1.炉外精炼的目的、任务及功能有哪些?1)目的:在真空、惰性气氛或可控气氛的条件下进行深脱碳、脱硫、脱氧、除气、调整成分(微合金化)和调整温度并使其均匀化,去除夹杂物,改变夹杂物形态和组成等2)炉外精炼的任务:⑴钢水成分和温度的均匀化;⑵精确控制钢水成分和温度;⑶脱氧、脱硫、脱磷、脱碳; ⑷去除钢中气体(氢氮)及夹杂;⑸夹杂物形态控制炉外精炼设备具备以下功能:①熔池搅拌功能,均匀钢水成分和温度,促进夹杂物上浮和钢渣反应;②钢水升温和控温功能,精确控制钢水温度,最大限度地减小包内钢水的温度梯度;③精炼功能,包括脱气、脱碳、脱硫、去除夹杂和夹杂物变性处理等; ④合金化功能,对钢水实现窄成分控制,并使其分布均匀; ⑤生产调节功能,均衡炼钢—连铸生产2.简述RH脱气过程:答:插入管插到钢液内,启动真空泵;随着压力的降低,钢液沿着两根插入管上升;向一根插入管1/3处吹入驱动气体;由于高温和低压的作用,气体的膨胀功推动钢液在上升管中快速提升,钢液呈喷泉状进入真空室;钢中气体在真空环境下被脱除;脱气后的钢液,在重力的作用下,经下降管返回钢包;不断循环若干次,以达到去气目的3.炉外精炼的搅拌方式有几种?工艺上有何不同特点?答:两种:吹氩搅拌和电磁搅拌⑴吹氩搅拌:优点:①气体入口正上方,流速最高,搅拌强烈,不受处理容量限制;②能去夹杂,能脱气;③设备投资较低。
局限性:① 对大钢包包底四周有低流速的“死点”-死区,难以有效控制;②夹杂物的上浮排出不好,可能回磷、有二次氧化;3.电弧加热会增碳,不适于超低碳钢的精炼;④降温程度较大⑵电磁搅拌:优点:①搅拌强度比吹氩搅拌小,包内各点比前者搅拌均匀些、较弱些、无死角,且易控,可靠性较强;② 夹杂物的上浮排出较好,回磷少、二次氧化少,适于纯洁度要求很高的钢;③电弧加热增碳少;④降温较小⑤运行操作简单、运行费用低 局限性:①脱气不好②设备复杂、投资较高、运行维护工作量较大、技术要求高 4.LF炉具有的主要冶金功能和采用的精炼手段有哪些?LF炉提温速率一般为多少?与化学加热法相比有何不同特点?1)LF炉具有的主要冶金功能:⑴钢水升温、调温及保温功能;⑵强化脱氧、脱硫功能;⑶合金微调功能⑷协调生产组织.2)采用的精炼手段:⑴吹氩搅拌;⑵埋弧加热;⑶造强还原气氛;⑷造碱性合成渣3)LF炉提温速率一般为3~5℃/min4)与化学加热法相比的不同特点:最常用的加热方法有电弧加热、感应加热和利用电阻的辐射加热此外,也可以利用等离子弧、燃烧嘴及化学热主要比较电弧加热和化学加热在转炉、连铸车间应用这类加热方法,可有效提高连铸比,同时还可降低转炉的出钢温度,提高转炉的炉衬寿命。
⑴电弧加热:原理:将电能转变成热能来加热钢液的优点:①精炼功能强,精炼成本低②电弧加热热效率较高,升温幅度大/升温快,温度控制精度高 ③钢水温度易于控制④对钢质量影响较小⑤工艺灵活性强,且便于与其他精炼手段配合使用,应用广⑥设备简单,投资较少局限性:①对电极的性能要求高;②电弧距钢包内衬距离近,包衬寿命短;③常压下电弧加热促进钢液吸气(易吸气)④基建设备投资、操作的适应性、成本等方面不够经济⑵化学加热(钢液铝氧加热法)原理:利用放热反应产生的化学热来加热钢液的优点:①热效率高,升温速度大/快;②氧气利用率高;③耐火材料热负荷小,设备简单、投资和操作费用低、操作方便、成本低而效率高;④可有效提高连铸比,降低出钢温度定义:是一种简便快速有效的预热装置也称简易钢包快速升温法局限性:①铝和合金的消耗率↑;②因钢中硅、锰的氧化,使熔渣的碱度下降或氧势增加,导致钢液纯洁度下降;易回磷、易回硫,氧化后夹杂物会有部分残留钢液中③可适用的钢种有限;④加热速度小,升温幅度小,不利于提高生产率解决措施:①操作中,应加强搅拌,促进铝的氧化,抑制硅和锰的氧化②升温后保证一定时间的弱吹氩搅拌,促进夹杂物上浮5.固体料加入的目的和原则是什么?举例说明固体料的添加方法及特点。
⑴目的:为了完成某种冶金任务,如脱碳、脱硫、脱氧、合金化、控制夹杂物性态,以及达到净化钢液、提高合金吸收率;改善钢水的可浇性,往往需要加入一些固态反应剂⑵原则:要求所加入的反应剂的利用率尽可能高因而在反应剂加入时,①使反应剂直接加入反应区,②与反应物有尽可能大的接触界面,③尽量减少反应剂参与反应前的损失2)方法:为达上述要求,在生产条件下对反应剂的加入方法作了一系列的改进,提出了一些行之有效的措施这些措施基本上可分为二种类型⑴将块状的反应剂变成粉剂,用气体载流喷入液态熔池中;⑵将具有较大反应界面的反应剂用机械的方法,使其迅速地穿过渣层而进入液态熔池中固体料的这些加入方法,单独地或与其他精练手段组合成一系列新的炉外精炼方法炉外精炼中金属液的精炼剂添加方法有:合成渣洗法、喷吹/粉法、喂线法、弹丸发射法等以钙合金的加入方法为例,金属液添加物料法异同点:相同点:将钙合金以不同的形式加入钢液中,均可起到脱硫、脱氧、去除夹杂物、夹杂物变性处理以及合金成分调整的作用不同点:⑴喷吹法:喷吹法是用载气(Ar)将精炼粉剂流态化,形成气固两相流,经过喷枪,直接将精炼剂送入钢液内部由于精炼粉剂粒度小,进入钢液后,与钢液的接触面积大大增加。
因此,可以显著提高精炼效果喷粉法的实质就是用气体作载体,向钢液内喷吹精炼剂、增碳剂、合成渣或合金喷粉法不仅有较好的脱硫、脱氧、减少夹杂、改善夹杂形态等效果⑵喂丝:喂丝法一般是把Ca或Al加工成外有保护层的丝状或是将易氧化、比重轻的合金元素置于低碳钢包芯线中,通过喂丝机将其送入钢液内部优点:①可防止易氧化的元素被空气和钢液面上的顶渣氧化,准确控制合金元素添加数量,提高和稳定合金元素的利用率;②添加过程无喷溅,避免了钢液再氧化;③精炼过程温降小;④设备投资少;⑤处理成本低喂线冶金效果:①合金及铝的收得率高②钢中氧及氧化物夹杂含量降低③钢中夹杂物变性④脱硫作用6.试述不锈钢炉外精炼的种类,AOD与VOD法各自特点,解释“降碳保铬”的含义1)不锈钢的冶炼方法:①电炉或转炉+VOD;②电炉;③电炉或转炉+AOD2)“降碳保铬” 的含义:不锈钢的特点是含有较高的铬、较低的碳,因不锈钢的碳降低了钢的耐腐蚀性能,对于大部分不锈钢,其含碳量是较低的不锈钢的冶炼关键在于“去碳保铬”,近年来超低碳不锈钢日益增多,在不锈钢生产中必然面对髙铬钢液的脱碳问题为降低不锈钢生产成本,希望充分利用不锈钢的返回料和含碳较多的铬铁。
冶炼中希望尽可能降低钢中碳而铬少氧化,使铬的氧化损失保持在尽可能低的水平AOD与VOD法各自特点:AOD为是氩氧脱碳法在精炼不锈钢时,标况下,向钢水吹氧的同时,吹入惰性气体(Ar,N2),通过降低CO分压,达到假真空的效果,从而使碳含量降到很低的水平,促进C-O反应正向进行,有效抑制钢中铬的氧化VOD是通过真空技术将炉内抽真空,以降低炉内的CO分压,以此促进碳氧反应正向进行,从而达到去碳的目的两者的本质是通过降低炉内CO反应的分压,以使C优先于Cr反应,而达到保护钢种的铬的目的AOD⑴原理:AOD法与真空脱碳相似,但它不是利用真空使PCO降低,而是利用气体稀释的方法使PCO降低,即将氩氧混合气体吹入钢液中,氧首先与钢中碳起反应生成CO,降低钢中的碳含量此时生成的CO分压较高,氩气进入后,分压较高的CO即扩散到氩气泡中,降低了碳氧反应所生成的CO分压,这样又促进了碳氧化反应的继续进行,从而使钢中碳含量进一步降低,以非常接近C-Cr-T-PCO平衡的条件脱碳精炼,使高铬钢液在温度不太高的情况下“降碳保铬”,由此可获得超低碳的钢液⑵主要优点:①虽在非真空下冶炼,但过程控制较简单,容易掌握,AOD在大气压下稀释脱碳,可以造渣、测温、取样,工艺操作控制方便,成分控制方便;重现性好有利于实现自动控制。
也更易实现计算机动态控制,AOD法比VOD法精炼过程更容易控制,易于实现自动化调整方便,操作控制方便②温度易控制,而VOD法调温不方便,较为困难③原料适应性强,可使用廉价原料,能接受VOD法倾向于不用的高碳钢液,在要求低含硫量时也可达到.④脱硫效果好并在AOD炉上试用不锈钢脱磷技术及冶炼超低硫钢等工艺⑤生产率高,钢的产量高,质量高⑥成本低设备费用低;劳动强度低⑶缺点:①脱气效果不如VOD,且出钢时钢液易二次氧化;②操作费用高,氩气和硅铁耗量大;③炉衬寿命低;④无外加热源,精炼时间短,需配备快速化学分析及温度测量等仪表⑤要设除尘系统,VOD法不需要设除尘系统⑥AOD没有通用性,只能冶炼不锈钢,7.氩氧精炼法具有以下的明显效果:(1)1台电弧炉与1台氩氧精炼炉双联操作的产量相当于两台电弧炉的能力;(2)基建投资低,维护容易,操作简单;(3)可以利用返回钢、高碳铬铁等廉价原料生产超低碳不锈钢,铬的收得率可以高达98%,因此成本大幅度降低;(4)钢的质量明显优于传统的电炉钢,而可与经钢液真空处理的钢质相媲美• 炉料:废钢、不锈钢返回料、高碳铬铁、高碳镍铁;不同温度及碳含量控制吹炼氩氧比:• O2:Ar=3:1 (4:1), C下降为0.2%~0.3)、T=1680℃~1700℃);O2:Ar=2:1 (1:1), C下降为0.1%、T=1700℃(1740℃、1690~1720℃);• O2:Ar=1:2, C下降为0.02%(或≯0.03)、T=1730℃(1700~1730℃);• O2:Ar=1:3(1:4), C下降为<0.01%、T=≯≤1750℃;在脱碳氧化期吹入O2+Ar的混合气体中,氧气用于脱碳,而氩气在吹炼中起着特殊作用。
吹入的氩气在第一期主要起搅拌作用,第二期主要起扩大反应体积的作用,第三期起脱碳、脱气的作用钢液中Pco随着 O2/Ar比的降低而降低,从而有利于去碳保铬的进行 3)AOD与VOD法各自特点比较精炼方式VODAOD初钢水条件[C] 0.3~0.5% [Si] ≈ 0.3%[C] 0.5~1.8% 可达2%~3% ,[Si] 不要求成份控制真空下间接控制大气下操作,控制方便温度控制真空下较难控制用吹气比例及加入冷却剂或升温剂控制脱氧(10-6)[O]=30~60(成品中含量)[O]<50ppm(成品中含量)脱硫[S]<0.005%(成品中含量)[S]< 0.005%(成品中含量)可达0.001%以下脱气(10-6)[H]<2 [N]<100~150(成品中含量)[H]<3 [N]<200(成品中含量,对不锈钢而言)铬收得率比AOD法低3~4%96~98%(99%)精炼时间45~70min低合金钢25~60min不 锈 钢70~120min能源费用真空下相当于AOD法氩气费用的1/10以下要用大量昂贵的氩气、使用Fe-Si还原设备费一次投资费用较大AOD比VOD便宜一半生产率较低AOD大约是VOD的1.5倍适应性不锈钢精炼及其他钢种的真空脱气主要为冶炼不锈钢专用,也可用于低合金钢及Ni基合金的精炼耐火材料镁铬砖、镁钙砖或白云石砖铝尖晶石浇注料或抗水化MgO-CaO浇注料镁铬砖或白云石砖(同种条件下,约为VOD的一半)铸件浇注最多浇注三箱砂型可浇注多箱砂型。