炉外精炼介绍

1、炉外精炼介绍炉外精炼技术20世纪炼钢技术中的革新，主要是纯氧顶吹转炉炼钢法和连续铸钢法。由于这些实用技术的采用，炼钢生产率飞速提高。炉外精炼技术是设置在转炉和连续铸钢间的连接工序，这一技术的实用化，大大提高并完善亨利贝塞麦发明的液态炼钢法。要提高铸钢生产的质量和产量，同样离不开冶金冶炼技术的发展。炉外精炼技术就是铸件生产中的适用技术之一。1炉外精炼技术的功能脱氢、脱氧、脱碳、脱硫、非金属夹杂物的形态控制、成分调整（添加合金）、钢液成分及温度的微调及均匀化、脱氮、脱磷。针对上述功能，衍生出LF法、VD法、VOEfe、RM、SKF'法等炉外精炼设备。但对于各生产厂家具体使用哪种精炼设备，他

2、们会综合考虑冶炼的钢种、生产量、粗/精炼的组合等，选择最适合的炉外精练法。2电炉加钢包精炼炉双联工艺法简介目前，电弧炉炼钢是铸钢件生产中最广泛的炼钢方法之一。这种方法是利用电弧产生的高温和热能熔化固体炉料，实现冶炼的目的。在电弧炉炼钢中为了清除钢液中的气体和夹杂物，通常通过脱碳反应形成钢液沸腾，对钢液激烈氧化。在下一步为了去除钢液中残余的氧，又需要对钢液进行脱氧，因此产生大量的夹杂物，这是电弧炉炼钢难以解决的矛盾。为了解决这一问题，经过冶金工作者多年努力，摸索出双联工艺法方案。即将原电弧炉炼钢的两大期-氧化期及还原期分别放在电弧炉和钢包精炼中进行，各自独立操作，以达到提高钢液的冶炼质量，提高生

3、产率的目的。下面是双联工艺法的工艺流程：电炉加料-熔化-氧化-升温-出钢-LF炉接钢液-精炼还原-微调成分，调整温度-出钢-喂丝-钢液测温-钢液浇注。3双联工艺法的产品质量对几个采用双联工艺法的铸钢厂产品质量跟踪：气体含量：H3.5ppm,O40ppm,N80ppm；杂质含量：0.015%,s0.0l%,si、Mn可控制在0.02%内,Ni、MoCu可控制在0.01%内。4材料性能屈服强度增加7%11%抗拉强度增加3%6%冲击韧度增加20%-45%断面收缩率、伸长率基本无变化。夹杂物含量明显减少，分布形态多呈不连续状。炉外精炼技术经济效益分析几家铸钢厂使用钢包精炼炉设备后，吨钢原材料消耗量均有

4、所下降。如吨钢电耗，下降35kwh左右。但增加LF炉设备后，需配套增大水循环系统，除尘系统及其他投资，使得钢液冶炼成本增加。但钢液化学成分控制稳定，合金成分控制准确，钢液成分均匀。无偏析现象，钢液中气体、夹杂物控制较高，力学性能优良，铸件废品率大大降低。正基于上述原因，钢液成本总体上基本持平。使用钢包精炼炉技术的优点用钢包精炼炉技术后，钢液中的有害元素和有害气体降到了一个较低的含量水平，使钢中不易形成对铸件材质有严重破坏的非金属夹杂物，从而提高了铸件的低温性能和铸件对使用环境的适应性。氮气的搅拌作用加速了钢/渣之间的化学反应，有利于钢液的脱硫、脱氧，促进钢液中非金属杂物的上浮和去除，提高了钢液

5、温度和成分的均匀性。与普通电弧炉联合冶炼，加快了生产周期，提高了合金回收率。设备简单、投资较低。使用钢包精炼炉还需解决如下问题钢液温度下降。由于钢包精炼炉与普通电弧炉相连操作，在普通电弧炉钢液氧化完毕向精炼炉出钢时，钢液温度下降，炉子越小，温降越大。这样精炼炉需进行提温操作，会少许增加电耗。钢液倒包会增加气体含量，钢液进行炉外精炼后，具钢液中各类气体含量均有降低。但在钢液倒包过程中，易使钢液吸气，造成钢液气体含量些许增加，目前已有解决办法。转炉炼钢：铁水供应（倒罐站、混铁炉）-脱硫站-转炉-炉外精练（LF、VDRH等）-连铸机电炉炼钢：废钢供应（废钢配料问）-电炉-炉外精练（LF、VD）-连铸

6、机转炉炼钢：铁水供应（倒罐站、混铁炉）-铁水预处理-转炉-炉外精炼（LF、VDRH等）-连铸机（或模注）电炉炼钢：废钢供应（铁水、海绵铁）-电炉-炉外精练（LF、VDAODVOD等）-连铸机（或模注）说明：不同的钢厂设备不同生产工艺流程也不同，实际上世界上几乎没有完全一样的钢厂存在，生产工艺流程存在很多不同。钢包处理：钢包处理型炉外精炼的简称。其特点是精炼时间短（约1030分钟），精炼任务单一，没有补偿钢水温度降低的加热装置，工艺操作简单，设备投资少。它有钢水脱气、脱硫、成分控制和改变夹杂物形态等装置。如真空循环脱气法（RH、DH）,钢包真空吹量法（Gazid）,钢包喷粉处理法（IJ、TNSL

7、）等均属此类。钢包精炼：钢包精炼型炉外精炼的简称。其特点是比钢包处理的精炼时间长（约60180分钟），具有多种精炼功能，有补偿钢水温度降低的加热装置，适于各类高合金钢和特殊性能钢种（如超纯钢种）的精炼。真空吹氧脱碳法（VOD）、真空电弧加热脱气法（VAD）、钢包精炼法（ASEA-SKF封闭式吹量成分微调法（CAS）等，均属此类；与此类似的还有氮氧脱碳法（AOD）。1、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。2、炉外精炼的手段谓洗：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

8、段。3、主要的精炼工艺LF(LadleFurnaceprocess);AOD(Argon-oxygendecaburizitionprocess);VOD(Vacuumoxygendecreaseprocess);RH(RuhrstahlHeraeusprocess);CAS-OB(Compositionadjustmentsbysealedargon-oxygenblowingprocess)；喂线(Insertthread);车冈包吹氮搅拌(Ladleargonstirring)；喷粉(powderinjection)。LF炉LF炉指一种利用钢包对钢水进行炉外精炼的设备！LF炉(LADLE

9、FURNACE)钢包精炼炉，是钢铁生产中主要的炉外精炼设备。它的主要任务是：脱硫温度调节精确的成分微调改善钢水纯净度造谓在LF炉生产中建立过程控制计算机系统，主要用来解决以下问题：实时接收生产计划，按照计划动态组织生产。按照炉次对LF炉生产进行实时的数据跟踪。通过冶金模型的计算，实现作业过程的优化，同时并向操作人员提供操作指导。向下工序提供LF炉作业数据。向工艺人员提供生产数据的历史追溯.LF炉一般指钢铁行业中的精炼炉。实际就是电弧炉的一种特殊形式。最常用的精炼方法；取代电炉还原期；解决了转炉冶炼优钢问题；具有加热及搅拌功能；脱氧、脱硫、合金化LF精炼炉LF钢包精炼炉可供初炼炉（电炉、中频炉、

10、AOW、转炉）钢水精炼、保温之用。是满足优钢、特钢生产和连铸、连轧的重要冶金设备。具有常压电弧加热、脱氧去气、吹氮搅拌、加料调整成分、测温、取样、脱磷脱硫等功能。特点1 .采用三相电极三（单）支臂、水冷炉盖，具有电极旋转和平移钢包车两种结构，占地少，适于旧车间改造。可选钢包倾动机构，进行扒渣操作。2 .采用机械传动、PLC控制、液压或气动电极夹紧，水冷电缆设备简单，易于使用维护，可靠性高。3 .具有包底吹氮（氮）装置，可以人工（或机械）包顶加料，吹氧（辅助脱碳.脱磷）。4 .配合各种小型熔炼炉生产各种特殊钢，最小单炉处理钢水量6-8T,单炉处理时间25-35min。常规LF炉工艺操作1 .电炉

11、EBT出钢，出钢过程加合金、加渣料（石灰、萤石等2%）,底吹氮、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。2 .一般30-50分钟，电耗50-80kwh/t;3 .现代转炉、电炉与连铸联系的纽带。近年来，钢铁冶金新技术、新工艺得到了长足的发展，而炉外精炼技术作为其中重要的一环，及它对提高钢的内在质量、改善钢材的性能、满足品种钢冶炼的需求已经越来越引起人们的重视。LF精炼炉因其设备投资较少、精炼效果明显而迅猛发展，已成为开发钢种、提高质量的主要精炼设备之一，国内已形成了转炉+LF炉+连铸的工艺路线。山西新临钢钢铁有限公司LF钢包精炼炉于2005年8月投产

12、热试，经过3个月的工艺实践，LF精炼炉已发挥其良好的精炼脱氧优势，有效地起到了改善钢的内在质量和控制钢水温度的作用。1LF炉的设备概况工艺技术参数公称容量：30t正常处理钢水量：30t最大处理钢水量：32t最小处理钢水量：20t变压器额定容量：5500kVA+20%一次电压：10kV二次电压：215V-189V-150V调压方式：无励磁调压前三档为恒功率，后三档为恒电流精炼周期：22min2LF精炼工艺制度及钢水处理效果工艺流程：转炉-2XLF炉-连铸-转炉的冶炼周期为22min,连铸的生产周期为16min17min。为保证生产连续快速进行，临钢炼钢厂采用2座LF炉配1座连铸机的生产工艺，且本

13、厂LF工艺的特点是精炼周期较短，这就给LF精炼造渣工艺带来了较大难度。在热试期间，炼钢厂采取了多种造渣脱氧工艺，经过反复比较，最终形成了比较适合炼钢厂的一套工艺制度。2.1 转炉控制2.1.1 出钢下渣控制转炉出钢过程中下渣时，炉渣受钢流的混冲乳化起到了充分氧化钢液的作用，这种原始谓氧化性强，炉渣氧势高且渣中SiO2含量较高，碱度低，给精炼脱氧造成极大危害。根据临钢目前的转炉设备工艺状况，具有较好精炼效果的转炉下渣的渣层厚度不大于70mm2.1.2 转炉成分控制在转炉出钢脱氧合金化的过程中，由于加入增碳剂(碳粉)，有部分碳粒混入钢渣中，且合金、脱氧剂、精炼渣的加入使出钢温降较大，使熔渣变稠甚至

14、硬化结壳，导致精炼前期化谓困难、时间较长和就位成分碳含量不准确。另外，由于LF炉加料口较小，精炼周期较短，我们采取了精炼过程不进行合金的成分微调，转炉按钢种中限控制合金成分，按钢种下限控制碳含量，减少转炉下渣的工艺措施，确保在LF炉合金和碳含量的准确控制。2.1.3 出钢时加渣料研究表明，单独用脱氧剂如Fe-Mn脱氧，发生如下反应：Mn+O=(MnO)Fe+O=(FeO)生成Mn(Fe)O,并不能把氧脱到很低的程度。但是随着脱氧产物Mn(Fe)O在渣溶解，其热力学活度降低，促进了脱氧反应的进行，使钢中溶解氧降低，如图1所示。无谓的情况下脱氧产物为Mn(Fe)O,钢中溶解氧较高，故出钢前应将配好

15、的渣料加入钢包中且放在钢流冲击处，充分利用出钢时钢水冲击的动能，加强渣-金属的混合，达到脱氧、脱硫的目的。为此，我们采取了出钢过程加精炼渣的工艺制度，采取的精炼渣渣系为：CaO-Al2O3-MgO主要成分见表1:1.1 炼渣系的主要成分成分W(CaO)W(Al2O3)W(MgO)W(Fe2O3)W(TiO2)精炼渣45.929.51.91.31.6钢包中的w(Mn)/%图1在有渣和无谓条件下Fe-M的脱氧情况1.2 加热制度30t钢包精炼炉的二次测电压范围为150V动口热制度215V,分为4档，调方式为有载或无载。热调试数据表明，实际的钢液升温速度与初始钢液温度、出钢时合金和脱氧剂的加入量、造

16、渣剂的加入量、钢包运转周期等因素有关。实践表明，处理初期采用中等电压、大电流操作以快速化渣提温，当炉渣化好后可根据钢水温度情况，采用不同电流，短电弧加热，弧流变化范围为10000A16800A1.3 吹量制度底吹量在LF炉处理过程中发挥的作用十分重要。底吹量对化渣、调节成分、脱硫、脱氧及夹杂物的上浮均有较大影响。搅拌强度与钢包带渣量和钢水温度也有较大关系。实践表明，LF精炼炉到吊包工位后，接吹氮管进行旁吹破壳，破壳后流量稍微变小，以钢水不裸露为准。到加热工位后，根据透气砖透气情况，采取中等强度的氮流量进行搅拌。钢包出加热工位喂Ca-Si丝后，进行软搅拌。氮气流量变化范围约为300NL/min5

17、0NL/min20NL/min10NL/min。1.4 造渣工艺LF炉精炼造渣过程的核心任务是尽快形成Feg量小于1%勺强还原性渣，即白渣。能否尽快形成白渣，并使钢水在还原气氛中有足够的精炼时间是保证钢液脱硫和净化钢水质量的关键。在LF炉热试期间，考虑造渣剂成本和精炼周期等因素，经多次实践，形成了较好的精炼造渣工艺制度。即钢包至LF炉，底吹氮旁吹破壳后，首先喂铝线把钢中的溶解氧脱到最低限度，Al脱氧反应为，然后加入电石、铝粉等脱氧剂，转至精炼工位后，测温取样，供电精炼。精炼过程中，根据实际情况分批加入石灰、电石、铝粉等渣料，总量约为350kg400kg。供电结束后，LF炉转至等待工位，喂硅钙线

18、，软吹3min5min,吊包出工位。精炼过程白渣形成时间约需6min10min。3LF钢水处理效果1.5 渣中（FeO+MnO注量和熔渣碱度有关资料表明，当熔渣中w(FeO+MnO)1.0%以下时，钢液内的氧将向与之接触的熔渣内扩散，从而降低了钢液中的氧浓度，保证一定的炉渣碱度，控制包渣碱度R在34.5之间，会使炉渣具有较高的脱硫和吸附夹杂能力。热试过程的数据表明，在出钢挡渣正常的情况下，对于出钢时w(FeO+MnO)为7%14%碱度R为2.53的钢包顶渣，经LF炉精炼后，大部分炉次渣中w(FeO+Mn康为1流右，碱度提高到34之间，有效降低了钢中的氧含量。1.6 成分控制经LF炉处理后钢水成

19、分变化不大，在渣厚小于100mm青况下，经喂丝、添加碳粉、加入渣料后，可适当增加部分合金元素的含量。w(C):由于转炉C含量按规格下限控制，考虑石墨电极加热增碳量，根据目标要求加入碳粉，可使钢中w(C)增加0.01%0.08%w(Si):由于精炼还原脱氧和加入硅钙线使钢中平均上升-0.01%0.04%之间。w(Mn):由于加入碳粉、电石和铝粉，使部分MnOK还原，回钮量约为0.01%0.06%w(P):精炼处理时，随着炉渣脱氧反应的进行，存在回磷现象，回磷量为0.001%0.006%w(S):随着炉渣氧化性降低，钢水流动性渐好，脱硫条件得到改善，处理结束后，脱硫率平均为14.96%,最高达41

20、.66%。1.7 钢中气体和夹杂在实际生产时，转炉出钢采用硅铁、钻铁、钢芯铝、硅钙等合金和脱氧剂进行脱氧，钢包精炼时，进一步采用喂铝线脱氧，可以使钢中的氧含量降低，而炉渣中(FeO+MnOt量的降低和炉渣碱度的提高，使钢中氧向炉渣中扩散成为可能，但在白渣化较差的情况下，钢中氧有可能回升。经过3个月的工艺实践，LF炉发挥了较好的脱氧优势，脱氧率最高为84.04%,平土匀为66.61%。钢中氮含量稍有增加，平均为32X10-6,氮含量控制都在标准范围内。转炉出钢过程加部分硅钙，精炼结束喂硅钙线，使钢中A12O3夹杂和MnS夹杂由链条状转变为易上浮排除的液态球状氧化物，起到了提高钢液纯净度，消除机械

21、性能影响的作用。金相检验表明，经精炼后的铸坯中只有级别较低的球状氧化物夹杂。4结论(1)LF炉发挥了较好的脱氧优势，脱氧率平均为66.61%,铸坯纯净度得到改善。(2)转炉下谓量不稳定给精炼操作带来一定难度，钢包内渣层厚度不大于70m他今后一段时间内的攻关目标。(3)LF炉的工艺制度还需要继续研究，对于如何解决渣料快速熔化，提高渣铁的硫容比，以进一步提高脱硫率是今后需要解决的问题。AOLW氮氧脱碳精炼炉，AOCW氮氧脱碳精炼炉是一项用于不锈钢冶炼的专有工艺。一、AOLft氧精炼炉设备组成：1、AOD?体2、AODB;架3、托圈4、AOD当谓罩5、AO就座6、轴承和轴承座7、倾炉系统驱动机构8A

22、OD事故倾动驱动机构二、AOCfe特点：*采用廉价高碳铭铁大幅度降低原料成本。*采用二步法炼钢，缩短了冶炼时间，提高了生产本。*采用AOEfe冶炼的不锈钢，质量稳定。*AOW设备简单，基建投资小。*AOD法操作简单，可靠，并可稳定地实现过程自动控制。三、目的：主要是冶炼高质量的不锈钢(C20ppm,S,P50ppm);使用更廉价的原料(采用高碳铭代低碳铭)；备注：使用情况：60-70%勺不锈钢产量；我国太钢有国内第一台AOD四、不锈钢的冶炼方法电炉；电炉或转炉+AOD电炉或转炉+VOD.五、AODT艺过程1 .炉料：废钢、不锈钢返回料、高碳铭铁、高碳锲铁2 .吹炼过程温度及氮氧比的控制3 .分

23、不同温度及碳含量控制吹炼氮氧比：O2Ar=4:1(3:1),C下降为0.2%、T=1680C;O2Ar=2:1,C下降为0.1%、T=1700C;O2Ar=1:2,C下降为0.02%、T=1730C;O2Ar=1:3,C下降为0.01%、T=1750C;VD/VODVD(VacuumDegassing)精炼法是将转炉、电炉的初炼钢水置于真空室中，同时钢包底部吹氮搅拌的一种真空处理法，如图8-9所示。可进行脱碳、脱气、脱硫、去除杂质、合金化和均匀钢水温度、成分等处理。其主要设备由真空系统、真空罐系统、真空罐盖车及加料系统组成。适于生产各种合金结构钢、优质碳钢和低合金高强度钢。在VD炉上增加顶吹氧

24、系统，构成VOW,如图8-10所示。此法可以完成真空吹氧脱碳的功能，适宜冶炼低碳钢和低碳不锈钢。基本情况：VD的功能仅是真空加搅拌，VOD!Vacuumandstirandinjectionoxygen；VD主要应用于轴承钢脱氧；VODM用于不锈钢冶炼；一、设备用途：VD型钢包精炼炉可对钢水进行真空脱气处理及真空下合金成分微调及氮气搅拌。VOL0钢包精炼炉是在真空下吹氧、脱碳、真空除气、真空下合金成分微调，主要用于精炼超低碳不锈钢和电工纯铁等。二、主要形式：VD/VO理钢包精炼炉可采用单独工位，也可采用双工位，真空罐为高架式或地坑式布置，也可采用车载式，真空罐盖的移动方式可采取旋开式或车载移开

25、式。三、设备组成：VD/VOD型钢包精炼炉由真空罐、真空罐盖及罐盖提升机构、钢包、氧枪机构、真空加料装置、测温取样和观察系统、氧气系统、氧气系统、冷却水系统、真空泵系统等组成。四、VD工艺：以轴承钢冶炼为例1 .轴承钢最重要的性能指标是疲劳寿命。2 .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 .最好水平O=3-5ppm。国内10Ppm左右。4 .控制钢中非金属夹杂物和碳化物级别。5 .GCr15是最常用轴承钢：%C0.95-1.05;%Mn0.9-1.20;%Si:0.40-0.65;%Cr1.30-1.65S,P0.0206.冶炼工艺：UHP+LF+VD(RH)+C

26、CLF出钢后，扒渣（倒渣）2/3,渣层厚度应保持40-70mm扒渣时间3min。扒渣完毕LF钢包入VD处理工位，接通氧气，调节流量50-80NL/min,同时测温、取样，加入硅石2kg/mm,调整炉渣碱度R=1.2-1.5。测温、取样后VD加盖密封，抽真空。真空泵启动期间，调整氧气流量保持30-40NL/min。真空保持时间：真空启动后，工作压力达到67Pa时，保持时间15min。真空保持期间调整氧气流量70NL/min左右，并通过观察孔观察钢水沸腾情况，及时调整，保持均匀沸腾。终脱氧后解除真空、开盖、测温，软吹15-25min,氧气流量70-100NL/min左右，控制渣面微动为宜。软吹结束

27、后，测温、取样，力口保温剂出钢，出钢温度1530-1540C。五、VODT艺：以冶炼超低碳不锈钢为例1 .初炼炉将碳控制在0.2-0.5%,P0.03%以下；2 .钢液温度为1630C；3 .初炼炉除渣后，将VODM包吊入真空室，接底吹氮，开始抽真空，此时温度1550-1580C;4 .当真空度达到13-20kpa时，开始吹氧脱碳；5 .碳含量降低的同时，提高真空度，保铭不氧化；6 .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1670-1750C；7.加合金、微调成分、加铝吹氮搅拌几分钟后，破真空浇铸。RHB炼炉Ruhrstahl公司和Heraeus公司1957年开发的。也称钢液循环脱气法，将钢液提升到一容器内处理。主要冶炼高质量产品，如轴承钢、LF钢、硅钢、不锈钢、齿轮钢等。国内RH设备主要依靠进口一、RHT艺特点反应速度快，表观脱碳速度常数kC可达到3.5min-1。处理周期短，生产效率高，常与转炉配套使用。反应效率高，钢水直接在真空室内进行反应，可生产H<0.5X10-6,NK25X10-6,C<10X10-6的超纯净钢。可进行吹氧脱碳和二次燃烧进行热补偿，减少处理温降；可进行喷粉脱硫，生产S<5X10-6的超低硫钢。二、RHT艺参数处理容量：大炉子比小炉子好(50t以上)；处理时间：钢包在真