备耐压壳使用的材料分两种：金属材料和非金属材料。金属材料主要在潜艇和深潜器上使用，非金属材料主要在深潜器上使用。

① 金属材料

目前深海装备耐压壳使用的金属材料主要有两种：钢和钛合金。美、日、英和俄等国潜艇都使用钢为耐压壳体材料，这些国家的一部分潜器使用钛合金作耐压壳体。俄罗斯有四级潜艇使用了钛合金作耐压壳材料，其余潜艇均采用高强度钢作耐压壳体材料。

美海军深海装备耐压壳使用的材料

美海军潜艇的耐压壳主要使用Hy系列调质钢。20世纪60年代以前，美海军潜艇耐压壳的标准用钢为Hy-80。为提高焊接性和焊件韧性美海军曾多次修订了Hy-80钢的军用规范。美海军的“洛杉矶”级潜艇的耐压壳就使用了Hy-80钢。由于在相等重量下Hy-l00钢的屈服强度大于Hy-80钢，因此Hy-l00钢现已成为美国海军潜艇耐压壳的标准用钢。美海军现役的”海狼”级潜艇的耐压壳材料就为Hy-l00钢。美海军最新型核潜艇“弗吉尼亚”级的耐压壳材料计划使用Hy-l00钢。美海军还研制了Hy-l30钢，计划用Hy-l30取代Hy-l00作潜艇耐压壳材料。美海军还在20世纪80年代用Hy-l30钢建造常规动力深海试验潜艇“海豚”号分段和另一艘潜艇的三个分段。

美海军使用Hy系列调质钢和钛合金制造潜器的耐压壳。1969年美海军用Hy-l30钢建造深海救援艇“DSRV-I”号，不久又用于建造“DSRV-Ⅱ”号和核动力深潜器“NR-l”号。美海军的先进蛙人输送系统（ASDS）的前两艘艇ASDSⅠ和ASDSⅡ的耐压壳材料使用的是Hy-80钢。美海军的“海崖”号深潜器使用钛合金（Ti-6Al-2Nb-1Ta-0.8Mo）作耐压壳材料，该潜器下潜深度为6100m。

日本海上自卫队深海装备耐压壳使用的材料

日本海上自卫队潜艇用钢有NS-30、NS-

46、NS-63、NS-80、NS-90和NS-110。二次大战后至20世纪60年代初日本海上自卫队潜艇耐压壳材料使用NS-30和NS-46钢。此后，研制成了NS-63（Hy-80的改进型）、NS-80、NS-90（仿制Hy-l30）钢。NS-90钢除用于潜深达2000m的深海调查船外，NS-63和NS-80钢都已用于建造潜艇。“夕潮”级潜艇的耐压壳使用的是NS-80钢。20世纪80年代日本又研制了强度级别更高的潜艇用钢NS-110。日本海上自卫队的“亲潮”级潜艇的耐压壳就是NS-110制成的。

日本的“深海2000” 深潜器使用钛合金（Ti-6Al-2Nb-4VELI）作耐压壳材料。

英国海军深海装备耐压壳使用的材料 英国海军在二次大战后研制了QT系列潜艇用钢QT-

28、QT-35和QT-42。20世纪50年代用QT-28建造潜艇。1958～1965年间广泛使用QT-35钢建造潜艇。1968年制订了Q1（N）钢的规范。英国还仿制了Hy-l00和Hy-l30，并分别命名为Q2（N）和Q3（N）钢。英国“机敏”级潜艇计划使用Q2（N）作耐压壳材料。

俄罗斯深海装备耐压壳使用的材料

俄罗斯是世界上第一个用钛合金建造潜艇耐压壳的国家，其用钛合金建造潜艇的技术世界领先。俄罗斯先后制造了四级钛合金做耐压壳的潜艇。A级6艘，P级1艘，M级1艘，S级4艘。由于钛合金价格昂贵，俄罗斯的这四级潜艇仅建了11艘。钛合金具有强度高、重量轻、低磁性和耐腐蚀等优点。用钛合金作耐压壳材料可降低潜艇排水量、增大潜深和提高艇的隐蔽性。俄罗斯某些潜艇的耐压壳材料采用CB-2钢。

② 非金属材料

深海潜器的耐压壳上使用的非金属材料主要有：先进树脂基复合材料和结构陶瓷材料。

先进树脂基复合材料

先进树脂基复合材料是指用碳纤维、陶瓷纤维、芳纶纤维等增强的聚合物复合材料。先进树脂基复合材料具有比传统结构材料优越得多的力学性能。例如，分别用碳纤维、芳纶纤维和碳化硅纤维增强的环氧树脂复合材料的密度为1.4～2.0g／cm，抗拉强度为l.5～l.8GPa，略高于普通钢材，而比强度则为钢材的4～6倍，比模量为钢材的2～3倍。先进树脂基复合材料除优越的力学性能外，往往还兼有耐腐蚀、振动阻尼和吸收电磁波等功能，因此，在舰船上有广阔的使用前景。

美国海军用石墨纤维增强环氧树脂材料成功地制造出自动无人深潜器AUSSMOD2的耐压壳体。该艇的下潜深度为6096m，按照设计，其耐压壳体的重量／排水量比率不能超过l 0.5。美海军计划用石墨纤维增强环氧树脂材料代替钛合金制造耐压壳体封头。

结构陶瓷材料

陶瓷的强度和弹性模量很高，而且具有耐腐蚀、耐磨损、耐高温的优点，密度又比一般金属材料低，是很有发展潜力的高比强度材料。但陶瓷固有的脆性使其应用范围受到很大的限制。先进陶瓷材料的研究取得很大进展。用高纯度超细粉料经特殊加工工艺而制成的陶瓷材料显微组织精细，性能优良，如碳化硅、氮化硅、氧化铝、氧化锆等先进陶瓷材料已逐步进入实用领域。陶瓷增韧的研究也取得一定的成果，为结构陶瓷材料的推广应用创造了条件。利用结构瓷材料的高强度制造大深度潜水器的耐压壳体。

美国海军为建造无人深海潜水器而对若干耐压壳体候选材料进行了对比分析。结果表明，对于6096m的潜深，氧化铝陶瓷耐压壳体的重量／排水量比率小于0.60，而同样设计深度的钛壳的该比率则超过0.85。尽管氧化铝陶瓷在几种陶瓷材料中并不是给出最低重量／排水量比率的材料，但由于它成本较低，而且制作工艺比较成熟，故被选中用于制造635mm直径的深潜器耐压壳体。美海军1993年对635mm直径的氧化铝陶瓷耐压壳体并进行了试验。实践证明，在同样排水量(454kg)的情况下，氧化铝陶瓷壳体比Ti-6A-4V壳体的有效载荷高166％；为达到同样的有效载荷，钛壳体的排水量必须增加50％，其重量增加83％。除此而外，陶瓷壳体还具有耐腐蚀、电绝缘、非磁性和可透过辐射等优点。

(2)深海装备的浮力材料技术

为了解决深潜拖体、深潜器和水下机器人等的耐压性、结构稳定性问题，并提供足够的净浮力，人们开始研制高强度固体浮力材料（简称SBM）以替代传统的耐压浮力球和浮力筒。SBM是发展现代深潜技术的重要组成部分，对保证潜器所必须的浮力，提高潜器的有效载荷，减少其外型尺寸，尤其是在建造大深度的潜器中，有着重要的作用。

深海装备使用的固体浮力材料应具有耐水、耐压、耐腐蚀和抗冲击的特性。对于在不同深度使用的固体浮力材料的强度要求不同，水深增加，浮力材料的强度相应增加，密度随之增大，但浮力系数减小。此外，深海装备上使用的高强度浮力材料还应具有吸水率低、吸水平衡的时间短等特点。在浮力材料本身不能满足防水要求的前提下，还需在浮力材料外表面包敷防水层。同时还要保证外表面包敷材料耐腐蚀和抗冲击，以延长深海装备浮力材料的使用寿命。

近年来世界上许多国家都对深海浮力材料开展了广泛的研究工作。已研制出一些深海装备上使用的浮力材料，这些高强度的浮力材料已在民用、商业及军事领域广泛应用，如在水中设备的配重，漂浮于水面或悬浮于水中的浮缆、浮标、海底埋缆机械及声多卜勒流速剖面仪（ADCP）平台、零浮力拖体和无人遥控潜水器（ROV）等上使用。

深海装备上使用的浮力材料实质上是一种低密度、高强度的多孔结构材料，属复合材料的范畴。共分三大类：中空玻璃微珠复合材料、轻质合成材料复合塑料和化学泡沫塑料复合材料。中空玻璃微珠复合泡沫是由空心玻璃小球混杂在树脂中形成的，其中空心玻璃小球占60%～70%的体积；复合塑料由复合泡沫与低密度填料比如中空塑料或大直径玻璃球组合改性而成；化学泡沫塑料复合材料是利用化学发泡法制成的泡沫复合材料。其中，玻璃复合泡沫的最低密度极限是0.5g/cm3，复合塑料的最低密度极限是0.32g/cm3，而化学泡沫塑料的最低密度极限是0.24g/cm3。化学泡沫塑料技术和工艺上还有两个技术难点需要解决: ①泡沫材料的强度和可靠性；②阻水面材的选择及工艺技术。

美、日、俄等国家从60 年代末开始研制高强度固体浮力材料，以用于大洋深海海底的开发事业。美国海军应用科学实验室研制的固体浮力材，当密度为0.35g/ cm3 时，抗压强度为5.5MPa。美国洛克希德导弹空间公司研制了两种用途的固体浮力材料是一种用于浅海的OPS（offshore petroleum system）级固体浮力材料，密度0.35g/cm3，抗压强度5.6Mpa，可潜水深540m；另一种是深潜用SPD（submersible deep quest）级固体浮力材料，密度为0.45～0.48g/cm3，抗压强度25MPa，可潜水深2430m。美国Flotec公司生产的浮力材料，由高强度环氧基材料作基材，根据不同的使用水深，填充不同的浮力调节介质，选用适当的合成方法加工而成。为提高抗冲击性和耐侵蚀，其外表面浇注聚乙烯或ABS外壳，外壳厚度为13～15mm。日本海洋技术中心对固体浮力材料的研制开发大体上分三个时期,第一时期是1970年水深300m的潜水作业；第二时期是80年代初研制载人深潜器“深海6500”；第三时期是1987年开始研制10000m 深的水下机器人。俄罗斯目前也研制出用于6000m 水深固体浮力材料，密度为0.7g/cm3、耐压70MPa。