炉外精炼发展历程
我国炉外精练技术的发展前景和趋势分析
我国炉外精练技术的发展前景和趋势分析我国炉外精炼技术是冶金行业中一项重要的技术，它是指在冶炼过程中，将粗炼钢液通过炉外装置进行再处理，以提高钢液的质量和温度，减少杂质含量，从而得到更加优质的成品钢材。
随着我国工业化进程的加快和环保意识的提高，炉外精炼技术的发展前景和趋势备受关注。
一、炉外精炼技术的发展历程炉外精炼技术起源于20世纪60年代，当时主要应用于日本、美国等发达国家的钢铁企业。
最早的炉外精炼设备是气吹精炼炼钢炉（LD炉），它利用氧气吹入炉内，通过氧气的化学作用来脱除炼钢过程中产生的杂质和非金属夹杂物，提高成品钢的质量。
而后，随着技术的不断进步和创新，我国也开始引进和发展炉外精炼技术，并在80年代成功开发了自己的炉外精炼装置。
目前，我国的炉外精炼技术已经取得了长足的进步，主要体现在以下几个方面：1. 技术水平不断提升。
我国的炉外精炼技术已经从最初的气吹精炼炼钢炉（LD炉）发展到了RH、VOD、Ladle Furnace等多种不同类型的炉外精炼设备，每一种设备都具有自己的特点和优势，可以满足不同钢种的精炼需求。
2. 炉外精炼技术与自动化技术相结合。
随着我国制造业的智能化升级，炉外精炼技术也在不断引入自动化设备和智能控制系统，以提高生产效率和产品质量。
利用先进的传感技术和控制系统，可以实现对炉外精炼过程的精准监测和控制，确保精炼过程的稳定和可控性。
3. 绿色环保技术的应用。
在炉外精炼过程中，会产生大量的废气和废渣，而这些废气和废渣的排放会对环境造成严重的污染。
在炉外精炼技术的发展中，我国也加大了对绿色环保技术的研发和应用力度，致力于减少废物排放，提高资源利用率。
1. 技术持续创新。
随着科技的不断进步和需求的不断增长，炉外精炼技术将会继续进行技术升级和改造，以适应不同类型钢材的精炼要求。
未来，我国的炉外精炼技术有望实现更高效、更节能、更绿色的发展。
2. 非金属夹杂物的去除技术。
随着精细化钢铁品种的增多，我国的炉外精炼技术将更加注重去除非金属夹杂物的工艺研究和应用，以满足高端产品对钢材质量的严格要求。
LF精炼全解析
LF精炼知识1.炉外精炼发展历程♦20世纪30－40年代，合成渣洗、真空模铸。
1933年，法国佩兰（R.Perrin)应用高碱度合成渣，对钢液进行“渣洗脱硫”—现代炉外精练技术的萌芽；♦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)♦1935年H.Schenck 确定大型钢锻件中的白点缺陷是由氢引起的-氢脆。
♦1950年，德国Bochumer Verein (伯施莫尔-威林）真空铸锭。
♦1953年以来，美国的10万千瓦以上的发电厂中，都发现了电机轴或叶片折损的事故。
1954年，钢包真空脱气。
♦1956年，真空循环脱气（DH、RH）。
♦60－70年代，高质量钢种的要求，产生了各种精炼方法♦60、70年代是炉外精炼多种方法分明的繁荣时期♦与60年代起纯净钢生产概念的提出、连铸生产工艺稳定和连铸品种扩大的强烈要求密切相关♦此时，炉外精炼正式形成了真空和非真空两大系列不同功能的系统技术，同时铁水预处理技术也得到迅速发展，它和钢水精炼技术前后呼应，经济分工，形成系统的炉外处理技术体系，使钢铁生产流程的优化重组基本完成。
♦这个时期，还基本奠定了吹氩技术作为各种炉外精炼技术基础的地位和作用。
♦这一时期发展的技术：VOD－VAD、ASEA－SKF、RH－OB、LF、喷射冶金技术（SL、TN、KTS、KIP）、合金包芯线技术、加盖和加浸渍罩的吹氩技术（SAB、CAB、CAS）♦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，RH－KTB、RH－MFP、RH－OB；RH－IJ（真空深脱磷），RH－PB、WPB（真空深脱硫）、V－KIP、SRP脱磷♦21世纪，更高节奏及超级钢的生产。
2.炉外精炼作用和地位♦提高冶金产品质量，扩大钢铁生产品种不可缺少的手段；♦是优化冶金生产工艺流程，进一步提高生产效率、节能强耗、降低生产成本的有力手段。
♦保证炼钢－连铸－连铸坯热送热装和直接轧制高温连接优化的必要工艺手段♦优化重组的钢铁生产工艺流程中独立的，不可替代的生产工序3.LF精炼工艺优点●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。
钢铁冶金学教程
（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
第3章(炉外精炼)PPT课件
2)按精炼的主要用途分类
2）桶炉，VAD（VHD）和LF具 备加热搅拌功能对温度控制灵活, 可去气、脱氧、去除夹杂和合金 化;
3）DH、RH,不同形式的流滴去 气法和真空吹Ar法,可脱除钢中气 体、氧和夹杂,但无加热设备,适 应于普通钢和中低合金钢的真空 脱气处理;
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4）同炉渣洗法主要用于电炉出 钢过程中对钢水脱S、脱O和去除 夹杂。
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。
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第四节 VD法精炼工艺
1) VD概述 2) VD生产模拟 3) VD生产工艺 4) VD相关设备
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4.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；
• 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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第二节 RH法精炼工艺
RH 法
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危 害：
破坏钢的组织连续性， 从而降低钢的性能；
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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4) LF生产工艺
供 电 制 度
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吹
造
氩
渣
制整
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①供电制度
初期低功率供电 造渣;泡沫渣造好后高 功率埋弧精炼;连续加 热10~15min后,停止加 热2~5min,使钢液温度 均匀,加热时间约 30min, 升 温 速 度 为 2-4 ℃ /min
LF精炼
LF精练技术 精练技术
• LF炉(LADLE FURNACE)即钢包精炼炉， 炉 即的炉外精炼设备。 • LF炉一般指钢铁行业中的精炼炉。 实 炉一般指钢铁行业中的精炼炉。 炉一般指钢铁行业中的精炼炉 际就是电弧炉的一种特殊形式。 际就是电弧炉的一种特殊形式。
LF炉主要任务
• • • • • ①脱硫 ②温度调节 ③精确的成分微调 ④改善钢水纯净度 ⑤造渣
LF炉用途
• LF炉是70年代初期出现的新型精炼设备，它具有下列用途： • (1)LF炉与电炉相连，加快了电炉的生产周期并提高电炉钢质量。 • (2)LF炉与LD转炉相连，可以对转炉钢还原精炼，因此能提高钢 质量并可生 • 产出新钢种。 • (3)LF炉能严格调节钢液的成分和温度，对钢的淬透性和特殊钢 的连铸有利。 • (4)LF炉能加热和对钢液保温并能长时间的存放钢液，可以保证 连铸的顺利 • 进行，因此是连铸车间不可缺少的设备。 • (5)LF炉具有保温钢液的性能，可以利用小炉子生产大钢锭，或 将一炉钢液 • 浇铸成数个成分不同的锭子。
LF炉的发展历史 炉的发展历史
• LF钢包精炼炉是由日本大同钢铁公司 率先开发使用的。该公司用LF炉冶炼取代 了电弧炉的还原精炼期，从而减轻了电弧 炉的精炼负担，提高了电弧炉的生产率。 LF炉发展初期仅用于生产高级钢，随着冶 金、连铸及相关控制技术的发展，扩大了 LF炉的应用范围。由于LF炉具有投资少、 用途广、精炼效果好等优点 。
LF的处理效果
• 1. 脱硫率达到50%~70%，可以生产出w（s）≤0.01%的钢。 • 如果处理时间充分，甚至可达到w（s）≤0.005%的水平。 • 2 .可以生产高纯度钢，钢中夹杂物总量可降低50%，大颗粒 夹杂物几乎全部去除；钢中含氧量可达到0.002%~0.003%的 水平。 • 3 .钢水升温速度可以达到4~5℃/min • 4.温度控制精度±（3~5） ℃ • 5.钢水成分控制精度高，可以生产诸如w（c）±0.01%、w （si）±0.02%、w（mn）±0.02%等元素含量范围很窄的钢。
精选炉外精炼工艺
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。
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
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；
V D / VOD
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。
3.5 CAS、CAS－OB精炼工 艺
工艺优点： • 钢液升温和精确控制钢水温度 • 促进夹杂物上浮，提高钢水纯净度 • 精确控制钢液成分，实现窄成分控制 • 均匀钢水成分和温度 • 与喂线配合，可进行夹杂物的变性处理 • 冶炼节奏快，适合转炉的冶炼节奏。
CAS和CAS-OB
O2
CAS－OB的冶炼效果
加热；升温速度5－6℃/min； 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。
炉外精炼-RH
炉外精炼的基本原理：（1）吹氩的基本原理：氩气是一种惰性气体，从钢包底部吹入钢液中，形成大量小气泡，其气泡对钢液中的有害气体来说，相当于一个真空室，使钢中[H][N]进入气泡，使其含量降低，并可进一步除去钢中的[O]，同时，氩气气泡在钢液中上沲而引起钢液强烈搅拌，提供了气相成核和夹杂物颗粒碰撞的机会，有利于气体和夹杂物的排除，并使钢液的温度和成分均匀。
（2）真空脱气的原理：钢中气体的溶解度与金属液上该气体分压的平方根成正比，只要降低该气体的分压力，则溶解在钢液中气体的含量随着降低。
（3）LF炉脱氧和脱硫的原理：炉外精炼的任务：炉外精炼是把由炼钢炉初炼的钢水倒入钢包或专用容器内进一步精炼的一种方法，即把一步炼钢法变为二步炼钢法。
炉外精炼可以完成下列任务：（1）降低钢中的硫、氧、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，改善钢的机械性能；（2）深脱碳，在特定条件下把碳降到极低含量，满足低碳和超低碳钢的要求；（3）微调合金成分，将成分控制在很窄的范围内，并使其分布均匀，降低合金消耗，提高合金元素收得率；将钢水温度调整到浇铸所需要的范围内，减少包内钢水的温度梯度。
RH真空循环脱气法LF具有加热和搅拌功能的钢包精炼法处理过程：用钢包车将钢包送入处理位，使真空室下降或使钢包提升，以便使吸嘴浸入钢包内的钢液以下500mm。
然后启动真空泵。
由于真空室内压力下降，钢包内钢水被吸入真空室中。
由于吸嘴中的一个喷入氩气，另一个没有，钢水便开始反复循环。
这时就可采取各种处理措施，例如脱气、吹氧、化学成分及温度调整等。
处理结束时使系统破真空。
随后退出吸嘴，将钢包送至后处理位置或交接位置。
冶金效果：在短时间就可达到较低的碳(<15ppm)、氢(<1.5ppm)、氧含量(<40ppm)；仅有略微的温度损失；不用采取专门的渣对策；可准确调整化学成分，Al，Si等合金收得率在90～97％。
汽车钢板以及电工钢等是RH钢生产的典型产品。
RH精炼工艺培训教材
RH精炼工艺培训教材2009年04月目录第一章炉外精炼概况 4 1.1、炉外精炼技术的发展历程 4 1.2、国内炉外精炼技术的发展 6 1.3、炉外精炼技术的发展前景 10 1.4、各国主要炉外精炼方法和装备 12 第二章 RH工作原理 13 2.1、RH法工作原理 13 2.2、RH法钢液运动特性 16 2.3、RH法的特征参数 16 第三章 RH生产工艺 19 3.1、真空冶金基础 20 3.2、RH处理目的及功能 22 3.3、RH处理模式 23 3.4、RH脱氢 24 3.5、RH脱碳 27 3.6、RH对[N]的控制 29 3.7、RH轻处理工艺 31 3.8、RH夹杂物去除 31 第四章 RH作业指导 32 4.1、RH温度管理 32 4.2、RH合金化与成分调整 354.3、RH环流气控制 37 4.4、吹氧化学升温计算 38 4.5、强制脱碳吹氧量计算 39第一章炉外精炼概况随着科学技术的发展，对炼钢的生产率、钢的成本、钢的纯净度以及使用性能，都提出了越来越高的要求。
传统的炼钢设备和炼钢工艺难以满足用户越来越高的要求。
20世纪60年代，在世界范围内，传统的炼钢方法发生了根本性的变化，即由原来单一设备初炼及精炼的一步炼钢法，变成由传统炼钢设备初炼，然后在炉外精炼的二步炼钢法。
因此，炉外精炼也称为二次精炼。
炉外精炼技术是指在冶炼炉（转炉，电炉）生产钢水的基础上，以更加经济、有效的方法，改善钢水的物理与化学性能的冶金技术。
它包括：在钢水包中，对钢水的温度、成分、气体、有害元素与夹杂进行进一步的调整、净化，达到洁净、均匀、稳定的目的；在中间包中促进气体与夹杂上浮，稳定全浇铸过程的钢水温度（也称中间包冶金）；在结晶器中去除钢中夹杂，促进形核，均匀结晶。
因此，经济有效的炉外精炼技术，不仅是钢铁产品最终质量保证的最重要的基础，也使生产流程变得时间更短、更能有效衔接匹配，从而更加高效化、紧凑化。
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CAS、CAS－OB精炼工艺
CAS－OB的冶炼效果
• 加热；升温速度5－6℃/min； • 钢液成分：吹氧前后变化不大； • 钢水洁净度：[O]基本不变；
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。
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海淘
பைடு நூலகம்
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的冶金效果
• • • • 脱H： 2ppm以下； 脱O： 10ppm以下； 去N：40ppm以下；真空对脱氮效果一般； 经济效益好，附加值高；
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。
• 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。
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℃；
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；
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； • 当碳合格时，停止吹氧，加大真空到100Pa以下，并加 大搅拌，进一步脱碳，钢液温度达到1670－1750℃； • 加合金、微调成分、加铝、吹氩搅拌几分钟后，破真空 浇铸。
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。
调温
• 提高生产率的需要； • LF加热； • CAS化学加热。
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炉
目的： • 主要是冶炼高质量的不锈钢(S，P<50ppm)； • 使用更廉价的原料(采用高碳铬代低碳铬)； • 超低碳不锈钢(C<20ppm)。 • 使用情况：60－70％的不锈钢产量； • 我国太钢第一台AOD。
不锈钢的冶炼方法
• 电炉； • 电炉或转炉＋AOD； • 电炉或转炉＋VOD；
典型精炼设备的功能
冶金效果
典型精炼方法达到的洁净度
LF炉
• • • • 最常用的精炼方法； 取代电炉还原期； 具有加热及搅拌功能； 脱氧、脱硫、合金化；
LF 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； • 现代转炉、电炉与连铸联系的纽带。
• 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。
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； • 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。
炉外精炼的手段
• • • • • 渣洗 最简单的精炼手段； 真空 目前应用的高质量钢的精炼手段； 搅拌 最基本的精炼手段； 喷吹 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
RH真空精炼
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150-200mm； 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工艺参数