工藝技術_爐外精煉工藝技術課件

爐外精煉工藝 1爐外精煉的產生 半世紀以來迅速發(fā)展的鋼鐵冶金重要技術 提高生產率的需要 提高鋼質量的需要 滿足不同鋼種的特殊要求 爐外精煉發(fā)展歷程 20世紀30 40年代 合成渣洗 真空模鑄50年代 大功率蒸汽噴射泵技術的突破 發(fā)明了鋼包提升脫氣法 DH 及循環(huán)脫氣法 RH 60 70年代 高質量鋼種的要求 產生了各種精煉方法80 90年代 連鑄的發(fā)展 連鑄坯對質量的要求及煉鋼爐與連鑄的銜接21世紀 更高節(jié)奏及超級鋼的生產 爐外精煉的內容 脫氧 脫硫去氣 去除夾雜調整鋼液成分及溫度 2爐外精煉的手段 渣洗最簡單的精煉手段 真空目前應用的高質量鋼的精煉手段 攪拌最基本的精煉手段 噴吹將反應劑直接加入熔體的手段 調溫加熱是調節(jié)溫度的一項常用手段 合成渣洗 根據要求將各種渣料配置成滿足某種冶金功能的合成爐渣 通過在專門的煉渣爐中熔煉 出鋼時鋼液與爐渣混合 實現(xiàn)脫硫及脫氧去夾雜功能 不能去除鋼中氣體 必須將原爐渣去除 同爐渣洗 異爐渣洗 真空處理 脫氣的主要方法提高真空度可將鋼中C H O降低 日本真空技術 真空度到1torr C 10ppm H 1ppm O 5ppm中國真空技術 真空度到1torr C 20ppm H 1ppm O 15ppm 新開發(fā)了脫硫功能 KTB代表性裝置 RH VD VOD 噴吹技術 噴吹實現(xiàn)脫碳 脫硫 脫氧 合金化 控制夾雜物形態(tài) 單一氣體噴吹VOD 混合氣體噴吹AOD 粉氣流的噴吹TN 固體物加入喂線 升溫工藝 提高生產率的需要 升溫裝置 LF加熱CAS化學加熱 3主要的精煉工藝 LF LadleFurnaceprocess AOD Argon oxygendecaburizitionprocess VOD Vacuumoxygendecreaseprocess RH RuhrstahlHeraeusprocess CAS OB Compositionadjustmentsbysealedargon oxygenblowingprocess 喂線 Insertthread 鋼包吹氬攪拌 Ladleargonstirring 噴粉 powderinjection 3 1LF爐 最常用的精煉方法取代電爐還原期解決了轉爐冶煉優(yōu)鋼問題具有加熱及攪拌功能脫氧 脫硫 合金化 LF爐精煉原理1 電極 2 合金料斗 3 透氣磚 4 滑動水口 1 電極 2 合金料斗 3 透氣磚 4 滑動水口 精煉功能強 適宜生產超低硫 超低氧鋼 具備電弧加熱功能 熱效率高 升溫幅度大 溫度控制精度高 具備攪拌和合金化功能 易于實現(xiàn)窄成分控制 提高產品的穩(wěn)定性 采用渣鋼精煉工藝 精煉成本較低 設備簡單 投資較少 工藝優(yōu)點 LF爐生產流程 常規(guī)LF爐工藝操作 電爐EBT出鋼 出鋼過程加合金 加渣料 石灰 螢石等2 底吹氬 通電升溫 化渣 10分鐘取樣分析 加渣料 1 測溫取樣 加合金看脫氧 準備出鋼 一般30 50分鐘 電耗50 80kwh t 現(xiàn)代轉爐 電爐與連鑄聯(lián)系的紐帶 3 2AOD爐 目的 主要是冶煉高質量的不銹鋼 C 20ppm S P 50ppm 使用更廉價的原料 采用高碳鉻代低碳鉻 使用情況 60 70 的不銹鋼產量 我國太鋼有國內第一臺AOD 不銹鋼的冶煉方法電爐 電爐或轉爐 AOD 電爐或轉爐 VOD AOD工藝過程 爐料 廢鋼 不銹鋼返回料 高碳鉻鐵 高碳鎳鐵吹煉過程溫度及氬氧比的控制分不同溫度及碳含量控制吹煉氬氧比 O2 Ar 4 1 3 1 C下降為0 2 T 1680 O2 Ar 2 1 C下降為0 1 T 1700 O2 Ar 1 2 C下降為0 02 T 1730 O2 Ar 1 3 C下降為0 01 T 1750 3 3VD VOD爐 VD的功能僅是真空加攪拌 VOD是Vacuumandstirandinjectionoxygen VD主要應用于軸承鋼脫氧 VOD主要用于不銹鋼冶煉 VD VOD VD工藝 軸承鋼最重要的性能指標是疲勞壽命 影響軸承鋼壽命的重要指標是鋼中氧含量 鋼中 O 控制在10ppm為好 最好水平 O 3 5ppm 國內10ppm左右 控制鋼中非金屬夾雜物和碳化物級別 GCr15是最常用軸承鋼 C 0 95 1 05 Mn 0 9 1 20 Si 0 40 0 65 Cr 1 30 1 65S P 0 020 以軸承鋼冶煉為例 冶煉工藝 UHP LF VD 或RH CC LF出鋼后 扒渣 倒渣 2 3 渣層厚度應保持40 70mm 扒渣時間 3min 扒渣完畢LF鋼包入VD處理工位 接通氬氣 調節(jié)流量50 80NL min 同時測溫 取樣 加入硅石2kg mm 調整爐渣堿度R 1 2 1 5 測溫 取樣后VD加蓋密封 抽真空 真空泵啟動期間 調整氬氣流量保持30 40NL min VD工藝 以軸承鋼冶煉為例 真空保持時間 真空啟動后 工作壓力達到67Pa時 保持時間 15min 真空保持期間調整氬氣流量70NL min左右 并通過觀察孔觀察鋼水沸騰情況 及時調整 保持均勻沸騰 終脫氧后解除真空 開蓋 測溫 軟吹15 25min 氬氣流量70 100NL min左右 控制渣面微動為宜 軟吹結束后 測溫 取樣 加保溫劑出鋼 出鋼溫度1530 1540 VD工藝 以軸承鋼冶煉為例 VOD工藝 初煉爐將碳控制在0 2 0 5 P 0 03 以下 鋼液溫度為1630 初煉爐除渣后 將VOD鋼包吊入真空室 接底吹氬 開始抽真空 此時溫度1550 1580 當真空度達到13 20kpa時 開始吹氧脫碳 碳含量降低的同時 提高真空度 保鉻不氧化 當碳合格時 停止吹氧 加大真空到100Pa以下 并加大攪拌 進一步脫碳 鋼液溫度達到1670 1750 加合金 微調成分 加鋁吹氬攪拌幾分鐘后 破真空澆鑄 以冶煉超低碳不銹鋼為例 3 4RH真空精煉 Ruhrstahl公司和Heraeus公司1957年開發(fā)的 也稱鋼液循環(huán)脫氣法 將鋼液提升到一容器內處理 主要冶煉高質量產品 如軸承鋼 LF鋼 硅鋼 不銹鋼 齒輪鋼等 國內RH設備主要依靠進口 RH工藝特點 反應速度快 表觀脫碳速度常數(shù)kC可達到3 5min 1 處理周期短 生產效率高 常與轉爐配套使用 反應效率高 鋼水直接在真空室內進行反應 可生產H 0 5 10 6 N 25 10 6 C 10 10 6的超純凈鋼 可進行吹氧脫碳和二次燃燒進行熱補償 減少處理溫降 可進行噴粉脫硫 生產 S 5 10 6的超低硫鋼 RH工藝參數(shù) 處理容量 大爐子比小爐子好 50t以上 處理時間 鋼包在真空位的停留時間 Tc VtTc允許溫降 Vt平均溫降 min 循環(huán)因數(shù) C t min t min Q ton 循環(huán)流量 t脫氣時間 Q處理容量循環(huán)流量 主要由上升管與驅動氣體流量決定 真空度 60 100pa 抽氣能力 RH真空工藝過程 出鋼后 鋼包測溫取樣 下降真空室 插入深度為150 200mm 起動真空泵 一根插入管輸入驅動氣體 當真空室的壓力降到26 10kpa后 循環(huán)加劇 鋼水上升速度為5m s 下降速度為1 2m s 氣泡在鋼液中將氣體及夾雜帶出 RH的發(fā)展 OB OxygenBlowing 真空室下部吹氧 KTB KawasakiTopBlowing 日本川崎 頂吹氧 PB PowderBlowing 真空室下部噴粉脫P S 3 5CAS CAS OB精煉工藝 工藝優(yōu)點 鋼液升溫和精確控制鋼水溫度 促進夾雜物上浮 提高鋼水純凈度 精確控制鋼液成分 實現(xiàn)窄成分控制 均勻鋼水成分和溫度與喂線配合 可進行夾雜物的變性處理冶煉節(jié)奏快 適合轉爐的冶煉節(jié)奏 CAS和CAS OB CAS OB的冶煉效果 加熱 升溫速度5 6 min 鋼液成分 吹氧前后變化不大 鋼水潔凈度 O 基本不變 可降低 N 含量 3 6噴粉工藝 效果最好投資及使用成本最低也是最不好掌握的技術 可脫硫 脫磷 合金化 夾雜變性 工藝參數(shù) 噴槍插入深度 h H 鋼液深 hc 噴入深 噴吹壓力 大于鋼液 爐渣及大氣壓 噴吹時間 噴粉設備及鋼液容納粉劑的能力 供料速度 設備能力及鋼液化學反應速度 載氣能力與粉氣比 噴粉設備 4典型精煉設備的功能 冶金效果 典型精煉方法達到的潔凈度 5潔凈鋼 puritysteel 60年代 S P N O H 900ppm 70年代 S P N O H 800ppm 80年代 S P N O H 600ppm 90年代 S P N O H 100ppm 2000年代 S P N O H 50ppm 潔凈鋼除 S P N O H 五大元素外 隨廢鋼量的增加 還包括Cu Zr Sn Bi Pb等伴生元素 潔凈鋼是一個相對概念某一雜質含量降低到什么水平決定于鋼種和產品用途不同的年代 對潔凈鋼有不同的要求有害元素降低程度決定于裝備和工藝現(xiàn)代化水平 高附加值產品對潔凈度的要求是 T O 要低