炉外精炼工艺技术课件

1、1 炉外精炼的产生炉外精炼的产生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w 2020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w 5050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)w 60607070年代，高质量钢种的要求，产生了各种年代，高质

2、量钢种的要求，产生了各种精炼方法精炼方法w 80809090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w 2121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 炉外精炼的手段炉外精炼的手段w 渣洗渣洗 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

3、加入熔体的手段；将反应剂直接加入熔体的手段；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

4、钢中C C、H H、O O降低；降低；w 日本真空技术，真空度到日本真空技术，真空度到1 torr1 torr；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 torr1 torr；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 VO

5、DVOD；w 混合气体喷吹混合气体喷吹 AODAOD；w 粉气流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w LF(Ladle Furnace process)；w AOD(Argon-oxygen decaburizition process );w VOD (Vacuum oxygen decrease process) ; w RH (Ruhrstahl Heraeus process);w CAS-

6、OB( Composition adjustments by sealed argon -oxygen blowing process) ；w 喂线喂线 (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 最常用的精炼方法最常用的精炼方法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

7、水口1-电极；2-合金料斗；3-透气砖；4-滑动水口l精炼功能强，适宜生产超精炼功能强，适宜生产超低硫、超低氧钢；低硫、超低氧钢；l具备电弧加热功能，热效具备电弧加热功能，热效率高，升温幅度大，温度率高，升温幅度大，温度控制精度高；控制精度高；l 具备搅拌和合金化功能，具备搅拌和合金化功能，易于实现窄成分控制，提易于实现窄成分控制，提高产品的稳定性；高产品的稳定性；l 采用渣钢精炼工艺，精采用渣钢精炼工艺，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

8、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505080kwh/t80kwh/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

9、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: :w O O2 2：Ar=4

10、:1(3:1)Ar=4:1(3:1)，C C下降为下降为0.2%0.2%、T T16801680；w O O2 2：Ar=2:1Ar=2:1， C C下降为下降为0.1%0.1%、T T17001700；w O O2 2：Ar=1:2Ar=1:2， C C下降为下降为0.02%0.02%、T T17301730；w O O2 2：Ar=1:3Ar=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w VD VD 的功能仅是真空加搅拌，的功能仅是真空加搅拌，w VOD VOD 是是Vacuum and stir and inje

11、ction oxygenVacuum and stir and injection oxygen；w VDVD主要应用于轴承钢脱氧；主要应用于轴承钢脱氧；w VOD VOD 主要用于不锈钢冶炼；主要用于不锈钢冶炼；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10ppm10ppm为好。为好。 最好水平最好水平O O 3 35ppm5ppm。国内。国内10ppm10ppm左右。左右。w 控制钢中非金属夹杂物和碳化物级别

12、。控制钢中非金属夹杂物和碳化物级别。w GCr15GCr15是最常用轴承钢：是最常用轴承钢： %C%C：0.95-1.05 %Mn: 0.9-1.20 0.95-1.05 %Mn: 0.9-1.20 %Si:0.40-0.65%Si: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404070mm70mm，扒渣时间，扒渣

13、时间3min3min。w 扒渣完毕扒渣完毕LFLF钢包入钢包入VDVD处理工位，接通氩气，处理工位，接通氩气，调节流量调节流量505080NL/min80NL/min，同时测温、取样，加，同时测温、取样，加入硅石入硅石2 kg/mm2 kg/mm，调整炉渣碱度，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 真空泵启动期间，调整氩气流量保持真空泵启动期间，调整氩气流量保持30 30 40NL/min40NL/min。VD工艺工艺以轴承钢冶炼为例以轴承钢冶炼为例w 真空保持时间：真空启动后，工作压力达到真空保持时间

14、：真空启动后，工作压力达到67 67 PaPa时，保持时间时，保持时间15min15min。w 真空保持期间调整氩气流量真空保持期间调整氩气流量 70NL/min70NL/min左右，并左右，并通过观察孔观察钢水沸腾情况，及时调整，保通过观察孔观察钢水沸腾情况，及时调整，保持均匀沸腾。持均匀沸腾。w 终脱氧后解除真空、开盖、测温，软吹终脱氧后解除真空、开盖、测温，软吹151525min25min，氩气流量，氩气流量 70-100NL/min70-100NL/min左右，控制渣左右，控制渣面微动为宜。面微动为宜。w 软吹结束后，测温、取样，加保温剂出钢，出软吹结束后，测温、取样，加保温剂出钢，出

15、钢温度钢温度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131320kpa20kpa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，

16、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100Pa100Pa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 RH3.4 RH真空精炼真空精炼 w Ruhrstahl 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

17、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应速度快，表观脱碳速度常数反应速度快，表观脱碳速度常数k kC C可达到可达到3.5min3.5min-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。反应效率高，钢水直接在真空室内进行反应，可反应效率高，钢水直接在真空室内进行反应，可生产生产H0.5H0.51010-6-6，N25N251010-6-6，C

18、10C101010-6-6的的超纯净钢。超纯净钢。可进行吹氧脱碳和二次燃烧进行热补偿，减少处可进行吹氧脱碳和二次燃烧进行热补偿，减少处理温降；理温降；可进行喷粉脱硫，生产可进行喷粉脱硫，生产S5S51010-6-6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(50t(50t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； Tc/Vt TcTc/Vt Tc允许温降，允许温降， VtVt平均温降平均温降/min/min；w 循环因数：循环因数：C C(t/min).t(min)/Q(t/min).t(

19、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：6060100pa100pa；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，插入深度为下降真空室，插入深度为150-150-200mm200mm；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262610kpa10kpa后，循环加剧；后，

20、循环加剧；w 钢水上升速度为钢水上升速度为5m/s5m/s、下降速、下降速度为度为1 12m/s2m/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 Blowing)，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

21、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；升温速度5 56/min6/min；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

22、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)-hc()-hc(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) w 6060年代：年代：S+P+N+O+H900ppmS+P+N+O+H900ppm；w 7070年代：年代：S+P+N+O+H800ppmS+P+N+O+H800ppm；w 8080年代：年代：S+P+N+O