爐外精煉工藝

1、1 爐外精煉的產(chǎn)生爐外精煉的產(chǎn)生w 半世紀(jì)以來迅速發(fā)展的鋼鐵冶金重要技術(shù)；半世紀(jì)以來迅速發(fā)展的鋼鐵冶金重要技術(shù)；w 提高生產(chǎn)率的需要；提高生產(chǎn)率的需要；w 提高鋼質(zhì)量的需要；提高鋼質(zhì)量的需要；w 滿足不同鋼種的特殊要求。滿足不同鋼種的特殊要求。爐外精煉發(fā)展歷程爐外精煉發(fā)展歷程w 2020世紀(jì)世紀(jì)30304040年代，合成渣洗、真空模鑄年代，合成渣洗、真空模鑄w 5050年代，大功率蒸汽噴射泵技術(shù)的突破，發(fā)明年代，大功率蒸汽噴射泵技術(shù)的突破，發(fā)明了鋼包提升脫氣法了鋼包提升脫氣法(DH)(DH)及循環(huán)脫氣法及循環(huán)脫氣法( (RH)RH)w 60607070年代，高質(zhì)量鋼種的要求，產(chǎn)生了各種年代，高

2、質(zhì)量鋼種的要求，產(chǎn)生了各種精煉方法精煉方法w 80809090年代，連鑄的發(fā)展，連鑄坯對(duì)質(zhì)量的要年代，連鑄的發(fā)展，連鑄坯對(duì)質(zhì)量的要求及煉鋼爐與連鑄的銜接求及煉鋼爐與連鑄的銜接w 2121世紀(jì)，更高節(jié)奏及超級(jí)鋼的生產(chǎn)。世紀(jì)，更高節(jié)奏及超級(jí)鋼的生產(chǎn)。爐外精煉的內(nèi)容爐外精煉的內(nèi)容w 脫氧、脫硫脫氧、脫硫w 去氣、去除夾雜去氣、去除夾雜w 調(diào)整鋼液成分及溫度調(diào)整鋼液成分及溫度2 爐外精煉的手段爐外精煉的手段w 渣洗渣洗 最簡單的精煉手段；最簡單的精煉手段；w 真空真空 目前應(yīng)用的高質(zhì)量鋼的精煉手段；目前應(yīng)用的高質(zhì)量鋼的精煉手段；w 攪拌攪拌 最基本的精煉手段；最基本的精煉手段；w 噴吹噴吹 將反應(yīng)劑直

3、接加入熔體的手段；將反應(yīng)劑直接加入熔體的手段；w 調(diào)溫調(diào)溫 加熱是調(diào)節(jié)溫度的一項(xiàng)常用手段。加熱是調(diào)節(jié)溫度的一項(xiàng)常用手段。合成渣洗合成渣洗w 根據(jù)要求將各種渣料配置成滿足某種冶金功能根據(jù)要求將各種渣料配置成滿足某種冶金功能的合成爐渣；的合成爐渣；w 通過在專門的煉渣爐中熔煉，出鋼時(shí)鋼液與爐通過在專門的煉渣爐中熔煉，出鋼時(shí)鋼液與爐渣混合，實(shí)現(xiàn)脫硫及脫氧去夾雜功能；渣混合，實(shí)現(xiàn)脫硫及脫氧去夾雜功能；w 不能去除鋼中氣體；不能去除鋼中氣體；w 必須將原爐渣去除；必須將原爐渣去除；w 同爐渣洗、異爐渣洗。同爐渣洗、異爐渣洗。真空處理真空處理w 脫氣的主要方法脫氣的主要方法 提高真空度可將鋼中提高真空度可

4、將鋼中C C、H H、O O降低；降低；w 日本真空技術(shù)，真空度到日本真空技術(shù)，真空度到1 1 torrtorr；C10ppm,H1ppm,O5ppmC10ppm,H1ppm,O5ppmw 中國真空技術(shù)，真空度到中國真空技術(shù)，真空度到1 1 torrtorr；C20ppm,H1ppmC20ppm,H1ppm，O15ppmO15ppm。w 新開發(fā)了脫硫功能：新開發(fā)了脫硫功能：KTBKTB 代表性裝置：代表性裝置：RHRH、VDVD、VODVOD。噴吹技術(shù)噴吹技術(shù)w 噴吹實(shí)現(xiàn)脫碳、脫硫、脫氧、合金化、控制夾噴吹實(shí)現(xiàn)脫碳、脫硫、脫氧、合金化、控制夾雜物形態(tài)；雜物形態(tài)；w 單一氣體噴吹單一氣體噴吹 V

5、ODVOD；w 混合氣體噴吹混合氣體噴吹 AODAOD；w 粉氣流的噴吹粉氣流的噴吹 TNTN；w 固體物加入固體物加入 喂線。喂線。升溫工藝升溫工藝w 提高生產(chǎn)率的需要；提高生產(chǎn)率的需要；升溫裝置：升溫裝置：w LFLF加熱加熱w CASCAS化學(xué)加熱?；瘜W(xué)加熱。3 主要的精煉工藝主要的精煉工藝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 喂線喂線 (Insert thread) ； w 鋼包吹氬攪拌鋼包吹氬攪拌(Ladle argon stirring)；w 噴粉噴粉( powder injection )。3.1 LF3.1 LF爐爐w 最常用的精煉方法最常用的精煉方法w 取代電爐還原期取代電爐還原期w 解決了轉(zhuǎn)爐冶煉優(yōu)鋼問題解決了轉(zhuǎn)爐冶煉優(yōu)鋼問題w 具有加熱及攪拌功能具有加熱及攪拌功能w 脫氧、脫硫、合金化脫氧、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

7、動(dòng)水口1-電極；2-合金料斗；3-透氣磚；4-滑動(dòng)水口l精煉功能強(qiáng)，適宜生產(chǎn)超精煉功能強(qiáng)，適宜生產(chǎn)超低硫、超低氧鋼；低硫、超低氧鋼；l具備電弧加熱功能，熱效具備電弧加熱功能，熱效率高，升溫幅度大，溫度率高，升溫幅度大，溫度控制精度高；控制精度高；l 具備攪拌和合金化功能，具備攪拌和合金化功能，易于實(shí)現(xiàn)窄成分控制，提易于實(shí)現(xiàn)窄成分控制，提高產(chǎn)品的穩(wěn)定性；高產(chǎn)品的穩(wěn)定性；l 采用渣鋼精煉工藝，精采用渣鋼精煉工藝，精煉成本較低；煉成本較低；l設(shè)備簡單，投資較少。設(shè)備簡單，投資較少。工藝優(yōu)點(diǎn)工藝優(yōu)點(diǎn)LFLF爐生產(chǎn)流程爐生產(chǎn)流程常規(guī)常規(guī) LFLF爐工藝操作爐工藝操作w 電爐電爐EBTEBT出鋼，出鋼過程

8、加合金、加渣料出鋼，出鋼過程加合金、加渣料( (石灰、石灰、螢石等螢石等2%)2%)，底吹氬、通電升溫、化渣，底吹氬、通電升溫、化渣，1010分鐘分鐘取樣分析，加渣料取樣分析，加渣料(1(1) )，測溫取樣，加合金看，測溫取樣，加合金看脫氧，準(zhǔn)備出鋼。脫氧，準(zhǔn)備出鋼。w 一般一般30305050分鐘，電耗分鐘，電耗50508080kwhkwh/t/t；w 現(xiàn)代轉(zhuǎn)爐、電爐與連鑄聯(lián)系的紐帶?，F(xiàn)代轉(zhuǎn)爐、電爐與連鑄聯(lián)系的紐帶。3.2 AOD 3.2 AOD 爐爐w 目的：目的： 主要是冶煉高質(zhì)量的不銹鋼主要是冶煉高質(zhì)量的不銹鋼( (C20ppm,S,P50ppm)C20ppm,S,P50ppm) 使用

9、更廉價(jià)的原料使用更廉價(jià)的原料( (采用高碳鉻代低碳鉻采用高碳鉻代低碳鉻) )；w 使用情況：使用情況：60607070的不銹鋼產(chǎn)量；的不銹鋼產(chǎn)量；w 我國太鋼有國內(nèi)第一臺(tái)我國太鋼有國內(nèi)第一臺(tái)AOD;AOD;w 不銹鋼的冶煉方法不銹鋼的冶煉方法 電爐；電爐或轉(zhuǎn)爐電爐；電爐或轉(zhuǎn)爐AODAOD；電爐或轉(zhuǎn)爐；電爐或轉(zhuǎn)爐VOD.VOD.AODAOD工藝過程工藝過程w 爐料：廢鋼、不銹鋼返回料、高碳鉻鐵、高碳鎳爐料：廢鋼、不銹鋼返回料、高碳鉻鐵、高碳鎳鐵鐵w 吹煉過程溫度及氬氧比的控制吹煉過程溫度及氬氧比的控制w 分不同溫度及碳含量控制吹煉氬氧比分不同溫度及碳含量控制吹煉氬氧比: :w O O2 2：Ar

10、Ar=4:1(3:1)=4:1(3:1)，C C下降為下降為0.2%0.2%、T T16801680；w O O2 2：ArAr=2:1=2:1， C C下降為下降為0.1%0.1%、T T17001700；w O O2 2：ArAr=1:2=1:2， C C下降為下降為0.02%0.02%、T T17301730；w O O2 2：ArAr=1:3=1:3， C C下降為下降為0.01%0.01%、T T17501750；3.3 VD/VOD3.3 VD/VOD爐爐w VD VD 的功能僅是真空加攪拌，的功能僅是真空加攪拌，w VOD VOD 是是Vacuum and stir and in

11、jection oxygenVacuum and stir and injection oxygen；w VDVD主要應(yīng)用于軸承鋼脫氧；主要應(yīng)用于軸承鋼脫氧；w VOD VOD 主要用于不銹鋼冶煉；主要用于不銹鋼冶煉；V D / VODV D / VOD VD工藝工藝w 軸承鋼最重要的性能指標(biāo)是疲勞壽命。軸承鋼最重要的性能指標(biāo)是疲勞壽命。w 影響軸承鋼壽命的重要指標(biāo)是鋼中氧含量，鋼影響軸承鋼壽命的重要指標(biāo)是鋼中氧含量，鋼中中OO控制在控制在1010ppmppm為好。為好。 最好水平最好水平O O 3 35ppm5ppm。國內(nèi)。國內(nèi)1010ppmppm左右。左右。w 控制鋼中非金屬夾雜物和碳化物

12、級(jí)別?？刂其撝蟹墙饘賷A雜物和碳化物級(jí)別。w GCr15GCr15是最常用軸承鋼：是最常用軸承鋼： % %C C：0.95-1.05 %Mn: 0.9-1.20 0.95-1.05 %Mn: 0.9-1.20 %Si%Si:0.40-0.65:0.40-0.65 %Cr: 1.30-1.65 S,P0.020 %Cr: 1.30-1.65 S,P0.020以軸承鋼冶煉為例以軸承鋼冶煉為例冶煉工藝：冶煉工藝：UHPUHPLF+VDLF+VD（或（或RHRH）+CC+CC：w LFLF出鋼后，扒渣（倒渣）出鋼后，扒渣（倒渣）2/32/3，渣層厚度應(yīng)保，渣層厚度應(yīng)保持持404070mm70mm，扒渣時(shí)

13、間，扒渣時(shí)間33minmin。w 扒渣完畢扒渣完畢LFLF鋼包入鋼包入VDVD處理工位，接通氬氣，處理工位，接通氬氣，調(diào)節(jié)流量調(diào)節(jié)流量505080NL/min80NL/min，同時(shí)測溫、取樣，加，同時(shí)測溫、取樣，加入硅石入硅石2 kg/mm2 kg/mm，調(diào)整爐渣堿度，調(diào)整爐渣堿度R=1 .2R=1 .21 .51 .5。w 測溫、取樣后測溫、取樣后VDVD加蓋密封，抽真空。加蓋密封，抽真空。w 真空泵啟動(dòng)期間，調(diào)整氬氣流量保持真空泵啟動(dòng)期間，調(diào)整氬氣流量保持30 30 4040NL/minNL/min。VD工藝工藝以軸承鋼冶煉為例以軸承鋼冶煉為例w 真空保持時(shí)間：真空啟動(dòng)后，工作壓力達(dá)到真空

14、保持時(shí)間：真空啟動(dòng)后，工作壓力達(dá)到67 67 PaPa時(shí)，保持時(shí)間時(shí)，保持時(shí)間1515minmin。w 真空保持期間調(diào)整氬氣流量真空保持期間調(diào)整氬氣流量 70NL/min70NL/min左右，并左右，并通過觀察孔觀察鋼水沸騰情況，及時(shí)調(diào)整，保通過觀察孔觀察鋼水沸騰情況，及時(shí)調(diào)整，保持均勻沸騰。持均勻沸騰。w 終脫氧后解除真空、開蓋、測溫，軟吹終脫氧后解除真空、開蓋、測溫，軟吹151525min25min，氬氣流量，氬氣流量 70-100NL/min70-100NL/min左右，控制渣左右，控制渣面微動(dòng)為宜。面微動(dòng)為宜。w 軟吹結(jié)束后，測溫、取樣，加保溫劑出鋼，出軟吹結(jié)束后，測溫、取樣，加保溫劑

15、出鋼，出鋼溫度鋼溫度1530153015401540。VD工藝工藝以軸承鋼冶煉為例以軸承鋼冶煉為例VOD VOD 工藝工藝w 初煉爐將碳控制在初煉爐將碳控制在0.20.20.50.5，P0.03%P0.03%以下；以下； 鋼液溫度為鋼液溫度為16301630；w 初煉爐除渣后，將初煉爐除渣后，將VODVOD鋼包吊入真空室，接底吹氬，開始鋼包吊入真空室，接底吹氬，開始抽真空，此時(shí)溫度抽真空，此時(shí)溫度1550-1580;1550-1580;w 當(dāng)真空度達(dá)到當(dāng)真空度達(dá)到13132020kpakpa時(shí)，開始吹氧脫碳；時(shí)，開始吹氧脫碳；w 碳含量降低的同時(shí)，提高真空度，保鉻不氧化；碳含量降低的同時(shí)，提高

16、真空度，保鉻不氧化；w 當(dāng)碳合格時(shí)，停止吹氧，加大真空到當(dāng)碳合格時(shí)，停止吹氧，加大真空到100Pa100Pa以下，并加大以下，并加大攪拌，進(jìn)一步脫碳，鋼液溫度達(dá)到攪拌，進(jìn)一步脫碳，鋼液溫度達(dá)到1670167017501750；w 加合金、微調(diào)成分、加鋁吹氬攪拌幾分鐘后，破真空澆鑄。加合金、微調(diào)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以冶煉超低碳不銹鋼為例3.4 RH3.4 RH真空精煉真空精煉 w Ruhrstahl Ruhrstahl 公司和公司和HeraeusHeraeus公司公司19571957年開發(fā)的。年開發(fā)的。w 也稱鋼液循環(huán)脫氣法，將鋼液提升到一容器內(nèi)處也稱鋼

17、液循環(huán)脫氣法，將鋼液提升到一容器內(nèi)處理。理。w 主要冶煉高質(zhì)量產(chǎn)品，如軸承鋼、主要冶煉高質(zhì)量產(chǎn)品，如軸承鋼、LFLF鋼、硅鋼、鋼、硅鋼、不銹鋼、齒輪鋼等。不銹鋼、齒輪鋼等。w 國內(nèi)國內(nèi)RHRH設(shè)備主要依靠進(jìn)口。設(shè)備主要依靠進(jìn)口。RHRH工藝特點(diǎn)工藝特點(diǎn)反應(yīng)速度快，表觀脫碳速度常數(shù)反應(yīng)速度快，表觀脫碳速度常數(shù)k kC C可達(dá)到可達(dá)到3.53.5minmin-1-1。處理周期短，生產(chǎn)效率高，常與轉(zhuǎn)爐配套使用。處理周期短，生產(chǎn)效率高，常與轉(zhuǎn)爐配套使用。反應(yīng)效率高，鋼水直接在真空室內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)，可反應(yīng)效率高，鋼水直接在真空室內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)，可生產(chǎn)生產(chǎn)H0.5H0.51010-6-6，N25N251010-6

18、-6，C10C101010-6-6的的超純凈鋼。超純凈鋼。可進(jìn)行吹氧脫碳和二次燃燒進(jìn)行熱補(bǔ)償，減少處可進(jìn)行吹氧脫碳和二次燃燒進(jìn)行熱補(bǔ)償，減少處理溫降；理溫降；可進(jìn)行噴粉脫硫，生產(chǎn)可進(jìn)行噴粉脫硫，生產(chǎn) S5S51010-6-6的超低硫鋼。的超低硫鋼。RHRH工藝參數(shù)工藝參數(shù)w 處理容量：大爐子比小爐子好處理容量：大爐子比小爐子好(50t(50t以上以上) )；w 處理時(shí)間：鋼包在真空位的停留時(shí)間處理時(shí)間：鋼包在真空位的停留時(shí)間； Tc/Vt TcTc/Vt Tc允許溫降，允許溫降， VtVt平均溫降平均溫降/minmin；w 循環(huán)因數(shù)：循環(huán)因數(shù)：C C(t/min).t(min)/Q(t/min

19、).t(min)/Q (ton) (ton) 循環(huán)流量、循環(huán)流量、 t t脫氣時(shí)間、脫氣時(shí)間、 Q Q處理容量處理容量w 循環(huán)流量循環(huán)流量：主要由上升管與驅(qū)動(dòng)氣體流量決定；：主要由上升管與驅(qū)動(dòng)氣體流量決定；w 真空度：真空度：6060100100papa；w 抽氣能力。抽氣能力。RHRH真空工藝過程真空工藝過程w 出鋼后，鋼包測溫取樣；出鋼后，鋼包測溫取樣；w 下降真空室，插入深度為下降真空室，插入深度為150-150-200200mmmm；w 起動(dòng)真空泵，一根插入管輸入起動(dòng)真空泵，一根插入管輸入驅(qū)動(dòng)氣體；驅(qū)動(dòng)氣體；w 當(dāng)真空室的壓力降到當(dāng)真空室的壓力降到26261010kpakpa后，循環(huán)加

20、劇；后，循環(huán)加劇；w 鋼水上升速度為鋼水上升速度為5m/s5m/s、下降速、下降速度為度為1 12 2m/sm/s；w 氣泡在鋼液中將氣體及夾雜帶氣泡在鋼液中將氣體及夾雜帶出。出。 RHRH的發(fā)展的發(fā)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，頂吹氧日本川崎，頂吹氧w -PB(Powder Blowing)，真空室下部噴粉脫，真空室下部噴粉脫P(yáng)、S。3.5 CAS3.5 CAS、CASCASOBOB精煉工藝精煉工藝工藝優(yōu)點(diǎn)：工藝優(yōu)點(diǎn)： 鋼液升溫和精確控制鋼水溫度鋼液升溫和精確控制鋼水溫度 促

21、進(jìn)夾雜物上浮，提高鋼水純凈度促進(jìn)夾雜物上浮，提高鋼水純凈度 精確控制鋼液成分，實(shí)現(xiàn)窄成分控制精確控制鋼液成分，實(shí)現(xiàn)窄成分控制 均勻鋼水成分和溫度均勻鋼水成分和溫度 與喂線配合，可進(jìn)行夾雜物的變性處理與喂線配合，可進(jìn)行夾雜物的變性處理 冶煉節(jié)奏快，適合轉(zhuǎn)爐的冶煉節(jié)奏。冶煉節(jié)奏快，適合轉(zhuǎn)爐的冶煉節(jié)奏。CASCAS和和CAS-OBCAS-OBO2CASCASOBOB的冶煉效果的冶煉效果w 加熱；升溫速度加熱；升溫速度5 56/6/minmin；w 鋼液成分：吹氧前后變化不大；鋼液成分：吹氧前后變化不大；w 鋼水潔凈度：鋼水潔凈度：OO基本不變，可降低基本不變，可降低NN含量。含量。3.6 噴粉工藝噴

22、粉工藝w 效果最好投資及使用成本最低也是最不好掌握的效果最好投資及使用成本最低也是最不好掌握的技術(shù)；可脫硫、脫磷、合金化、夾雜變性；技術(shù)；可脫硫、脫磷、合金化、夾雜變性；工藝參數(shù)：工藝參數(shù)：w 噴槍插入深度；噴槍插入深度；h=H(h=H(鋼液深鋼液深)-)-hchc( (噴入深噴入深) )；w 噴吹壓力：大于鋼液、爐渣及大氣壓；噴吹壓力：大于鋼液、爐渣及大氣壓；w 噴吹時(shí)間：噴粉設(shè)備及鋼液容納粉劑的能力；噴吹時(shí)間：噴粉設(shè)備及鋼液容納粉劑的能力；w 供料速度：設(shè)備能力及鋼液化學(xué)反應(yīng)速度；供料速度：設(shè)備能力及鋼液化學(xué)反應(yīng)速度；w 載氣能力與粉氣比。載氣能力與粉氣比。噴粉設(shè)備噴粉設(shè)備4 典型精煉設(shè)備的功能典型精煉設(shè)備的功能冶金效果冶金效果典型精煉方法達(dá)到的潔凈度典型精煉方法達(dá)到的潔凈度5 5 潔凈鋼潔凈鋼( (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+