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1、1 炉炉外外精炼的产生精炼的产生w半世纪以来迅速发展的钢铁冶金重要技术；半世纪以来迅速发展的钢铁冶金重要技术；w提高生产率的需要；提高生产率的需要；w提高钢质量的需要；提高钢质量的需要；w满足不同钢种的特殊要求。满足不同钢种的特殊要求。炉外精炼发展历程炉外精炼发展历程w2020世纪世纪30304040年代，合成渣洗、真空模铸年代，合成渣洗、真空模铸w5050年代，大功率蒸汽喷射泵技术的突破，发明年代，大功率蒸汽喷射泵技术的突破，发明了钢包提升脱气法了钢包提升脱气法(DH)DH)及循环脱气法及循环脱气法(RH)RH)w60607070年代，高质量钢种的要求，产生了各种年代，高质量钢种的要求，产生
2、了各种精炼方法精炼方法w80809090年代，连铸的发展，连铸坯对质量的要年代，连铸的发展，连铸坯对质量的要求及炼钢炉与连铸的衔接求及炼钢炉与连铸的衔接w2121世纪，更高节奏及超级钢的生产。世纪，更高节奏及超级钢的生产。炉外精炼的内容炉外精炼的内容w脱氧、脱硫脱氧、脱硫w去气、去除夹杂去气、去除夹杂w调整钢液成分及温度调整钢液成分及温度2 炉炉外外精炼的手段精炼的手段w渣渣洗洗 最简单的精炼手段；最简单的精炼手段；w真空真空 目前应用的高质量钢的精炼手段；目前应用的高质量钢的精炼手段；w搅拌搅拌 最基本的精炼手段；最基本的精炼手段；w喷吹喷吹 将反应剂直接加入熔体的手段；将反应剂直接加入熔体
3、的手段；w调温调温 加热是调节温度的一项常用手段。加热是调节温度的一项常用手段。合成渣洗合成渣洗w根据要求将各种渣料配置成满足某种冶金功能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；的合成炉渣；w通过在专门的炼渣炉中熔炼，出钢时钢液与炉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；渣混合，实现脱硫及脱氧去夹杂功能；w不能去除钢中气体；不能去除钢中气体；w必须将原炉渣去除；必须将原炉渣去除；w同炉渣洗、异炉渣洗。同炉渣洗、异炉渣洗。真空处理真空处理w脱气的主要方法脱气的主要方法 提高真空度可将钢中提高真空度可将钢中C C、H H、O O降低；降低；w日本真空技
4、术，真空度到日本真空技术，真空度到1 1 torrtorr；C10ppm,H1ppm,O5ppmC10ppm,H1ppm,O5ppmw中国真空技术，真空度到中国真空技术，真空度到1 1 torrtorr；C20ppm,H1ppmC20ppm,H1ppm，O15ppmO15ppm。w新开发了脱硫功能：新开发了脱硫功能：KTBKTB 代表性装置：代表性装置：RHRH、VDVD、VODVOD。喷吹技术喷吹技术w喷吹实现脱碳、脱硫、脱氧、合金化、控制夹喷吹实现脱碳、脱硫、脱氧、合金化、控制夹杂物形态；杂物形态；w单一气体喷吹单一气体喷吹 VODVOD；w混合气体喷吹混合气体喷吹 AODAOD；w粉气流
5、的喷吹粉气流的喷吹 TNTN；w固体物加入固体物加入 喂线。喂线。升温工艺升温工艺w提高生产率的需要；提高生产率的需要；升温装置：升温装置：w LFLF加热加热w CASCAS化学加热。化学加热。3 主要的精炼工艺主要的精炼工艺wLF(Ladle Furnace process)；wAOD(Argon-oxygen decaburizition process);wVOD(Vacuum oxygen decrease process);wRH(Ruhrstahl Heraeus process);wCAS-OB(Composition adjustments by sealed argon-o
6、xygen blowing process)；w喂喂线线(Insert thread)；w钢包吹氩搅拌钢包吹氩搅拌(Ladle argon stirring)；w喷粉喷粉(powder injection)。3.1 LF3.1 LF炉炉w最最常用的精炼方法常用的精炼方法w取代电炉还原期取代电炉还原期w解决了转炉冶炼优钢问题解决了转炉冶炼优钢问题w具有加热及搅拌功能具有加热及搅拌功能w脱氧、脱硫、合金化脱氧、脱硫、合金化LF炉精炼原理1-电极；2-合金料斗；3-透气砖；4-滑动水口1-电极；2-合金料斗；3-透气砖；4-滑动水口l精精炼炼功功能能强强，适适宜宜生生产产超超低硫、超低氧钢；低硫、超
7、低氧钢；l具具备备电电弧弧加加热热功功能能，热热效效率率高高，升升温温幅幅度度大大，温温度度控制精度高；控制精度高；l 具具备备搅搅拌拌和和合合金金化化功功能能，易易于于实实现现窄窄成成分分控控制制，提提高产品的稳定性；高产品的稳定性；l 采采用用渣渣钢钢精精炼炼工工艺艺，精精炼成本较低；炼成本较低；l设备简单，投资较少。设备简单，投资较少。工艺优点工艺优点LFLF炉生产流程炉生产流程常规常规 LFLF炉工艺操作炉工艺操作w电炉电炉EBTEBT出钢，出钢过程加合金、加渣料出钢，出钢过程加合金、加渣料(石灰、石灰、萤石等萤石等2%)2%)，底吹氩、通电升温、化渣，底吹氩、通电升温、化渣，1010
8、分钟分钟取样分析，加渣料取样分析，加渣料(1(1)，测温取样，加合金看，测温取样，加合金看脱氧，准备出钢。脱氧，准备出钢。w一般一般30305050分钟，电耗分钟，电耗50508080kwhkwh/t/t；w现代转炉、电炉与连铸联系的纽带。现代转炉、电炉与连铸联系的纽带。3.2 AOD 3.2 AOD 炉炉w目的：目的：主要是冶炼高质量的不锈钢主要是冶炼高质量的不锈钢(C20ppm,S,P50ppm)C20ppm,S,P50ppm)使用更廉价的原料使用更廉价的原料(采用高碳铬代低碳铬采用高碳铬代低碳铬)；w使用情况：使用情况：60607070的不锈钢产量；的不锈钢产量；w我国太钢有国内第一台我
9、国太钢有国内第一台AOD;AOD;w不锈钢的冶炼方法不锈钢的冶炼方法 电炉；电炉或转炉电炉；电炉或转炉AODAOD；电炉或转炉电炉或转炉VOD.VOD.AODAOD工艺过程工艺过程w炉料：废钢、不锈钢返回料、高碳铬铁、高碳镍炉料：废钢、不锈钢返回料、高碳铬铁、高碳镍铁铁w吹炼过程温度及氩氧比的控制吹炼过程温度及氩氧比的控制w分不同温度及碳含量控制吹炼氩氧比分不同温度及碳含量控制吹炼氩氧比:wO O2 2：ArAr=4:1(3:1)=4:1(3:1)，C C下降为下降为0.2%0.2%、T T16801680；wO O2 2：ArAr=2:1=2:1，C C下降为下降为0.1%0.1%、T T1
10、7001700；wO O2 2：ArAr=1:2=1:2，C C下降为下降为0.02%0.02%、T T17301730；wO O2 2：ArAr=1:3=1:3，C C下降为下降为0.01%0.01%、T T17501750；3.3 VD/VOD3.3 VD/VOD炉炉wVD VD 的功能仅是真空加搅拌，的功能仅是真空加搅拌，wVOD VOD 是是Vacuum and stir and injection oxygenVacuum and stir and injection oxygen；wVDVD主要应用于轴承钢脱氧；主要应用于轴承钢脱氧；wVOD VOD 主要用于不锈钢冶炼；主要用于不
11、锈钢冶炼；V D/VODV D/VOD VD工艺工艺w轴承钢最重要的性能指标是疲劳寿命。轴承钢最重要的性能指标是疲劳寿命。w影响轴承钢寿命的重要指标是钢中氧含量，钢影响轴承钢寿命的重要指标是钢中氧含量，钢中中 OO控制在控制在1010ppmppm为好。为好。最好水平最好水平 O O 3 35ppm5ppm。国内国内1010ppmppm左右。左右。w控制钢中非金属夹杂物和碳化物级别。控制钢中非金属夹杂物和碳化物级别。wGCr15GCr15是最常用轴承钢：是最常用轴承钢：%C C：0.95-1.05%0.95-1.05%MnMn:0.9-1.20 :0.9-1.20%SiSi:0.40-0.65:
12、0.40-0.65%Cr:1.30-1.65 S,P0.020%Cr:1.30-1.65 S,P0.020以轴承钢冶炼为例以轴承钢冶炼为例冶炼工艺：冶炼工艺：UHPUHPLF+VDLF+VD（或（或RHRH）+CC+CC：w LFLF出钢后，扒渣（倒渣）出钢后，扒渣（倒渣）2/32/3，渣层厚度应保，渣层厚度应保持持40407070mmmm，扒渣时间扒渣时间33minmin。w 扒扒渣渣完完毕毕LFLF钢钢包包入入VDVD处处理理工工位位，接接通通氩氩气气，调调节节流流量量50508080NL/minNL/min，同同时时测测温温、取取样样，加加入硅石入硅石2 2 kg/mmkg/mm，调整炉
13、渣碱度调整炉渣碱度R=1.2R=1.21.51.5。w测温、取样后测温、取样后VDVD加盖密封，抽真空。加盖密封，抽真空。w真真空空泵泵启启动动期期间间，调调整整氩氩气气流流量量保保持持30 30 4040NL/minNL/min。VD工艺工艺以轴承钢冶炼为例以轴承钢冶炼为例w真真空空保保持持时时间间：真真空空启启动动后后，工工作作压压力力达达到到67 67 PaPa时，保持时间时，保持时间1515minmin。w真真空空保保持持期期间间调调整整氩氩气气流流量量 7070NL/minNL/min左左右右，并并通通过过观观察察孔孔观观察察钢钢水水沸沸腾腾情情况况，及及时时调调整整，保保持持均匀沸
14、腾。均匀沸腾。w终终脱脱氧氧后后解解除除真真空空、开开盖盖、测测温温，软软吹吹15152525minmin，氩氩气气流流量量 70-10070-100NL/minNL/min左左右右，控控制制渣渣面面微动为宜。微动为宜。w软软吹吹结结束束后后，测测温温、取取样样，加加保保温温剂剂出出钢钢，出出钢钢温度温度1530153015401540。VD工艺工艺以轴承钢冶炼为例以轴承钢冶炼为例VOD VOD 工艺工艺w初炼炉将碳控制在初炼炉将碳控制在0.20.20.50.5，P0.03%P0.03%以下；以下；钢液温度为钢液温度为16301630；w初炼炉除渣后，将初炼炉除渣后，将VODVOD钢包吊入真空
15、室，接底吹氩，开始钢包吊入真空室，接底吹氩，开始抽真空，此时温度抽真空，此时温度1550-1580;1550-1580;w当真空度达到当真空度达到13132020kpakpa时，开始吹氧脱碳；时，开始吹氧脱碳；w碳含量降低的同时，提高真空度，保铬不氧化；碳含量降低的同时，提高真空度，保铬不氧化；w当碳合格时，停止吹氧，加大真空到当碳合格时，停止吹氧，加大真空到100100PaPa以下，并加大以下，并加大搅拌，进一步脱碳，钢液温度达到搅拌，进一步脱碳，钢液温度达到1670167017501750；w加合金、微调成分、加铝吹氩搅拌几分钟后，破真空浇铸。加合金、微调成分、加铝吹氩搅拌几分钟后，破真空
16、浇铸。以冶炼超低碳不锈钢为例以冶炼超低碳不锈钢为例3.4 3.4 RHRH真空精炼真空精炼 wRuhrstahl Ruhrstahl 公司和公司和HeraeusHeraeus公司公司19571957年开发的。年开发的。w也称钢液循环脱气法，将钢液提升到一容器内处也称钢液循环脱气法，将钢液提升到一容器内处理。理。w主要冶炼高质量产品，如轴承钢、主要冶炼高质量产品，如轴承钢、LFLF钢、硅钢、钢、硅钢、不锈钢、齿轮钢等。不锈钢、齿轮钢等。w国内国内RHRH设备主要依靠进口。设备主要依靠进口。RHRH工艺特点工艺特点反反应应速速度度快快，表表观观脱脱碳碳速速度度常常数数k kC C可可达达到到3.5
17、3.5minmin-1-1。处理周期短，生产效率高，常与转炉配套使用。处理周期短，生产效率高，常与转炉配套使用。反反应应效效率率高高，钢钢水水直直接接在在真真空空室室内内进进行行反反应应，可可生生产产H0.510H0.510-6-6，N2510N2510-6-6，C1010C1010-6-6的的超超纯纯净钢。净钢。可可进进行行吹吹氧氧脱脱碳碳和和二二次次燃燃烧烧进进行行热热补补偿偿，减减少少处处理理温降；温降；可进行喷粉脱硫，生产可进行喷粉脱硫，生产 S510S510-6-6的超低硫钢。的超低硫钢。RHRH工艺参数工艺参数w处理容量：大炉子比小炉子好处理容量：大炉子比小炉子好(50(50t t
18、以上以上)；w处理时间：钢包在真空位的停留时间处理时间：钢包在真空位的停留时间；TcTc/Vt Vt TcTc允许温降，允许温降，VtVt平均温降平均温降/minmin；w循环因数：循环因数：C C(t/min).t(min)/Q(t/min).t(min)/Q(ton)(ton)循环流量、循环流量、t t脱气时间、脱气时间、Q Q处理容量处理容量w循环流量循环流量：主要由上升管与驱动气体流量决定；主要由上升管与驱动气体流量决定；w真空度：真空度：6060100100papa；w抽气能力。抽气能力。RHRH真空工艺过程真空工艺过程w出钢后，钢包测温取样；出钢后，钢包测温取样；w下降真空室，插入
19、深度为下降真空室，插入深度为150-150-200200mmmm；w起动真空泵，一根插入管输入起动真空泵，一根插入管输入驱动气体；驱动气体；w当真空室的压力降到当真空室的压力降到26261010kpakpa后，循环加剧；后，循环加剧；w钢水上升速度为钢水上升速度为5 5m/sm/s、下降速下降速度为度为1 12 2m/sm/s；w气泡在钢液中将气体及夹杂带气泡在钢液中将气体及夹杂带出。出。RHRH的发展的发展w-OB(Oxygen Blowing)，真空室下部吹氧真空室下部吹氧w-KTB(Kawasaki Top Blowing)日本川崎，顶吹氧日本川崎，顶吹氧w-PB(Powder Blow
20、ing)，真空室下部喷粉脱真空室下部喷粉脱P、S。3.5 CAS3.5 CAS、CASCASOBOB精炼工艺精炼工艺工艺优点：工艺优点：钢液升温和精确控制钢水温度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，实现窄成分控制精确控制钢液成分，实现窄成分控制 均匀钢水成分和温度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。冶炼节奏快，适合转炉的冶炼节奏。CASCAS和和CAS-OBCAS-OBO2CASCASOBOB的冶炼效果的冶炼效果w加热；升温速度加热；升温
21、速度5 56/6/minmin；w钢液成分：吹氧前后变化不大；钢液成分：吹氧前后变化不大；w钢水洁净度：钢水洁净度：OO基本不变，可降低基本不变，可降低 NN含量。含量。3.6 喷粉工艺喷粉工艺w效果最好投资及使用成本最低也是最不好掌握的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；技术；可脱硫、脱磷、合金化、夹杂变性；工艺参数：工艺参数：w喷枪插入深度；喷枪插入深度；h=H(h=H(钢液深钢液深)-)-hchc(喷入深喷入深)；w喷吹压力：大于钢液、炉渣及大气压；喷吹压力：大于钢液、炉渣及大气压；w喷吹时间：喷粉设备及钢液容纳粉剂的能力；喷吹时间：喷粉设备及
22、钢液容纳粉剂的能力；w供料速度：设备能力及钢液化学反应速度；供料速度：设备能力及钢液化学反应速度；w载气能力与粉气比。载气能力与粉气比。喷粉设备喷粉设备4 典型精炼设备的功能典型精炼设备的功能冶金效果冶金效果典型精炼方法达到的洁净度典型精炼方法达到的洁净度5 5 洁净钢洁净钢(purity steel)purity steel)w6060年代：年代：S+P+N+O+H900ppmS+P+N+O+H900ppm；w7070年代：年代：S+P+N+O+H800ppmS+P+N+O+H800ppm；w8080年代：年代：S+P+N+O+H600ppmS+P+N+O+H600ppm；w9090年代：年
23、代：S+P+N+O+H100ppmS+P+N+O+H100ppm；w20002000年代：年代：S+P+N+O+H50ppmS+P+N+O+H50ppm。洁净钢除洁净钢除 S+P+N+O+HS+P+N+O+H五大元素外，五大元素外，随废钢量的增加。还包括随废钢量的增加。还包括CuCu、ZrZr、SnSn、BiBi、PbPb等等伴生元素。伴生元素。w洁净钢是一个相对概念洁净钢是一个相对概念w某一杂质含量降低到什么水平决定于钢种和产品某一杂质含量降低到什么水平决定于钢种和产品用途用途w不同的年代，对洁净钢有不同的要求不同的年代，对洁净钢有不同的要求w有害元素降低程度决定于装备和工艺现代化水平。有害
24、元素降低程度决定于装备和工艺现代化水平。w高附加值产品对洁净度的要求是：高附加值产品对洁净度的要求是：TO要低要低20ppm；夹杂物数量要少；夹杂物数量要少；夹杂物尺寸要小夹杂物尺寸要小50m；夹杂物形态要合适。；夹杂物形态要合适。洁净钢的定义洁净钢的定义 洁净钢生产技术洁净钢生产技术 初炼炉低氧钢精炼技术初炼炉低氧钢精炼技术 出钢炉渣改质与预脱硫工艺出钢炉渣改质与预脱硫工艺 出钢挡渣技术与下渣检测出钢挡渣技术与下渣检测 渣洗精炼工艺渣洗精炼工艺 夹杂物改性技术夹杂物改性技术 CaCa处理技术处理技术 超低碳钢冶炼技术超低碳钢冶炼技术 低低N N钢冶炼技术钢冶炼技术 夹杂物控制技术夹杂物控制技术 钢水保护技术钢水保护技术 无缺陷连铸坯生产工艺无缺陷连铸坯生产工艺 连铸坯表面质量的控制连铸坯表面质量的控制 大型夹杂物的控制大型夹杂物的控制转炉洁净钢生产工艺转炉洁净钢生产工艺电炉洁净钢生产工艺电炉洁净钢生产工艺