炉外精炼.pptx

9.1 炉外精炼概述炉外精炼概述l 概念：概念：凡是在熔炼炉凡是在熔炼炉(如转炉、电炉如转炉、电炉)以外进行的，旨在进一以外进行的，旨在进一步扩大品种提高钢的质量，降低钢的成本所采用的冶金过程统步扩大品种提高钢的质量，降低钢的成本所采用的冶金过程统称为炉外精炼，也称为二次精炼。称为炉外精炼，也称为二次精炼。l 任务任务 钢水成分和温度的均匀化；钢水成分和温度的均匀化；精确控制钢水成分和温度；精确控制钢水成分和温度；脱氧脱硫脱磷脱碳；脱氧脱硫脱磷脱碳；去除钢中气体去除钢中气体(氢和氮氢和氮)；去除夹杂物及夹杂物形态控制。去除夹杂物及夹杂物形态控制。l 基本手段基本手段(1)渣洗；渣洗；(合成渣渣洗合成渣渣洗)(2)搅拌；搅拌；(CAS钢包吹氩精炼钢包吹氩精炼)(3)真空；真空；(RH真空循环脱碳法真空循环脱碳法)(4)加热；加热；(LF)(5)喷吹。喷吹。(WF喂丝法喂丝法)l 主要作用主要作用 提高质量扩大品种的主要手段；提高质量扩大品种的主要手段；优化冶金生产流程，提高生产效率节能降耗降低成本主优化冶金生产流程，提高生产效率节能降耗降低成本主要方法；要方法；炼钢炼钢炉外精练炉外精练连铸连铸热装轧制工序衔接。热装轧制工序衔接。9.2 炉外精炼方法分类炉外精炼方法分类具体方法有具体方法有30多种，各自侧重点不同，如：脱硫、脱碳、多种，各自侧重点不同，如：脱硫、脱碳、脱氮、脱氧，减少非金属夹杂物，改变夹杂物形态，均脱氮、脱氧，减少非金属夹杂物，改变夹杂物形态，均匀浇铸温度和微调成分等。匀浇铸温度和微调成分等。9.3.1 渣洗渣洗l 概念：在转炉或电弧炉出钢过程中通过钢液对合成渣的冲概念：在转炉或电弧炉出钢过程中通过钢液对合成渣的冲洗，进一步提高钢质的一种炉外精炼方法。洗，进一步提高钢质的一种炉外精炼方法。l 目前普遍采用：预熔渣渣洗，是指将石灰和铝矾土预先熔目前普遍采用：预熔渣渣洗，是指将石灰和铝矾土预先熔化，冷却破碎后直接用于炼钢生产。渣洗过程没有固定的设化，冷却破碎后直接用于炼钢生产。渣洗过程没有固定的设备和装置。备和装置。l 作用：可以快速脱硫，能有效地脱氧和去除夹杂减轻出作用：可以快速脱硫，能有效地脱氧和去除夹杂，减轻出钢过程中二次氧化。钢过程中二次氧化。l 合成渣为合成渣为CaOAl2O3渣系。其熔点低于被渣洗钢液的熔渣系。其熔点低于被渣洗钢液的熔点，为点，为1400以下；具有较好的流性。以下；具有较好的流性。9.3 几种常用的炉外精炼方法几种常用的炉外精炼方法9.3.2 钢包吹氩精炼法钢包吹氩精炼法l 钢包内喷吹惰性气体钢包内喷吹惰性气体(Ar气气)搅拌工艺搅拌工艺(底吹或顶吹法底吹或顶吹法)，又，又称称“钢包吹氩钢包吹氩”技术。通常钢包吹氩的气体搅拌强度为技术。通常钢包吹氩的气体搅拌强度为0.0030.01m3/(tmin)l 作用：作用：调温：主要是冷却钢液。调温：主要是冷却钢液。混匀：在钢包底部适当位置安放气体喷入口，可使钢包混匀：在钢包底部适当位置安放气体喷入口，可使钢包中的钢液产生环流，用控制气体流量的方法来控制钢液的中的钢液产生环流，用控制气体流量的方法来控制钢液的搅拌强度。搅拌强度。净化：上浮的氩气泡不仅能够吸收钢中的气体，还会黏净化：上浮的氩气泡不仅能够吸收钢中的气体，还会黏附悬浮于钢液中的夹杂，把这些黏附的夹杂带至钢液表面附悬浮于钢液中的夹杂，把这些黏附的夹杂带至钢液表面被渣层所吸收。被渣层所吸收。l 形式：形式：底吹。是通过安装在钢包底部一定位置的透气砖底吹。是通过安装在钢包底部一定位置的透气砖(或或其他形式的喷口其他形式的喷口)，将氩气吹入钢液。，将氩气吹入钢液。顶吹。吹氩喷枪插入钢包内的钢液中，在接近包低处顶吹。吹氩喷枪插入钢包内的钢液中，在接近包低处将氩气吹入钢液。将氩气吹入钢液。l最常见的有两种：最常见的有两种：CAS和和CASOB。CAS概念：采用强吹氩工艺将渣液面吹开后，将封闭的浸渍概念：采用强吹氩工艺将渣液面吹开后，将封闭的浸渍钟罩内迅速形成氩气保护气氛，避免了钢水氧化的工艺钟罩内迅速形成氩气保护气氛，避免了钢水氧化的工艺称为称为CAS法，又称法，又称SAB法。法。幻灯片 12l 特点：特点：除底部吹氩外，在钢包液面上加一沉入罩，罩内充有从钢除底部吹氩外，在钢包液面上加一沉入罩，罩内充有从钢液中排出的或专门导人的氩气。液中排出的或专门导人的氩气。通过罩上方的加料口，可添加合成渣料和微调钢液成分用通过罩上方的加料口，可添加合成渣料和微调钢液成分用的合金。的合金。l 优点：优点：均匀钢水成分和温度，且控制快速、准确，操作方便；均匀钢水成分和温度，且控制快速、准确，操作方便；提高合金收得率，且稳定；提高合金收得率，且稳定；净化钢液，去除夹杂物，连铸坯质量提高；净化钢液，去除夹杂物，连铸坯质量提高；基建、设备投资少，操作费用低。基建、设备投资少，操作费用低。CASOBl 概念：概念：在在CAS上增设顶吹吹氧枪和加铝九设备，通过溶入钢水内上增设顶吹吹氧枪和加铝九设备，通过溶入钢水内的铝氧化发热，实现钢水升温，称为的铝氧化发热，实现钢水升温，称为CASOB工艺。工艺。l 工作原理：工作原理：是在一个密闭、惰性、无渣的环境下，通过钢的氧化反应是在一个密闭、惰性、无渣的环境下，通过钢的氧化反应放热使钢水升温，并在此惰性气氛下加入合金。放热使钢水升温，并在此惰性气氛下加入合金。幻灯片幻灯片 109.3.3 真空循环脱气法真空循环脱气法RHl 基本工作原理：利用气泡基本工作原理：利用气泡将钢水不断地提升到真空室将钢水不断地提升到真空室内进行脱气、脱碳等反应，内进行脱气、脱碳等反应，然后回流到钢包中。然后回流到钢包中。RH法真空脱气原理法真空脱气原理l 随着技术的进步，随后又开发出了随着技术的进步，随后又开发出了RH-OB、RH-KTB、RH-PB、RH-PTB和和RH-MFB等。等。9.3.4 带有加热装置的炉外精炼带有加热装置的炉外精炼 ASEA-SKF法法(真空电磁搅拌电弧加热真空电磁搅拌电弧加热)：将加热、搅拌、真空等综合在一起的一种炉外精炼法。将加热、搅拌、真空等综合在一起的一种炉外精炼法。工工工艺流程：工艺流程：钢液从初炼炉出钢，倒入钢包中，将钢包炉吊入搅拌器内，钢液从初炼炉出钢，倒入钢包中，将钢包炉吊入搅拌器内，除掉初炼炉渣，加造渣料换新渣，除掉初炼炉渣，加造渣料换新渣，电弧加热电弧加热，待新渣化好，待新渣化好与钢液温度合适后，盖上与钢液温度合适后，盖上真空盖真空盖进行真空脱气处理，钢包进行真空脱气处理，钢包炉自从吊入搅拌器内就开始了对钢液的电磁搅拌。真空脱炉自从吊入搅拌器内就开始了对钢液的电磁搅拌。真空脱气后，通过斜槽漏斗加入合金调整钢液成分，最后将钢液气后，通过斜槽漏斗加入合金调整钢液成分，最后将钢液加热到合适的温度，然后将钢包吊出，直接浇注。整个精加热到合适的温度，然后将钢包吊出，直接浇注。整个精炼时间一般在炼时间一般在1.53.0h之间完成。之间完成。l ASEA-SKF法的特点：法的特点：将炼钢过程分为两步：由初炼炉将炼钢过程分为两步：由初炼炉(如电炉、转炉如电炉、转炉)熔化钢铁料，熔化钢铁料，调整含碳量和温度；然后在钢包炉内，在电磁搅拌的条件调整含碳量和温度；然后在钢包炉内，在电磁搅拌的条件下，进行电弧加热、真空脱气、除渣和造新渣、脱硫、真下，进行电弧加热、真空脱气、除渣和造新渣、脱硫、真空脱氧和脱碳、调整成分与温度，最后吊出钢包进行浇注。空脱氧和脱碳、调整成分与温度，最后吊出钢包进行浇注。ASEA-SKF法的主要设备：法的主要设备：钢包由非磁性材料制成，有滑动水口，可直接用于浇注；钢包由非磁性材料制成，有滑动水口，可直接用于浇注；电磁感应搅拌器使钢水产生搅拌作用；电磁感应搅拌器使钢水产生搅拌作用；真空炉顶及电气设备；真空炉顶及电气设备；电视电视摄影及其他辅助设备如钢包移动装置，原料加入装摄影及其他辅助设备如钢包移动装置，原料加入装置和集尘装置等。置和集尘装置等。ASEA-SKF精炼炉示意图精炼炉示意图(a)固定式钢水包炉固定式钢水包炉(精炼炉精炼炉)；(b)移动式钢水包护移动式钢水包护(精炼炉精炼炉)ASEA-SKF法的精炼效果：法的精炼效果：脱气实践表明，该法的脱氧、脱氢效果较好。而在脱氮脱气实践表明，该法的脱氧、脱氢效果较好。而在脱氮方面的效果比较差。方面的效果比较差。脱硫和去夹杂物由于造渣容易再加上强有力的搅拌，该脱硫和去夹杂物由于造渣容易再加上强有力的搅拌，该法的脱硫能力和去夹杂物的能力都很强。因此钢液十分洁法的脱硫能力和去夹杂物的能力都很强。因此钢液十分洁净，从而使钢的力学性能大大提高。净，从而使钢的力学性能大大提高。钢液成分和温度控制钢液成分稳定而均匀，诸多元素都钢液成分和温度控制钢液成分稳定而均匀，诸多元素都能精确地控制在要求范围内，合金收得率几乎为能精确地控制在要求范围内，合金收得率几乎为100%，钢，钢液温度能精确控制。液温度能精确控制。LFl LF是当代最主要的炉外精炼设备，以下工艺优点：是当代最主要的炉外精炼设备，以下工艺优点：精炼功能强，适宜生产超低硫、超低氧钢；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，温度控具有电弧加热功能，热效率高，升温幅度大，温度控制精度高等优点；制精度高等优点；具备搅拌和合金化功能，易于实现窄成分控制，提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；产品的稳定性；采用渣钢精炼工艺，精炼成本低；采用渣钢精炼工艺，精炼成本低；设备简单，投资较少。设备简单，投资较少。l LF的精炼工艺主要有三个部分：的精炼工艺主要有三个部分：加热与温度控制加热与温度控制LF采用电弧加热，对钢水加热效率一般采用电弧加热，对钢水加热效率一般60，高于电炉升温，高于电炉升温热效率。热效率。LF升温速度可达到升温速度可达到35/min，采用埋弧泡沫技术，采用埋弧泡沫技术，可减轻电弧的辐射热损失。采用计算机动态控制终点温度，可可减轻电弧的辐射热损失。采用计算机动态控制终点温度，可保证终点温度的控制摆度不大于保证终点温度的控制摆度不大于5 。白渣精炼工艺白渣精炼工艺LF利用白渣进行钢水精炼，实现钢水脱硫、脱氧，生产超低利用白渣进行钢水精炼，实现钢水脱硫、脱氧，生产超低硫钢和低氧钢。硫钢和低氧钢。l 白渣精炼的工艺要点是：白渣精炼的工艺要点是：a 出钢挡渣。控制下渣量出钢挡渣。控制下渣量5kg/t；b 钢包渣改质，控制包渣钢包渣改质，控制包渣R 2.5，w(TFe+MnO)3.0%；c 白渣精炼，一般采用白渣精炼，一般采用Al2O3CaOSiO2系炉渣，控制钢系炉渣，控制钢包渣碱度包渣碱度R 4，w(TFe+MnO)1，保证脱硫、脱氧效果；，保证脱硫、脱氧效果；d 控制控制LF内气氛为弱氧化性，避免炉渣再氧化；内气氛为弱氧化性，避免炉渣再氧化；e 适当搅拌，避免钢液面裸露，井保证熔池内具有较高的传适当搅拌，避免钢液面裸露，井保证熔池内具有较高的传质速度。质速度。合金微调与窄成分控制合金微调与窄成分控制 合金微调与窄成分控制技术是保证钢材成分性能稳定的关合金微调与窄成分控制技术是保证钢材成分性能稳定的关键技术之一，也是键技术之一，也是LF的重要冶金性能。的重要冶金性能。9.3.5 低碳钢的精炼低碳钢的精炼 VOD(真空吹氧脱碳法真空吹氧脱碳法)l 工作原理：工作原理：它是将钢包放入真空罐内从顶部的氧枪向钢包内吹氧脱碳，同它是将钢包放入真空罐内从顶部的氧枪向钢包内吹氧脱碳，同时从钢包底部向上吹氩气搅拌。此方法适合生产超低碳不锈钢，时从钢包底部向上吹氩气搅拌。此方法适合生产超低碳不锈钢，达到保铬去碳的目的。达到保铬去碳的目的。优点：优点：实现了低碳不锈钢冶炼的必要的热力学和动力学的条件实现了低碳不锈钢冶炼的必要的热力学和动力学的条件高温、高温、真空、搅拌。真空、搅拌。l 适用范围：适用范围：不锈钢、工业纯铁、精密合金、高温合金和合金结构钢的冶不锈钢、工业纯铁、精密合金、高温合金和合金结构钢的冶炼。炼。l 基本功能：基本功能：吹氧、升温、脱碳保铬；吹氧、升温、脱碳保铬；脱气；脱气；造渣、脱氧、脱硫、去夹杂；造渣、脱氧、脱硫、去夹杂；合金化。合金化。l AOD是一种冶炼高铬不锈钢的专用方法，其主要优点是：是一种冶炼高铬不锈钢的专用方法，其主要优点是：是吹入气体进行精练，设备投资比是吹入气体进行精练，设备投资比VOD少少2倍以上；倍以上；工艺易掌握，易冶炼超低碳不锈钢；工艺易掌握，易冶炼超低碳不锈钢；钢的质量高，与电炉相比，氢氧含量可分别降低钢的质量高，与电炉相比，氢氧含量可分别降低2565和和2530%，因是吹氩强搅拌，硫含量很低，可生产，因是吹氩强搅拌，硫含量很低，可生产不大于不大于0.001%的超低硫不锈钢。的超低硫不锈钢。AOD(氩、氧混吹脱碳法氩、氧混吹脱碳法)l AOD炉体结构包括炉身和炉炉体结构包括炉身和炉帽帽l 炉身下部侧墙与炉体中心线成炉身下部侧墙与炉体中心线成一般为一般为20的倾斜角度，其目的的倾斜角度，其目的是为了有助于吹入气体沿侧墙上是为了有助于吹入气体沿侧墙上升到炉口，减少气体对风枪上部升到炉口，减少气体对风枪上部区域的严重侵蚀。区域的严重侵蚀。l 炉容比为炉容比为10.7m3/tl 炉膛的内形由圆台体的炉帽部分、炉体中部的圆柱体和炉膛的内形由圆台体的炉帽部分、炉体中部的圆柱体和下部的倒置圆台体所组成。下部的倒置圆台体所组成。l AOD精炼效果精炼效果 气体。气体含量明显地低于电弧炉返回吹氧法冶炼的产气体。气体含量明显地低于电弧炉返回吹氧法冶炼的产品。由于氢的降低，不锈钢针孔缺陷明显减少；品。由于氢的降低，不锈钢针孔缺陷明显减少；夹杂。基本消除了大颗粒夹杂，细小夹杂也比电炉所炼夹杂。基本消除了大颗粒夹杂，细小夹杂也比电炉所炼的同钢种要低。夹杂物主要是由钙硅酸盐组成，其颗粒细的同钢种要低。夹杂物主要是由钙硅酸盐组成，其颗粒细小，分布均匀；小，分布均匀；脱硫。还原阶段，具有极为优越的脱硫条件。对于超低脱硫。还原阶段，具有极为优越的脱硫条件。对于超低硫的钢种，采用双渣法，可将钢中的硫脱到硫的钢种，采用双渣法，可将钢中的硫脱到1010-6以下；以下；有害微量元素的去除。能够有效地去除诸如铅、铋、锑、有害微量元素的去除。能够有效地去除诸如铅、铋、锑、锡等有害的微量元素，一般都在锡等有害的微量元素，一般都在1010-6以下。以下。9.3.6 喷粉及特殊材料添加喷粉及特殊材料添加l WF(喂线法喂线法)喂线技术是将合金芯线通过喂线机，用每分钟喂线技术是将合金芯线通过喂线机，用每分钟80300m速度插入钢液中，以达到脱氧、脱硫、合金微调和控制速度插入钢液中，以达到脱氧、脱硫、合金微调和控制夹杂物形态的目的。夹杂物形态的目的。