炉外精炼(炼钢工艺)24页-BD
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。
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。
1.炉外精炼概述
2 创造良好的冶炼反应的热力学和 动力学条件。
通过各种加热精炼手段补偿精炼过程中的温度 损失，使得需要在高温下的脱硫等反应得以顺利进 行。 炼钢过程中的各种冶金反应，多数是在高温下 进行的多相反应，通常化学反应本身进行较快，而 反应物传递到反应界面和生成物脱离反应界面较慢， 成为限制冶金反应速率的因素。通过搅拌、喷吹等 手段提高浓度梯度，增大反应界面，使各种冶金反 应得以顺利进行。
五 炉外精炼的手段
目前炉外精炼的手段有渣洗、真空、搅拌、喷吹和加热 五种。采用一种或几种不同手段的不同组合，就形成了某 一种精炼方法。 1 渣洗：获得洁净钢液并能适当进行脱氧、脱硫和去除 夹杂物的最简便的精炼手段。它是将事先配好的合成渣倒 入钢包内，借出钢时钢流的冲击作用，使钢液与合成渣混 合，从而完成脱氧、脱硫和去除夹杂等精炼任务。 2 真空：将钢液置于真空室内，由于真空作用使反应向 生成气相方向移动，达到脱气、脱氧、脱碳等目的。 3 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。分为吹气搅拌和电磁搅拌。 4 加热：调节钢液温度的一项重要手段，使炼钢与连铸 更好地衔接。分为电弧加热法和化学加热法。 5 喷吹：用气体作载体将反应剂加入金属液内的一种手 段。喷吹的冶金功能取决于精炼剂的各类，它能完成不同 程度的脱硫、脱氧、合金化和控制夹杂物形态等精炼任务。
钢水炉外精炼概述
一 炉外精炼的产生原因
1 普通炼钢炉（转炉、电炉）冶炼出来 的钢液难以满足对钢的质量（如钢的纯净度 等）越来越高的要求。 2 为了提高生产率，缩短冶炼时间，把 炼钢的一部分任务移到炉外完成。 3 连铸技术的发展，对钢液的成分、温 度和气体的含量等也提出了严格的要求。
二 炉外精炼的概念
3 炉外精炼在炼钢生产中的重要地 位和作用
第一节 认识炉外精炼技术
任务2 炉外精炼技术发展的原因
氧气转炉炼钢、炉外精炼和连铸这三项技术被誉为现 代炼钢生产的三大关键技术，也有人称之为冶金史上的三 大技术革命。氧气转炉炼钢和连铸普及面比较广，目前已 具备了相当的规模；而炉外精炼起始于20世纪50年代，进 入80年代以后，直至现在，炉外精炼和铁水预处理技术水 平已成为现代钢铁生产流程水平与钢铁产品高质量水平的 标志，它的发展也朝着功能更全、效率更高、冶金效果更 佳的方向迅速完善。
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炼钢工作者通过炉外精炼技术可冶炼出具有高质量特 性的钢种以满足实际需要，具体要求如下： （1）精确控制化学成分以保证力学性能稳定。 （2）减少钢中磷、硫含量以改善冲击性能、抗层状拉裂 性能、热脆性，并能减少中心偏析和防止连铸坯的表面缺 陷。 （3）减少钢中氧、氢、氮含量以减少超声波探伤缺陷、 条状裂纹等，并且能改善钢材的制管性能。 （4）使用先进技术精炼钢液以满足对钢质量的各种特殊 需要。例如，控制硫化物夹杂形态以防止氢致裂纹。 （5）控制夹杂物的形状以改善钢的深冲性能和钢的加工 性能。
日本炉外精炼比和连铸比逐年增长的趋势图
中国炉外精炼比、连铸比和吹氩喂丝比逐年 增长的趋势图
早在1986年日本转炉钢的二次精炼比已达到 70.8％； 特殊钢生产的二次精炼比高达94％；现在日本、欧美等先 进的钢铁生产国家，炉外精炼比超过 90 ％， 2004 年日本 转炉钢真空处理比达到72.7%；而新建电炉短流程钢厂和 转炉炼钢厂100％采用二次精炼。
（一）科学技术进步要求提高钢材质量
钢轨、汽车板、钻杆和油井管 、锅炉管 、电机硅钢片 、 耐蚀耐高压钢材 、铅系易削钢、海上采油平台 、原子能 工业、导弹和军工。
提高钢材性能和质量的重点之一是钢的超纯化。提高 钢的纯净度即为降低硫、磷含量，氧化物夹杂量，氢、氮 气体含量和非金属以及微量杂质元素的含量等。对超低碳 钢，碳含量应尽力降低；以硫、磷为例：普通钢要求各低 于0.0低于0.010％甚至0.005％以下，有的还要求 [S]+[P]+[H)+[N]+[O]<70ppm。 钢水超纯化，就大大减轻了产生中心偏析、裂纹、大 型夹杂、气孔、白点和斑疤等缺陷的倾向，使钢组织致密 均匀，改善了连铸坯的表面及内部质量，使钢材性能大为 提高。
炉外精炼工艺与操作
任务4.1LF (V) 法炉外精炼工艺与操作
• 它可以与电弧炉配合, 取代电弧炉的还原期, 也可以与氧气转炉配合, 生产优质合金钢。同时, LF 还是连铸车间, 尤其是合金钢连铸车间不 可缺少的钢液成分、温度控制及生产节奏调整的设备。
• LF (V) 精炼法是钢包炉(Ladle Furnace) +真空(Vacuum) 的炉外精炼 法, 如图4 -3所示, 其是一种集电弧加热、气体搅拌、真空脱气、合成 渣精炼、喷吹精炼粉剂及添加合金元素等功能于一体的精炼法, 也称 多功能LF 法。
• ④检查无误后, 报告精炼炉炉长。 • (2) 精炼工精炼前的检查与准备。 • ①确认电极升降系统正常，三相电极长度能满足精炼需要，特别是
转炉开新炉及回炉钢水;检查电极接头处有无缝隙，如有缝隙，则吊 至电极接长装置并拧紧;检查电极头有无松动，若有松动，则把电极 头打掉;检查备用电极是否接长、数量是否足够。 • ②确认测温、定氧、取样装置工作正常，测温头、定氧头、取样器数 量足够。 • ③检查渣料、合金料、脱氧剂、增碳剂等是否充足，并确认合金成分。
• (12) 造还原渣: 炉渣化好后, 停电测温、取样, 调整吹Ar 强度。往钢包 中加铝粒或铝块, 按0.2 ~0.5 kg/ t 钢分批加入。根据渣样、钢样加石 灰或调渣剂、合金后送电。铝粒要求: wAl >99.0%, 粒度为0.5 ~1.0 mm。
• (13) 精炼时间的控制: 保证精炼时间32 min 以上, 钙处理后必须保证 软吹Ar 时间5 min以上, 钙样必须喂完钙线后软吹氩3 min 才取样。 钙铁线或硅钙线喂线速度控制在3.5 ~4.5 m/ s。
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任务4.1LF (V) 法炉外精炼工艺与操作
炉外精炼的基本原理
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（H2、N2）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：LF炉可以采用沉淀与扩散脱氧相结合的脱氧方式。
沉淀脱氧是直接向钢水中加入脱氧剂进行脱氧，其制约因素是脱氧产物不易全部上浮到渣相中导致钢水不纯；扩散脱氧是根据分配定律，钢水中氧向渣相中扩散，其脱氧的限制环节是渣-钢界面传质慢。
LF炉具有还原渣精炼和底吹氩强搅拌形成了良好的动力学条件，加大了扩散脱氧中渣-钢间氧的传输速度和沉淀脱氧中脱氧产物的上浮速度，钢水中的氧含量能降到很低的水平。
脱硫的化学反应式为：[FeS]+（CaO）=（CaS）+（FeO）脱硫能力用分配系数LS表示：LS=ω（S）/ω[S]当溶解氧不变时，硫的分配系数随（CaO）的增加而增大，随（FeO）、（SiO2）的增加而减少。
脱氧程度对脱硫效果的影响很大，LF炉高碱度还原精炼渣脱氧效果良好，低氧活度可增加熔渣的脱硫能力。
（CaO）含量高，（FeO）、（SiO2）含量低，对脱硫反应十分有利，脱硫效率高。
与硅相比，铝具有较强的脱氧能力。
一般铝处理的钢水，渣中（FeO+MnO）的含量相当低，脱硫也彻底。
2炉外精炼技术的特点与功能炉外精炼是指在钢包中进行冶炼的过程,是将真空处理、吹氩搅拌、加热控温、喂线喷粉、微合金化等技术以不同形式组合起来,出钢前尽量除去氧化渣,在钢包内重新造还原渣,保持包内还原性气氛。
炉外精炼的目的是降低钢中的Ｃ、Ｐ、Ｓ、Ｏ、Ｈ、Ｎ、等元素在钢中的含量,以免产生偏析、白点、大颗粒夹杂物,降低钢的抗拉强度、韧性、疲劳强度、抗裂性等性能。
电炉炼钢及炉外精炼
● 去非金属夹杂 来源
内因：脱氧脱硫产物；凝固过程因溶解度降低产物；固态钢相变产生 外因：带入钢液中的炉渣和耐火材料；钢液氧化物
成分：大多数氧化物+部分硫化物
降低夹杂物含量：炉外精炼 改变夹杂物类别：钙处理、稀土处理 改变夹杂物颗粒尺寸和分布：塑性加工、进行热处理 氧化物冶金：在钢中加入细小弥散的Ti2O3夹杂物，改善性能
1.3.5 炉外精炼
分类
渣洗法：合成渣洗、同炉渣洗
常压下处理法 合金添加和喷粉法：弹丸发射法、喂丝法、喷粉法
真空精炼法
Ar精炼法：Gazal、CAB、AOD、CLU 脱气为主：钢包脱气法VD、DH、RH
脱C、O、气为主：VOD、RH-OB、RH-PI
真空和加热法 ASEA-SKF、VAD、LF
1.3.5 炉外精炼
●●：效果显著 ●：有效果
工艺类别
精炼方式 搅拌方式 加热方式
钢包喷 粉法
氩氧炉 （AOD）
真空循环 脱气法 （RH）
真空吹氧 脱碳法 （VOD）
喷粉 吹氩
稀释气体 真空 钢水循环 电加热
真空 吹氩 吹氧
钢包真空 脱气法 （VD）
钢包炉 （LF）
真空 吹氩
大气(真空) 吹氩
电弧
脱氢
脱氮
脱氧
冶 金
真空碳脱氧
炼钢用原材料一般分为金属料、造渣材料、氧化剂、冷却剂和增碳剂
1. 金属料
● 铁水
占金属料的70%~100%
即入炉高温铁水，其物理热占转炉热收入的50%。
温度：大于1250℃，以利于转炉的热运行
要求
成分：[C]>3.5%: 近乎饱和 [Si] <1.25% ：转炉炼钢重要发热元素，过高造成渣量高，喷溅 [Mn]： 0.20％～0.40％，弱发热元素，铁水中的MnO可促进石 灰溶解，利用成渣。有利降低硫含量
炉外精炼常识
(3)渣洗
• 是获得洁净钢并能适当进行脱氧、脱硫的最简
便的精炼手段。
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。
LF造泡沫白渣完成脱氧、脱硫和去夹杂等精炼
任务。
(4)真空
• 将钢水置于真空室内，由于真空作用使反
应向生成气相方向移动，达到脱气、脱氧、
脱碳等的目的。
(5)喷吹、喂线
炉外精炼技术特点
• 实现分阶段冶炼，创造最佳的热力学动力
学条件，保证钢水纯净度；
• 采用真空精炼，提高脱C脱气速率；
• 采用电弧加热，精确控制钢水温度； • 采用吹 氩搅拌工艺，精确控制钢水成分。
炉外精炼技术优点
• 提高钢水纯净度：[S]≤5ppm，[P]≤20ppm，
[N]≤15ppm，[H]≤1.5ppm，[T·O]≤10ppm，
化生产的专业生产线。从铁水到成品钢材的生
产周期将缩短到2.5～3小时。
• 炉外精炼的发展，大幅度提高了钢水净化度，
明显改善了产品的性能,为新一代钢铁材料的 发展打下坚实工艺基础。
炉外精炼含义
• 把炼钢炉炼出的成品钢或半成品钢，在炉 外设备中进行脱硫、脱氧、脱碳、去气、 去夹杂、调整化学成分和温度等处理，进 一步提高钢的质量和品质的工艺方法。
CAS工艺功能特点
• 调整钢水成份
• 加铝吹氧升温，升温速度可达7℃/min
• 氩气密封、合金收得率高且稳定
• 处理成本低
• 均衡转炉和连铸工序生产
LF炉主要功能及特点
• 采用电加热的物理升温方式，不污染钢水 • 白渣脱硫 • 调整钢水成份 • 喂丝对钢水进行钙化处理
• 纯净钢水
• 均衡转炉和连铸工序生产
炉外精炼
5. 固体料的添加方法
(1)主要方法： 喷粉法（TN法） 喂丝法（WF法，Wire Feeding） 弹丸发射法（ ABS 法， Aluminum Ball Shoot）等 (2) 作用： 使反应剂直接加入反应区， 与反应物有尽可能大的接触界面， 尽量减少反应剂参与反应前的损失。
三、炉外精炼工艺
2. DH 法
又称真空提升脱气法 真空室与钢包相对运动 ; 钢水经吸管分批吸入真 空室内进行脱气。
特点： 脱气效果好； 可用容积较小的真空室与大吨位转炉相 匹配； 处理过程中温降小； 设备复杂、投资和操作费用都比较高； 目前应用的较少。
3．LF炉精炼法
(1) 工艺过程 将钢包移至精炼工位； 加入合成渣料； 降下石墨电极插入熔渣 层中，对钢水进行埋 弧加热； 同时进行底吹氩搅拌。
7. 炉外精炼
一、概 述
炉外精炼：
将在常规炼钢炉中完成的精炼任务部 分或全部地移到钢包或其它容器中进行； 也称二次精炼或钢包冶金；
炉外精炼出现和发展的原因：
1.对钢材质量要求的日益提高 2.传统工艺方法存在着不合理处 3.改善炼钢生产和连铸机之间的配合。
1.对钢材质量要求的日益提高
(1)纯洁度高 杂质数量：相差几倍甚至几十倍， 杂质形态：控制 (2)合金成分范围窄 产品成分范围宽，不利于钢材加工。
③ 炉内还原气氛 形成：钢包与炉盖密封，隔绝空气； 石墨电极氧化产生CO气体； 作用：使钢水进一步脱氧、脱硫， 去除非金属夹杂物，避免增氮； ④ 白渣精炼 高碱度的还原渣： 碱度R≥2.5,渣中(FeO+ MnO)<4% 进行脱氧、脱硫和去除非金属夹杂物。
(3) 应用
适宜生产超低硫、超低氧钢种； 精炼成本低，设备简单，投资较少； 若配有真空盖则称为LF-VD法； 除了可进行加热、成分微调、脱氧、 脱硫、 去夹杂之外，还可进行脱碳、脱气； 若在真空盖上配以氧枪，则可冶炼超 低碳不 锈钢。
转炉炼钢、炉外精炼、连铸
1、转炉炼钢转炉炼钢（converter steelmaking）是以铁水、废钢、铁合金为主要原料，不借助外加能源，靠铁液本身的物理热和铁液组分间化学反应产生热量而在转炉中完成炼钢过程。
转炉按耐火材料分为酸性和碱性，按气体吹入炉内的部位有顶吹、底吹和侧吹；按气体种类为分空气转炉和氧气转炉。
碱性氧气顶吹和顶底复吹转炉由于其生产速度快、产量大，单炉产量高、成本低、投资少，为目前使用最普遍的炼钢设备。
转炉主要用于生产碳钢、合金钢及铜和镍的冶炼。
转炉炼钢-正文一种不需外加热源，主要以液态生铁为原料的炼钢方法。
转炉炼钢法的主要特点是：靠转炉内液态生铁的物理热和生铁内各组分（如碳、锰、硅、磷等）与送入炉内的氧进行化学反应所产生的热量，使金属达到出钢要求的成分和温度。
炉料主要为铁水和造渣料（如石灰、石英、萤石等），为调整温度，可加入废钢以及少量的冷生铁块和矿石等。
转炉按炉衬的耐火材料性质分为碱性（用镁砂或白云石为内衬）和酸性（用硅质材料为内衬）;按气体吹入炉内的部位分为底吹、顶吹和侧吹;按吹炼采用的气体，分为空气转炉和氧气转炉。
酸性转炉不能去除生铁中的硫和磷，须用优质生铁，因而应用范围受到限制。
碱性转炉适于用高磷生铁炼钢，曾在西欧得到较大发展。
空气吹炼的转炉钢，因含氮量高，质量不如平炉钢，且原料有局限性，又不能多配废钢，未能像平炉那样在世界范围内广泛采用。
1952年氧气顶吹转炉问世，逐渐取代空气吹炼的转炉和平炉，现在已经成为世界上主要炼钢方法。
简史1856年，英国贝塞麦(H.Bessemer)发明了底吹酸性转炉炼钢法，以后被称为贝塞麦转炉炼钢法。
从此开创了大规模炼钢的新时代。
1879年英国托马斯(S.G.Thomas)创造了碱性转炉炼钢法。
造碱性渣除磷,适用于西欧丰富的高磷铁矿的冶炼，一般称托马斯转炉炼钢法。
1891年，法国特罗佩纳(Tropenas)创造了侧面吹风的酸性侧吹转炉炼钢法，曾在铸钢厂得到应用。
用氧气代替空气的优越性早被认识，但因未能获得大量廉价的工业纯氧，长期未能实现。