冶金概論-5爐外精煉（鳳山書屋）

1、第五章 爐外精煉(Secondary Refining)主要內(nèi)容5.1 爐外精煉的特點(diǎn)5.2 精煉手段5.3 爐外精煉方法5.3.1 RH5.3.2 LF2沐風(fēng)書苑i鋼中雜質(zhì)元素鋼中雜質(zhì)元素是指O、S、P、H、N等非金屬元素（對(duì)某些鋼種也包含C）及有色金屬（Pb、As、Sb、Bi、Cu、Sn等）。這些溶解在鋼中的元素用傳統(tǒng)的煉鋼方法是很難除去的，不能達(dá)到純凈鋼要求的標(biāo)準(zhǔn)。由于真空技術(shù)的應(yīng)用，H所引起的白點(diǎn)問題已基本解決。P除利用高磷生鐵或冶煉超低碳鋼種外，多數(shù)鋼種能達(dá)到P0.03%水平。3沐風(fēng)書苑iC雖是一般鋼種的有益元素，但在某些特殊鋼中可成為有害元素，因此，要求含量很低.N在一般鋼種中是有

2、害元素，要求大力降低。O和S是鋼中必須大量除去的主要雜質(zhì)(少數(shù)鋼種，如易切削鋼等例外:一般低硫鋼的S0.025， 有的甚至S0.01；中硫鋼的S=0.040.09；高硫鋼的S=0.10.3 )。鋼實(shí)際上合金基體與非金屬夾雜物組成的復(fù)合材料。生產(chǎn)純凈鋼必須進(jìn)一歩大力降低鋼中的wO和wS，達(dá)到510-3%以下。4沐風(fēng)書苑i5.1 爐外精煉的定義及特點(diǎn)爐外精煉S.R. (Secondary Refining) ：按傳統(tǒng)工藝，將常規(guī)煉鋼爐（轉(zhuǎn)、電）中完成的精煉任務(wù)（四脫（S、P、C、O），二去（氣體、夾雜），兩調(diào)整（溫度、成分），部分或全部地轉(zhuǎn)移到鋼包或其它容器中進(jìn)行。5沐風(fēng)書苑i爐外精煉的特點(diǎn)任務(wù)、

3、要求常規(guī)煉鋼爐不能滿足常規(guī)爐缺陷不足改進(jìn)辦法出現(xiàn)S.R 特點(diǎn)：二次冶金。創(chuàng)造最佳環(huán)境，提高效率、解決難創(chuàng)造最佳條件和效率低的問題；具備各種類型的攪拌，改善了動(dòng)力學(xué)條件，解決了優(yōu)越性不能發(fā)揮的問題；具備澆注功能（鋼包爐、容器）省略出鋼過程，解決了已精煉鋼水的再污染、工藝安排矛盾的問題。 6沐風(fēng)書苑i5.2 精煉手段 5.2.1 對(duì)精煉手段的要求5.2.2 精煉手段定義5.2.3 精煉手段的作用及代表方法7沐風(fēng)書苑i5.2.1對(duì)精煉手段的要求主要要求：獨(dú)立性不是伴隨其他冶金過程出現(xiàn)的一種現(xiàn)象作用時(shí)間可控作用強(qiáng)度可調(diào) 還有：作用的能力重現(xiàn)性好便于與其他精煉手段配合操作方便、設(shè)備簡(jiǎn)單、基礎(chǔ)投資和運(yùn)行費(fèi)

4、用低8沐風(fēng)書苑i精煉手段： 具有獨(dú)立性、作用時(shí)間可控、作用強(qiáng)度可調(diào)的特定方法、措施稱為精煉手段。爐外精煉共有5種精煉手段： 渣洗、真空、攪拌、加熱、噴吹。5.2.2 精煉手段定義9沐風(fēng)書苑i精煉手段功 能代表方法渣洗脫S、脫O、去夾雜同爐、異爐、混合VSR真空脫氣、脫C、脫ORH、DH攪拌凈化、均勻成分，促進(jìn)其他冶金反應(yīng)所有精煉方法（除了渣洗）加熱調(diào)溫、保證精煉時(shí)間LF、SKF、CAS-OB、AOH噴吹高效加入反應(yīng)劑5.2.3 精煉手段的功能及代表方法10沐風(fēng)書苑i精煉的作用及方法11沐風(fēng)書苑i5.2.3.1 渣洗渣洗法是在出鋼時(shí)利用鋼流的沖擊作用使鋼包中的合成渣與鋼液混合，精煉鋼液。12沐風(fēng)

5、書苑i對(duì)反應(yīng)容器中的鋼液進(jìn)行攪拌，是爐外精煉的最基本、最重要的手段。它采取某種措施給鋼液提供動(dòng)能，促使鋼液在精煉反應(yīng)器中對(duì)流運(yùn)動(dòng)。鋼液攪拌可改善冶金反應(yīng)動(dòng)力學(xué)條件，強(qiáng)化反應(yīng)體系的傳質(zhì)和傳熱，加速冶金反應(yīng)，均勻鋼液成分和溫度，有利于夾雜物聚合長大和上浮排除。5.2.3.2 攪拌13沐風(fēng)書苑i1 、氣體攪拌氣體攪拌主要用氬氣，故又稱氬氣攪拌。向鋼液吹入氬氣可以用頂槍插入法，也可以用底部透氣磚法。實(shí)踐證明，從底部通過透氣磚吹入氬氣，可充分發(fā)揮其攪拌作用，氬氣利用率高目前，大多數(shù)的吹氬攪拌均采用透氣磚底吹法。14沐風(fēng)書苑i2、 電磁攪拌對(duì)鋼水施加一個(gè)交變磁場(chǎng)，當(dāng)磁場(chǎng)以一定速度切割鋼液時(shí)，會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)

6、，這個(gè)電勢(shì)可在鋼液中產(chǎn)生感應(yīng)電流，載流鋼液與磁場(chǎng)的相互作用產(chǎn)生電磁力，從而驅(qū)動(dòng)鋼液運(yùn)動(dòng)，達(dá)到攪拌鋼液的目的。3、 循環(huán)攪拌典型的循環(huán)攪拌是鋼液在循環(huán)流動(dòng)的過程中實(shí)現(xiàn)攪拌，如RH與DH的攪拌方式，也有人稱吸吐攪拌。在RH精煉中，鋼包內(nèi)的攪拌是由真空室內(nèi)鋼液注流進(jìn)入鋼包中引起的。15沐風(fēng)書苑i16沐風(fēng)書苑i17沐風(fēng)書苑i5.2.3.3真空當(dāng)冶金反應(yīng)生成物為氣體時(shí)，通過減小反應(yīng)體系的壓力即抽真空，可以使反應(yīng)的平衡向著生成氣態(tài)物質(zhì)的方向移動(dòng)。因此，在真空下，鋼液將進(jìn)一步脫氣、脫碳及脫氧。向鋼液中吹入氬氣，從鋼液中上浮的每個(gè)小氣泡都相當(dāng)一個(gè)“小真空室”，氣泡內(nèi)的H2，N2及CO等分壓接近于零，鋼中的H、

7、N以及碳氧反應(yīng)產(chǎn)物CO將向小氣泡中擴(kuò)散并隨之上浮排除。吹氬對(duì)鋼液具有“氣洗”作用。例如，電弧爐冶煉不銹鋼的返回吹氧法，在1873K下很難使C降至很低的數(shù)值。而在AOD法中，向鋼液中吹入不斷變換Ar/O2比例的氣體，可以降低碳氧反應(yīng)中產(chǎn)生的CO分壓，從而使鋼液的C含量達(dá)到超低碳水平。采用專門的真空裝置，將鋼液置于真空環(huán)境中精煉，可以降低鋼中氣體、碳及氧含量。常用的真空裝置主要有VD 、RH等。18沐風(fēng)書苑i5.2.3.4 噴吹噴吹法是用載氣（Ar）將精煉粉劑流態(tài)化，形成氣固兩相流，經(jīng)過噴槍，直接將精煉劑送入鋼液內(nèi)部。由于在噴吹法中精煉粉劑粒度小，進(jìn)入鋼液后，與鋼液的接觸面積大大增加。因此，可以顯

8、著提高精煉效果。爐外精煉中鋼液的精煉劑一類為以鈣的化合物（CaO或CaC2）為基的粉劑或合成渣，另一類為合金元素如Ca、Mg、Al、Si及稀土元素等。將精煉劑加入鋼液中，可起到脫硫、脫氧，去除夾雜物，夾雜物變性處理以及合金成分調(diào)整的作用。19沐風(fēng)書苑i喂絲法是將易氧化，密度小的合金元素置于低碳鋼包裹線中，通過喂絲機(jī)將其送入鋼液內(nèi)部。喂絲法的優(yōu)點(diǎn)是，可防止易氧化的元素被空氣和鋼液面上的頂渣氧化，準(zhǔn)確控制合金元素添加數(shù)量，提高和穩(wěn)定合金元素的利用率；添加過程無噴濺，避免了鋼液再氧化；精煉過程溫降??；設(shè)備投資少；處理成本低。20沐風(fēng)書苑i噴吹類型反應(yīng)劑作 用代表工藝單一氣體噴吹 Ar O2凈化、均勻

9、脫C鋼包底吹氬VOD、RH-OB、RH-KTB混合氣體噴吹 Ar+O2 H2O+O2脫C脫CAOD CLU(法國、瑞典)噴 粉 脫硫劑 合金 變性劑脫硫合金化控制夾雜物形態(tài)TN、SLSLSL、TN喂 絲鋁絲包芯線：B、Ti Re、Ca脫氧合金化脫硫控制夾雜WF噴吹的功能及代表工藝21沐風(fēng)書苑i噴吹工藝22沐風(fēng)書苑i5.2.3.5 加熱鋼液在進(jìn)行爐外精煉時(shí)，由于有熱量損失，造成溫度下降。若爐外精煉方法具有加熱升溫功能，可避免高溫出鋼和保證鋼液正常澆注，增加爐外精煉工藝的靈活性，精煉劑用量，鋼液處理最終溫度和處理時(shí)間均可自由選擇，以獲得最佳的精煉效果。23沐風(fēng)書苑i常用的加熱方法有電加熱和化學(xué)加熱

10、。電加熱方式主要有電弧加熱和感應(yīng)加熱。電弧加熱原理與電弧爐相似，采用石墨電極，通電后，在電極與鋼液間產(chǎn)生電弧，依靠電弧的高溫加熱鋼液。由于電弧溫度高，在加熱過程中，需控制電弧長度及造好發(fā)泡渣進(jìn)行埋弧加熱，以防止電弧對(duì)耐火材料產(chǎn)生高溫侵蝕?；瘜W(xué)加熱是利用放熱反應(yīng)產(chǎn)生的化學(xué)熱來加熱鋼液的。常用的方法有硅熱法，鋁熱法和CO二次燃燒法?；瘜W(xué)加熱需吹入氧氣，與硅、鋁、CO反應(yīng)，才能產(chǎn)生熱量。24沐風(fēng)書苑iLF爐25沐風(fēng)書苑i5.3 爐外精煉方法5.3.1 RH 5.3.1.1 RH概述5.3.1.2 RH工藝流程5.3.1.3 RH的發(fā)展5.3.1.4 RH的精煉功能 26沐風(fēng)書苑i5.3.1.1 RH

11、概述運(yùn)用了真空、攪拌兩種 精煉手段；功能：脫氣、成分的微調(diào)。27沐風(fēng)書苑i5.3.1.2 RH工藝流程準(zhǔn)備工作；裝料；鋼包中測(cè)溫取樣；鋼包上升；啟動(dòng)真空泵；鋼液上升，上升管輸入驅(qū)動(dòng)氣體；RH循環(huán)處理鋼水。28沐風(fēng)書苑i29沐風(fēng)書苑i5.3.1.3 RH的發(fā)展 1 RH-OB 2 RH-KTB3 RH-IJ、RH-PB30沐風(fēng)書苑i1 RH-OB1972年，新日鐵的 室蘭廠提出，吹氧脫 碳以精煉不銹鋼。特點(diǎn)：生產(chǎn)率高、 Cr收得率高。31沐風(fēng)書苑i2 RH-KTB日本川崎鋼鐵公司千葉廠開發(fā)對(duì)RH進(jìn)行如下改進(jìn)： 頂部吹氧（垂直氧槍）； 插入管改為垂直圓筒形； 真空室高度； 增大上升管內(nèi)徑； 雙管三

12、管，兩根上升，一根下降； 彌散型吹氬環(huán)改為數(shù)根不銹鋼吹氬管（3mm），并裝于上升管的兩處（相距300450mm）。 32沐風(fēng)書苑i3 RH-IJ、RH-PB RH-IJ（Injection）：上升管下方，向鋼液深處噴粉，隨鋼流進(jìn)入真空室；RH-PB （Powder Blowing）：真空室下部增設(shè)噴吹管。 33沐風(fēng)書苑i5.3.1.4 RH精煉效果 （1）脫氣效果好：脫H至2ppm；脫O（含碳鎮(zhèn)靜鋼）2060ppm；去氮：脫氮量不大，N100ppm，脫N 1020。（2）凈化鋼液：縱向、橫向機(jī)械性能均勻，提高延伸率，斷面收縮和沖擊韌性；（3）提高合金收得率。 34沐風(fēng)書苑i5.3.2 LF（L

13、adle Furnace鋼包爐）5.3.2.1 LF精煉手段及功能5.3.2.2 LF工藝設(shè)備及布置5.3.2.3 生產(chǎn)工藝5.3.2.4 精煉效果35沐風(fēng)書苑i5.3.2.1 LF精煉手段及功能LF精煉手段： 基本手段：加熱、渣洗、攪拌 擴(kuò)展手段：真空（LF-V）、噴吹（WF）LF精煉功能： 脫硫、脫氧、調(diào)整鋼液溫度、成分微調(diào)36沐風(fēng)書苑i5.3.2.2 LF工藝設(shè)備及布置37沐風(fēng)書苑i38沐風(fēng)書苑i5.3.2.3 生產(chǎn)工藝39沐風(fēng)書苑i在加熱初期，采用低功率供電造渣；渣料熔化后，實(shí)現(xiàn)埋弧精煉，采用高功率供電。連續(xù)加熱1015分鐘后，應(yīng)停止加熱25分鐘，以便使鋼液溫度上下均勻，不致于造成渣面

14、局部溫度過高。加熱時(shí)間約為30分鐘。升溫速度控制在24/min。（1）供電制度40沐風(fēng)書苑i（2）吹氬制度在一定的吹氬量下，采用大流量吹A(chǔ)r，縮短處理時(shí)間，通常為100600NL/min。吹氬原則為：鋼包到位后，采用中等吹A(chǔ)r量，其作用是均勻成分和溫度，以便進(jìn)行取樣測(cè)溫；化渣時(shí)，采用大流量吹A(chǔ)r，目的快速化渣。加合金時(shí)，采用大流量吹A(chǔ)r，將爐渣吹開，目的是加速合金熔化，提高合金收得率。通電時(shí)，采用小流量吹A(chǔ)r，目的均勻溫度又不引起大的液面波動(dòng)。41沐風(fēng)書苑i（3）造渣制度造渣目的：精煉鋼水、脫硫、脫氧、去夾雜；實(shí)現(xiàn)埋弧精煉，提高熱效率，降低噪音，提高爐襯壽命；防止鋼水二次氧化，提高合金收得率。常用渣系：CaO-CaF2渣系；CaO-Al2O3渣系；爐渣堿度CaO/SiO2=46。42沐風(fēng)書苑i（4）成分調(diào)整對(duì)于那些易氧化元素，一般在LF還原氣氛下加入。通常合金加入：粗調(diào)：根據(jù)出鋼鋼水成分分析確定合金加