炉外精炼2011-3
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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。
冶金工业概论 炉外精炼
扩氧散元脱素氧应在: 钢液中溶解快、
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；
17
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
20
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。
7
二.RH、LF及VD法简介
RH 法 LF 法 VD 法
8
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。
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。
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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。
炉外精炼(课件).
炉外精炼
一、炉外精炼的发展 二、炉外精炼理论与技术基础 三、CAS工艺 四、CAS系统设备 五、LF炉工艺 六、LF炉系统设备一 Nhomakorabea炉外精炼发展
1、炉外精炼概念 就是把常规炼钢炉（转炉、电炉）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。也称二次精 炼、二次炼钢、钢包冶金。（炼钢发展史：青铜器
(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%。钢中氧含量低，则能溶解的硫也低，故高碳钢、 低合金锰钢采用合成渣脱硫率高于低碳钢脱硫。
4、炉外精炼的任务和功能 炉外精炼的主要任务：
（1）承担初炼炉原有的部分功能，在最佳的热力学和 动力学条件下完成部分炼钢反应，提高单体设备的 生产能力；
（2）均匀钢水，精确控制钢种成分； （3）精确控制钢水温度，满足连铸生产的要求； （4）进一步提高钢水纯净度，满足成品钢材性能要求
；
（5）作为炼钢与连铸间的缓冲，提高炼钢整体效率。
一般来说低熔点的精炼渣可以从渣的相图获得；在一定范围 内提高渣中SiO2、Al2O3、MgO尤其是CaF2的含量可以有效降低 熔点。此外加入其他成份对渣的熔点也有很大影响，如加入 Li2O、Na2O、K2O、BaO等也能降低渣的熔点。
C
Al2O3-CaO
（3）流动性：在相同的温度和混冲条件下，提高合 成渣的流动性，可以减少乳化渣滴的平均直径， 从而增大渣钢接触界面。在1600℃时，粘度最小 的渣(0.05~0.06Pa·s)的组成为（CaO＋MgO）：63 ～65％，MgO：4％～8％。 随着MgO含量的增加 ，渣的粘度急剧上升，当W(MgO)=25%时,粘度达 到0.7Pa·s。
一、炉外精炼的发展 二、炉外精炼理论与技术基础 三、CAS工艺 四、CAS系统设备 五、LF炉工艺 六、LF炉系统设备一 Nhomakorabea炉外精炼发展
1、炉外精炼概念 就是把常规炼钢炉（转炉、电炉）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。也称二次精 炼、二次炼钢、钢包冶金。（炼钢发展史：青铜器
(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%。钢中氧含量低，则能溶解的硫也低，故高碳钢、 低合金锰钢采用合成渣脱硫率高于低碳钢脱硫。
4、炉外精炼的任务和功能 炉外精炼的主要任务：
（1）承担初炼炉原有的部分功能，在最佳的热力学和 动力学条件下完成部分炼钢反应，提高单体设备的 生产能力；
（2）均匀钢水，精确控制钢种成分； （3）精确控制钢水温度，满足连铸生产的要求； （4）进一步提高钢水纯净度，满足成品钢材性能要求
；
（5）作为炼钢与连铸间的缓冲，提高炼钢整体效率。
一般来说低熔点的精炼渣可以从渣的相图获得；在一定范围 内提高渣中SiO2、Al2O3、MgO尤其是CaF2的含量可以有效降低 熔点。此外加入其他成份对渣的熔点也有很大影响，如加入 Li2O、Na2O、K2O、BaO等也能降低渣的熔点。
C
Al2O3-CaO
（3）流动性：在相同的温度和混冲条件下，提高合 成渣的流动性，可以减少乳化渣滴的平均直径， 从而增大渣钢接触界面。在1600℃时，粘度最小 的渣(0.05~0.06Pa·s)的组成为（CaO＋MgO）：63 ～65％，MgO：4％～8％。 随着MgO含量的增加 ，渣的粘度急剧上升，当W(MgO)=25%时,粘度达 到0.7Pa·s。
钢铁冶金概论-炉外精炼PPT课件
和上浮排除。
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a 气体搅拌
气体搅拌主要用氩气，故又称氩气搅拌。 向钢液吹入氩气可以用顶枪插入法，也可 以用底部透气砖法。 ➢ 实践证明，从底部通过透气砖吹入氩气， 可充分发挥其搅拌作用，氩气利用率高 ➢ 目前，大多数的吹氩搅拌均采用透气砖 底吹法。
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c 循环搅拌
典型的循环搅拌是钢液在循环流动的过程中实现 搅拌，如RH（真空循环脱气法 ）与DH（真空 提升脱气法 ）的搅拌方式，也有人称吸吐搅拌。
➢ 在精炼中，钢包内的搅拌是由真空室内 钢液注流进入钢包中引起的。
在日本、欧洲先进的钢铁生产国家, 炉外精炼 比超过90%，其中真空精炼比超过50%, 有 些钢厂已达到100%。
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日本轴承钢质量好的根本原因就是在炉外精炼上 大下功夫。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[0]由30ppm降到 15ppm时，疲劳寿命增加5倍；降到10PPm， 则提高15倍；降到5PPm，可提高30倍。由此 可以看出，保证钢材有高的纯净度是提高内在质 量的重要环节。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。
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44
手段： 工艺操作主要包括真空处理，吹氬气，吹氧，
电磁搅拌，加入渣料、脱氧剂和合金元素，电 弧加热等。 实际操作时主要采用其中一种和几种组合操作 制度。
炉外精炼工艺ppt课件
脱P、S。
CAS、CAS－OB精炼工艺
CAS－OB旳冶炼效果
• 加热；升温速度5－6℃/min； • 钢液成份：吹氧前后变化不大； • 钢水洁净度：[O]基本不变；
喷粉工艺
• 效果最佳投资及使用成本最低也是最不好掌握旳技 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：不小于钢液、炉渣及大气压； • 喷吹时间：喷粉设备及钢液容纳粉剂旳能力； • 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。
大搅拌，进一步脱碳，钢液温度到达1670－1750℃； • 加合金、微调成份、加铝、吹氩搅拌几分钟后，破真空
浇铸。
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； • 当真空室旳压力降到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。
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； • 当代转炉、电炉与连铸联络旳纽带。
AOD炉
目旳： • 主要是冶炼高质量旳不锈钢(S，P<50ppm)； • 使用更便宜旳原料(采用高碳铬代低碳铬)； • 超低碳不锈钢(C<20ppm)。
argon -oxygen blowing process) ； • 喂线 (Insert thread) ； • 钢包吹氩搅拌(Ladle argon stirring)； • 喷粉( powder injection )。
CAS、CAS－OB精炼工艺
CAS－OB旳冶炼效果
• 加热；升温速度5－6℃/min； • 钢液成份：吹氧前后变化不大； • 钢水洁净度：[O]基本不变；
喷粉工艺
• 效果最佳投资及使用成本最低也是最不好掌握旳技 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：不小于钢液、炉渣及大气压； • 喷吹时间：喷粉设备及钢液容纳粉剂旳能力； • 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。
大搅拌，进一步脱碳，钢液温度到达1670－1750℃； • 加合金、微调成份、加铝、吹氩搅拌几分钟后，破真空
浇铸。
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； • 当真空室旳压力降到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。
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； • 当代转炉、电炉与连铸联络旳纽带。
AOD炉
目旳： • 主要是冶炼高质量旳不锈钢(S，P<50ppm)； • 使用更便宜旳原料(采用高碳铬代低碳铬)； • 超低碳不锈钢(C<20ppm)。
argon -oxygen blowing process) ； • 喂线 (Insert thread) ； • 钢包吹氩搅拌(Ladle argon stirring)； • 喷粉( powder injection )。
第五章炉外精炼
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（四）CAB法
一种钢包吹氩精 炼装置（CAS） 和氧枪吹氧（OB） 的工艺组合
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第二节 炉外精炼装置及工艺特点
——炉外精炼工艺优化（III） 炉外精炼工艺优化（ ） 炉外精炼工艺优化
炉外精炼技术发展的第三阶段，形成了独立而完整的 炉外精炼工艺，它表现在根据精炼装置的机能，进行 合理的组合与搭配、前后工序的合理配置与完善，即 精炼工艺的最优化 在炉外精炼工艺优化阶段，多种精炼装置的合理组合 搭配，及喷粉、钙处理、喂线技术与连铸机或VOD、 LF等炉外精炼设备的配合，生产高质量钢。
3
4
§1 炉外精炼的理论基础
—— 真空脱气（I） 真空脱气（ ）
实际生产过程中在熔池内部，因为生成气泡要克服气 相总压力、液体静压力和毛细管压力的作用，CO气泡 内的压力必然大大超过金属上面气相中CO的分压力， CO 其CO 的气相压力为
pCO = p(g ) + ρH + 2σ r
式中，p(g)为金属熔池上面的气相压力；ρ为液体金属 的密度；H为气泡逸出点上面金属液柱的高度；σ为金 属液的表面张力；r为气泡核的半径。
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§1 炉外精炼的理论基础
—— 真空脱ห้องสมุดไป่ตู้（I） 真空脱气（ ）
氮与钢液中多种元素生成稳定的氮化物，靠真空状态 下脱氮，气相中氮的分压力必须低于氮化物的分解压 力才有可能。钢液真空脱气与真空脱氧非常相似，特 别是脱氮，其热力学条件虽然具备，但实际的脱氮效 果很差，原因就在于动力学条件。
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§1 炉外精炼的理论基础
向钢液中吹入惰性气体和氧气的混合气体，氧参与脱 碳反应，而惰性气体不参与化学反应，从熔池中逸出， 它在上升中的气泡相当于一个小真空室，脱碳反应生 成的CO气体向氩气泡中扩散，将CO的分压Pco不断降 低，这就是促进了金属熔池中下面两个反应的进行
炉外精炼
12.1 概述
要精确控制钢中的[C]、 、 、 、 要精确控制钢中的 、[P]、[N]、[H]、[0] 含量，在转炉或电炉中进行的精炼， 含量，在转炉或电炉中进行的精炼，对这些有 害元素的去除是有限的。为了提高精炼水平， 害元素的去除是有限的。为了提高精炼水平， 这些冶金操作将移到精炼炉中去进行。 这些冶金操作将移到精炼炉中去进行。早期的 炉外处理设备是钢包脱气， 炉外处理设备是钢包脱气，其目的在于减少钢 中的[H]和 ，德国于1956年发明了真空提升 中的 和[O]，德国于 年发明了真空提升 脱气法即DH法 脱气法即 法，莱茵钢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 合作开发了真空循环脱气法即 法，解决了传 统炼钢方法难以解决的脱氧、脱氮等问题。 统炼钢方法难以解决的脱氧、脱氮等问题。
进入60年代后， 进入 年代后，瑞典研制出具有感应搅 年代后 精炼炉。 拌和电弧加热功能的ASEA—SKF精炼炉。 精炼炉 拌和电弧加热功能的 1965年，德国又研制成真空吹氧脱碳法即 年 VOD法；1968年，美国研制成氩 氧精炼 法 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 年代初， 炉即 法 年代初 电弧加热、氩气搅拌功能的钢包精炼炉即LF 电弧加热、氩气搅拌功能的钢包精炼炉即 炉。其质量也赶上或超过了有名的瑞典轴承 钢。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 行疲劳试验证明，当钢中 由30ppm降到 降到 15ppm时，轴承钢的疲劳寿命增加 倍；降 时 轴承钢的疲劳寿命增加5倍 到5ppm，可提高 倍 ，可提高30倍
(1)真空铸锭法
• 真空铸锭法是把大气中冶炼的钢水注入锭模时进 行真空处理的方法，有脱氢及防止空气氧化等效 果。它是由钢包脱气法 钢包脱气法发展而来，进而发展成为 钢包脱气法 流滴脱气法及真空贮锭法。这三种方法都由德国 流滴脱气法及真空贮锭法 Bochumer Verein公司开发，称为Bochumer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；
第十章 炉外精炼
第十章炉外精炼及其用耐火材料题纲一、常压下精炼二、真空下炉外精炼什么是炉外精炼炉外精炼技术是将转炉、电炉初炼的钢水转移到另一个容器（主要是钢包）中进行精炼的过程，也称“二次冶金”或钢包精炼。
因此，炉外精炼把传统的炼钢过程分两步进行：（1）初炼：在氧化性气氛下进行炉料的熔化、脱磷、脱碳和合金化；（2）精炼：在真空、惰性气氛或可控气氛下进行脱氧、脱硫、去除夹杂、夹杂物变性、微调成分、控制钢水温度等。
炉外精炼的作用（1）搅拌。
采用电磁力、惰性气体或机械搅拌的方法搅拌钢水；（2）真空脱气。
采用真空、惰性气体或还原气氛等，为钢水精炼提供一个理想的精炼气氛条件；（3）升温。
采用电弧加热、埋弧加热、等离子加热等加热措施，或增加钢水中的化学热，以补偿精炼过程中钢水的温度损失；（4）喂丝或喷粉。
20 世纪初期，冶金工作者已开始采用合成渣处理钢水，达到了快速脱硫的目的。
炉外精炼方的发展20 世纪初期，冶金工作者已开始采用合成渣处理钢水，达到了快速脱硫的目的。
到50 年代，真空脱气已初步进入工业化阶段，实现了在常压炼钢炉所达不到的脱氢效果。
所以，渣洗和真空处理工艺是炉外精炼的初始方法。
以后又相继开发出电磁搅拌、吹氩搅拌以及采用电弧加热、真空加热等技术。
一、常压下精炼常压下精炼目的：Ø脱碳Ø脱氧Ø脱硫Ø去除夹杂Ø控制成分和温度等常压下精炼的方法1.合成渣洗是早期发展的炉外精炼法；2.钢包吹氩搅拌；3.合成渣洗加吹氩搅拌，是前两种方法的综合使用，精炼效果更好一些；4.LF 法；5.喷粉精炼法，也称作钢包喷射冶金；6.AOD 法（即氩氧脱碳精炼法）及CLU 法。
二、真空下的炉外精炼真空下炉外精炼的主要目的：Ø脱氢Ø脱氧Ø脱碳真空下精炼的方法（1）静态脱气（2）钢流脱气（3）分批脱气（4）电磁搅拌脱气（5）钢包吹氩脱气（6）吹氧脱碳精炼（7）电弧加热脱气RH精炼炉（真空循环脱气精炼炉）工作原理是：当钢包内的钢水需要进行真空脱气处理时，首先将插入管浸入钢水内，然后将真空室抽成真空，此时钢水受到相当于一个大气压的压力而被吸进真空室内。
炉外精炼课件[高级课件]
严选内容
2
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。
严选内容
6
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。
严选内容
4
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。
严选内容
10
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。
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5.4.5 RH处理工艺参数
图5-11
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5.4.5 RH处理工艺参数
目前，RH具备了包括脱气功能在内的多种功能。 例如，处理未脱氧钢和超低碳钢时，处理时间一般包 括：脱碳时间、脱氧合金化时间和后搅拌（去夹杂、 均匀成分温度）时间等。 处理时间不仅要考虑过程温降，还要考虑处理钢 种。在温度不足时可以通过铝氧升温等手段补充热量。
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5.4.5 RH处理工艺参数
而降温速度主要与处理容量、钢包和真空室的预热温度、 处理时加入的添加剂的种类和数量以及渣层厚度、包衬材 料的导热系数等因素有关。其中钢包和真空室的预热温度， 特别是真空室的预热温度，对其影响最大。因此，为了保 证足够的处理时间，真空室要充分预热。 由图5-11可见，处理过程的温降随处理容量和真空 室预热温度的提高而减少，随处理时间的延长而增加。 表5-9列出了不同容量和真空室预热温度下，处理过 程中温降数据。 （目前最高能预热到1400℃，一般是 1000 ℃ 至1300 ℃ ）。
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5.4.4 RH钢液真空循环原理
（1）驱动气体所作的功
按能量守恒定律，气体膨胀功 Ag 等于输送钢液上升所需的功 与气液两相流克服上升过程中摩擦阻力所做的功 Ac 之和，即：
As
Ag As Ac
(5-26)
式中气体膨胀功 Ag 等于气体从管道吹入受热时的升温膨胀功 A1 与其等温上浮过程的降压膨胀功 A2 之和。 即：
h 0为真空室内静态下理论钢液深度。见表5－6。
表5－6 理论钢液提升高度h、h0与真空度关系
P(kPa) h (m) h0 (m)
槽内钢水重量(t) 35 0.97 20 1.19 0.09 1.69 15 1.26 0.16 3.14 10 1.33 0.23 4.56 8.6 1.35 0.25 4.96 2.7 1.43 0.34 6.74 0.5 1.47 0.37 7.36 0.067 1.48 0.38 7.54
g—重力加速度，9.8N/kg。
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5.4.4 RH钢液真空循环原理
钢液在真空作用下 （P1与P2的压差） 到达B位臵，再由 于气体驱动又上升 至H高度。
RH处理装臵高度定义示意
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5.4.4 RH钢液真空循环原理
5.4.4 RH钢液真空循环原理
钢液脱气后汇集到真空室底部形成高差∆B的钢液层， 按能量守恒定律可得：
mg B mu 2 / 2
(5-29) (5-30)
u 2g B
所以要获得 层高度为：
u = 1m/s的流出速度，则要求真空室中钢液
B u 2 / 2g 0.05m
(5-31)
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5.4.5 RH处理工艺参数
表5-9 处理容量、真空室预热温度与脱气温降情况
处理容量 t 35 50 70 100 100 100 100 170 真空室预热温度 ℃ 700～800 1200～1400 700～800 700～800 ～800 1000～1100 1500 1300 脱气时间 min 10～15 18～25 24～28 20～30 20～30 总降温 ℃ 40～60 45～60 40～50 30～45 35 30～40 温降速度 ℃•min-1 4.5～5.8 2.0～3.0 2.5～3.5 1.8～2.4 1.5～2.5 1.5～2.0 1.5 1.0～1.5
注：顶枪向钢液吹氧脱碳时，一定要保证h0高度，以防止烧 损真空室底部耐材。因此，浸渍管要保证足够的浸渍深度并 配以合理的真空度。
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5.4.4 RH钢液真空循环原理
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5.RH真空循环脱气法
Ag A1 A2
其中：
(5-26a)
A1 nRdT nR(Ts Tg ) V0 R(Ts Tg ) / 22.4
Tg
Ts
A2 VdP
P 1
P2
P2
P 1
nRTs P P 1 dP nRTs ln( ) PV1 ln( 1 ) 1 P P2 P2
下面分别讨论相关工艺参数的确定原则。
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5.4.5 RH处理工艺参数
处理容量
处理容量W：指被处理的钢液量。RH处理容量的上限在理 论上说是无限制的，处理容量的下限则取决于处理过程中 的温降情况。一般认为钢包容量不应小于30吨；当容量小 于30吨时温降显著。目前已建成最大容量RH装臵为300吨。 分批处理是RH法的主要特点，因此用同一套RH真空装 臵可以在大致相同的时间内处理不同容量的钢液，这一特 点为RH装臵的设计、制造和选用提供了方便。根据RH法的 操作经验和计算以及我国炼钢炉系列等情况，可用四种不 同真空槽和抽气系统就可以处理下列范围的钢液：10～30吨， 30～120吨，120～200吨，200～300吨。
R －气体常数，8.314 J﹒ (mol ﹒ K) -1；
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5.4.4 RH钢液真空循环原理
在式(5-26)中，提升钢液所需的功 能计算：
As 可由提升后的势
(5-27)
As mgH
其中：
m—从上升管进入真空室内的钢液量，kg； H—钢液在真空室内的提升高度，m；
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5.4.5 RH处理工艺参数
处理时间
处理时间
在进行真空脱气，所以脱气时间略小于处理时间。为了使 钢液充分脱气，需要保证足够的脱气时间，即处理时间。 处理时间取决于允许的钢液温降和处理过程中钢液的平均 降温速度，即：
：指钢包在RH工位停留时间。该时间的大部分
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5.4.4 RH钢液真空循环原理
钢液真空循环原理类似于“气泡泵”的作用，如图所示。 当进行真空脱气处理时，将真空室下部的两根浸渍管插入钢 液内一定深度（如200t时500 mm ）后，启动真空泵将真空室 抽成真空，于是真空室内、外形成压差，钢液便从两根浸渍 管中上升到压差相等的高度（所谓的循环高度）。为了使钢 液循环，从上升管下部约三分之一处吹入驱动气体（一般为 氩气）。该气体吹入上升管内的钢液中，在上升管内瞬间产 生大量的气泡。由于受热膨胀和压力降低所引起的等温膨胀， 气体体积成百倍的增大，导致上升管中钢液（两相流）密度 变小；又由于氩气泡内的氢气、氮气的分压为零，所以钢液 内溶解的气体向氩气泡内扩散。膨胀的气体驱动钢液以约 5m/s的速度上升，成喷泉状喷入真空室内。
冶 金 与 能 源 学 院
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炉外精炼 真空循环脱气法（RH法） 第二部分
5.4 RH真空循环脱气法
主要内容
5.4.1 RH法的产生及发展概况 5.4.2 RH法的冶金功能
5.4.3 RH法的设备
5.4.4 RH法钢液真空循环原理 5.4.5 RH处理工艺参数 5.4.6 RH法精炼工艺 5.4.7 RH法的的冶金效果 5.4.8 RH法的发展
钢液在真空作用下到达B位臵，由于气体驱动又上升至
H高度。
实际上阻力损失 也较小，可以忽略不计，则由式(5-26)和式(5-27)可得：
Ac 很小，且 Ag 中升温膨胀功 A1 的值
(5-28)
E V1 P m ln( 1 ) H P 2
式中 ：E—驱动气体进入高度，m；
H—钢液在真空室内的提升高度，m； V1—气体瞬时体积，m3；
—钢液的密度，kg﹒m-3。
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5.4.4 RH钢液真空循环原理
钢液进入量与驱动气体瞬时体积之间成线性关系。 如果驱动气体的进入高度和提升高度之比小于l，则钢 液进入量受瞬时体积的影响较小。比值大于3较好。
“气泡泵”的特性曲线
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5.4.5 RH处理工艺参数
从下降管流出的钢液流动情况对钢液在钢包中混合极 为重要。实践证明，从下降管流出的钢液流速大于1m／s 时就会混合良好，且不会形成短路现象。
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5.4.4 RH钢液真空循环原理
（2）钢液提升高度 钢液静态下理论提升高度可用下式表示： P0 P （5-32） h g
主要内容
5.4.1 RH法的产生及发展概况 5.4.2 RH法的冶金功能
5.4.3 RH法的设备
5.4.4 RH法钢液真空循环原理 5.4.5 RH处理工艺参数 5.4.6 RH法精炼工艺技术 5.4.7 RH法的的冶金效果 5.4.8 RH法的发展
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Tc vT
式中：Tc－处理时允许的温降，℃；
vT－处理时平均温降速度，℃〃min-1。
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