纯净铸钢的精炼工艺
纯净钢生产工艺及其应用
纯净钢生产工艺及其应用由于更广义的纯净钢是脱除了不希望有的溶质元素的钢种，这类代表性钢种要求的这类溶质元素的含量及其生产流程。
重点是有害氧化物夹杂的纯净化。
纯净钢生产工艺的基础理念是控制夹杂物的数量、尺寸、分布和种类，求得所希望的产品性能。
主要技术来自氧气冶炼，脱氧和二次精炼，通过合理设计和采用磁场控制中间包和结晶器内流场，也采用各种措施防止外来夹杂，如防止炉渣进入大包，防止炉渣、保护渣、耐火材料使钢水二次氧化。
然后根据IISI的纯净钢工作小组最近的报告总结了世界纯净钢生产的概况。
最后讨论了纯净钢的特性、使用效果和钢中夹杂物物化性能的关系和经济可行性。
广义的纯净钢也包括脱除了碳、氮、氢、磷和硫的钢种。
脱氧产物是内在氧化物。
来自耐火材料、炉渣、保护渣及由它们造成的二次氧化产物属外来夹杂物。
这些夹杂物的不良作用必须消除，以求所需的钢材性能。
1纯净钢生产工艺的基础理念为了达到钢材性能，可以用氧含量代表的氧化物夹杂总量和夹杂物的尺寸必须控制。
轴承钢和弹簧钢的总氧含量影响其疲劳寿命。
在DI罐生产过程中，大颗粒夹杂会造成开裂，降低深冲性。
汽车板生产过程中，板坯的皮下夹杂物和针孔必须消除，不然会在板材表面造成起皮。
对钢丝的拔制性讲，生产轮胎钢丝(子午线)或不锈钢钢丝的小方坯中夹杂物必须控制其化学成分使其可以变形。
这些就是纯净钢生产工艺的基础理念。
2纯净钢生产的主要技术和应用这些技术后纯净钢的物化特性2.1降低氧化物夹杂总量在精炼领域，与顶吹相比，采用顶底复吹转炉在相同脱碳量时氧含量更低。
这是因为底吹强化了碳的传输。
采用RH和DH真空脱气，在相同碳含量时可降低氧含量。
可用无渣出钢和钢水脱氧后用铝或铝粒降低炉渣的氧位，尽量减少大包内顶渣造成的二次氧化。
连铸方面用电磁方法AMEPA，在大包钢渣开始进入中间包时就检测出来并关闭塞棒就可减少钢渣进入中间包的量。
在中间包上采用保护措施可减少顶渣造成的二次氧化。
中间包和结晶器保护渣应防止钢水与空气直接接触。
铸钢铸造工艺流程
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1. 设计规划：根据产品的要求和用途，进行详细的铸钢件设计，确定其形状、尺寸、材质等关键参数。
炼钢-精炼-连铸工艺简介(PPT 40页)
LF的基本功能
1、脱硫：利用造碱性还原渣和电弧的高温区进行脱硫 2、加热：采用电极放电加热钢水 3、合金化：成份微调 4、均匀钢液和去除夹杂：采用底吹Ar气搅拌钢液 5、生产组织中的缓冲：平衡转炉和铸机之间的供钢节奏。
喂线工艺
在RH-KTB工位和LF工位都设有 喂线装置，线的种类为Ca-Si 线和Ca-Al线。
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出钢温度可由下式计算：
T出=T凝+△t1+△t2+△t3+△t4+△t5+α 式中：△t1—出钢过程温降，℃
△t2—出钢完毕至精炼开始的温降，℃ △t3—钢水精炼过程温降，℃ △t4—钢水精炼完毕至开浇前的温降，℃ △t5—钢水从钢包至中间包的温降，℃
α—连铸要求的钢水过热度，℃
终点控制
钢水达到钢种成分和温度要求的时刻，称之为“终点”。 1）钢中碳含量达到所炼钢种控制要求； 2）钢中P、S含量低于规格以下的一定范围； 3）出钢温度能保证进行精炼和浇铸； 4）对于沸腾钢，钢水应具有一定的氧化性。
连铸工艺示意图
连铸工艺的优点
• 简化工艺流程，提高生产效率
连铸省掉了脱模、整模、钢锭均热和开坯等工序。
• 提高金属收得率
连铸的切头、切尾损失为1％-2％，可提高金属收得率10％-14％。
• 降低能耗
由于提高了成坯率，省掉均热、开坯等能耗。
钢液精炼与保护技术
钢液精炼与保护技术1．纯净铸钢和超纯净钢1. 纯净铸钢纯净铸钢系指不含氧化物、硫化物和氮化物等宏观夹杂的高质量铸钢件。
氧化物、氮化物和硫化物夹杂的数量标示钢液的纯净度。
对铸造碳钢和低合金钢而言，纯净铸钢杂质应控制在:[S]＋[O]（或[N]）＜200×10-6的水平。
影响铸钢纯净度的夹杂物来源主要是两类，其一是来自钢渣、型砂和耐火材料等，可归结为外来夹杂。
其二是来自再氧化过程和脱氧剂在钢液中的化学反应产物，约占钢中夹杂的80％。
如果脱氧产物中氧化物夹杂颗粒达到10μm以上，可认为是宏观夹杂。
而氧化物宏观夹杂是造成铸钢件表面缺陷和内部缺陷最主要的原因。
统计表明，铸钢件20％的直接成本消耗在清理与氧化物有关的缺陷上。
一般情况下，加铝脱氧的氧化物夹杂颗粒在5μm以下。
聚集为大颗粒夹杂才有利于上浮排除。
因此，控制夹杂物的数量、尺寸、形态和组成从而得到纯净铸钢件是采用控制熔炼工艺的一个重要内容。
氩气净化、喂线、AOD、VOD和LF 等精炼工艺是生产纯净钢液的较先进的工艺。
感应电炉生产纯净铸钢也是非常重要的领域。
由于感应电炉主要功能是熔化，不进行氧化还原等冶金工艺过程，要获得纯净钢液和规定成分，主要依靠原材料的质量。
采取氩气保护措施，将钢液表面尽可能与空气隔绝，是行之有效的方法，能够净化钢液，降低合金加入量和延长炉衬寿命。
感应电炉的快速熔化技术、批量熔化技术和IF-AOD精炼技术是感应电炉生产纯净钢和超低碳不锈钢液的新工艺。
2．超纯净钢超纯净钢可定义为[S]＋[O]（或[N]）＜100×10-6（对碳钢和低合金钢而言），有许多炼钢工艺可实现超纯净钢的精炼，如钢包喷粉、氩气净化、Ca-Si线喷射、真空精炼、EAF／AOD双联工艺以及 EAF／AOD ／VOD三联工艺等。
超纯净钢有许多优点，其韧塑性很高，容许缺陷的临界尺寸大，特别是低温性能显著改善以及大大减少铸造和形变产品的缺陷。
总之，其力学性能随着有害杂质元素含量的降低而不断提高。
简述纯净钢生产技术的特点
简述纯净钢生产技术的特点一、引言纯净钢是一种高品质的特种钢，具有高强度、高韧性、高耐腐蚀性等优点，被广泛应用于航空航天、汽车制造、机械制造等领域。
本文将从纯净钢的生产技术入手，详细介绍纯净钢生产技术的特点。
二、纯净钢生产技术的概述纯净钢生产技术是指通过对原料进行精细控制，使得最终产品中不含任何杂质和夹杂物的一种特殊生产工艺。
其主要包括冶炼、铸造和加工三个环节。
1. 冶炼：冶炼是指将原料进行加热和化学反应，使其转化为所需成分的过程。
在纯净钢冶炼过程中，需要控制原料成分和温度等参数，并采用真空冶炼或气体保护等技术，以保证产品质量。
2. 铸造：铸造是指将液态金属注入模具中，在模具中形成所需形状的过程。
在纯净钢铸造过程中，需要控制铸造温度、铸造速度和模具设计等参数，以保证产品质量。
3. 加工：加工是指对铸造好的产品进行机械或热处理等工艺，以达到所需性能的过程。
在纯净钢加工过程中，需要控制加工温度、加工压力和加工速度等参数，以保证产品质量。
三、纯净钢生产技术的特点1. 精细控制：纯净钢生产技术需要对原料成分、温度、压力等参数进行精细控制，以保证产品质量。
因此，该技术具有高要求的人员素质和设备条件。
2. 高成本：纯净钢生产技术需要采用真空冶炼或气体保护等高端技术，同时还需要使用高品质原材料和优质设备。
因此，该技术的生产成本较高。
3. 高品质：纯净钢生产技术可以去除杂质和夹杂物等不良物质，并得到均匀细致的组织结构。
因此，该技术所生产的产品具有高强度、高韧性、高耐腐蚀性等优点。
4. 应用广泛：纯净钢所具有的高品质特性，使得其在航空航天、汽车制造、机械制造等领域得到广泛应用。
同时，随着技术的不断进步，纯净钢的应用范围还将不断扩大。
四、结论纯净钢生产技术是一种高端的特种钢生产工艺，具有精细控制、高成本、高品质和广泛应用等特点。
在未来的发展中，随着技术的不断进步和市场需求的不断扩大，纯净钢生产技术将会得到更加广泛的应用和推广。
铸钢冶炼工艺流程
铸钢冶炼工艺流程
铸钢冶炼工艺流程一般包括以下几个步骤：
1. 原料准备：根据产品需求，选择合适的生铁、废钢等原料，并进行称量和混合。
2. 熔炼：将原料放入电弧炉、氧气炉或电炉等炉子中进行熔炼。
在炉内，通过高温燃烧和电弧放电等方式，使原料迅速融化，并加入适量的脱硫剂、合金元素等进行炼钢操作，调整钢液的成分。
3. 出钢：熔炼完成后，将炉中的钢液倒入卡车、包钢罐等容器中，进行输送和贮存。
4. 温度控制：对出钢的钢液进行温度控制，使其保持在合适的浇注温度范围内。
5. 浇注：将预先准备好的浇注模具或铸造设备放入浇注台，将钢液经由导流管倾倒入模具中，使其在模具内冷却凝固。
6. 冷却：待钢液充分冷却后，将模具拆除，取出铸件。
7. 终检与加工处理：对铸件进行外观质量、尺寸精度、化学成分等多方面的检验，合格后进行精加工或热处理等后续处理。
8. 包装与出厂：对铸件进行清洁处理，然后根据客户需求进行包装，最终运往客户。
需要提醒的是，不同的钢铁冶炼厂和产品要求会有所不同，因此具体的冶炼工艺流程可能会有所差异。
以上是一个一般的铸钢冶炼工艺流程的简单介绍，仅供参考。
RH真空精炼技术
16
RH法主要的工艺参数
• 循环流量：循环流量W(t/min)是指单位
时间内通过真空室的钢液量。也称循环
速率，是一个重要的工艺参数。W主要 取决于上升管直径(d)和驱动气体流量 (G0)。如图所示为不同上升管直径条件 下，循环流量与驱动气体流量之间的关
用。
RH发展到今天，大体分为三个发展阶段： （1）发展阶段（1968年~1980年）：RH装备技术在全世界广泛采用。 （2）多功能RH精炼技术的确立（1980年~2000年）：RH技术几乎达到
尽善尽美的地步。
表1 RH工艺技术的进步
工艺指标 C
钢水纯净度/×10-6 S T.O P N
钢水温度 脱碳速度常数 温度波动
产品 IF 钢 电工用钢 石油管线钢 低温用钢 超 深 冲4钢
5
特殊钢厂冶炼工艺路线
废钢
UHP
生铁
电炉
D R I/H B I
VD
轴轴承承钢钢
精炼
齿齿轮轮钢钢
优优质质弹弹簧簧钢钢
LF
大方
硬硬线线钢钢
精炼
坯连
帘帘线线钢钢
RH
铸
石石油油套套管管
精炼
SS-V
铁水 脱硅
转炉 复吹
OD AOD
大板
脱磷 脱硫
坯连 铸
• 为满足钢种要求、精确控制钢水成份，通常，RH处理过程
中还需进行合金化处理。铁合金材料经高位料仓、称量台 车、真空料斗、合金溜槽，在真空状态下通过真空槽进入 钢水，完成合金化功能。
9
RH工艺流程
10
RH工艺过程描述
• 钢水即将到达前，关闭主真空阀为真空泵的提前启动作好
铸钢冶炼工艺流程
铸钢冶炼工艺流程
铸钢冶炼工艺流程一般包括以下几个步骤：
1. 原材料准备：首先准备好所需的铁源和合金元素源。
一般来说，铁水（铸造铁）是主要的铁源，可以通过炼铁过程得到。
而合金元素源则包括各种添加剂和合金块。
2. 炉前准备：在冶炼开始之前，需要对炉子进行清理和维护，以确保其能够正常运行。
同时，还需要根据所需的钢的成分和性质，确定合适的冶炼温度。
3. 入炉操作：将准备好的原材料按照一定的比例加入炉内，同时要控制好炉内的氧气含量和温度。
加入的铁水和合金元素会在炉内进行融化和混合。
4. 炉内反应：在炉内，不同元素会发生各种化学反应，使得钢中所需的元素达到预期含量。
在这个过程中，还需要通过调整炉内气氛和温度等条件来控制反应速度和程度。
5. 出炉操作：当冶炼完成后，将炉子关闭，并将炉内的钢水倒入预先准备好的铸造模具中。
这一步需要注意控制钢水的温度和注入速度，以避免产生过多的气泡和缺陷。
6. 热处理和后处理：铸钢冶炼完成后，还需要进行热处理，以提高钢的性能和组织。
常见的热处理方法包括淬火、回火等。
此外，还需要对铸件进行修整、机械加工等后处理操作，最终得到符合要求的成品。
需要注意的是，具体的铸钢冶炼工艺流程会因钢的种类、规格和用途的不同而有所差异，上述流程只是一个常见的概述。
实际操作中，还需要根据具体情况进行工艺参数的优化和调整。
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纯净铸钢的精炼工艺
1.吹氩净化（Argon Injection）
通过陶瓷透气砖向钢液中吹入氩气可实现净化钢液的目的。
透气砖可安装在钢包的底部。
其优点是：除搅动功能外，由于具有较小而分散的气泡，还有除气作用，能降低气体和夹杂物的含量；供气速率范围比较灵活；钢包底部耐火材料很少磨损；安装简便；吹气中断钢液不会渗漏。
采用喷枪技术时，氩气可通过安装在底部或炉衬侧面的喷枪吹入。
其优点是耐火材料炉衬不会有漏穿的危险，整个过程可控制一致，有强的搅动能力，有高的供气速率。
经过特殊设计，可以进行喷粉工艺。
钢包氩气净化的特点是合金元素和脱氧反应产物分布均匀，并使钢包液温度分布均匀，同时有排除气体和夹杂物的功能。
氩气净化工艺应扬感应电炉的氩气保护和出钢与浇注过程的氩气保护技术。
LF-AOD感应电炉和氩氧脱碳精炼）工艺将开始进行超低碳不锈钢和纯净钢生产的探索性试验研究。
2.喂线净化（Wire Injection Cleaning）
Al线、Ca-Si线等射入工艺亦称喂线技术。
见图10。
是本世纪80年代初，日本、法国和美国研制成功的炉外净化工艺。
采用薄钢带包覆金属铝、Ca-Si等合金制成线材。
由喂线机和导管直接插入钢液中进行脱氧、脱硫和合金化等操作。
其功能是降低钢液中氧和硫的含量，改变夹杂物形态和组成，从而提高钢液和纯净度和改善铸钢的塑性和韧性，并有微量合金成分调整及合金化的功能。
能准确控制钢中Al、Ti、B和Ca-Si等合金含量，提高合金收得率。
一般Al的收得率可高达60%～80%，而常规加Al块终脱氧操作，收昨率仅10%～20%之间，并且波动范围较大。
Ca-Si合金线射入的Ca的平均收得率为10%～20%之间，实践证明，Ca线射入可平均降低铸钢件缺陷40%，最佳工艺条件下可降低缺陷60%以上。
喂线工艺中导管设计和喂线速度是与合金芯线直径、含Ca 量、钢包深度、钢液温度和成分、芯线外壳厚度和种类等因素有关。
喂线速度一般在30～60mm/min和保证插入深度（根据钢包容量大小而改变）。
通过下面公式可近似计算。
（1）
式中 H——线射入钢液深度（mm）；
D——芯线直径（mm）；
v——射入速度（mm/min）；
d——外壳钢皮厚度（mm）；
A——与温度和钢皮材料有关的参数。
喂线工艺与钢包吹氩净化工艺的配合可使钢中的酸溶Al分布均匀，取得更好的净化效果（见图10）。
图10 氩气净化和钙线射入净化图11 AOD精炼工艺
在10t钢液的钢包中进行喂线工艺的生产数据表明，控制钢中残Al的质量分数为0.025%，与常规加Al操作比较，终脱氧的用Al量减少50%～60%（对铸钢车间而言），和减少50%～70%（对炼钢车间而言）。
射入Al 线和Ca-Si线复合工艺时，钢中的[O]和[S] 进一步降低，氧化物夹杂和氮化铝均减少，钢的力学性能中韧塑性显著改善。
喂线净化工艺处理时间短，钢液降温少，不污染环境，不用载气，不会带来钢液喷溅。
同时提高Ca、Ti、Al、B、RE等合金元素加入的收得率。
3.AOD精炼工艺
AOD精炼工艺是美国发明的专利技术，见图11。
专利技术的限定内容是氧气和惰性气体（氩气）的混合气体从炉体侧面通过特殊的喷枪直接吹入熔池之中（液面之下）进行精炼。
其原理实质上是熔池中脱碳热、动力学的交替作用，是依靠氧和惰性气体的混合气体而不是纯氧来进行。
AOD工艺适合于低碳和超低碳锈钢的精炼，其工艺是氩气泡的模拟真空条件，降低CO气体分压，在一定温度下，具备从高铬含量熔池中去除碳的能力，而不会促进铬的氧化，因而它可利用最廉价的原材料，如高碳铬铁和不锈钢废钢返回料生产纯净超低碳不锈钢。
现在，全世界75%以上的不锈钢是采用AOD工艺生产的。
美国ESCO公司于1973年第一家将AOD工艺用于铸造生产。
全世界现有100多台AOD精炼炉，其容量在1～160t之间。
用于铸造生产的AOD炉容量一般小于20t。
AOD 工艺现在不仅用于不锈钢的精炼，还扩大到生产工具钢、硅钢、低合金钢和碳钢。
ESCO公司于1978年应用AOD 进行全部低合金铸钢的生产。
它不仅降低不锈钢的生产成本，还改善钢的质量，去除气体和夹杂物，提高钢液纯净度，改善流动性和充型性，提高钢的力学性能，减少铸造缺陷等。
AOD精炼过程是依靠化学反应控制钢液温度，不需要外界热源，因此非常适合与铸造工业的中小容量感应电炉和电弧炉组成双联工艺。
到1997所末，在北美共19个公司26台AOD炉（容量1～50t）和在中国有8台AOD（容量2～8t）炉用于不锈钢和其他合金钢铸件的生产。
4.真空精炼工艺
（1）VOD（Vacuum Oxygen Decarburization）和VODC（acuum Oxygen Decarburization ConVerter）VOD 是真空氧脱碳精炼工艺。
见图12。
它适用精炼各种碳钢、低合金钢和不锈钢。
由于在真空下，可精炼纯净度和更高的钢液，气体和夹杂物含量更低。
该工艺需要真空设备，一次性投资和维护费用较高。
在小容量精炼、脱碳速率和能力、超低碳不锈钢和温度控制等方面有其局限性。
VODC是VOD精炼和有氩气搅动功能的转炉工艺相结合，有更强的精炼能力和生产效率。
图12 VOD、VODC真空精炼工艺
（2）LF（Ladle Furnace）是钢包精炼炉，它具备三项功能，真空、炉底氩气搅动和电极加热，见图13。
LF工艺适用于重型机械制造工业中大容量钢液的精炼。
中国重型机械工业系统有容量30～170t的LF炉10多台，多应于动力工程用大型铸造钢锭的精炼。
LF工艺受到容量和耐火材料炉衬寿命的限制，一般容量小于30t或40t 的LF炉，因三相电极加热功能很难实现而不宜采用。
另外。
LF炉的炉衬寿命低，一般均少于10次。
特别是渣线处的炉衬寿命更低。
由于加热工艺等问题，小容量国LF（小于40t或30t）是否有工业生产应用价值尚处于探索之中。
（3）VILF（Vacuum Induction Ladle Furnace）是真空感应加热钢包炉。
这是铸造车间采用小容量LF炉
的加热新工艺，见图14。
日本大同特殊钢公司分别有5tAOD炉和5tVILF炉。
AOD炉主要生产不锈钢、耐热钢及其合金纯净铸件。
VILF主要生产碳钢铸件。
采用何种工艺是依据成本和氩气用量综合来选择。
对VILF炉采用电加热和AOD工艺用Al和Fe-Si升温的费用进行分析对比。
另外，该公司采用钢包吹氩降温和净化工艺生产超纯净钢。
图13 LF钢包精炼炉图14 VILF真空感应加热钢包炉
5.PLF（Plasma Ladle Furnace）等离子体钢包精炼炉。
是美国Maynard铸钢公司于1993年首先引入铸钢生产，见图15。
Maynard公司的PLF炉是一圆柱电极装在一台4.5t的底注钢包上，钢包有一专门的三析侧开口岸的浇嘴系统，精炼炉的电极与钢液熔池引弧。
氩气通过电极中心小孔射入，形成等离子电弧。
与此同时，氩气通过钢包底部透气砖吹入搅动并脱氧。
氩气流是可变的。
高的搅动速度用于均匀加热和脱硫；低的搅动速度用于氧化物夹杂上浮到渣中。
等离子体电弧的极性也是可变的，负极性用于开始加热和熔化熔剂，正极性用于脱硫、脱氧和合金的还原。
密封的钢包盖、采用氩气净化和等离子体极性调节相结合生产超纯净钢，该公司采用PLF炉生产出含氧、氮、硫和磷极低的铸钢。
6. ESC（Electroslag-Casting）。
是电渣精炼铸造，见图16。
由于熔化的钢液一直在渣层的保护之下和凝固过程均在控制之下进行，因此ESC可以避免浇注过程钢流的氧化和夹杂的形成，以及随着凝固过程的进行所出现的缩孔、皮下气孔和偏析等缺陷，常用于对质量和性能要求高的重要铸件，如核电站用阀体、管道和特殊铸件。
沈阳铸造研究所采用ESC工艺生产水电机组用不锈钢导叶，已投入商业化生产。
图15 PLF等离子体钢包精炼炉图16 ESC电渣精炼
纯净钢液和相应精炼工艺是获得高强韧性、高纯净度铸钢件的先进制造工艺。
它适用于包括钢液、铁液和铝合金液等在内的各类铸造合金的精炼和保护。