冶金概论——炉外精炼_53页.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,冶金概论,-,炉外精炼,1,主要内容,一,.,概 述,二,.RH,、,LF,及,VD,法简介,2,一、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,3,1.,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、开发高附加值产品、节能降耗、降低成本增加经济效益。,4,2.,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,.,5,3.,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,6,2),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,;,7,4.,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。,8,二,.RH,、,LF,及,VD,法简介,RH,法,LF,法,VD,法,9,1.,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,）,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,10,1,）,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,11,2,）生产过程模拟,12,3,）,RH,设备简介,真空室,钢包车,13,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，同时在脱气过程中热损失小。,14,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。,15,4,）,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。,16,5)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,由于,C-O,反应剧烈,70%.,脱气时间,1520min,H,2ppm.,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,C,0.002%;,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%,17,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,18,2.,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,19,1)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,。,20,2)LF,生产模拟,工部全景,生产模拟,21,3)LF,工艺原理,脱 氧,脱 硫,去夹杂,22,脱 氧,目 的,:,钢中过剩氧与,C,反应产生气泡,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。23,脱 硫,目 的,:,S,在钢中产生,”,热脆,”,并降低钢的抗腐蚀性、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,24,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,25,4)LF,生产工艺,供,电,制,度,吹,氩,制,度,造,渣,制,度,成,分,调,整,26,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,27,吹氩制度,原 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,.,28,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,CaF,2,炉渣过稀加,CaO,.,常用渣系：,CaO-CaF,2,；,CaO-Al,2,O,3,；,碱度,4-6,29,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。,30,5)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,31,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,。,32,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，由钢包支架、二台电动机、电缆线、调速器、防热罩构成。,33,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。,34,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,35,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。,36,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。,37,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。,38,3.,钢包真空脱气法（,VD,法）,1)VD,概述,2)VD,生产模拟,3)VD,生产工艺,4)VD,相关设备,39,1)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,，,S,10ppm,；,H,1.5-2ppm,；,N,40ppm,；,O,20ppm,。,40,2)VD,生产模拟,工部全景,生产模拟,41,3)VD,生产工艺,基本原理,真空处理,吹,Ar,制度,42,基本原理,真空脱气,吹,Ar,精炼,43,真空脱气,原 理：,基于,H,、,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。,44,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,。,45,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。,46,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,，,防止增,N,和二次氧化,。,47,4)VD,相关设备,加,料,系,统,自,动,测,温,装,置,喂,丝,设,备,真,空,罐,盖,台,车,真,空,罐,48,真空罐,组 成：,钢板制成的圆桶、法兰、密封座和平板；,典型参数：,直径,6000-7000mm,高度,6000-7000mm,钢板壁厚,20-40mm,钢包距罐顶距离,200-300mm,。,49,真空罐盖台车,罐 盖：,钢结构加工件，上设观察孔、工业电视孔、合金投料斗、托架、防热罩吊挂装置；,台 车：,由型钢焊接的结构架和,4,个车轮组成，由电极驱动。,50,加料系统,带真空阀门的真空料仓接受高位料仓辅助料，再把辅助料加入真空料仓，料仓布置在真空罐盖的上面并一起运动。阀门的开闭由汽缸操作。,51,自动测温装置,其固定在真空罐台车上。取样枪插入预定深度，停留数秒，然后抽出，枪头使用探头及热电偶。,52,喂丝设备,组 成：,松卷装置、喂丝机和导向装置构成；,丝线直径：,5-18mm,喂丝速度：,3-300m/min,53,