炉外精炼 加热
(六)炉外精炼
1、钢水脱氧 Al作脱氧剂：2Al+3[O]= Al2O3，兼有细化晶粒的作用 2、微合金化 通过钢包喂丝的方法来控制合金的加入量 如加B、Ti、Nb、V和Zr（在脱氧后加入） 3、夹杂物形态控制 用填充有CaSi粉的空心铝丝喂入钢水中，使团状的Al2O3变成球状的铝酸钙。 即可脱氧、细化晶粒，又可改善夹杂物的形态。
二、真空处理
真空处理：就是在浇注前或浇注过程中，利用抽真空的办法以降低钢水处理 容器中的气体压力，达到去除钢中气体和非金属夹杂物的目的 。 方法：液面脱气法 、钢流脱气法 、真空提升脱气法（DH法） 、 循环脱气法（RH法） 1、钢液脱气法（钢液真空滴流脱气法） 原理：将钢水注入真空室，由于压力急剧下降，使流股突然膨胀并散 开成一定角度以滴状降落，使脱气表面积大大增加，有利于气体逸出。 方法：倒包法、真空浇注法、出钢过程脱气法 缺点：钢水降温严重 措施：过热100℃
三、钢包精炼
真空脱气法是以提高钢的质量为主要目的发展起来的，钢包精炼法则 是在确保质量的同时，以提高生产效率和降低生产成本为目标发展起来的 . 以代替电炉的还原精炼（脱O、脱S、去夹杂及成分调整）。
钢包真空精炼法（ASEA-SKF） 真空吹氧脱碳法（VOD法） 钢包炉精炼法（LF法） VOD法适合精炼超低碳钢种及特殊钢 冶金反应动力学条件好，可适当补充 加热，防止温度降。
图13-6 VOD法示意图 1-氧枪；2-合金添加孔；3-氩气；4-抽气孔
四、氩氧精炼（氩气脱碳法。AOD法）
该方法是精炼不锈钢的一个有效方法。
1、原理：用Ar作为稀释气体以降低CO的分压， 使钢水中的碳优先氧化，抑制铬的氧化， 以达到脱碳保铬的目的。
2、生产不锈钢的过程： 电炉熔化（Cr、Ni调整） →调整温度1600~1650℃→扒渣脱硫 →出钢水至钢包 →AOD炉精炼（脱C、脱S、调整成分及温度）
LF炉外精炼
LF炉外精炼随着现代科学技术的发展和工农业对钢材质量要求的提高,钢厂普遍采用了炉外精炼工艺流程,它已成为现代炼钢工艺中不可缺少的重要环节。
由于这种技术可以提高炼钢设备的生产能力,改善钢材质量,降低能耗,减少耐材、能源和铁合金消耗,因此,炉外精炼技术已成为当今世界钢铁冶金发展的方向。
对于炉外精炼技术存在的问题及发展方向有必要进行探讨。
随着炼钢技术的不断进步,炉外精炼在现代钢铁生产中已经占有重要地位,传统的生产流程(高炉→炼钢炉(电炉或转炉)→铸锭),已逐步被新的流程(高炉→铁水预处理→炼钢炉→炉外精炼→VD→连铸)所代替。
已成为国内外大型钢铁企业生产的主要工艺流程,尤其在特殊钢领域,精炼和连铸技术发展得日趋成熟。
精炼工序在整个流程中起到至关重要的作用,一方面通过这道工序可以提高钢的纯净度、去除有害夹杂、进行微合金化和夹杂物变性处理；另一方面,精炼又是一个缓冲环节,有利于连铸生产均衡地进行。
炉外精炼技术在生产中的应用目前得到公认并被广泛应用的炉外精炼方法有：LF法、RH法、VOD法。
而石钢采用的是LF炉外精炼。
LF是1971年由日本大同钢公司发明的,用电弧加热,包底吹氩搅拌。
一、LF炉的主体设备包括：1、变压器及二次回路；2、电极、电极提升柱及电极臂；3、炉盖及抽气罩；4、吹氩搅拌系统；5、钢包及钢包运输车；6、渣料、合金加入及称量系统。
二、炉外精炼技术的特点与功能炉外精炼是指在钢包中进行冶炼的过程,是将真空处理、吹氩搅拌、加热控温、喂线喷粉、微合金化等技术以不同形式组合起来,出钢前尽量除去氧化渣,在钢包内重新造还原渣,保持包内还原性气氛。
炉外精炼的目的是降低钢中的P、S、O、H、N、等元素在钢中的含量,以免产生偏析、白点、大颗粒夹杂物,降低钢的抗拉强度、韧性、疲劳强度、抗裂性等性能。
这些工作只有在精炼炉上进行,。
LF炉有如下独特的精炼功能：1、埋弧加热。
LF炉有3根石墨电极，加热时电极插入渣层中进行埋弧加热，因而辐射热小，减少对包衬的损坏，可减少电弧的热辐射损失,提高热效率，终点温度的精确度≤±5℃。
lf炉外精炼工艺流程
lf炉外精炼工艺流程
LF炉外精炼工艺流程是一种钢铁冶炼过程中的重要工艺，它可以有效地去除钢水中的杂质，提高钢水的质量，从而生产出高质量的钢材。
下面我们来详细了解一下LF炉外精炼工艺流程。
钢水从转炉中倒入LF炉中，LF炉是一种垂直放置的圆筒形炉体，内部有一根垂直的钢包，钢水通过钢包进入LF炉内。
在钢水进入LF炉后，首先进行的是钢水的加热，这是为了使钢水达到适宜的温度，便于后续的精炼操作。
接下来是钢水的精炼操作，LF炉外精炼主要是通过氧化还原反应来去除钢水中的杂质。
在精炼过程中，首先加入氧化剂，如氧气、氮气等，使钢水中的杂质被氧化，然后再加入还原剂，如铝、硅等，使氧化后的杂质被还原，从而达到去除杂质的目的。
在精炼过程中，还需要进行钢水的搅拌，这是为了使钢水中的杂质更加均匀地分布在钢水中，便于精炼操作的进行。
搅拌可以通过气体喷吹、机械搅拌等方式进行。
精炼完成后，需要对钢水进行取样检测，以确保钢水的质量符合要求。
如果发现钢水中仍有杂质，需要进行再次精炼，直到钢水的质量符合要求为止。
LF炉外精炼工艺流程是一种重要的钢铁冶炼工艺，它可以有效地去除钢水中的杂质，提高钢水的质量，从而生产出高质量的钢材。
在实际生产中，需要严格按照工艺流程进行操作，确保钢水的质量符合要求。
炉外精炼加热方法能源利用效率分析
ｃ ｅ ｃ ｓｔ ｅ ｈ ｇ ｅ ｔｉ ｈ ｅ ｔｎ ｆｆ ｅ ｏ ｕ ｔｏ ｉｎ ｙ ｉ ｈ ｉ ｈ ｓ ｎ ｔ ｅ ｈ ａｉ ｇ ｏ ｌｃ ｍｂ ｓｉ ｎ，ｉ ｓ１ ５～２ ｔｍｅ ｈ ｎ ｔ ｅｏ ｈ ｒ ．Ｔｈ ｎ ｒ ｙ ｅ－ ｕ ｔｉ ． ｉ ｓｔ ａ ｈ ｔ ｅ ｓ ｅ ｅ ｅ ｇ ｆ ｆｃ ｅ ｃ ｆａ ｃ ｅｅ ｔ ｃ ｈ ａｉ ｇ ｉ ｉｈ ｒｔ ｎ ｔ ｅ ｏ ｅ ｏ ｘｄ ｚｎ ｕｍｉ ｕ ． ｎ ｏ ｄ ｒｔ ａ ｅ ｅ ｅ ｇ ，ｈｅ ｉ ｉｎ ｙ ｏ ｒ ｌ ｃｒ ｅ ｔ ｓｈ ｇ ｅ ｈａ ｈ ｎ ｆｏ ｉ ｉｉ ｇ Ａｌ ｉ ｎ ｎ ｍ Ｉ ｒ ｅ ｏ ｓ ｖ ｎ ｒ ｔ ｙ ｈ ａ ｉ ｇ ｏ ｕ ｌｃ ｍｂ ｓｉｎ， ｏ ｔｏｌｎ ｈｅ ｃ ｒ ｏ ｃ ｎ ｅ ｔ ａ ｄ ｉ ｒ ｖ ｎ ｈ ｏ ｔ ｃ ｍｂ ｓｉｎ ｏ ａｂｏ ｅ ｔｎ ｆｆ ｅ ｏ ｕ ｔｏ ｃ ｎ ｒ ｌｉ ｇ ｔ ａ ｂ ｎ ｏ ｔｎ ｎ ｍｐ ｏ ｉ ｇ ｔ ｅ ｐ ｓ ｏ ｕ ｔｏ ｆ ｃ ｒ ｎ
能 源利 用最好 的是 燃料 燃烧加 热 ， 其能 源利 用效 率是 其 它 两种 方 法的 １５～ ． ２倍 。 电弧加 热 的能 源 利 用 效率稍 高于铝 氧化 加热 的 能源利 用效 率。从 节 约能 源 的 角度 出发 ， 应尽 可 能利 用 燃料 燃 烧加
热补偿 温度 损 失 ， 将铝 氧化加 热作 为调 整 温度 的补充 手段 。
段 宏韬 。 张红 文
（ 首钢 工 学院 ， 京 北 摘
１０４ ） ０ １４
要： 炉外精 炼不 同加 热方 法的能 源利 用效 率能 够 更全 面 地反 映 能 源 的利 用情 况。本 文对
燃料 燃烧 加热 、 电弧 加热 和铝 氧化加 热 三种加 热 方式 的能 源利 用效 率进 行 了分 析 计 算 ， 果表 明 ， 结
1.炉外精炼概述
2 创造良好的冶炼反应的热力学和 动力学条件。
通过各种加热精炼手段补偿精炼过程中的温度 损失，使得需要在高温下的脱硫等反应得以顺利进 行。 炼钢过程中的各种冶金反应，多数是在高温下 进行的多相反应，通常化学反应本身进行较快，而 反应物传递到反应界面和生成物脱离反应界面较慢， 成为限制冶金反应速率的因素。通过搅拌、喷吹等 手段提高浓度梯度，增大反应界面，使各种冶金反 应得以顺利进行。
五 炉外精炼的手段
目前炉外精炼的手段有渣洗、真空、搅拌、喷吹和加热 五种。采用一种或几种不同手段的不同组合，就形成了某 一种精炼方法。 1 渣洗：获得洁净钢液并能适当进行脱氧、脱硫和去除 夹杂物的最简便的精炼手段。它是将事先配好的合成渣倒 入钢包内，借出钢时钢流的冲击作用，使钢液与合成渣混 合，从而完成脱氧、脱硫和去除夹杂等精炼任务。 2 真空：将钢液置于真空室内，由于真空作用使反应向 生成气相方向移动，达到脱气、脱氧、脱碳等目的。 3 搅拌：通过搅拌扩大反应界面，加速反应物质的传递 过程，提高反应速度。分为吹气搅拌和电磁搅拌。 4 加热：调节钢液温度的一项重要手段，使炼钢与连铸 更好地衔接。分为电弧加热法和化学加热法。 5 喷吹：用气体作载体将反应剂加入金属液内的一种手 段。喷吹的冶金功能取决于精炼剂的各类，它能完成不同 程度的脱硫、脱氧、合金化和控制夹杂物形态等精炼任务。
钢水炉外精炼概述
一 炉外精炼的产生原因
1 普通炼钢炉（转炉、电炉）冶炼出来 的钢液难以满足对钢的质量（如钢的纯净度 等）越来越高的要求。 2 为了提高生产率，缩短冶炼时间，把 炼钢的一部分任务移到炉外完成。 3 连铸技术的发展，对钢液的成分、温 度和气体的含量等也提出了严格的要求。
二 炉外精炼的概念
3 炉外精炼在炼钢生产中的重要地 位和作用
LF-20t钢包精炼炉技术参数、主要设备
LF-20t钢包精炼炉 ;配置及技术规格书一、工艺说明LF精炼炉具有常压下电弧加热，包底吹氩气搅拌，包内造还原渣功能。
在LF 炉精炼过程中，使冶金反应的冶金热力学，冶金动力学得以充分发挥，提高精炼效率，提高钢液的纯净度，降低能耗。
LF炉的加热原理与电弧三期操作的还原相同，都是通过电弧加热对液态钢液进行升温或保温。
LF 炉的加热方式及效果：1、埋弧加热，全程保持还原渣；2、保持还原气氛；3、尽量减少热量损失，提高热效率；4、优化导电系统，提高电效率；LF炉变压器额定容量为3500kVA，一次电压33kV，据此估算，升温速度可达3℃/min，LF炉精炼周期为48min （含工艺准备时间）。
LF炉的炉体是钢包，对钢包的形状有特殊要求，直径与深度（D/H）比值，一般为0.9〜1.1锥度4-8°。
电极升降系统，采用三臂结构。
采用此结构的最大优点是可以减小电极心圆直径。
提高耐火材料寿命。
LF炉加热盖，采用管式水冷炉盖，有利于保持钢包内的还原气，有利于精炼。
为了提高易损件的使用寿命，一是从设计下手，优化结构；二是从材质选择，导电块采用铬青铜锻造，使用寿命保证一年以上。
钢包底吹氩气搅拌，钢包径深比D/H=0.9〜1.1。
由此可知相同钢水量在钢包中的钢液深度比电炉要深两倍左右，仅单靠电弧加热的电磁搅拌是远远不够的，会造成钢包中上部钢液和钢渣过热，而包钢液可能冷凝。
吹氩搅拌始终贯穿于整个精炼全过程。
是炼钢工艺的重要环节，氩气系统压力W1.0Mpa,纯度99.99%。
LF型钢包精炼炉是目前世界上使用最为广泛的炉外精炼设备之一。
它具有投资少，设备简单，精炼品种多，质量好等优点。
LF-20t钢包精炼炉具有加热升温，合金成分微调，氩气搅拌，侧温取样，脱硫、去杂质，喂丝等功能。
用于钢水成分微调，升温等。
二、设备结构特点：LF-20t钢包精炼炉总体结构采用钢包车移动方案。
由机械设备和电气设备两个部分组成。
机械部分是由包盖、加热工位桥架及炉盖提升机构，加料斗，电极升降装置，短网，液压站，氩气系统，冷却水系统，压缩空气系统等组成。
炉外精炼知识点
所谓炉外精炼，就是把常规炼钢炉初炼的钢液倒入钢包或专用容器内，进行脱氧、脱硫、脱碳、去气、去除非金属杂物并调整钢液成分及温度，以达到进一步冶炼目的的炼钢工艺。
炉外精炼的任务： 1、降低钢中氧、硫、氢、氮和非金属杂物含量，改变夹杂物形态，以提高钢的纯净度，改善钢的力学性能。
2、深脱碳，满足低碳或超低碳钢的要求。
3、微调合金成分，把合金成分控制在很窄的范围内，并使其分布均匀，尽量降低合金的消耗，提高合金的收得率。
4、调整钢液温度到浇筑所要求的温度范围内，最大限度地减小包内钢液的温度梯度。
5、作为炼钢与连铸的缓冲，提高炼钢车间的整体效率。
炉外精炼设备的功能有：熔池搅拌功能、钢水升温和控温功能、精炼功能、合金化功能、生产调节功能。
炉外精炼法所采用的精炼手段与功能：书上炉外精炼P4 目前合成渣系主要是CaO-Al2O3碱性渣系，化学成分大致为：50%~55%CaO、40%~45% Al2O3、≤5% SiO2、＜1% FeO。
（选择题）保护渣的基本成分是由CaO-SiO2-Al2O3系组成的。
要求渣洗完成的精炼任务决定了渣洗所用的熔渣都是高碱度（R＞2）、低w（FeO），一般w（FeO）＜1%。
搅拌的方法有：气体搅拌、电磁搅拌、机械搅拌和重力引起的搅拌，其中气体搅拌用得最多，电磁搅拌次之。
钢包吹氩的主要作用有：调温、混匀、净化。
炉外精炼过程中，加热的主要方法是电弧加热，以及后来发展起来的化学加热，即所谓的化学热法。
炉外精炼所用的真空只对脱气、碳脱氧、脱碳、去夹杂等反应产生较为明显的影响。
决定脱气效果的是传质系数和比表面积。
13钢液脱氮效果差的原因：1、氮的扩散系数低，而且氮的原子半径较大，所以真空处理时，脱氮速度缓慢。
2、气-钢表面积大部分被钢中表面活性元素硫、氧所吸附，因此氮的扩散速率小，氮在钢中溶解度高。
3、大气含氮78%，钢液易吸氮，钢中氮与合金元素生成氮化物处于溶解状态。
所以钢液脱氮实际效果很差。
lf炉外精炼工艺流程
lf炉外精炼工艺流程
LF炉外精炼工艺流程是指利用LF炉对钢水进行后续处理，从而得到满足特定要求的钢铁产品的过程。
具体工艺流程如下：
1. 将钢水通过振荡浇口进入LF炉内进行加热；
2. 加入脱氧剂和渣剂进行氧化还原反应（如加入铝、硅等脱氧剂，加入石灰、白云石等渣剂）；
3. 运用炉内测温仪器对钢水温度、化学成分等进行实时监测；
4. 通过钢水重量计对钢水的输入输出进行计量，并调节炉内温度、浆料等参数；
5. 在脱除硫、磷、氧化物等杂质的过程中，采用钢中加入硫化钙、磷化合物等精炼剂的方法，达到净化钢水的目的；
6. 完成炼钢过程后，借助LF炉的底吹气体减缓钢液温度下降速度，防止钢水结晶和固化；
7. 最后通过将精炼后的钢水顺利地流出LF炉完成整个精炼过程。
该工艺流程能够有效地提高钢水的纯度，改善物理性能，满足不同应用的要求。
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2 ．4 ．2
化学热法
发热剂主要有两大类，一类是金属发热 剂，如铝、硅、锰等；另一类是合金发 热剂，如Si-Fe 、Si-Al 、Si-Ba-Ca 、 Si-Ca 等。铝、硅是首选的发热剂。发 热剂的加入方式，一般采用：一次加入 或分批加入；连续加入。连续加入方式 优于其他方式。
2 ．4 ．2
2．4．1 电弧加热
常压下电弧加热的精炼方法，如SKF、LF、 VAD等，加热时间应尽量缩短，以减少钢 液二次吸气的时间。应该在耐火材料允 许的情况下，使精炼具有最大的升温速 率。
2．4．1 电弧加热
( ( ( (
精炼炉冶炼过程温度控制的原则是： l ）初期：以造渣为主，宜采用低级电 压，中档电流加热至电弧稳定。 2 ）升温：采用较高电压，较大电流。 3 ）保温：采用低级电压，中小电流。 4 ）降温：停电，吹氩。
( 5 ）燃料燃烧之后的大量烟气（燃烧产 物），使得这种加热方法不便于与其他 精炼手段（特别是真空）配合使用。
2．4．4 电阻加热
利用石墨电阻棒作为发热元件，通以电 流，靠石墨棒的电阻热来加热钢液或精 炼容器的内衬。
2 ．4 ．5
其他加热方法
可以作为加热精炼钢液的其他方法还有直 流电弧加热、电渣加热、感应加热、等离 子弧加热、电子轰击加热等。这些加热方 法在技术上都是成熟的，移植到精炼炉上 并与其他精炼手段相配合，也不会出现难 以克服的困难。但是，这些加热方法将在 不同程度上使设备复杂化，增加投资。
2．4．6 精炼加热工艺的选择
( ( ( (
正确选择精炼加热工艺，应结合工厂的 实际情况，重点考虑以下4 个因素： l ）加热功率 2 ）升温幅度越大，精炼越灵活。 3 ）从降低成本出发，化学加热法的升 温幅度不宜过大。 4 ）对钢水质量的影响，应越小越好。
( 3 ）真空室或钢包炉内衬上不可避免会 粘上一些残钢，当使用氧化性火焰预热 时，这些残钢的表面会被氧化，而在下 一炉精炼时，这些被氧化的残钢就成为 被精炼钢液二次氧化氧的来源之一； ( 4 ）火焰中的水蒸气分压将会高于正常 情况下的水蒸气分压，特别是燃烧含有 碳氢化合物的燃料时，这样将增大被精 炼钢液增氢的可能性；
2 ．4 ．2
化学热法
化学热法的基本原理是：利用氧枪吹入 氧气，与加入钢中的发热剂发生氧化反 应，产生化学热。燃烧热通过辐射、传 导、对流传给钢水，借助氩气搅拌将热 传向钢水深部。
2 ．4 ．2
化学热法
一般在化学加热法中多采用顶吹氧枪， 常见吹氧枪为消耗型，用双层不锈钢管 组成。外衬高铝耐火材料，套管间隙一 般为2～3mm 。外管通以氩气冷却，氩 气量大约占氧量的10 ％左右。氧枪的 烧损速度大约为50mm/次，寿命为20～ 30 次。
选用各种不同加热手段的炉外精炼方法 有：DH、SKF、LF、LFV、VAD、CAS—OB 等。 所用的加热方法主要是电弧加热，此外 还用过电阻加热，以及近年来发展起来 的化学加热，即所谓化学热法。
2．4．1 电弧加热
2．4．1 电弧加热
在钢包盖上有3 个电极孔、添加合金孔、废 气排放孔、取样和测温孔，如果有必要， 还需装设喷枪孔。它由专用的三相变压器 供电。整套供电系统、控制系统、检测和 保护系统，以及燃弧的方式相同于一般的 电弧炉，所不同的是配用的变压器单位容 量(平均每吨被精炼钢液的变压器容量)较 小，二次电压分级较多，电极直径较细， 电流密度大，对电极的质量要求高。
2 ．4 ．2
化学热法
( l ）向钢液中加入足够数量的铝，并保证全 部溶解于钢中，或呈液态浮在钢液面上。加 铝方法可通过喂线，特别是喂薄钢皮包裹的 铝线。 ( 2 ）向钢液吹入足够数量的氧气。 ( 3 ）钢液的搅拌是均匀熔池温度和成分、 促进氧化产物排出必不可少的措施。采用吹 氩搅拌。
2 ．4 ．2
2．4．3 燃烧燃料加热
优点：设备简单，很容易与冶炼车间现 有设备配套使用；投资省、技术成熟容 易被引用和掌握，运行费用也较低。
缺点
( l ）由于燃烧的火焰是氧化性的，而炉外 精炼时总是希望钢液处在还原性气氛下， 这样钢液加热时，必然会使钢液和覆盖在 钢液面上的精炼渣的氧势提高，不利于脱 硫、脱氧这样一些精炼反应的进行； ( 2 ）用氧化性火焰预热真空室或钢包炉时， 会使其内衬耐火材料处于氧化、还原的反 复交替作用下，从而使内衬的寿命降低；
2．4 加热
本次课内容
加热的必要性 加热方法 燃烧燃料加热
电阻加热 电弧加热 化学热法 其他加热方法
精炼加热工艺的选择
加热的必要性
( ( ( ( ( l 2 3 4 5
）钢液从初炼炉到精炼炉过程钢液温降； ）熔化造渣材料和合金材料需要热量； ）真空脱气时的温降和吹氩搅拌时氩气吸热； ）需要保证足够充裕的精炼时间和钢液温度； ）需要保证钢液具有合适的浇注温度。
化学热法
吹氧期间，铝首先被氧化，但是随着喷枪口 周围局部区域中铝的减少，钢中的硅、锰等 其他元素也会被氧化。硅、锰、铁等元素的 氧化物会与钢中剩余的铝进行反应，大多数 氧化物会被还原；未被还原的氧化物一部分 变成了烟尘，另一部分留在渣中。这种加热 方法的氧气利用率很高，几乎全部氧都直接 或间接地与铝作用，通常可较为准确预测钢 中铝含量的控制情况。
化学热法
钢液的铝-氧加热法（AOH ）是化学热法 的一种，它是利用喷枪吹氧使钢中的溶 解铝氧化放出大量的化学热，而使钢液 迅速升温。该法具有许多优点：由于吹 氧时喷枪浸在钢水中，很少产生烟气； 由于氧气全都与钢水直接接触，可以准 确地预测升温结果；对钢包寿命没有影 响；能获得高洁净度的钢水。类似这种 方法还有CAS-OB 和RH-OB 等。
影响冷却速率的因素 钢包的容量；钢液面上熔渣覆盖的情况； 添加材料的种类和数量，搅拌的方法和强 度；以及钢包的结构(包壁的导热性，钢 包是否有盖）和使用前的烘烤温度等等。
无加热手段的炉外情炼装置，精炼过程中 钢液的降温常用以下两种办法来解决。一 是提高出钢温度，另一种是缩短炉外精炼 时间。