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1、天津冶金职业技术学院毕业课题炉外精炼工艺的研究系 部：冶金工程专 业：冶金技术班 级：冶金07-1学生姓名：岳 武 鹏 指导教师：李 秀 娟2011年4月25日摘要炉外精炼技术是构成洁净钢平台重要的基础环节。钢水的炉外精炼，也称为钢的二次冶金，是指“炼钢炉出钢之后，直到钢水凝固为止的整个过程，对钢水进行冶金处理的各类工艺”，旨在“在炼钢炉基础上，进一步改善钢水的物理、化学性能，优化工序衔接匹配”。炉外精炼早在上世纪30、40年代就显示了它在提高质量、扩大品种方面的作用，随着连铸技术的开发应用，炉外精炼技术除了继续满足产品性能优化，钢材质量提高的各种要求以外，更成为炼钢各工序优化衔接匹配特别是连
2、铸生产稳定的必要手段。近几十年来，炉外精炼已成为钢铁生产流程中，特别是洁净钢生产中不可缺少的工艺环节，并以自身的不断完善优化，不断推进钢厂生产的高效化、紧凑化，产品质量与结构的不断优化和连铸生产的发展。在当前建设高效率、低成本洁净钢平台的过程中，更是突显其重要性。炉外精炼作为现代炼钢流程中的重要生产工序，被世界绝大多数钢铁厂采用，日本、欧美等先进的钢铁生产国家，炉外精炼比超过90%，其中真空精炼比超过50%，有些钢厂已达到100%。关键词：精炼，炼钢，质量目录摘要I1 炉外精炼的冶金功能11.1炉外精炼的冶金特点11.2炉外精炼的冶金功能22 国内外炉外精炼技术发展特点33 攀钢炉外精炼技术现
3、状43.1钢包吹氩精炼43.2 LF炉精炼53.3RH精炼74 存在的主要问题114.1炉外精炼功能与产品结构优化的要求尚不协调114.2对精炼的功能解析、理解与合理利用还不够深透114.3对炉外精炼技术的经济性认识不够深入114.4精炼相关技术还有待提高115 改进思路125.1进一步提高钢水真空精炼比125.2进一步提高炉外精炼工艺技术，实现高效化125.3重视具有重要功能的吹氩、喂线、合成渣洗精炼技术规范与优化125.4实现炉外精炼工艺的自动控制125.5重视专线化生产的推广应用135.6重视中间包冶金技术的开发13参考文献14I1 炉外精炼的冶金功能炉外精炼工艺方法种类繁多，基本上分为
4、真空和非真空精炼两大类，主要包括钢包吹氩精炼工艺（LT、CAS）、LF（钢包炉）精炼工艺、VD真空精炼工艺、RH真空精炼工艺、VOD真空吹氧精炼工艺、AOD氩氧精炼工艺等。表1.1列出了各种炉外精炼设备的冶金功能比较。表1.1 各种炉外精炼设备的冶金功能比较精炼工艺精炼设备搅拌升温合金化精炼功能生产调节脱气脱碳渣洗喷粉夹杂物处理非真空处理CAS-LF-真空处理AOD-RHVD-VOD强一般较弱-不具备1.1炉外精炼的冶金特点各种炉外精炼设备都具备高效精炼的特点，能满足以下冶金特点：(1)改善冶金反应的热力学条件。如脱碳、脱气反应，反应产物为气体，降低气相压力，提高真空度，有利于反应继续进行。(
5、2)加快传质速度。对于多数冶金反应，液相传质是反应速度的限制环节，各种精炼设备采用不同的搅拌方式，强化熔池搅拌，加速混匀过程，提高化学反应速度。(3)增大渣钢反应面积。各种炉外精炼设备均采用各种搅拌或喷粉工艺，造成钢渣乳化，显著增加渣钢反应面积，提高反应速度。(4)精确控制反应条件，均匀钢水成分、温度。各种炉外精炼设备，配备了不同的加热功能，可以精确控制反应条件，使各种冶金反应更趋近平衡。同时，通过搅拌均匀钢水成分，精确调整成分，实现成分微调。1.2炉外精炼的冶金功能炉外精炼设备的冶金功能主要包括：(1)搅拌功能，均匀钢水成分和温度，保证钢材质量均匀。(2)提纯精炼功能，通过钢渣反应、真空冶炼
6、以及喷射冶金等方法，去除钢中S、P、H、TO等杂质和夹杂物，提高钢水纯净度。(3)钢水升温和控温功能，对钢水实现成分微调。(4)生产调节功能，均衡炼钢-连铸生产。为实现上述冶金功能，一般采用以下精炼方法：(1)渣洗精炼：精确控制炉渣成分，通过渣钢反应实现对钢水的提纯精炼，主要用于钢水脱氧、脱硫和去除夹杂物等方面。(2)真空精炼：在真空条件下实现钢水的提纯精炼，适用于对钢液脱气、脱碳和用碳脱氧等反应过程。(3)吹氩搅拌：通过吹氩，加速熔体内传热、传质过程，达到混匀的效果。(4)喷射冶金：通过载气将固体颗粒反应物喷入熔池深处，造成熔池的强烈搅拌并增大反应面积。固体颗粒上浮过程中发生熔化、溶解，完成
7、固-液反应，显著提高精炼效果。(5)加热与控温：为了精确控制反应温度与终点钢水温度，炉外精炼设备采用了各种不同的加热功能，避免精炼过程温降。主要的加热方法有：电弧加热、化学加热和脱碳二次燃烧加热。2 国内外炉外精炼技术发展特点钢水炉外精炼最初主要用于少数高级别钢种的脱气处理，如DH、RH等。上世纪70年代和80年代，VOD、AOD、RH-OB、VD、LF、TN等不同功能炉外精炼新技术纷纷开发成功，炉外精炼开始大量用于普通钢种。其后经过多年发展，炉外精炼已发展成为满足钢水洁净度要求、对钢水温度和成分进行精确控制并有效协调炼钢与连铸生产组织，对炼钢生产具有非常重要意义的关键工序环节。当前炉外精炼技
8、术发展呈现以下特点：（1）炉外精炼比显著提高，高水平钢厂精炼比达到了100%；（2）真空精炼比显著提高，日本钢铁企业RH精炼比平均在74%以上，宝钢真空精炼比达到75%；（3）强调高效、经济、快速和根据产品特点选择精炼工艺；（4）高水平钢厂开始分钢类建立专业化精炼生产线，精炼效率显著提高，成本大幅度降低。3 攀钢炉外精炼技术现状攀钢通过不断的技术改造，从1993年建设第一座130tLF炉，1997年建成投产第一套130tRH装置，发展到目前拥有4座130t LF炉，具有钢水加热、成分微调、造渣精炼功能，年处理钢水600万吨能力和3套130t RH真空装置，具有钢水脱气、去除夹杂、成分微调功能，
9、年处理钢水400万吨能力的水平，设备装备水平有了大幅度提高。3.1钢包吹氩精炼钢包吹氩精炼有包底透气砖吹氩、上部插入喷管吹氩、加盖吹氩等。钢包吹氩技术是最普通也是最简单的炉外处理工艺，其主要冶金功能是均匀钢水成分、温度、促进夹杂物上浮，目前在国内外已得到广泛应用。吹氩搅拌精炼主要靠吹入的氩气泡在钢液内部的上浮对钢水进行搅拌，通常钢包吹氩的气体搅拌强度为0.0030.01Nm3/tmin。提高钢包吹氩强度，有利于钢水混匀和夹杂物上浮，而吹氩强度过大，会使钢液面裸露，造成钢液二次氧化。为获得良好精炼效果必须做到：（1）能够精确控制Ar流量以控制搅拌强度；（2）严格控制转炉出钢下渣量；（3）对钢包渣
10、进行还原改质，以防止带入的高FeO含量转炉渣对钢水造成的二次氧化。攀钢在5座炼钢转炉均配置了1套钢包吹氩精炼装置，转炉出钢后的所有钢水都要经过吹氩处理。吹氩搅拌强度一般为0.0020.004Nm3/tmin，搅拌时间为612分钟。 国外日、德、韩等国钢厂，大量采用钢包吹氩精炼工艺生产低碳铝镇静钢、热轧带钢、特殊钢等优质钢种。韩国浦项钢铁公司宣称，其LF炉仅在生产S含量低于0.002%的超低硫钢种时采用，其它低硫钢种则主要采用钢包吹氩加顶渣工艺。德国蒂森-克虏伯公司采用上部插人喷管吹氩搅拌加顶渣工艺，可以生产S含量低于0.003%的优质热轧钢板。国内武钢、马钢等钢厂也采用钢包吹氩加顶渣精炼工艺，
11、大量生产优质低碳铝镇静钢和许多低硫、超低硫钢种。3.2 LF炉精炼LF精炼炉是70年代初由日本开发成功。由于采用电弧加热，可以多量造新渣，在渣-钢精炼方面较其它精炼方法具有优势，成为最主要的炉外精炼设备。LF炉的工艺优点包括：精炼功能强，适宜生产超低硫、超低氧钢；具有电弧加热功能，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，易于实现成分精度控制，提高产品的稳定性。LF炉的精炼工艺主要包括：（1）加热与温度控制：LF炉采用电弧加热，用埋弧泡沫技术，对钢水加热效率较高，升温速度可达到35/min，终点温度的控制精度5。（2）白渣精炼工艺：LF炉利用白渣进行钢水精炼，实现钢水脱硫、脱
12、氧，生产超低硫钢和低氧钢。因此，白渣精炼是LF炉工艺操作的核心，也是提高钢水纯净度的重要保证。（3）合金微调与成分精度控制：合金微调与成分精度控制技术是保证钢材成分性能稳定的关键技术之一，也是LF炉的重要冶金功能。实现合金微调与成分精度控制的主要措施是在线建立快速分析设施，保证分析响应时间3min；精确估算钢水重量和合金收得率；钢水脱氧良好，实现白渣精炼；计算机在线准确计算各种合金加入量，保证钢水成分的准确性与稳定性。攀钢目前拥有4座130t LF炉，具有钢水加热、成分微调、造渣精炼功能，年处理钢水600万吨能力。表3.1列出了攀钢LF炉工艺参数。表3.1 攀钢LF炉工艺参数序号项目参数1钢包
13、公称容量，t1302钢包平均处理钢水量，t131.53变压器额定容量，kVA200004变压器二次侧电压，V2193455变压器二次侧额定电流，A409476平均加热升温速度，/min2.04.57电极分布圆直径，mm7809三相功率不平衡系数，%810精炼能力，万吨150攀钢把LF炉作为温度调整和低合金钢生产的主要精炼设备。攀钢低合金钢采用的生产工艺流程为：铁水预处理转炉冶炼LF精炼钙处理连铸。在低合金钢生产工艺流程中，采用出钢过程加入610kg/t的高碱度精炼渣、出钢后加入2kg/t的调渣剂，LF工序再次加入23kg/t的高碱度精炼渣，并补加0.30.6kg/t铝丸的分步调整方法对钢包渣的
14、组成和氧化性进行控制，同时将精炼后的软吹氩时间延长至5min以上。通过采取以上工艺措施，攀钢低合金钢的控制达到以下水平：（1）钢中TO铸坯TO均小于3010-6，平均达到14.6910-6，TO的分布情况见图3.1。图3.1 钢中TO的分布情况（2）非金属夹杂物夹杂分布形态见图3.2。图3.2 夹杂分布形态金相照片由图3.2看出，夹杂物基本以点球状、弥散地分布在钢中。（3）钢中S 通过采取铁水深脱硫，控制转炉回硫，LF炉精炼脱硫后，使成品硫得到有效控制。精炼过程的脱硫情况见表3.2。表3.2 LF炉精炼脱硫情况（%）名称转炉终点S/%成品S/%脱硫率/%范围0.0080.0210.0050.01125.064.3平均0.0130.00746.2虽然LF精炼工艺在渣钢精炼方面较其它精炼方法具有优势，但也存在精炼周期长、渣量大、能耗高等问题。近年来，国内外高水平钢厂炉
