炉外精炼工艺及设备

炉外精炼工艺及设备

摘要：随着现代科学技术的发展和工农业对钢材产品质量要求的提高，钢厂普遍采用了炉外精炼工艺流程。铁水预处理环节和初炼炉环节相对更加偏重经济性，并且冶炼目标相对单一，而最终钢铁产品的多样性、对钢水成分和洁净度的差异性要求就主要依靠炉外精炼环节加以实现。

关键词：炉外；工艺；热处理

正文：炉外精炼的工艺操作、工艺装备呈现出多样性。当前钢铁生产企业根据棒线材、特钢、薄板、中厚板、不锈钢等不同的最终产品定位，主要配备了LF、VD、LATS、RH、AOD、VOD、IR 喷粉、喂丝等精炼设备，有些企业还配备了如ASEA-SKF、VAD、真空浇注等设备。这些精炼设备可以单独使用，也可以顺序配合或组合使用，精炼顺序的不同也会造成不同的冶炼效果。如何依据最终冶炼目标要求，同时还要考虑到精炼设备作为连接冶炼工序与连铸工序的中间环节，对炉机配合的作用，而选择合适的精炼设备，对于整个钢铁冶炼流程的经济性与合理性有着非常重要的意义。

各种炉外精炼方法的工艺各异，共同特点是：(1)有一个理想的精炼气氛，如真空、惰性气体或还原性气体。(2)采用电磁力、吹惰性气体搅拌钢水。(3)为补偿精炼过程中的钢水温降损失，采用电弧、等离子、化学法等加热方法。

炉外精炼主要是在钢包内完成的。总的来说，有以下冶金作用：

—钢水温度和成分均匀化。

—微调成分使成品钢的化学成分范围非常窄。

—把钢中硫含量降到非常低(如S<0.005％)。

—降低钢中的氢氮含量(如H<2ppm)。

—改变钢中夹杂物形态和组成。

—去除有害元素。

—调整温度。

钢包精炼方法不同，采用的工艺操作也不相同，所达到的冶金效果也不一样。要结合生产的钢种、产品质量来选择合适的炉外精炼方法。

炉外精炼的目的是：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。钢水炉外精炼是为适应钢的品种质量的提高，生产新钢种以及生产过程合

理化，为连铸对钢水成分、温度、纯净度和时间等衔接的严格要求，不可缺少的工序，成为现代炼钢、连铸生产中的重要环节。

为了创造最佳的冶金反应条件，到目前为止，炉外精炼的基本手段有搅拌、渣洗、加热、真空、喷吹等5种。实际生产中可根据不同的目的选用一种或几种手段组合的炉外精炼技术来完成所要求的精炼任务。

炉外精炼的方法炉外精炼的方法很多，有L F、A SEA —SKF、VD、VOD、VAD、AOD、VCR、CA S、AN S、VCP、DH、HK、RD、EA F—LRF、TN、SL、W F、A P 等。选择哪种精炼方法，取决于工厂的条件及质量要求以确定相应的工艺流程。选择的炉型和方法不同，采用的工艺操作也不同，获得的冶金效果也不一样。如冶炼不锈钢可采用电炉—AOD 炉—连铸工艺，冶炼轴承钢采用电炉—钢包炉(L F、SKF ) —连铸工艺，其目的是满足高合金比和产品质量的要求。生产超低碳钢(C<011% ) 或超低硫钢(S< 01005% ) 时，采用炉—RH—连铸工艺(或转炉—RH + K IP—连铸工艺)，通过L F 炉与真空处理并用，可得到优质钢水，高质量的铸坯。

搅拌工艺是在钢包中用喷射气体和搅动进行搅拌及清洗，其目的使整个钢包温度和成分混合均匀，以加速金属与熔渣之间的反应。在搅拌过程中，铝、碳、锰含量调整到规定的范围内，其搅拌方法又分两种：脉动搅拌和气动搅拌。

喷粉用喷枪和惰性气体为载体喷入粉剂，能有效地脱氧、脱磷、脱硫、去除夹杂物，改变夹杂物及夹杂物变性，使钢中硫化物转变成不变形的球体状钙铝酸盐化合物，消除晶间片状析出物，使氧化物夹杂物聚集上浮，钢的组织各向异性得到改善，并且调整了钢液成分，控制了钢水温度和合金化，喂丝(或喂线)。喂丝有钢包中喂丝和结晶器喂丝，其中以结晶器喂丝较先进，喂丝的目的是调整钢液成分。选择何种丝，应根据冶炼钢种和钢液成分而定。

由RH →RH—OB →RH—KTB →RH—PB →RH—KPB 工艺技术，其中比较成熟的广泛采用的是RH、RH—OB 和RH—KTB工艺。它的作用是去H、O、脱碳(生产含碳量小于0101% 的超低碳钢) ，有利于非金属夹杂物和合金的析出。它可分为钢水流脱气、钢水包脱气及循环脱气三种。

再加热处理：由VAD (真空电弧脱气炉) →L F (钢包精炼炉) →VD (真空脱气炉) →VCD (真空碳脱氧炉) →VOD (真空吹氧脱碳炉) →VCP(真空循环脱气炉) →AOD (氩氧精炼炉) →VCR (精炼炉) 等。这七种工艺方法各有千秋。VCP 炉和VD 炉一样，可进行真空脱碳、脱氧；VAD 炉它是在RH和DH 装置中增加加热和脱硫功能。其优点:可精确控

制温度和成分，在铸机发生故障时，可使整个钢包在较长的时间里保持高温。

针对中厚板的产品要求及前后工序的生产工艺流程，当前钢铁企业的精炼生产工艺有以下特点：1）、中厚板的初炼炉可以采用电炉也可以用转炉生产，不同的初炼工艺会带来精炼工艺的不同。采用电炉做为初炼炉时，考虑到最终产品的洁净度要求，一般应考虑配加海绵铁或热装铁水，以减少废钢中杂质元素的富集。2）、脱[P]：采用电炉炼钢法生产时，由于相对容易控制温度，可以在1500℃以下维持较长的时间，调整炉渣的碱度以便于脱磷；采用转炉作为初炼炉生产，则一定要注意调整渣料，使造渣料能够在转炉冶炼的前期低温阶段迅速成渣，达到较好的脱[P]效果。后期精炼工序只是要注意转炉带渣量和加入的合金质量，不要在精炼工序增[P]。3）、脱[S]及去夹杂：LF 炉造白渣工艺具备很好的脱[S]效果，中厚板一般都配备LF 装置。一般应维持白渣精炼时间10min 以上，并保证软吹时间10min 以上。一般应控制[S]在30-70ppm，T[O]在20ppm 以下，夹杂物评级在0—1.0 级。对于配备VD的钢厂，还可利用VD 的深脱硫及深搅拌进一步提高产品质量。对于硫含量要求极为严格的钢种，如[S]≤10ppm，应考虑采用喷粉处理的方法精炼脱硫。4）、气体及其它元素：对于电炉钢生产工艺而言，废钢带来的Ni、Pb、Cu、Cr 等杂质元素很难去除，只能通过控制原料加以解决。对于钢中[H]、[N]元素，高质量的中厚板应配备VD 或RH 装置，在66.7Pa 的真空度下维持10min 以上的脱气时间，保证最终产品[H]≤2ppm、[N]≤50ppm。中厚板一般要求有一定的碳当量，即保证钢板强度，所以一般不宜在RH 工序脱碳。5）、炉机匹配：中厚板一般通过中厚板轧机生产，产能约150-250 万吨/年。国内多采用150-180 t 转炉或多座100 吨级的初炼炉进行生产，连铸周期约在50min 左右。在这种情况下，LF 炉冶炼周期35-40min 和RH 装置在不考虑脱碳时冶炼周期30-40min 基本可以满足要求，而VD 处理周期一般为40-50min，匹配较为困难，如要充分发挥生产线能力，应考虑配备多套精炼装置。

结论

(1)炉外精炼工艺技术已成为现代炼钢工艺中一个不可缺少的重要环节。

(2)喷粉和喂丝有效地脱氧、脱硫、脱碳和合金化，改变夹杂物，使夹杂物变性，调整

钢液成分和温度，从而净化钢液，提高铸坯质量。

参考文献

1. 李晓兰，炉外精炼工艺及其发展《邯钢科技》，1997.3。

2、孙本荣，王有铭，陈瑛。中厚钢板生产北京：治金工业1993