冶金工业概论 炉外精炼
第九章 炉外精炼
⑵ LF
LF是当代最主要的炉外精炼设备，以下工艺优点： ①精炼功能强，适宜生产超低硫、超低氧钢； ②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；
③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；
④采用渣钢精炼工艺，精炼成本低；
⑤设备简单，投资较少。
LF的精炼工艺主要有三个部分：
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，电弧加热，待新渣化好与钢液温度合适后，盖上真空盖 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 空脱气后，通过斜槽漏斗加人合金调整钢液成分，最后将钢液加热到合适的温 度，然后将钢包吊出，直接浇注。整个精炼时间一般在1.5~3.0h之间完成。
优点：
⑴ 均匀钢水成分和温度，且控制快速、准确，操作方便； ⑵ 提高合金收得率，且稳定； ⑶ 净化钢液，去除夹杂物，连铸坯质量提高； ⑷ 基建、设备投资少．操作费用低。
⑵ CAS—OB 概念： 在CAS上增设顶吹吹氧枪和加铝九设备，通过溶人钢水内的铝
氧化发热，实现钢水升温，称为CAS—OB工艺。
RH法真空脱气原理
随着技术的进步，随后又开发出了RH-OB、 RH-KTB、 RHPB、 RH-PTB和RH-MFB等。
9.3.4 带有加热装置的炉外精炼
⑴ ASEA-SKF法
ASEA-SKF法是将加热、搅拌、真空等综合在一起的一种炉外精炼法。它是钢 液真空处理进一步发展的结果。
ASEA-SICF法的工艺流程：
① 因为是吹入气体进行精练，设备投资比VOD少2倍以上； ②工艺易掌握，易冶炼超低碳不锈钢； ③钢的质量高，与电炉相比，氢氧含量可分别降低25％～65％和 25％～30%，因是吹氩强搅拌，硫含量很低，可生产不大于 0.001%的超低硫不锈钢。
第九章 炉外精炼
形式： ⑴ 底吹。是通过安装在钢包底部一定位置的透气砖(或 其他形式的喷口)，将氩气吹入钢液。 ⑵ 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。 最常见的有两种：CAS和CAS—OB。 ⑴ CAS 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 称为CAS法，又称SAB法。
RH法真空脱气原理
随着技术的进步，随后又开发出了RH-OB、 RH-KTB、 RH-PB、 RH-PTB和RH-MFB等。
9.3.4 带有加热装置的炉外精炼 ⑴ ASEA-SKF法(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。工 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， 除掉初炼炉渣，加造渣料换新渣，电弧加热，待新渣化好 与钢液温度合适后，盖上真空盖进行真空脱气处理，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 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 炼时间一般在1.5~3.0h之间完成。
9.2 炉外精炼方法分类
具体方法有30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 匀浇铸温度和微调成分等。
9.3 几种常用的炉外精炼方法
9.3.1 渣洗 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。 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 设备和装置。 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。 合成渣为CaO—Al2O3渣系。其熔点低于被渣洗钢液的熔 点，为1400℃以下；具有较好的流性。
炉外精炼基础知识
一、理论基础所谓炉外精炼，就是将在转炉或电炉内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、去除非金属夹杂物和调整钢液成分及温度以达到进一步冶炼目的的炼钢工艺，即将在常规炼钢炉中完成的精炼任务，如去除杂质(包括不需要的元素、气体和夹杂)、调整和均匀成分和温度的任务，部分或全部地移到钢包或其他容器中进行，变一步炼钢法为二步炼钢，即把传统的炼钢过程分为初炼和精炼两步进行。
国外也称之为二次精炼(Secondary Refining)、二次炼钢(Secondary steelmaking)、钢包冶金(Ladle Metallurgy)。
炉外精炼可以完成下列任务：①降低钢中氧、硫、氢、氮和非金属夹杂物含量，改变夹杂物形态，以提高钢的纯净度，改善钢的性能。
②深脱碳，满足低碳或超低碳钢的要求。
③微调合金成分，使其分布均匀，降低合金的消耗，以提高合金收得率。
④调整钢水温度到浇注所要求的范围内，减小包内钢水的温度梯度。
①渣洗：将事先配好(在专门炼渣炉中熔炼)的合成渣倒入钢包内，借出钢时钢流的冲击作用，使钢液与合成渣充分混合，从而完成脱氧、脱硫和去除夹杂等精炼任务。
合成渣洗的主要目的是降低钢中的氧、硫和非金属夹杂物含量，可以把W[O]降到0.002%、W[S]降至0.005%。
1．工艺流程：渣料加入钢包底→挡渣出钢→吹氩、喂线→浇铸2．加入量：控制在0.3~0.5%即可保证一定的脱硫率且不会因合成渣的大量加入而使出钢温降增大，确保浇铸顺利。
3．操作要求：（1）合成渣应预热以充分去除渣中水分；（2）采用挡渣出钢技术，做到少下渣或不下渣；（3）做到红包出钢且钢包干净，无残钢残渣；（4）出钢后进行吹氩处理。
4.合成渣冶金效果：(1)脱硫脱硫反应式：[S]+（CaO）=[O]+（CaS）平衡常数K= [O](CaS)/ [S] (CaO)由于合成渣中有较高的CaO，出钢过程深度脱氧，挡渣出钢，出钢过程吹氩充分搅拌，有利于上式反应的进行，因而有较好的脱硫效果，脱硫率可达20~30%。
冶金概论5炉外精炼
特点：
二次冶金。创造最佳环境，提高效率、解决难 创造最佳条件和效率低的问题；
具备各种类型的搅拌，改善了动力学条件，解 决了优越性不能发挥的问题；
具备浇注功能（钢包炉、容器）省略出钢过程， 解决了已精炼钢水的再污染、工艺安排矛盾的 问题。
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炼钢技术的发展方向
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5.2.3.2 搅拌
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。搅拌方 法：吹气搅拌和电磁搅拌。 通常使用的方法有吹 氩搅拌，可以达到脱气（N、H）、 去除夹杂和脱 氧脱碳的目的。
对反应容器中的钢液进行搅拌，是炉外精炼的最基本、 最重要的手段。它采取某种措施给钢液提供动能，促使 钢液在精炼反应器中对流运动。
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5.2.1对精炼手段的要求
主要要求： 独立性－不是伴随其他冶金过程出现的一种现象 作用时间可控 作用强度可调
还有： 作用的能力重现性好 便于与其他精炼手段配合 操作方便、设备简单、基础投资和运行费用低
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同炉、异炉、混合VSR
⑵真空 脱气、脱C、脱O
RH、DH
⑶搅拌
净化、均匀成分，促进其 他冶金反应
所有精炼方法 （除了渣洗）
⑷加热 调温、保证精炼时间
LF、SKF、CAS-OB、 AOH
⑸喷吹 高效加入反应剂
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精 炼 的 作 用 及 方 法
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目前，大多数的吹氩搅拌均采用透气砖底吹法。
炉外精炼
LF法 9.1 LF法
LF LF LLeabharlann LF炉精炼
原
理
2、LF的精炼操作 LF的精炼操作 将石灰、萤石按不同比例分批加入钢包中， 将石灰、萤石按不同比例分批加入钢包中，加入量为 钢水量的1 2%，造高碱度合成渣脱硫，然后用硅铁粉、 钢水量的1-2%，造高碱度合成渣脱硫，然后用硅铁粉、 硅钙粉和铝粉或炭粉按一定比例混合直接加入钢水面或 采取喷吹的方法加入钢水中形成流动性良好的炉渣。 采取喷吹的方法加入钢水中形成流动性良好的炉渣。
3）可进行吹氧脱碳和二次燃烧进行热补偿，减少处理 可进行吹氧脱碳和二次燃烧进行热补偿， 温降； 温降； 可进行喷粉脱硫，生产[S]≤5 10- 的超低硫钢。 [S]≤5× 4）可进行喷粉脱硫，生产[S]≤5×10-6的超低硫钢。 RH真空工艺过程 2、 RH真空工艺过程 出钢后，钢包测温取样； 1）出钢后，钢包测温取样； 下降真空室，插入深度为150 200mm； 1502）下降真空室，插入深度为150-200mm； 起动真空泵，一根插入管输入驱动气体； 3）起动真空泵，一根插入管输入驱动气体；真空室的 压力降到26 10kpa后 循环加剧； 26－ 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； 5m/s、下降速度为1－2m/s； 气泡在钢液中将气体及夹杂带出。 4）气泡在钢液中将气体及夹杂带出。 如此反复循环3 次后达到脱气要求， 5）如此反复循环3-4次后达到脱气要求，处理时间约 20分钟 分钟。 为20分钟。
VD/VOD炉 9.2 VD/VOD炉
VD 的功能仅是真空加搅拌， 的功能仅是真空加搅拌， VOD 是真空吹氧精炼法； 是真空吹氧精炼法； VD主要应用于轴承钢脱氧； 主要应用于轴承钢脱氧； 主要应用于轴承钢脱氧 VOD 主要用于不锈钢冶炼； 主要用于不锈钢冶炼；
冶金工业炉外精炼(LF)的应用分析
冶金工业炉外精炼(LF)的应用分析山西通才工贸有限公司山西临汾 043409摘要：钢液精炼是钢铁生产过程中的重要环节，因为它可以降低氧化合金的利用率。
这意味着，通过精炼，可以减少废料的产生，同时提高钢材的质量。
在过去，精炼通常在转炉内进行，但是，这种方法存在一些问题，例如回收率不均衡等。
为了解决这些问题，炉外精炼(LF)技术被广泛采用。
这种技术可以显著改善钢液的纯度，从而提高钢材的质量。
除了提高钢材的质量，炉外精炼(LF)技术还可以减少转炉内渣量到5%，这意味着这种技术可以提高炉渣的浮率。
这对于钢铁生产是非常重要的，因为高浮率可以减少废料的产生。
炉外精炼(LF)技术在保证钢材稳定生产方面起着举足轻重的作用。
这种技术可以确保钢铁生产的过程中不会出现问题，从而保证钢材的质量和数量。
关键词：冶金工业炉；外精炼(LF)；应用1冶金工业中炉外精炼(LF)的应用意义炉外精炼技术在冶金行业中的应用越来越广泛，它在钢铁生产过程中扮演着至关重要的角色。
炉外精炼可以改进热力条件，降低气体压力，改善真空现象。
这样，就可以保证炼钢过程中的温度、压力和气氛等因素的稳定性，从而提高冶金反应速度，保证炼钢过程的均匀性。
此外，炉外精炼可以提高渣钢的反应面积，加快反应速度。
在炉外精炼的过程中，通过对渣钢进行预处理和加入适当的精炼剂，可以提高渣钢的反应活性，使其与精炼剂充分混合，从而促进反应的进行，提高反应效率和产量。
炉外精炼装置具有加热功能，可以精确控制反应条件，满足各阶段的供热要求，实现精细的配方调整。
这样，就可以根据不同的生产需求，对炉外精炼装置进行精细的调节和控制，从而实现最佳的生产效果。
总的来说，炉外精炼技术的应用，不仅可以提高钢铁生产的效率和产品质量，而且可以降低能源消耗和环境污染，具有非常重要的经济和社会效益。
因此，在未来的钢铁生产中，炉外精炼技术将会得到更加广泛的应用和推广。
2炉外精炼(LF)简介钢铁生产是工业生产中非常重要的一环。
炉外精炼课件[高级课件]
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1 炉外精炼概述
• 1.1 炉外精炼出现和发展的原因 • 1.1.1传统炼钢存在的问题
1）电炉的还原期钢液吸气严重 电炉的还原期为吸气过程，使钢中气体增加，影响钢的质量。对
于防止大断面合金结构钢和大锻件钢最敏感的缺陷—白点来说，要求 把钢中的氢降低到2.5～3.0ppm以下。
这在电炉冶炼的氧化期，经过激烈而均匀的碳-氧沸腾是完全可 以达到的。但是，紧接着的还原期，却又使钢中的氢回升到5～ 7ppm，而出钢、浇注后则几乎回复到熔清时的水平。
另外，生产低碳高铬不锈钢时，铬的烧损严重、炉体 寿命低等，使得炼钢成本大为提高。
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1 炉外精炼概述
• 5）转炉炼钢法去硫困难
传统的炼钢方法中，转炉炼钢法钢中的气体含量 低，但存在炼钢过程去硫困难，对铁水中的硫等 要求特别严格（常要求铁水进行炉外处理），以 及出钢沉淀脱氧，钢中夹杂物多，使得所炼钢种 受到限制。
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1 炉外精炼概述
• 3）电炉还原期的变压器利用率非常低
电炉的还原期钢液基本上处于保温与调温的状态，因而电 炉的还原过程需要的电功率很低（仅为变压器额定率的 1/3～1/6），而且时间很长（约1/3），使变压器利用率 非常低，而且生产率低、成本高。
尤其超高功率电炉技术的出现，高功率、强化用氧 使废钢迅速熔化、氧化，但钢液的还原仍然要在低功率、 长时间下运行，这大大降低了超高功率电炉的功率利用率， 显然这是不合理的。
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1 炉外精炼概述
• 1.3炉外处理的基本手段 • 炉外精炼的手段包括：搅拌、真空、添加
精炼剂、加热（调温）以及过滤。通过这 几种精炼手段的不同组合，为完成某种精 炼任务创造最佳热力学和动力学条件，构 成功能不同的炉外精炼设备。
炉外精炼或钢包冶金的含义
炉外精炼炉外精炼或钢包冶金的含义:就是按传统工艺，将在常规炼钢炉中完成的精炼任务，如去除杂质，成分和温度的调整和均匀等任务，部分或全部地移到钢包或其他容器中进行。
因此，炉外精炼也称二次精炼或钢包冶金( Secondary Refining /Ladle Metallurgy )。
炉外精炼的目的和手段炉外精炼的目的：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，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。
钢水精炼设备选择的依据钢种的质量要求；连铸机生产对钢水的质量要求；转炉与连铸机生产的作业协调要求。
钢包吹氩搅拌的作用钢包吹氩搅拌是最基本也是最普通的炉外处理工艺。
钢包吹氩搅拌的作用是：均匀钢水温度。
由于包衬吸热和钢包表面散热，包衬周围钢水温度较低，中心区域温度较高，钢包上、下部钢水温度较低，而中间温度较高，这种温度差异导致中间包浇注过程钢水温度前后期低，中期高。
钢包吹氩搅拌促使钢包钢水温度稳定均匀，有利于提高铸坯内部质量，使结晶器内坯壳生长均匀，避免开浇水口冻钢断流。
均匀钢水成分。
出钢是在钢包内加入大量的铁合金，成分不均匀，吹氩搅拌过程中可根据快速分析提供的钢水成分而进行成分微调，以使钢的成分控制范围更窄，以确保钢材性能均匀。
促使夹杂物上浮，搅动的钢水促使了钢种非金属夹杂物碰幢长大，上浮的氩气泡能够吸收钢中的气体，同时粘附悬浮与钢水中的夹杂物并带至钢水表面被渣层所吸收。
生产实践表明，吹氩搅拌后钢水氧含量有明显降低，其降低幅度与脱氧程度有关，一般可降低20%以上，但脱氮效果不明显，并要注意减少增氮。
吹氩搅拌排除的夹杂物数量与钢水液面上覆盖渣层FeO含量有关，渣中的FeO含量越低，吹氩搅拌夹杂物排除的量越多。
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均末匀状并C加、经入S济渣i、中。M,与n等渣脱中氧（元Fe素O以）粉、
（MnO）、（Fe2O3）及[O]在钢 渣界面进行反应,使[O]降低，脱氧 产物直接溶于渣中,不污染钢液；
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②脱 硫
目 的: S在钢中产生”热
脆”并降低钢的抗腐 蚀性、延展性和韧性； 原 理: （FeS）+（CaO）=
炉事 盖故 提搅 升拌 装装 置置
测 温 取 样 装 置
加喂 料丝 系装 统置
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⑦喂丝装置
目 的：
借助喂丝机将易氧化、易 挥发合金制成包芯线输入钢液， 达到脱氧、脱S等目的；
喂丝设备：
松卷装置、喂丝器、导向 系统构成；
喂丝操作：
Al 丝 在 成 分 调 整 时 喂 入 ， Si、Ca-Si丝在LF处理后喂入。 喂丝时弱吹Ar搅拌，可自动设 定也可手动。
• ③为补偿精炼过程的钢水温度损失，采用 加热设施有电弧加热、等离子加热或增加 钢水中的化学热等。
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二.RH、LF及VD法简介
RH 法 LF 法 VD 法
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1）RH的功能与特点
以小部分钢水进入真空环境，经受真 空处理，在不同程度上增大了钢—气接触 面积，提高了精炼脱气效果。 特 点： ①脱气效果好； ②适用于大量的钢液处理； ③处理过程温降小； ④脱C能力强，适用于低碳钢的生产
1965年，德国又研制成真空吹氧脱碳法即 VOD法；1968年，美国研制成氩—氧精炼炉即 AOD法。70年代初，日本研制成具有电弧加热、 氩气搅拌功能的钢包精炼炉即LF炉。
5
日本山阳钢厂对不同氧含量的轴承钢进行疲 劳试验证明，当钢中[O]由30ppm降到15ppm 时，轴承钢的疲劳寿命增加5倍；降到10ppm， 则提高15倍；降到5ppm，可提高30倍。
思考 碱性电炉冶炼中，占用冶炼 时间一半，电耗到2/3的是那个 阶段，这个阶段分为几个过程？
1
主要内容
一.概 述 二.RH、LF及VD法简介
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1.炉外精炼的概念及目的
概念：
炉外精炼就是将转炉（或电炉）中初炼的钢 水移到另一反应器中进行精炼的过程，也称二次 精炼。
目的：
把传统的炼钢方法分为两步，即初炼+精炼。 初炼—在氧化性气氛下进行炉料的熔化、脱P、 脱C和合金化。精炼—在真空、惰性气体或可控 气氛的条件下进行深脱C、去气、脱氧、去夹杂 物和夹杂物变性处理，调整成分，控制钢水温度 等，从而优化工艺和产品结构、开发高附加值产 品、节能降耗、降低成本增加经济效益。
3
发展
早期的炉外处理设备是钢包脱气，其目的在 于减少钢中的[H]和[O]，由于钢包脱气法的使 用，使轴承钢的寿命大为增加。
德国于1956年发明了真空提升脱气法即DH法， 莱茵钢铁冶金公司和海拉斯公司合作开发了真 空循环脱气法即RH法，解决了传统炼钢方法难 以解决的脱氧、脱氮等问题。
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进入60年代后，为了提高钢水的炉外处理效果， 扩大处理功能，使钢水有均匀的温度和成分，促 使夹杂物上浮，瑞典研制出具有感应搅拌和电弧 加热功能的ASEA—SKF精炼炉。
③脱O:∑[O]0.002~0.005% ④脱碳:对初始[C]有要求,处理15min,
可使[C]＜0.002%; ⑤脱S:效率50~75%; ⑥减少非金属夹杂:改善钢水纯净度; ⑦成分微调:合金元素控制精度为
±0.003~0.010%
13
2.
LF 法
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1) LF概述
LF 是 日 本 大 同 制 钢 公 司 于 1971 年 开 发 ， 特点是将电弧炉炼钢还原期任务移到专用 的钢包内进行。在利用电弧加热钢水的同 时，向钢液内吹入惰性气体（Ar），以实 现在非氧化性气氛下精炼，从而达到钢液 脱硫、脱氧、去气、去夹杂物的效果。经 LF 处 理 的 钢 水 ， 钢 中 [O]10-30ppm 、 [N]20ppm、[H]1.5-2.5ppm。
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3.钢包真空脱气法（VD法）
VD 法
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1) VD概述
20世纪50年代由德国首先应用，用于生产低 碳钢，可严格控制成分和温度。 具有以下功能： ①有效的脱气，减少[H]、[N]； ②脱氧，通过C+[O]=CO去除[O]； ③通过碱性顶渣去[S]； ④通过合金微调及吹Ar控制化学成分和温度； ⑤通过吹Ar使夹杂无聚集上浮。
由此可以看出，保证钢材有高的纯净度是提 高内在质量的重要一环。而炉外精炼就是为了解 决科学技术发展对钢材质量的要求不断提高而提 出来的，没有炉外精炼，就无法保证钢材的高质 量。
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3.炉外精炼方法的共同特点
• ①理想的精炼气氛条件，通常应用真空、 惰性气氛或还原气氛；
• ②搅动钢水，采用电磁力、惰性气体或机 械搅拌的方法；
断地从下降管回到钢包中。如
此循环多次，达到精炼钢液的
目的。
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4) RH的主要功能
功 能:
① 脱 H: 对 完 全 脱 氧 钢 液 脱 氢 效 率 ≮60%,对未完全脱氧钢液,由于CO 反 应 剧 烈 , ＞ 70%. 脱 气 时 间 15~20min,[H]＜2ppm.
② 脱 N:N 易 形 成 N- 化 物 , 脱 氮 效 率 0~10%;
（FeO）+（CaS） 条 件:
高碱度、还原气氛、 高温、大渣量
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③去 夹 杂
来 源：
脱氧产物、浇注及凝固 反应产物，混入熔渣及耐 材；
危 害：
破坏钢的组织连续性；
措 施：
减少外部带入；强化冶 炼；提高耐材质量；出钢 过程强化非金属夹杂排除
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3) LF相关设备
供 电 系 统
钢 包 及 台 车
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2）生产过程模拟
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3）RH过程生产工艺原理
当真空室抽真空后，插入 管插入钢液中，Ar经钢液加热 膨胀，形成向上流动的气泡， 使上升管内的钢液随之上升进 入真空室。气泡在真空室下突 然膨胀，使钢液溅成极细微粒 呈喷泉状，增加了钢液与真 接触面积，使钢液充分脱气。
脱气后的钢液汇集在真空
室底部，在密度差的作用下不
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2) LF工艺原理
①脱 氧
②脱 硫
③去夹杂
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①脱 氧
目 的: 脱氧剂钢中选过择剩:氧与[C]反应产生气
泡脱,将氧造成元凝素固对组织氧不的致亲密;和 力
沉＞淀铁脱对F氧氧e-S的:i 和亲A和l 等力脱；氧 脱剂 与氧钢产中
物[O在]反钢应液,脱中氧的产溶物解上浮度,尽达到可脱能氧 小的 形；目态残的产留.生因钢,产故中物称在的沉钢淀脱液脱氧内氧元部.优以素点沉对:淀脱 钢氧 氧性产速能物度不成快为产,操非生作金坏简属单的夹,杂缺影;点响:部；分脱脱