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1、炉外精炼工艺,1 炉外精炼的产生,半世纪以来迅速发展的钢铁冶金重要技术； 提高生产率的需要； 提高钢质量的需要； 满足不同钢种的特殊要求。,炉外精炼发展历程,20世纪3040年代，合成渣洗、真空模铸 50年代，大功率蒸汽喷射泵技术的突破，发明了钢包提升脱气法(DH)及循环脱气法(RH) 6070年代，高质量钢种的要求，产生了各种精炼方法 8090年代，连铸的发展，连铸坯对质量的要求及炼钢炉与连铸的衔接 21世纪，更高节奏及超级钢的生产。,炉外精炼的内容,脱氧、脱硫 去气、去除夹杂 调整钢液成分及温度,2 炉外精炼的手段,渣洗 最简单的精炼手段； 真空 目前应用的高质量钢的精炼手段； 搅拌 最基
2、本的精炼手段； 喷吹 将反应剂直接加入熔体的手段； 调温 加热是调节温度的一项常用手段。,合成渣洗,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； 通过在专门的炼渣炉中熔炼，出钢时钢液与炉渣混合，实现脱硫及脱氧去夹杂功能； 不能去除钢中气体； 必须将原炉渣去除； 同炉渣洗、异炉渣洗。,真空处理,脱气的主要方法 提高真空度可将钢中C、H、O降低； 日本真空技术，真空度到1 torr；C10ppm,H1ppm,O5ppm 中国真空技术，真空度到1 torr；C20ppm,H1ppm，O15ppm。 新开发了脱硫功能：KTB 代表性装置：RH、VD、VOD。,喷吹技术,喷吹实现脱碳、脱硫、脱氧
3、、合金化、控制夹杂物形态； 单一气体喷吹 VOD； 混合气体喷吹 AOD； 粉气流的喷吹 TN； 固体物加入 喂线。,升温工艺,提高生产率的需要； 升温装置： LF加热 CAS化学加热。,3 主要的精炼工艺,LF(Ladle Furnace process)； AOD(Argon-oxygen decaburizition process ); VOD (Vacuum oxygen decrease process) ; RH (Ruhrstahl Heraeus process); CAS-OB( Composition adjustments by sealed argon -oxygen
4、 blowing process) ； 喂线 (Insert thread) ； 钢包吹氩搅拌(Ladle argon stirring)； 喷粉( powder injection )。,3.1 LF炉,最常用的精炼方法 取代电炉还原期 解决了转炉冶炼优钢问题 具有加热及搅拌功能 脱氧、脱硫、合金化,LF炉精炼原理 1-电极；2-合金料斗；3-透气砖；4-滑动水口,1-电极；2-合金料斗；3-透气砖；4-滑动水口,精炼功能强，适宜生产超低硫、超低氧钢； 具备电弧加热功能，热效率高，升温幅度大，温度控制精度高； 具备搅拌和合金化功能，易于实现窄成分控制，提高产品的稳定性； 采用渣钢精炼工艺，精
5、炼成本较低； 设备简单，投资较少。,工艺优点,LF炉生产流程,常规 LF炉工艺操作,电炉EBT出钢，出钢过程加合金、加渣料(石灰、萤石等2%)，底吹氩、通电升温、化渣，10分钟取样分析，加渣料(1)，测温取样，加合金看脱氧，准备出钢。 一般3050分钟，电耗5080kwh/t； 现代转炉、电炉与连铸联系的纽带。,3.2 AOD 炉,目的： 主要是冶炼高质量的不锈钢(C20ppm,S,P50ppm) 使用更廉价的原料(采用高碳铬代低碳铬)； 使用情况：6070的不锈钢产量； 我国太钢有国内第一台AOD; 不锈钢的冶炼方法 电炉；电炉或转炉AOD；电炉或转炉VOD.,AOD工艺过程,炉料：废钢、不
6、锈钢返回料、高碳铬铁、高碳镍铁 吹炼过程温度及氩氧比的控制 分不同温度及碳含量控制吹炼氩氧比: O2：Ar=4:1(3:1)，C下降为0.2%、T1680； O2：Ar=2:1， C下降为0.1%、T1700； O2：Ar=1:2， C下降为0.02%、T1730； O2：Ar=1:3， C下降为0.01%、T1750；,3.3 VD/VOD炉,VD 的功能仅是真空加搅拌， VOD 是Vacuum and stir and injection oxygen； VD主要应用于轴承钢脱氧； VOD 主要用于不锈钢冶炼；,V D / VOD,VD工艺,轴承钢最重要的性能指标是疲劳寿命。 影响轴承钢寿
7、命的重要指标是钢中氧含量，钢中O控制在10ppm为好。 最好水平O 35ppm。国内10ppm左右。 控制钢中非金属夹杂物和碳化物级别。 GCr15是最常用轴承钢： %C：0.95-1.05 %Mn: 0.9-1.20 %Si:0.40-0.65 %Cr: 1.30-1.65 S,P0.020,以轴承钢冶炼为例,冶炼工艺：UHPLF+VD（或RH）+CC： LF出钢后，扒渣（倒渣）2/3，渣层厚度应保持4070mm，扒渣时间3min。 扒渣完毕LF钢包入VD处理工位，接通氩气，调节流量5080NL/min，同时测温、取样，加入硅石2 kg/mm，调整炉渣碱度R=1 .21 .5。 测温、取样后
8、VD加盖密封，抽真空。 真空泵启动期间，调整氩气流量保持30 40NL/min。,VD工艺,以轴承钢冶炼为例,真空保持时间：真空启动后，工作压力达到67 Pa时，保持时间15min。 真空保持期间调整氩气流量 70NL/min左右，并通过观察孔观察钢水沸腾情况，及时调整，保持均匀沸腾。 终脱氧后解除真空、开盖、测温，软吹1525min，氩气流量 70-100NL/min左右，控制渣面微动为宜。 软吹结束后，测温、取样，加保温剂出钢，出钢温度15301540。,VD工艺,以轴承钢冶炼为例,VOD 工艺,初炼炉将碳控制在0.20.5，P0.03%以下； 钢液温度为1630； 初炼炉除渣后，将VOD
9、钢包吊入真空室，接底吹氩，开始抽真空，此时温度1550-1580; 当真空度达到1320kpa时，开始吹氧脱碳； 碳含量降低的同时，提高真空度，保铬不氧化； 当碳合格时，停止吹氧，加大真空到100Pa以下，并加大搅拌，进一步脱碳，钢液温度达到16701750； 加合金、微调成分、加铝吹氩搅拌几分钟后，破真空浇铸。,以冶炼超低碳不锈钢为例,3.4 RH真空精炼,Ruhrstahl 公司和Heraeus公司1957年开发的。 也称钢液循环脱气法，将钢液提升到一容器内处理。 主要冶炼高质量产品，如轴承钢、LF钢、硅钢、不锈钢、齿轮钢等。 国内RH设备主要依靠进口。,RH工艺特点,反应速度快，表观脱碳
10、速度常数kC可达到3.5min-1。处理周期短，生产效率高，常与转炉配套使用。 反应效率高，钢水直接在真空室内进行反应，可生产H0.510-6，N2510-6，C1010-6的超纯净钢。 可进行吹氧脱碳和二次燃烧进行热补偿，减少处理温降； 可进行喷粉脱硫，生产S510-6的超低硫钢。,RH工艺参数,处理容量：大炉子比小炉子好(50t以上)； 处理时间：钢包在真空位的停留时间； Tc/Vt Tc允许温降， Vt平均温降/min； 循环因数：C(t/min).t(min)/Q (ton) 循环流量、 t脱气时间、 Q处理容量 循环流量：主要由上升管与驱动气体流量决定； 真空度：60100pa； 抽
11、气能力。,RH真空工艺过程,出钢后，钢包测温取样； 下降真空室，插入深度为150-200mm； 起动真空泵，一根插入管输入驱动气体； 当真空室的压力降到2610kpa后，循环加剧； 钢水上升速度为5m/s、下降速度为12m/s； 气泡在钢液中将气体及夹杂带出。,RH的发展,-OB (Oxygen Blowing)，真空室下部吹氧 -KTB (Kawasaki Top Blowing) 日本川崎，顶吹氧 -PB(Powder Blowing)，真空室下部喷粉脱P、S。,3.5 CAS、CASOB精炼工艺,工艺优点： 钢液升温和精确控制钢水温度 促进夹杂物上浮，提高钢水纯净度 精确控制钢液成分，实
12、现窄成分控制 均匀钢水成分和温度 与喂线配合，可进行夹杂物的变性处理 冶炼节奏快，适合转炉的冶炼节奏。,CAS和CAS-OB,CASOB的冶炼效果,加热；升温速度56/min； 钢液成分：吹氧前后变化不大； 钢水洁净度：O基本不变，可降低N含量。,3.6 喷粉工艺,效果最好投资及使用成本最低也是最不好掌握的技术；可脱硫、脱磷、合金化、夹杂变性； 工艺参数： 喷枪插入深度；h=H(钢液深)-hc(喷入深)； 喷吹压力：大于钢液、炉渣及大气压； 喷吹时间：喷粉设备及钢液容纳粉剂的能力； 供料速度：设备能力及钢液化学反应速度； 载气能力与粉气比。,喷粉设备,4 典型精炼设备的功能,冶金效果,典型精炼
13、方法达到的洁净度,5 洁净钢(purity steel),60年代：S+P+N+O+H900ppm； 70年代：S+P+N+O+H800ppm； 80年代：S+P+N+O+H600ppm； 90年代：S+P+N+O+H100ppm； 2000年代：S+P+N+O+H50ppm。 洁净钢除S+P+N+O+H五大元素外，随废钢量的增加。还包括Cu、Zr、Sn、Bi、Pb等伴生元素。,洁净钢是一个相对概念 某一杂质含量降低到什么水平决定于钢种和产品用途 不同的年代，对洁净钢有不同的要求 有害元素降低程度决定于装备和工艺现代化水平。 高附加值产品对洁净度的要求是： TO要低20ppm； 夹杂物数量要少； 夹杂物尺寸要小50m；夹杂物形态要合适。,洁净钢的定义,洁净钢生产技术, 初炼炉低氧钢精炼技术 出钢炉渣改质与预脱硫工艺 出钢挡渣技术与下渣检测 渣洗精炼工艺 夹杂物改性技术 Ca处理技术 超低碳钢冶炼技术 低N钢冶炼技术 夹杂物控制技术 钢水保护技术 无缺陷连铸坯生产工艺 连铸坯表面质量的控制 大型夹杂物的控制,转炉洁净钢生产工艺,电炉洁净钢生产工艺,
