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1、1,冶金概论 -炉外精炼,主讲:冶金工程系 孙丽娜(教授),2,主要内容,一.概 述 二.RH、LF及VD法简介,3,一、概 述,1.炉外精炼的概念和目的 2.炉外精炼的发展 3.炉外精炼的分类 4.炉外精炼的共同特点,4,1.炉外精炼的概念及目的,概念： 炉外精炼就是将转炉（或电炉）中初炼的钢水移到另一反应器中进行精炼的过程，也称二次精炼。 目的： 把传统的炼钢方法分为两步，即初炼+精炼。初炼在氧化性气氛下进行炉料的熔化、脱P、脱C和合金化。精炼在真空、惰性气体或可控气氛的条件下进行深脱C、去气、脱氧、去夹杂物和夹杂物变性处理，调整成分，控制钢水温度等，从而优化工艺和产品结构、开发高附加值产
2、品、节能降耗、降低成本增加经济效益。,5,2.炉外精炼的发展,20世纪30年代,20世纪40年代,20世纪50年代,20世纪60,70年代,20世纪80年代,20世纪90年代-今,使用高碱度合成渣进行脱S以提高钢水质量；,在低真空度下对钢水进行脱气处理；,大抽速蒸汽喷射泵问世,DH、RH真空法用于钢水脱气,减少了杂质数量；,在真空脱气基础上，VOD、VAD、ASEA、LFV、RH-OB蓬勃发展;,出现合金包丝线喂丝法,不同功能精炼设备的组合使用;,多种形式发展，广泛应用的有循环真空处理（RH，RH-OB）,提升真空处理（DH）,合金微调及温度处理（CAS,CAS-OB）,LF钢包精炼炉,真空吹
3、氩脱氧（VD）,真空吹氧脱碳（VOD）,钢包喷粉（KIP、TN、SL）,喂丝法、氩氧精炼（AOD）等.,6,3.炉外精炼的分类,1)按精炼手段分类,常压下处理法,真空精炼法,真空和加热法：,渣洗法：合成渣洗、同炉渣洗,合金添加和喷粉法：弹丸发射法、喂丝法、 喷粉法,Ar精炼法：Gazal、CAB、AOD、CLU,脱气为主:钢包除气法、DH、RH,脱C、O、气为主:VOD、RH-OB、RH-PI,ASEA-SKF、VAD、LF,7,2)按精炼的主要用途分类,3）DH、RH,不同形式的流滴去气法和真空吹Ar法,可脱除钢中气体、氧和夹杂,但无加热设备,适应于普通钢和中低合金钢的真空脱气处理;,4）同
4、炉渣洗法主要用于电炉出钢过程中对钢水脱S、脱O和去除夹杂。,2）桶炉，VAD（VHD）和LF具备加热搅拌功能对温度控制灵活,可去气、脱氧、去除夹杂和合金化;,1） AOD、CLU、VOD、RHOB和VODC适合冶炼低碳和超低碳钢;,8,4.炉外精炼方法的共同特点,理想的精炼气氛条件，通常应用真空、惰性气氛或还原气氛； 搅动钢水，采用电磁力、惰性气体或机械搅拌的方法； 为补偿精炼过程的钢水温度损失，采用加热设施有电弧加热、等离子加热或增加钢水中的化学热等。,9,二.RH、LF及VD法简介,RH 法,LF 法,VD 法,10,1.真空循环脱气法（RH法）,1）RH的功能与特点 2）生产过程模拟 3
5、）RH设备简介 4）RH过程工艺原理 5）RH的主要功能与工艺参数,11,1）RH的功能与特点,以小部分钢水进入真空环境，经受真空处理，在不同程度上增大了钢气接触面积，提高了精炼脱气效果。 特 点： 脱气效果好； 适用于大量的钢液处理； 处理过程温降小； 脱C能力强，适用于低碳钢的生产,12,2）生产过程模拟,13,3）RH设备简介,真空室,钢包车,14,真 空 室,结 构： 真空室由钢板焊接的圆柱形容器，内砌耐火材料。为直接结合MgO-Cr2O3砖，一部分为MgO-C砖。 功 能： 是脱气系统的重要组成部分，有足够的容积，保证钢水在真空脱气过程中有较大的脱气表面，提高脱气效果，同时在脱气过程
6、中热损失小。,15,钢 包 车,功 能： 用钢包车将炼钢车间的钢水送到浇注工段； 沿铺设的宽轨铁路线运行，是自行台车，有两套直流电机驱动的运行机构。,16,4）RH过程生产工艺原理,当真空室抽真空后，插入管插入钢液中，Ar经钢液加热膨胀，形成向上流动的气泡，使上升管内的钢液随之上升进入真空室。气泡在真空室下突然膨胀，使钢液溅成极细微粒呈喷泉状，增加了钢液与真空接触面积，使钢液充分脱气。 脱气后的钢液汇集在真空室底部，在密度差的作用下不断地从下降管回到钢包中。如此循环多次，达到精炼钢液的目的。,17,5) RH的主要功能与工艺参数,功 能: 脱H:对完全脱氧钢液脱氢效率60%,对未完全脱氧钢液,
7、由于C-O反应剧烈,70%.脱气时间1520min,H2ppm. 脱N:N易形成N-化物,脱氮效率010%; 脱O:O0.0020.005% 脱碳:对初始C有要求,处理15min,可使C0.002%; 脱S:效率5075%; 减少非金属夹杂:改善钢水纯净度; 成分微调:合金元素控制精度为0.0030.010%,18,工艺参数: 处理容量:钢包钢水重量,30t; 脱气时间:钢水在真空下脱气的处理时间,2030min; 循环因数:钢包内的钢水通过真空室的次数,等于5; 循环流量:单位时间通过真空室的钢水量; 真空度:真空室内的压力.RH处理67134Pa,RH-OB处理,2000033000Pa,
8、19,2.埋弧加热桶炉法（LF法）,1) LF概述 2) LF生产模拟 3) LF工艺原理 4) LF生产工艺 5) LF相关设备,20,1) LF概述,LF是日本大同制钢公司于1971年开发，特点是将电弧炉炼钢还原期任务移到专用的钢包内进行。在利用电弧加热钢水的同时，向钢液内吹入惰性气体（Ar），以实现在非氧化性气氛下精炼，从而达到钢液脱硫、脱氧、去气、去夹杂物的效果。经LF处理的钢水，钢中O10-30ppm、N20ppm、H1.5-2.5ppm。,21,2) LF生产模拟,工部全景,生产模拟,22,3) LF工艺原理,脱 氧,脱 硫,去夹杂,23,脱 氧,目 的: 钢中过剩氧与C反应产生气
9、泡,将造成凝固组织不致密; 沉淀脱氧: Fe-Si和Al等脱氧剂与钢中O反应,脱氧产物上浮,达到脱氧的目的.因产物在钢液内部以沉淀形态产生,故称沉淀脱氧.优点:脱氧速度快,操作简单,缺点:部分脱氧产物成为非金属夹杂; 扩散脱氧: C、Si、Mn等脱氧元素以粉末状加入渣中,与渣中（FeO）、（MnO）、（Fe2O3）及O在钢渣界面进行反应,使O降低，脱氧产物直接溶于渣中,不污染钢液；,脱氧剂选择: 脱氧元素对氧的亲和力铁对氧的亲和力；脱氧产物在钢液中的溶解度尽可能小；残留钢中的脱氧元素对钢性能不产生坏的影响；脱氧元素应在钢液中溶解快、均匀并经济。,24,脱 硫,目 的: S在钢中产生”热脆”并降
10、低钢的抗腐蚀性、延展性和韧性； 原 理: （FeS）+（CaO）=（FeO）+（CaS） 条 件: 高碱度、还原气氛、高温、大渣量,25,去 夹 杂,来 源： 脱氧产物、浇注及凝固反应产物，混入熔渣及耐材； 危 害： 破坏钢的组织连续性； 措 施： 减少外部带入；强化冶炼；提高耐材质量；出钢过程强化非金属夹杂排除,26,4) LF生产工艺,供 电 制 度,吹 氩 制 度,造 渣 制 度,成 分 调 整,27,供电制度,初期低功率供电造渣;泡沫渣造好后高功率埋弧精炼;连续加热1015min后,停止加热25min,使钢液温度均匀,加热时间约30min,升温速度为2-4 /min,28,吹氩制度,原
11、 则: 钢包到位后,采用中等吹Ar量,均匀成分和温度; 化渣时采用大流量吹Ar以尽快化渣; 加合金时,采用大流量吹Ar,加速合金熔化,提高收得率; 通电时,采用小流量吹Ar,均匀温度又不引起大的液面波动.,29,造渣制度,目 的: 脱S、脱O、去夹杂； 提高炉衬寿命； 防止钢水二次氧化，提高合金收得率。 基本制度: 渣料加入量8-10Kg/t; 分批加入,出钢过程加40-50%,其余待化渣后分2-3次加入; 炉渣过稠加CaF2,炉渣过稀加CaO. 常用渣系： CaO-CaF2；CaO-Al2O3； 碱度4-6,30,成分调整,粗 调： 根据电炉钢水成分分析确定合金加入量； 细 调： 在白渣后进
12、行，此时钢液中各元素充分均匀和平衡，合金收得率稳定，易于命中目标。,31,5) LF相关设备,供 电 系 统,钢 包 及 台 车,炉 盖 提 升 装 置,事 故 搅 拌 装 置,测 温 取 样 装 置,加 料 系 统,喂 丝 装 置,32,供电系统,组 成： 电炉变压器和导电短网组成，实现低电压大电流输入至熔池； 参 数（150t）： 变压器功率：22MVA； 二次电压：335-315V； 三相交流：50Hz； 二次电流：48KA； 电极直径：457mm； 极心圆直径：750mm； 升温速度：2-4/min。,33,钢包及台车,炉 体： LF炉体为电弧炉出钢用钢包； 钢包车： 钢板焊接结构，由
13、钢包支架、二台电动机、电缆线、调速器、防热罩构成。,34,炉盖提升装置,结 构： 炉盖主要用于保温，保持还原气氛，减少电极氧化。内圈为耐材，外圈为水冷管；电极孔周围为耐材和绝缘材料； 炉盖提升装置： 提升液压缸安装在立柱下，液压缸外壳与炉盖立柱相固定，可实现炉盖升降。,35,事故搅拌装置,作 用： 在透气砖不能工作情况下，惰性气体通过顶枪吹入钢包，进行事故搅拌； 结 构： 顶枪安装在支撑框架上，支撑框架安装在炉盖侧面，顶枪通过电动机和卷筒实现上下； 参 数： 顶枪压力：0.6-1.6MPa； 流量（max）：600NL/min,36,测温取样装置,取样装置由固定钢结构支撑，取样枪插入钢包预定深
14、度，停留数秒后抽出。取样枪可使用钢水取样探头和测温热电偶，也可使用测温和测氧含量的混合型探头。,37,加料系统,组 成： 高位料仓皮带、储料斗、溜槽和固定料槽； 动 作： 造渣材料和合金由上位料仓经溜槽和固定料槽进入钢包。 料仓共16个，分别为铁合金、脱氧剂、造渣料和增碳剂。,38,喂丝装置,目 的： 借助喂丝机将易氧化、易挥发合金制成包芯线输入钢液，达到脱氧、脱S等目的； 喂丝设备： 松卷装置、喂丝器、导向系统构成； 喂丝操作： Al丝在成分调整时喂入，Si、Ca-Si丝在LF处理后喂入。喂丝时弱吹Ar搅拌，可自动设定也可手动。,39,3.钢包真空脱气法（VD法）,1) VD概述 2) VD
15、生产模拟 3) VD生产工艺 4) VD相关设备,40,1) VD概述,20世纪50年代由德国首先应用，用于生产低碳钢，可严格控制成分和温度。 具有以下功能： 有效的脱气，减少H、N； 脱氧，通过C+O=CO去除O； 通过碱性顶渣去S； 通过合金微调及吹Ar控制化学成分和温度； 通过吹Ar使夹杂无聚集上浮。 VD主要与电弧炉和LF配合，用于生产管线钢，S10ppm；H 1.5-2ppm；N 40ppm；O 20ppm。,41,2) VD生产模拟,工部全景,生产模拟,42,3) VD生产工艺,基本原理,真空处理,吹Ar制度,43,基本原理,真空脱气,吹Ar精炼,44,真空脱气,原 理： 基于H、
16、N在钢液中溶解服从平方根定律，当VD抽真空时，真空室内压力降低，使H、N随之降低，达到去除目的。 脱气产物为气体，向溶液中析出的脱氧产物CO和吹Ar气泡内扩散而一起去除。,45,吹Ar精炼,通过钢包底部的多孔塞将Ar吹入钢液， Ar在上升中形成小气泡，对H、N而言为真空室，因此向其中扩散并带走。此外，吹Ar利于去除夹杂、均匀成分和温度，避免钢液二次氧化。,46,真空处理,工作顺序： 排气连续压缩（6min后）达设计真空度保持达到VD处理要求反抽气破坏真空。,47,吹Ar制度,钢包到工位即吹Ar，不吹破渣面，防止透气砖堵塞； 加合金采用大流量吹Ar，吹开渣面，使合金直接进入钢液，提高收得率； 高真空处理时小流量吹Ar，防喷溅； 喂丝时，小流量吹Ar，防
