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1、炉外精炼材料与冶金学院 董 方1 概述概述概述概述square6 把常规炼钢炉中要完成的精炼任务 ，如脱硫 、脱氧 、脱磷 、去除气体和夹杂物 、调整钢的成分和温度等 ，移到钢包或专用容器中进行 ，也叫二次冶金或钢包冶金 。 （ （Secondary Steelmaking Secondary Steelmaking Process），），），）， “二次精炼二次精炼二次精炼二次精炼 ”（ （Secondary RefiningSecondary Ref ing）。）。）。）。square6 纯净钢生产技术 、连铸 、炼钢新技术以及降低生产成本的要求 。square6 日、欧洲的炉外精炼比接近
2、 100%，真空精炼比 70%以上 。square6 1933年，法国佩兰 （R.Perrin)应用高碱度合成渣 ，对钢液进行 “渣洗脱硫 ”现代炉外精炼技术的萌芽 ；square6 50年代 -真空处理技术 。square6 1935年H.Schenck 确定大型钢锻件中的白点缺陷是由氢引起 的-氢脆 。square6 1950年，德国 Bochumer Verein (伯施莫尔 -威林 ）真空铸锭 。square6 1953年以来 ，美国的 10万千瓦以上的发电厂中 ，都发现了电机轴或叶片折损的事故 。square6 1954年，钢包真空脱气 。square6 1956年，真空循环脱气 （
3、DH、RH）。1.1炉外精炼的产生和发展炉外精炼的产生和发展炉外精炼的产生和发展炉外精炼的产生和发展square6 607070年代年代年代年代 ，高质量钢种的要求 高质量钢种的要求高质量钢种的要求高质量钢种的要求 ，产生了各种精 产生了各种精产生了各种精产生了各种精炼方法炼方法炼方法炼方法 ；square6 809090年代年代年代年代 ，连铸的发展 连铸的发展连铸的发展连铸的发展 ，连铸坯对质量的要求 连铸坯对质量的要求连铸坯对质量的要求连铸坯对质量的要求及炼钢炉与连铸的衔接及炼钢炉与连铸的衔接及炼钢炉与连铸的衔接及炼钢炉与连铸的衔接 ；square6 21世纪世纪世纪世纪 ，更高节奏及超
4、级钢的生产 更高节奏及超级钢的生产更高节奏及超级钢的生产更高节奏及超级钢的生产 。炉外精炼发展的背景square6 在转炉中生产平炉和电炉生产的钢种 。square6 转炉大型化 、钢锭大型化导致炼钢过程生产率的提高 。square6 连续铸钢的发展 。square6 钢材使用条件日益苛刻 、制品大型化 、薄壁化带来的质量问题 。square6 轧制工艺的自动化 。1.2炉外精炼的冶金特点square6 改善冶金化学反应的热力学条件 。square6 加速熔池传质速度 。square6 增大渣钢反应面积 。square6 精确控制反应条件 ，均匀钢水成分和温度 。1.3炉外精炼的冶金功能squ
5、are6 熔池搅拌功能square6 提纯精炼功能square6 钢水升温控温功能square6 合金化功能square6 生产调节功能1.4炉外精炼的作用炉外精炼的作用炉外精炼的作用炉外精炼的作用square6 提高钢的质量提高钢的质量提高钢的质量提高钢的质量square6 去除钢种的有害元素及气体去除钢种的有害元素及气体去除钢种的有害元素及气体去除钢种的有害元素及气体 ， S、 O、 N、 H、 C 等等等等； ；square6 成分调整成分调整成分调整成分调整 ；square6 提高生产效率提高生产效率提高生产效率提高生产效率 （电炉 电炉电炉电炉 ），），），）， 降低成本降低成本降低
6、成本降低成本 、优化工 优化工优化工优化工艺艺艺艺； ；square6 保证连铸过程的顺利进行保证连铸过程的顺利进行保证连铸过程的顺利进行保证连铸过程的顺利进行 （缓冲 缓冲缓冲缓冲 、温度调整 温度调整温度调整温度调整 ）square6 扩大品种扩大品种扩大品种扩大品种 （转炉 转炉转炉转炉 ）1.5炉外精炼的手段square6 渣渣渣渣洗 洗洗洗 最简单的精炼手段最简单的精炼手段最简单的精炼手段最简单的精炼手段 ；square6 真空真空真空真空 目前应用的高质量钢的精炼手目前应用的高质量钢的精炼手目前应用的高质量钢的精炼手目前应用的高质量钢的精炼手段段段段； ；square6 搅拌搅拌搅
7、拌搅拌 最基本的精炼手段最基本的精炼手段最基本的精炼手段最基本的精炼手段 ；square6 喷吹喷吹喷吹喷吹 、喂 喂喂喂线 线线线 将反应剂直接加入熔体将反应剂直接加入熔体将反应剂直接加入熔体将反应剂直接加入熔体的手段的手段的手段的手段 ；square6 调温调温调温调温 加热是调节温度的一项常用手加热是调节温度的一项常用手加热是调节温度的一项常用手加热是调节温度的一项常用手段段段段。 。炉外精炼手段square6 要求 ： 1.独立性 2.作用时间可控 3.作用能力可控 4.作用能力再现性强 5.便于与其它手段组合 6.操作方便 、设备简单 、投资运行费用低 。square6 1)合成渣洗
8、square6 使渣和钢充分接触使渣和钢充分接触使渣和钢充分接触使渣和钢充分接触 ，通过渣 通过渣通过渣通过渣 -钢之间的反钢之间的反钢之间的反钢之间的反应应应应， ，有效去除钢中的硫和氧 有效去除钢中的硫和氧有效去除钢中的硫和氧有效去除钢中的硫和氧 （夹杂物 夹杂物夹杂物夹杂物 ）；）；）；）；square6 根据要求将各种渣料配置成满足某种冶金根据要求将各种渣料配置成满足某种冶金根据要求将各种渣料配置成满足某种冶金根据要求将各种渣料配置成满足某种冶金功能的合成炉渣功能的合成炉渣功能的合成炉渣功能的合成炉渣 ；2)真 空 处 理目的目的目的目的 ： ：square6 提高真空度可将钢中提高真
9、空度可将钢中提高真空度可将钢中提高真空度可将钢中 C、 、H H、 、O O降低降低降低降低 ； ；3)搅拌square6 目的目的目的目的 ：square6 加速反应的进行加速反应的进行加速反应的进行加速反应的进行square6 均匀成分均匀成分均匀成分均匀成分 、温度 温度温度温度square6 手段手段手段手段 ：square6 电磁搅拌电磁搅拌电磁搅拌电磁搅拌square6 吹气搅拌吹气搅拌吹气搅拌吹气搅拌4)喷吹技术square6 喷吹实现脱碳喷吹实现脱碳喷吹实现脱碳喷吹实现脱碳 、脱硫 脱硫脱硫脱硫 、脱氧 脱氧脱氧脱氧 、合金化 合金化合金化合金化 、控制夹杂物形态控制夹杂物形态
10、控制夹杂物形态控制夹杂物形态 ；square6 单一气体喷吹单一气体喷吹单一气体喷吹单一气体喷吹 VOD；square6 混合气体喷吹混合气体喷吹混合气体喷吹混合气体喷吹 AOD；square6 粉气流的喷吹粉气流的喷吹粉气流的喷吹粉气流的喷吹 TN；square6 固体物加入固体物加入固体物加入固体物加入 喂线喂线喂线喂线 。5)调温square6 提高生产率的需要提高生产率的需要提高生产率的需要提高生产率的需要 ；square6 保证连铸的顺利进行保证连铸的顺利进行保证连铸的顺利进行保证连铸的顺利进行 ；square6 加热方法加热方法加热方法加热方法 ：square6 电加热电加热电加热
11、电加热 ：电弧加热 电弧加热电弧加热电弧加热 、感应加热等 感应加热等感应加热等感应加热等square6 化学热化学热化学热化学热 ：铝氧加热法 铝氧加热法铝氧加热法铝氧加热法1.6炉外精炼技术的发展趋势需完善的技术 ：温度补偿耐火材料精炼后期钢水再污染老厂改造发展趋势 ：多功能化提高精炼设备生产效率和二次精炼比钢包净空 、吹氩强度和混匀时间 、升温速度 、传质系数冶炼周期 、包衬寿命钢铁生产流程优化 、提高过程自动控制 、冶金效果在线监测生产效率 ：提高反应速度 ，缩短精炼时间 、在线快速分析 、提高钢包寿命 、计算机控制提高终点命中率 、扩大精炼能力主要的精炼工艺主要的精炼工艺主要的精炼工
12、艺主要的精炼工艺square6 LF(Ladle Furnace process)；square6 AOD(Argon-oxygen decarburization process );square6 VOD (Vacuum oxygen decrease process) ; square6 RH (Ruhrstahl Heraeus process);square6 CAS-OB( Composition adjustments by sealed argon -oxygen blowing process) ；square6 喂线喂线喂线喂线 (Wire Feeding， Insert
13、thread) ；square6 钢包吹氩搅拌钢包吹氩搅拌钢包吹氩搅拌钢包吹氩搅拌 (Ladle argon stirring)；square6 喷粉喷粉喷粉喷粉 ( powder injection )。炼钢工序功能的演变炼钢工序功能的演变炼钢工序功能的演变炼钢工序功能的演变1) 脱碳脱碳脱碳脱碳 ；2) 升温升温升温升温 ；3) 脱磷脱磷脱磷脱磷 ；4) 脱硫脱硫脱硫脱硫 ；4) 脱氧脱氧脱氧脱氧 、氮 氮氮氮、 、氢等 氢等氢等氢等 ；5) 合金化合金化合金化合金化 。基本任务基本任务基本任务基本任务炉外精炼炉外精炼炉外精炼炉外精炼2 炉外精炼理论和工艺square6 2.1合成渣洗sq
14、uare6 目的目的目的目的 :使渣和钢充分接触使渣和钢充分接触使渣和钢充分接触使渣和钢充分接触 ，通过渣 通过渣通过渣通过渣 -钢之间的反钢之间的反钢之间的反钢之间的反应应应应， ，有效去除钢中的硫和氧 有效去除钢中的硫和氧有效去除钢中的硫和氧有效去除钢中的硫和氧 （夹杂物 夹杂物夹杂物夹杂物 ）；）；）；）；2.1.1合成渣根据要求将各种渣料配置成满足某种冶金功能的根据要求将各种渣料配置成满足某种冶金功能的根据要求将各种渣料配置成满足某种冶金功能的根据要求将各种渣料配置成满足某种冶金功能的合成炉渣合成炉渣合成炉渣合成炉渣 ；成分 物理化学性能1）成分 （ compositions）CaO-
15、SiO2-Al2O3、 B、 (CaO)u（参与冶金反应的CaO 数量 ）、 FeO、 S232SiOOAlMgOCaOnnnnB +=3222OAlSiOMgOCaOnnnnB +=)(55.0)(86.1)(4.1)()( 322 OAlSiOMgOCaOCaO u +=碱度计算 :石灰 -粘土渣石灰 -氧化铝渣常用的渣洗合成渣成分square6 图图图图熔点 （ melting point）square6 钢的熔点 T=1538-Tjj%square6 合成渣的熔点需根据渣的成分利用相应的相图确定 ,CaO-SiO2、 CaO-Al2O3、 CaO-SiO2-Al2O3等相图 。square6 针对某一成分的渣系得出的经验公式 。CaO-MgO62-66.2%;CaF29%; SiO2-Al2O324-29%;渣中 MgO对熔点的影响 :t=1208+15.5(MgO%)2）性质不同成分合成渣的熔点不同成分合成渣的熔点不同成分合成渣的熔点不同成分合成渣的熔
