钢铁冶金学教程

工艺原理： 工艺原理：
（1）将真空室下部的吸嘴插入钢液内，真空室抽成真空后， ）将真空室下部的吸嘴插入钢液内，真空室抽成真空后， 钢液沿吸嘴上升到真空室内脱气。 钢液沿吸嘴上升到真空室内脱气。 真空室内压力： 真空室内压力：13.3～66Pa(0.1～0.5mmHg)， ～ ～ ， 提升的钢液高度： l.48m。 提升的钢液高度： 。 （2）当钢包下降或真空室相对提升时，脱气后的钢液重新返 ）当钢包下降或真空室相对提升时， 回到钢包内。当钢包上升或真空室下降时， 回到钢包内。当钢包上升或真空室下降时，又有一批新的钢液进入 真空室进行脱气。这样，钢液一次一次地进入真空室， 真空室进行脱气。这样，钢液一次一次地进入真空室，直到处理结 束为止。 束为止。
1 Θ 2
, ω[ H ]% =
1 N 2 → [N ] 2
KN = f[ N ]ω[ N ]% ( PN2 / P )
1 Θ 2
− 564 lg K N = − 1.095 T
, ω[ N ]% =
K N ( PN2 / P ) f[ N ]
1 Θ 2
1 钢包脱气法 内容提要
过程: 过程
（1）气体从钢液中逸出全靠真空室的负压作用 ） （2）伴随气体逸出，钢液产生沸腾，起到气体搅拌的作用， ） 其间可用加铝或调节真空室压力的方法控制带气相的反应。
炉外精炼的内容
脱氧； 脱氧； 脱硫； 脱硫； 脱气； 脱气； 去除夹杂和夹杂物变性处理； 去除夹杂和夹杂物变性处理； 合金化; 合金化 调整钢液成分及温度。 调整钢液成分及温度。
手段：渣洗、真空、搅拌、喷吹、加热， 手段：渣洗、真空、搅拌、喷吹、加热，过滤等
广泛使 用并得 到公认 的是LF 的是 和 RH 法
2 钢液的滴流脱气精炼 内容提要
冶金效果: 冶金效果 真空滴流精炼效果要比钢包真空精炼法好得多。
脱除成分 镇静钢的脱 除量，% 未脱氧钢的 脱除量，%
[O] 30 60
[H] 60 80
Hale Waihona Puke [N] 4 20～25非金属夹杂物的含量也相应降低50～ ％ 非金属夹杂物的含量也相应降低 ～70％
2 钢液的滴流脱气精炼 内容提要
采用真空和未用加热手段精炼钢液的方法
1．以脱气为主的精炼方法 ．
(1)钢包除气法(西德和苏联首先使用)。 (2)倒包处理法(现已被淘汰)，如BV法(1952年西德使 用)。 (3)出钢过程脱气法(TD法，1962年西德使用)。 (4)真空浇注法(苏联首先使用)。 (5)真空吹氩法(Finkl或Gazid法，1953～1963午法 国、 英国使用)。 (6)提升脱气法(DH法，1956年西德使用)。 (7)真空循环脱气法(RH法，1958年西德使用)。
操作指标：
真空室内的压力:666～2.66×104Pa(5～200mmHg) 真空室内的压力 ～ × ～ 处理时间:12～ 分钟 决定于钢液温度 分钟。 决定于钢液温度) 处理时间 ～15分钟。(决定于钢液温度
问题与不足： 问题与不足：
脱气效果不大显著，特别是吨位较大的钢包， 脱气效果不大显著，特别是吨位较大的钢包，因受钢液静 压力的影响，包底层的气体不易逸出。 压力的影响，包底层的气体不易逸出。
2 钢液的滴流脱气精炼 内容提要
目前主要采用: 目前主要采用
（1）倒包法 （2）真空浇注法 （3）出钢过程脱气法。
2 钢液的滴流脱气精炼 内容提要
基本原理：
将钢液流股注入真空室，由于压力急剧降低， 将钢液流股注入真空室，由于压力急剧降低，使流股松散膨 并散开成一定角度以滴状降落，脱气表面积增大， 胀，并散开成一定角度以滴状降落，脱气表面积增大，有利于气 体的逸出。 体的逸出。
3 真空提升脱气法(DH法 内真空提升脱气法 法) 容提要
设备组成： 设备组成：
原西德Dortmund Hörder冶金联合公司于 冶金联合公司于1956年首先提出 。 原西德 冶金联合公司于 年首先提出 真空室 提升机构 加热装置 合金加入装置 抽气系统
3 真空提升脱气法(DH法 内真空提升脱气法 法) 容提要
1 钢包脱气法 内容提要
原理: 先将钢包放入真空室内，盖上真空室盖后抽真空脱气。 原理 先将钢包放入真空室内，盖上真空室盖后抽真空脱气。
1 H 2 → [H ] 2
KH = f[ H ]ω[ H ]% ( PH 2 / P )
1 Θ 2
lg K H
− 1670 = − 1.68 T
K H ( PH 2 / P ) f[ H ]
3 真空提升脱气法(DH法 内真空提升脱气法 法) 容提要
优点： 优点
（1）较小的真空室处理大吨位的钢液。 （2）可以用石墨电极、重油和煤气对真空室进行烘烤和加 热，因此钢液温降较小。 （3）可以用来生产含[C]0.002％的低碳钢。 （4）处理过程中可以加合金，合金元素的收得率高。
缺点： 缺点
（1）提升脱气法的设备较复杂，操作费用和投资费用较高。 （2）适用于大容量的冶炼设备。
炉外精炼发展历程
20世纪30－40年代，合成渣洗、真空模铸； 20世纪30－40年代，合成渣洗、真空模铸； 世纪30 年代 50年代 大功率蒸汽喷射泵技术的突破， 年代， 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) (DH)及循环脱气法(RH)； 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， 年代， 60－70年代，高质量钢种的要求，产生了各种精 炼方法； 炼方法； 80－90年代 连铸的发展， 年代， 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； 及炼钢炉与连铸的衔接； 21世纪 更高节奏及超级钢的生产。 世纪， 21世纪，更高节奏及超级钢的生产。
(1)钢包精炼法(ASEA—SKF法，1965年瑞典使用)。 (2)真空电弧加热精炼法(VAD法，1967年美国使用)。 (3)埋弧加热桶炉法(LF法，1971年日本使用)。
炉外精炼方法 内容提要
◆ 钢包脱气法 ◆ 钢液的滴流脱气精炼 真空提升脱气法(DH法 ◆ 真空提升脱气法 法) ◆ 循环脱气法 法) 循环脱气法(RH法 钢包真空精炼法(ASEA—SKF法 ◆ 钢包真空精炼法(ASEA—SKF法) 电弧加热钢包脱气法(FINKL—VAD法) 法 ◆ 电弧加热钢包脱气法 钢包炉精炼法(LF炉精炼法 炉精炼法) ◆ 钢包炉精炼法 炉精炼法 真空吹氧脱碳法(VOD法) ◆ 真空吹氧脱碳法 法 氩氧精炼炉(AOD)法和水蒸汽 氧气混合精炼 法和水蒸汽-氧气混合精炼 法和水蒸汽 氧气混合精炼(CLU)法 法 ◆ 氩氧精炼炉 喷射冶金(喷粉精炼 喷粉精炼) ◆ 喷射冶金 喷粉精炼
存在主要问题
（1）钢液温降严重，为了保证充分脱气与合适的浇注温度， 钢液温降严重，为了保证充分脱气与合适的浇注温度， 钢液需过热100℃左右。 100℃左右 钢液需过热100℃左右。 生产能力较大的炼钢车间， （2）生产能力较大的炼钢车间，完全采用这种方法有很大困 这种方法主要适用于生产大锻件的机械制造厂。 难，这种方法主要适用于生产大锻件的机械制造厂。
3 真空提升脱气法(DH法 内真空提升脱气法 法) 容提要
工艺参数： 工艺参数
（4）处理的时间 ） 一般提升的钢液要在真空室内停留6～7s。同样在排除钢液时也 要在最低位置停留5s左右，以使钢液完全返回钢包内。 （5）升降速度 ） 钢液上升速度增大，还有利于钢液喷溅，增加脱气表面积，下 降速度增大，有利于钢包内钢液均匀混合。0.05m/s→0.2m/s （6）升降行程 ） 提升行程取决于处理容量、钢水吸入量及真空室和钢包 的直径，也与升降装置等有关。 镇静钢：真空室内熔池深度不超过0.45m 沸腾钢：不超过0.6m
3 真空提升脱气法(DH法 内真空提升脱气法 法) 容提要
工艺参数： 工艺参数
（3）循环因数 ） 在处理过程中进入真空室的钢液量与钢包内钢液量之比。 用 µ表示，计算公式如下：
n⋅q µ= Q
式中 µ——循环因数； n——升降次数； q——吸入钢液量，t； Q ——钢包内钢液量，t。 说明： 说明： （1）循环因数的选择应根据处理钢种、钢液中原始含气量以及处理时的真空 度而定。 （2）对于中、高碳钢，循环因数为3时，钢中气体含量才能达到要求。 （3）在实际生产中，循环因数是按提升次数来控制的。
优点： 优点：
（1）实际上出钢温度比通常不处理的钢液过热 ～0℃; ）实际上出钢温度比通常不处理的钢液过热20～ ℃ （2）使用的钢包容积应比一般用的容量稍大，以保证钢液上有较 ）使用的钢包容积应比一般用的容量稍大， 大的反应空间; 大的反应空间 （3）中间包的容积约为出钢量的l／50。 ）中间包的容积约为出钢量的 ／ 。
3 真空提升脱气法(DH法 内真空提升脱气法 法) 容提要
工艺参数： 工艺参数
(1) 钢液吸入量 每次升降时吸入到真空室内的钢液量。它取决于钢包的容量， 一般为钢包内钢液的10～15％。 2） （2）升降次数 (d − β ) 1 n= ⋅ lg n 处理过程中钢液分批进入真空室的次数： lg (1 − a ) ( d − β )
2 钢液的滴流脱气精炼 内容提要
冶金效果比较:
钢种 30CrM nSiA 30CrM nSiNiA 30CrM nSiNiA 真空精炼 方法 钢包处 理法 真空钢包 吹氩法 真空滴 流法 真空度，帕 (毫米汞柱) 266 665 266～665 (2～5) 400～800 (3～6) 540～1200 (4～9) 温度损 失，℃ 35～45 50～60 90～104 脱气程 度，% 20～40 40～50 56～67 ～
刘中清 四川大学冶金工程学科组
301qzl@
内容提要
炉外精炼方法分类
炉外精炼方法
炉外精炼的产生
定义: 把一般炼钢炉(转炉 平炉或电炉） 转炉、 定义 把一般炼钢炉 转炉、平炉或电炉）中完 成的部分精炼任务，移到炉外的“钢包” 成的部分精炼任务，移到炉外的“钢包”或专 用容器中进行。 用容器中进行。 半世纪以来迅速发展的钢铁冶金重要技术； 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； 提高生产率的需要； 提高钢质量的需要； 提高钢质量的需要； 满足不同钢种的特殊要求； 满足不同钢种的特殊要求；