炉外精炼工艺

1-电极；2-合金料斗；3-透气砖；4LF炉精炼原理 滑动水口 1-电极；2-合金料斗；3-透气砖；4滑动水口
常规 LF炉工艺操作
电炉EBT出钢，出钢过程加合金、加渣料(石灰、 萤石等2%)，底吹氩、通电升温、化渣，10分钟 取样分析，加渣料(1％)，测温取样，加合金看 脱氧，准备出钢。
一般30－50分钟，电耗50－80kwh/t；
VD工艺
以轴承钢冶炼为例
冶炼工艺：UHP＋LF+VD（或RH）+CC： LF出钢后，扒渣（倒渣）2/3，渣层厚度应保
持40－70mm，扒渣时间<3min。 扒渣完毕 LF 钢包入 VD 处理工位，接通氩气， 调节流量 50 － 80NL/min ，同时测温、取样，加 入硅石2 kg/mm，调整炉渣碱度R=1 .2－1 .5。 测温、取样后VD加盖密封，抽真空。 真 空 泵 启 动 期 间 ， 调 整 氩 气 流 量 保 持 30 － 40NL/min。
VOD 工艺
以冶炼超低碳不锈钢为例
初炼炉将碳控制在0.2－0.5％，P<0.03%以下； 钢液温度为1630℃；
初炼炉除渣后，将VOD钢包吊入真空室，接底吹氩，开始 抽真空，此时温度1550-1580℃;
当真空度达到13－20kpa时，开始吹氧脱碳；
碳含量降低的同时，提高真空度，保铬不氧化；
1 炉外精炼的产生
半世纪以来迅速发展的钢铁冶金重要技术；
提高生产率的需要；
提高钢质量的需要； 满足不同钢种的特殊要求。
炉外精炼发展历程
20世纪30－40年代，合成渣洗、真空模铸 50年代，大功率蒸汽喷射泵技术的突破，发明 了钢包提升脱气法(DH)及循环脱气法(RH) 60－70年代，高质量钢种的要求，产生了各种 精炼方法 80－90年代，连铸的发展，连铸坯对质量的要 求及炼钢炉与连铸的衔接 21世纪，更高节奏及超级钢的生产。
RH真空工艺过程
出钢后，钢包测温取样； 下降真空室，插入深度为150200mm； 起动真空泵，一根插入管输入 驱动气体； 当真空室的压力降到26－ 10kpa后，循环加剧； 钢水上升速度为5m/s、下降速 度为1－2m/s； 气泡在钢液中将气体及夹杂带 出。
RH的发展
-OB (Oxygen Blowing)，真空室下部吹氧 -KTB (Kawasaki Top Blowing) 日本川崎，顶吹氧 -PB(Powder Blowing)，真空室下部喷粉脱P、S。
真空处理
脱气的主要方法 提高真空度可将钢中C、H、O降低； 日本真空技术，真空度到1 torr； C<10ppm,H<1ppm,O<5ppm 中国真空技术，真空度到3 torr； C<20ppm,H<2ppm，O<15ppm。 新开发了脱硫功能：KTB 代表性装置：RH、VD、VOD。
炉外精炼的内容
脱氧、脱硫 去气、去除夹杂 调整钢液成分及温度
2 炉外精炼的手段
渣洗 真空 搅拌 喷吹 最简单的精炼手段； 目前应用的高质量钢的精炼手段； 最基本的精炼手段； 将反应剂直接加入熔体的手段；
调温 加热是调节温度的一项常用手段。
合成渣洗
根据要求将各种渣料配置成满足某种冶金功能 的合成炉渣； 通过在专门的炼渣炉中熔炼，出钢时钢液与炉 渣混合，实现脱硫及脱氧去夹杂功能； 不能去除钢中气体； 必须将原炉渣去除； 同炉渣洗、异炉渣洗。
现代转炉、电炉与连铸联系的纽带。
3.2 AOD 炉
目的： 主要是冶炼高质量的不锈钢(C<20ppm,S,P<50ppm) 使用更廉价的原料(采用高碳铬代低碳铬)； 使用情况：60－70％的不锈钢产量； 我国太钢有国内第一台AOD; 不锈钢的冶炼方法 电炉；电炉或转炉＋AOD；电炉或转炉＋VOD.
国内RH设备主要依靠进口。
RH工艺特点
①反应速度快，表观脱碳速度常数kC可达到 3.5min-1。 处理周期短，生产效率高，常与转炉配套使用。 ②反应效率高，钢水直接在真空室内进行反应，可 生 产 H≤0.5×10-6 ， N≤25×10-6 ， C≤10×10-6 的 超纯净钢。 ③可进行吹氧脱碳和二次燃烧进行热补偿，减少处 理温降； ④可进行喷粉脱硫，生产[S]≤5×10-6的超低硫钢。
3.1 LF炉
最常用的精炼方法 取代电炉还原期 解决了转炉冶炼优钢问题 具有加热及搅拌功能 脱氧、脱硫、合金化
工艺优点
精炼功能强，适宜生产超 低硫、超低氧钢； 具备电弧加热功能，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， 易于实现窄成分控制，提 高产品的稳定性； 采用渣钢精炼工艺，精 炼成本较低； 设备简单，投资较少。
4 典型精炼设备的功能
冶金效果
典型精炼方法达el)
60年代：[S]+[P]+[N]+[O]+[H]<900ppm； 70年代：[S]+[P]+[N]+[O]+[H]<800ppm；
80年代：[S]+[P]+[N]+[O]+[H]<600ppm；
VD工艺
以轴承钢冶炼为例
真空保持时间：真空启动后，工作压力达到 67 Pa时，保持时间≥15min。 真空保持期间调整氩气流量 70NL/min 左右，并 通过观察孔观察钢水沸腾情况，及时调整，保 持均匀沸腾。 终 脱 氧 后 解 除 真 空 、 开 盖 、 测 温 ， 软 吹 15 － 25min ，氩气流量 70-100NL/min 左右，控制渣 面微动为宜。 软吹结束后，测温、取样，加保温剂出钢，出 钢温度1530－1540℃。
90年代：[S]+[P]+[N]+[O]+[H]<100ppm； 2000年代：[S]+[P]+[N]+[O]+[H]<50ppm。 洁净钢除[S]+[P]+[N]+[O]+[H]五大元素外， 随废钢量的增加。还包括Cu、Zr、Sn、Bi、Pb等 伴生元素。
洁净钢的定义
洁净钢是一个相对概念 某一杂质含量降低到什么水平决定于钢种和产品 用途 不同的年代，对洁净钢有不同的要求 有害元素降低程度决定于装备和工艺现代化水平。 高附加值产品对洁净度的要求是： T[O]要低<20ppm； 夹杂物数量要少；
3.3 VD/VOD炉

VD 的功能仅是真空加搅拌， VOD 是Vacuum and stir and injection oxygen ； VD主要应用于轴承钢脱氧； VOD 主要用于不锈钢冶炼；
VD工艺
以轴承钢冶炼为例
轴承钢最重要的性能指标是疲劳寿命。 影响轴承钢寿命的重要指标是钢中氧含量，钢 中[O]控制在10ppm为好。 最好水平[O] ＝3－5ppm。国内10ppm左右。 控制钢中非金属夹杂物和碳化物级别。 GCr15是最常用轴承钢： %C：0.95-1.05 %Mn: 0.9-1.20 %Si:0.40-0.65 %Cr: 1.30-1.65 S,P<0.020
夹杂物尺寸要小<50μm；夹杂物形态要合适。
洁净钢生产技术
初炼炉低氧钢精炼技术 出钢炉渣改质与预脱硫工艺 出钢挡渣技术与下渣检测 渣洗精炼工艺 夹杂物改性技术 Ca处理技术 超低碳钢冶炼技术 低N钢冶炼技术 夹杂物控制技术 钢水保护技术 无缺陷连铸坯生产工艺 连铸坯表面质量的控制 大型夹杂物的控制
RH工艺参数
处理容量：大炉子比小炉子好(50t以上)； 处理时间：钢包在真空位的停留时间τ； τ＝Tc/Vt Tc允许温降， Vt平均温降℃/min； 循环因数：C＝ω(t/min).t(min)/Q (ton) ω 循环流量、 t脱气时间、 Q处理容量 循环流量ω：主要由上升管与驱动气体流量决定； 真空度：60－100pa； 抽气能力。
喷吹技术
喷吹实现脱碳、脱硫、脱氧、合金化、控制夹 杂物形态； 单一气体喷吹 VOD； 混合气体喷吹 AOD； 粉气流的喷吹 TN； 固体物加入 喂线。
升温工艺
提高生产率的需要； 升温装置： LF加热 CAS化学加热。
3 主要的精炼工艺
LF(Ladle Furnace process)； AOD(Argon-oxygen decaburizition process ); VOD (Vacuum oxygen decrease process) ; RH (Ruhrstahl Heraeus process); CAS-OB( Composition adjustments by sealed argon -oxygen blowing process) ； 喂线 (Insert thread) ； 钢包吹氩搅拌(Ladle argon stirring)； 喷粉( powder injection )。
AOD工艺过程
炉料：废钢、不锈钢返回料、高碳铬铁、高碳镍 铁 吹炼过程温度及氩氧比的控制 分不同温度及碳含量控制吹炼氩氧比: O2：Ar=4:1(3:1)，C下降为0.2%、T＝1680℃； O2：Ar=2:1， C下降为0.1%、T＝1700℃； O2：Ar=1:2， C下降为0.02%、T＝1730℃； O2：Ar=1:3， C下降为0.01%、T＝1750℃；
钢液成分：吹氧前后变化不大；
钢水洁净度：[O]基本不变，可降低
[N]含量。
3.6 喷粉工艺
效果最好投资及使用成本最低也是最不好掌握的 技术；可脱硫、脱磷、合金化、夹杂变性； 工艺参数： 喷枪插入深度；h=H(钢液深)-hc(喷入深)； 喷吹压力：大于钢液、炉渣及大气压； 喷吹时间：喷粉设备及钢液容纳粉剂的能力； 供料速度：设备能力及钢液化学反应速度； 载气能力与粉气比。