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1、冶金学（2）第1讲炉外处理,朱苗勇 东北大学 2009年9月,内 容 提 要,炉外处理技术发展概况 炉外处理的基本手段 铁水预处理 典型钢水精炼工艺 炉外处理技术的发展趋势,1 炉外处理技术发展概况,炉外处理的含义,指在冶炼炉生产铁水、钢水的基础上，以更加经济、有效的方法，改进铁水、钢水的物理与化学性能的冶金技术。包括：铁水预处理（hot metal pretreatment)钢包精炼(ladle metallurgy)中间包冶金(tundish metallurgy),炉外处理技术发展的原因,科学技术进步要求提高钢材质量 交通运输高速火车、汽车的轻型高速化、船舶大型化 石油化工深层采油、长距
2、离高压输油输气 钢材质量要求的主要指标 纯净度 均匀性 精度 各种炉外处理方式则是获得高性能钢材的重要措施。,提高钢材性能和质量的重点之一是钢的超纯净化，即有效降低钢中的有害杂质元素和夹杂物的含量。钢水超纯化大大减轻了产生中心偏析、裂纹、大型夹杂、气孔、白点和斑疤等缺陷的倾向，使钢组织致密均匀，改善了连铸坯表面及内部质量，使钢材性能大为提高。,精确控制化学成分以保证钢性能稳定 减少钢中P、S含量以改善冲击性能、抗层状拉裂性能、热脆性，并能减少中心偏析和防止连铸坯的表面缺陷；减少钢中氧、氢、氮含量以减少超声波探伤缺陷、条状裂纹等，且能改善钢材的制管性能；控制夹杂物的形态以改善钢的深冲性能和钢的加
3、工性能。,稳定连铸生产要求控制钢水质量 实践表明：没有符合连铸要求的钢水质量，就不可能稳定连铸生产工艺和保证铸坯的质量。采用炉外精炼工艺，虽然投资将增加5-10%，成本将增加10-30元/吨，但可冶炼出具有高质量特性的钢种，能提高总经济效益。,总之，采用炉外处理技术可以提高钢的质量，扩大品种，缩短冶炼时间，提高生产率，调节炼钢炉与连铸的生产节奏，并可降低炼钢成本、提高经济效益。,炉外处理的发展历程,1950年前就有钢包底部吹氩搅拌钢水以均匀钢水成分、温度和去除夹杂物的Gazal法（法国）。二十世纪50年代，真空技术的发展和大型蒸汽喷射泵的研制成功，为钢液的大规模真空处理提供了条件。开发出了各种
4、钢液真空处理方法，钢包除气法，倒包处理法（BV法）等。典型方法：1957年前西德的多特蒙德（Dortmund）和豪特尔（Horder）两公司开发的提升脱气法（DH法）；1957年前西德的德鲁尔钢铁公司（Ruhrstahl）和海拉斯公司（Heraeus）共同发明的真空循环脱气法（RH法）。,二十世纪60年代和70年代，是炉外精炼方法发明的繁荣时期，与该时期提出洁净钢生产，连铸要求稳定的钢水成分和温度以及扩大钢的品种密切相关联的。在这个时期，炉外精炼技术形成了真空和非真空两大系列。真空处理：1965年西德开发的用于超低碳不锈钢生产的真空吹氧脱碳法（VOD）和1967年美国的真空电弧加热去气法（VA
5、D）；1965年瑞典开发用于不锈钢和轴承钢生产的有电弧加热、电磁搅拌和真空脱气的钢包精炼炉法（ASEA-SKF）；1978年日本开发用于提高超低碳钢生产效率的RH吹氧法（RH-OB）。,非真空处理,1968年美国开发用于低碳不锈钢生产的氩氧脱碳精炼法（AOD）；1971年日本开发配合超高功率电弧炉，代替电炉还原期对钢水进行精炼的钢包炉（LF）以及后来配套真空脱气（VD）发展起来的LF-VD；喷射冶金技术如1976年瑞典开发的氏兰法（SL法），1974年前西德开发的蒂森法（TN法），日本开发的川崎喷粉法（KIP）；喂合金包芯线技术如1976年日本开发的喂丝法（WF）；加盖或加浸渣罩的吹氩技术如1
6、965年日本开发的密封吹氩法（SAB法）和带盖钢包吹氩法（CAB法），1975年日本开发的成分调整密封吹氩法（CAS法）。,20世纪80年代以来，炉外精炼已成为现代钢铁生产流程水平和钢铁产品高质量的标志，并朝着功能更全、效率更高、冶金效果更佳的方向发展和完善。这一时期发展起来的技术主要：RH顶吹氧法（RH-KTB）RH多功能氧枪（RH-MFB）RH钢包喷粉法（RH-IJ）RH真空室喷粉法（RH-PB）真空川崎喷粉法（V-KIP）吹氧喷粉升温精炼法（IR-UT法）,我国炉外处理发展,60s-70s:特钢企业和机电、军工行业应用钢水精炼技术。大冶、武钢的RH，北京重型的ASEA-SKF，抚钢的VO
7、D-VAD，首钢的钢包吹氩。80年代:我国炉外处理技术发展奠定基础的时期。国产的LF炉，合金包芯线及喂线设备，铁水喷射脱硫，喷射冶金技术，宝钢引进大型RH装置、KIP喷粉装置，齐钢引进SL，宝钢、太钢引进铁水三脱技术与装备。90年代:我国的炉外处理技术得到迅速发展，为21世纪炉外处理技术的全面、高水平、快速发展奠定坚实基础。21世纪:铁水预处理和钢水精炼比大幅度增加，我国的炉外处理技术得到了全面、高水平、快速发展。,2 炉外处理的基本手段,为了创造最佳的冶金反应条件，所采用的基本手段：搅拌 真空 加热 渣洗 喷吹 喂丝,1 搅拌,对反应容器中的金属液（铁水或钢液）进行搅拌，是炉外精炼的最基本、
8、最重要的手段。它是采取某种措施给金属液提供动能，促使它在精炼反应器中对流运动。金属液搅拌可改善冶金反应动力学条件，强化反应体系的传质和传热，加速冶金反应，均匀钢液成分和温度，有利于夹杂物聚合长大和上浮排除。,反应器的搅拌强度，可以用单位重量的金属液所得到的搅拌能密度 衡量，搅拌的效果通常用反应器内的均匀混合时间来反映。对于同一反应器通常搅拌能密度越大，均匀混合时间就越短，即与 呈反比关系：,(1)气体搅拌,底吹氩。底吹氩大多数是通过安装在钢包底部一定位置的透气砖吹入氩气。优点:均匀钢水温度、成分和去除夹杂物的效果好，设备简单，操作灵便。钢包底吹氩搅拌还可与其他技术配套组成新的炉外精炼方式。缺点
9、是透气砖有时易堵塞，与钢包寿命不同步。顶吹氩。顶吹氩是通过吹氩枪从钢包上部浸入钢水进行吹氩搅拌，要求设立固定吹氩站，该发法操作稳定也可喷吹粉剂。但顶吹氩搅拌效果不如底吹氩好。,Q气体流量，m3/min；W钢液重量，t；TG、TL气体与钢液温度，；H钢液深度，m；P2钢液面压力，Pa。,(2)电磁搅拌,对钢水施加一个交变磁场，当磁场以一定速度切割钢液时，会产生感应电势，这个电势可在钢液中产生感应电流J，载流钢液与磁场的相互作用产生电磁力f，从而驱动钢液运动，达到搅拌钢液的目的。,常用钢包搅拌工艺示意图,钢包吹氩搅拌的作用:,均匀钢水温度。由于包衬吸热和钢包表面散热，包衬周围钢水温度较低，中心区域
10、温度较高，钢包上、下部钢水温度较低，而中间温度较高，这种温度差异导致中间包浇注过程钢水温度前后期低，中期高。钢包吹氩搅拌促使钢包钢水温度稳定均匀，有利于提高铸坯内部质量，使结晶器内坯壳生长均匀，避免开浇水口冻钢断流。均匀钢水成分。出钢是在钢包内加入大量的铁合金，成分不均匀，吹氩搅拌过程中可根据快速分析提供的钢水成分而进行成分微调，以使钢的成分控制范围更窄，以确保钢材性能均匀。,促使夹杂物上浮。搅动的钢水促使了钢种非金属夹杂物碰幢长大，上浮的氩气泡能够吸收钢中的气体，同时粘附悬浮与钢水中的夹杂物并带至钢水表面被渣层所吸收。生产实践表明，吹氩搅拌后钢水氧含量有明显降低，其降低幅度与脱氧程度有关，一
11、般可降低20%以上。吹氩搅拌排除的夹杂物数量与钢水液面上覆盖渣层FeO含量有关，渣中的FeO含量越低，吹氩搅拌夹杂物排除的量越多。,2 真 空,1滴流钢包脱气法2真空浇注法3出钢脱气法4真空循环脱气法（RH）5真空提升脱气法（DH）6真空罐脱气（Finkl法或VD）7钢包真空脱气（Gazad法）8真空精炼法（VOD）9真空精炼法（VODC）10真空电弧加热（VAD）11真空电弧加热法（ASEA-SKF）12槽型真空感应炉,3 添加精炼剂,炉外精炼中金属液（铁水或钢液）的精炼剂一类为以钙的化合物（CaO或CaC2）为基的粉剂或合成渣，另一类为合金元素如Ca、Mg、Al、Si及稀土元素等。将这些精
12、炼剂加入钢液中，可起到脱硫、脱氧、去除夹杂物、夹杂物变性处理以及合金成分调整的作用。精炼剂的添加方法主要有:合成渣洗法 喷吹法 喂线法,IRSID喷粉法TN法（德Thyssen-Niederhein）SL法(Scandinavian Lances)ABS法(Aluminum Ball Shoot)WF法（Wire Feeding）,渣洗法是在出钢时利用钢流的冲击作用使钢包中的合成渣与钢液混合，精炼钢液。喷吹法是用载气（Ar）将精炼粉剂流态化，形成气固两相流，经过喷枪，直接将精炼剂送入钢液内部。由于在喷吹法中精炼粉剂粒度小，进入钢液后，与钢液的接触面积大大增加。因此，可以显著提高精炼效果。喂丝法
13、是将易氧化、比重轻的合金元素置于低碳钢包芯线中，通过喂丝机将其送入钢液内部。提高和稳定合金元素的利用率；添加过程无喷溅，避免了钢液再氧化；精炼过程温降小；设备投资少；处理成本低。,喷粉和加合金,钢包加合金工艺不断发展，以节省合金料用量，精确控制钢的成分。工艺进展分三步：从块状合金加入发展到喷粉加入 用喂丝工艺代替喷粉工艺 钢包站上装连通管在惰性气氛下加 不少喷粉工艺是在70年代中期发展起来的，如TN、SL。它要求钢包的钢水必须无渣，以便进行有效脱硫，此外钢包上方必须有300mm的自由空间。,喷粉的冶金效果：,脱硫。一般脱硫、脱氧用硅钙粉，成分为wSi=54%,wCaO=30%,粒度小于1mm，
14、其中小于0.125mm占50%以上，喷枪距包底250-300mm，喷吹压力为0.25-0.35MPa，喷吹时间为2-10min，供粉速率为7-10kg/min，氩气流量为0.5-0.6m3/min。钢中硫含量可以将到0.01%以下，一般为0.005%，最低可达0.002%。,净化钢液和控制夹杂物性态。喷吹钙、钙的合金或含钙的化合物时，不仅降低钢中夹杂的含量，还可以改变夹杂物的性态。喷钙后，由于其脱氧、脱硫能力强，它能取代MnS中的Mn，并还原MnO、FeO、SiO2、Al2O3等氧化物夹杂。CaO与Al2O3可形成低熔点的铝酸盐（12CaO 7Al2O3或CaO Al2O3），在钢液中成球状，
15、易于上浮排除。由于夹杂物总量减少，特别是由群族状Al2O3和长条状MnS变成细小的圆球状，因而钢在不降低强度的条件下，显著的提高塑性和冲击韧性，并使钢材的各向异性也得到显著的改善。,提高合金吸收率。喷入的合金粉剂能直接与钢水接触，有相当大的接触界面和相当长的接触时间。特别是对于一些易氧化的元素，如硼、钛、钒、钙等，可避免它们在炉气、炉渣中的烧损，使钢水成分稳定，对合金元素吸收率高。改善钢水的可浇性。经钙处理的钢水，流动性显著提高，改善了钢水的可浇性。由于CaO与Al2O3结合成低熔点铝酸钙（12CaO7Al2O3）在钢水中呈球状易上浮，避免水口的堵塞。目前真空精炼设备与喷粉组合成新的精炼工艺，
16、可进一步提高钢水精炼效果。,喂线（WF）,喂丝或喂线，是70年代末出现的一种钢包精炼技术。它将Ca-Si、稀土合金、铝、硼铁和钛铁等多种合金或添加剂制成包芯线，通过机械的方法加入钢液深处，对钢液脱氧、脱硫，进行非金属夹杂物变性处理和合金化等精炼处理，以改善冶金过程，提高钢的纯净度，优化产品的使用性能，降低处理成本等。用80300m/min的速度喂入钙线，可把钙线送到使钢液静压力超过钙蒸气压的深度。1600时，超过金属钙蒸气压要求的深度约为1.5m。在通常的炼钢温度下，钢液中金属钙线在13s内即熔化，如以180m/min的速度喂入钙线，至少能插入熔池3m深。,喂线技术的优点,合金收得率高。喂入钢
17、液的合金芯线能稳定而垂直的穿透渣层，避免合金元素烧损，合金收得率高而且稳定。合金微调接近目标值。用喂线法进行合金成分微调时，可保证成品各元素波动范围小，接近目标值。铝的收得率提高。可使铝收得率提高2.54倍，收得率可达94.598.6，钢中Als的标准差从0.01降至0.008，它特别适用于深冲铝镇静钢的生产，可精确控制钢中Als值。,4 加热,钢液在进行炉外精炼时，有热量损失，造成温度下降。炉外精炼方法具有加热升温功能，可避免高温出钢和保证钢液正常浇铸，增加炉外精炼工艺的灵活性，获得最佳的精炼效果。常用的加热方法有电加热和化学加热：电加热主要有电弧加热和感应加热。电弧加热采用石墨电极，通电后
18、，在电极与钢液间产生电弧，依靠电弧的高温加热钢液。化学加热是利用放热反应产生的化学热来加热钢液的。常用的方法有硅热法、铝热法和CO二次燃烧法。化学加热需吹入氧气，与硅、铝、CO反应，才能产生热量。,LF(Ladle Furnace)VAD(Vacuum Arc Degassing）ASEA-SKF CAS-OB(Composition Adjustment by Sealed Argon Bubbling with Oxygen Blowing),5 低碳钢液的精炼方法 VOD(Vacuum Oxygen Decarburization)SS-VOD(Strong Stirring VOD)R
19、H-OB(RH-Oxygen Blowing)RH-(K)TB(RH-Top Blowing)AOD(Argon Oxygen Decarburization)CLU(法Creusot-Loire和瑞Uddeholm),VD(Vacuum Degassing)法是将转炉、电炉的初炼钢水置于真空室中，同时钢包底部吹氩搅拌的一种真空处理法。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炉上增加顶吹氧系统，构成VOD炉。此法可以完成真空吹氧脱碳的功能，适宜冶炼低碳
20、钢和低碳不锈钢。,VD真空处理依靠钢包底部全程吹氩搅拌，目的是均匀钢水的成分和温度，促进真空脱气、去硫、成分调整、夹杂物上浮，尤其是喂线后的软吹氩更是去除钢中氧化物夹杂的有效方法。与RH真空处理工艺相比，VD的精炼强度受到钢包净空的严格制约。一般要求钢包净空为8001000mm；若进行钢液碳脱氧工艺时，钢包净空应不小于900mm；若实现吹氧脱碳工艺，则钢包净空为1.21.5m。,1957年前西德的德鲁尔钢铁公司（Ruhrstahl）和海拉斯公司（Heraeus）发明的钢液真空循环脱气法（RH法）。20世纪80年代以来，日本企业先后开发了 RH侧吹氧（RH-OB）RH顶吹氧法（RH-KTB）RH
21、多功能氧枪（RH-MFB）RH钢包喷粉法（RH-IJ）RH真空室喷粉法（RH-PB）,AOD炉即氩氧脱碳法(Argon Oxygen Decarburization)，它是美国联合碳化物公司的专利，AOD炉的炉体类似氧气转炉，是一种常压下的精炼设备。AOD法通过炉体下部侧面吹入氩氧混合气体，由于氩气稀释降低钢液中pCO,使高铬钢水在减压下进行脱碳反应。由于AOD法可以在不太高的冶炼温度和常压下将高铬钢液中的碳降到极低的水平，而铬又没有明显的烧损。该精炼法投资省，生产效率高，生产费用低，产品质量高，操作简便。因此，全世界60%不锈钢是由AOD炉来生产的。,3 铁水预处理,铁水预处理，是指铁水兑入
22、炼钢炉之前对其进行脱除杂质元素或从铁水中回收有价值元素的一种铁水处理工艺。分为普通铁水预处理和特殊铁水预处理两类。普通铁水预处理包括铁水脱硅、脱硫和脱磷;特殊铁水预处理是针对铁水中的特殊元素进行提纯精炼或资源综合利用而进行的处理过程。,铁水预处理工艺已成为转炉钢厂大量生产洁净钢的必要手段。国外大型转炉已100%采用此工艺。日本五大钢铁公司铁水“三脱”预处理的比例已超过90%。我国起步较晚，但近年来发展很快，宝钢、太钢等分别建成了“三脱”预处理设备，鞍钢、武钢等多家企业都建成了铁水预脱硫、预脱磷设备。,铁水预处理技术发展经历三个时期：石灰系铁水脱硫处理工艺；铁水脱硅，同时脱硫、脱磷的“三脱”工艺
23、；铁水镁脱硫工艺和转炉脱硅、脱磷的“三脱”工艺。,3.1 铁水炉外脱硅,基于铁水预脱磷发展起来的 铁水中硅的氧势比磷的氧势低得多，当脱磷过程加入氧化剂后，硅与氧的结合能力远远大于磷与氧的结合能力，所以硅比磷优先氧化。脱磷前须优先将铁水硅氧化到远远低于高炉铁水硅含量的0.15%以下，磷才能被迅速氧化去除。,在日本和欧洲，高炉铁水的硅含量平均分别为0.3%和0.6%,北美为1.0%.硅含量差别将对高炉和转炉操作产生影响。铁水最佳含硅量取决于BOF的铁水比。在日本铁水比为92-97%（最佳Si含量0.2-0.4%)，北美则为56-80%(最佳含量0.8%)。,低硅铁水的生产明显节省了BOF的操作成本
24、：氧气消耗和熔剂消耗降低；渣量减少，金属收得率提高；耐材消耗减少，炉衬寿命增加。,铁水炉外脱硅的方法,高炉出铁场主沟内喷吹铁皮与石灰的混合物；将轧钢铁皮和石灰加到摆动流嘴内；铁水罐内吹氧或将石灰喷入铁水中，轧钢铁皮加在铁水表面。“两段式”脱硅：先在铁水沟内加脱硅剂脱硅，然后在鱼雷罐车或铁水罐中喷吹脱硅。,脱氧剂一般是铁鳞。优点：脱硅不占用时间，能大量处理，温降小，时间短，渣铁分离方便。缺点：氧的利用率低和工作条件较差。,特点：工作条件好，处理能力大，脱硅效率高且稳定，缺点是占用时间长，温降较大。,当铁水含硅量低于0.4%时，可采用简单的铁水沟脱硅法。当硅含量大于0.4%时，脱硅剂用量增大，泡沫
25、渣严重，适宜采用脱硅效率高的喷吹法或两段法。若炼钢厂扒渣能力不足，应采用两段脱硅法，利用挡渣器分离渣铁。台湾中钢的实践表明，使用两段脱硅操作可使硅含量下降到0.15%以下，同时脱磷、脱硫的程度也明显提高。日本新日铁某厂在高炉出铁沟和300t鱼雷罐车上采用两段法进行脱硅处理，处理后硅含量可以达到0.12%。,铁水炉外脱硅动力学,铁水脱硅反应可表达为：W为消耗的熔剂量（kg/t)；k为常数。,硅从铁水转移到渣中的反应可表达为：有利脱硅因素：1)低温 2)较低的SiO2活度 3)较高的FeO活度,3.2 铁水炉外脱磷,随着用户对高强度、高韧性、高抗应力腐蚀性能钢种需求量的不断增加和质量要求的日益严格
26、，世界各国都在努力降低钢中磷含量。对于低温用钢、海洋用钢、抗氢致断裂钢和部分厚板用钢，除了要求极低的硫含量以外，也要求钢中的磷含量小于0.01%甚至0.005%以下。此外，为了降低氧气转炉钢的生产成本和实行少渣炼钢，也要求铁水磷含量小于0.015%。,铁水脱磷预处理目前主要在铁水包、鱼雷罐车中喷粉脱磷和氧气转炉对铁水脱磷处理三种。采用铁水包或鱼雷罐车中喷粉脱磷，须将铁水进行脱硅处理，将硅脱除至0.15%-0.20%，然后再对铁水进行脱磷。脱磷剂主要采用Fe2O3-CaO-CaF2系，炉渣碱度控制在2.5-5.0，处理终了磷可脱到0.015%-0.050%。,转炉内进行铁水脱磷预处理的优点是转炉
27、的容积大、反应速度快、效率高、可节省造渣剂的用量，吹氧量较大时也不易发生严重的溢渣现象，有利于生产超低磷钢，尤其是中高碳的超低磷钢。,氧气转炉中进行铁水脱磷处理，利用氧枪、加料和除尘等装置，无需先行脱硅处理，处理时间短，渣铁分离完全，处理后的铁水兑入另一转炉进行炼钢。脱磷实质是一个氧化反应：PFe+5FeOflux=P2O5+5Fe 有效脱磷的条件：高氧势、低P2O5活度和低温。,3.3 铁水炉外脱硫,主要有KR和喷粉脱硫两种工艺，目前采用较多的是在铁水包或鱼雷罐车中喷粉脱硫工艺。,脱硫早期多采用CaC2，考虑环境和成本的原因，目前多采用CaO+CaF2粉剂，用量3-8 kg/t，脱硫率在40
28、-80%，处理终了铁水S可脱至100-80ppm。为了用较少的熔剂消耗达到更有效的脱硫，在CaO中混入Mg或CaC2，可以将硫降到50ppm以下。脱硫反应：CaOflux+SFe=CaSslag+OFe 高温和低氧势对反应有利。在同一容器中先脱磷，后紧接着脱硫。如在脱磷后期不吹氧而添加苏打。,4 典型钢水精炼工艺,LF炉精炼工艺 RH真空脱气精炼工艺,4.1 LF精炼工艺,1971年，日本特殊钢公司开发了采用碱性合成渣，埋弧加热，吹氩搅拌，在还原气氛下精炼的钢包炉（Ladle Furnace，简称 LF）LF钢包炉由钢包炉体、包底吹氩透气砖及滑动水口、炉盖上附有合金漏斗及电极加热系统等组成。因
29、LF钢包炉设备简单，投资费用低，操作灵活和精炼效果好而受到普遍重视，并得到了广泛的应用。,主要优点,精炼能力强，脱氧、脱硫、净化钢水效果好，钢的质量显著提高；适宜生产超低硫，超低氧钢种。具有电弧加热功能，热效率高，升温幅度大，温度控制精度高。具备搅拌和合金化功能，易于实现窄成分控制，提高产品的稳定性。采用渣钢精炼工艺，精炼成本低。设备简单，投资较少。,LF炉的精炼功能：,埋弧加热。加热时电极插入渣层中进行埋弧加热，辐射热小，减少对包衬的损坏，热效率高。浸入渣中石墨与渣中氧化物反应为：CFeOFeCO；CMnOMnCO；2CWO2W2CO；5CV2O52V5CO 上述反应不仅提高了渣的还原性，而
30、且还提高合金收得率，生成的CO使LF炉内气氛更具还原性。氩气搅拌。通过底吹氩搅拌加速钢-渣之间的物质传递，利于脱氧、脱硫反应的进行，并促进夹杂物的上浮去除，特别是对Al2O3类型的夹杂物上浮去除更为有利。同时加速钢水温度和成分的均匀，达到精确地调整钢水的成分。,炉内还原气氛。钢包与炉盖密封起到隔绝空气的作用，加之石墨电极氧化产生CO气体，炉内形成了还原气氛，钢水在还原条件下进一步脱氧、脱硫及去除非金属夹杂物，并避免增氮。白渣精炼。LF炉白渣以CaO-CaF2为主要成分，一般渣量为钢液的24，渣对钢液中氧化物吸附和溶解，达到脱氧效果。LF炉由于有温度补偿，吹氩强烈搅拌，随渣中碱度提高，硫的分配增
31、大，可炼出含S仅0.00040.0005的低硫钢。LF炉的4大精炼功能互相渗透，互相促进。炉内的还原气氛，在加热条件下的吹氩搅拌，提高了白渣的精炼能力，创造了一个理想的精炼环境，从而使钢的质量显著提高。,LF炉脱氧和脱硫的原理 LF炉可以采用沉淀与扩散脱氧相集合的脱氧方式。沉淀脱氧是直接向钢水中加入脱氧剂进行脱氧，其制约因素是脱氧产物不易全部上浮到渣相中导致钢水不纯；扩散脱氧是根据分配定律，钢水中氧向渣相中扩散，其脱氧的限制环节是渣-钢界面传质慢。LF炉具有还原渣精炼和底吹氩强搅拌形成了 良好的动力学条件，加大了扩散脱氧中渣-钢间氧的传输速度和沉淀脱氧中脱氧产物的上浮速度，钢水中的氧含量能将到
32、很低的水平。,脱硫的化学反应式为：脱硫能力用分配系数Ls表示：当溶解氧不变时，硫的分配系数随（CaO）的增加而增大，随（FeO）、（SiO2）的增加而减少。脱氧程度对脱硫效果的影响很大，LF炉高碱度还原精炼渣脱氧效果良好，低氧活度可增加熔渣的脱硫能力。（CaO）含量高，（FeO）、（SiO2）含量低，对脱硫反应十分有利，脱硫效率高。与硅相比，铝具有较强的脱氧能力。一般铝处理的钢水，渣中（FeO+MnO）的含量相当低，脱硫也彻底。,LF炉白渣精炼工艺的要点：,1)白渣出钢，控制吨钢水下渣量不大于5kg/t；2)钢包渣改质，控制钢包渣碱度R2.5，渣中；3)白渣精炼，处理周期有限，白渣形成越早，精
33、炼时间越长，精炼效果越好，一般采用CaO-Al2O3-SiO2系渣，保持熔渣良好的流动性和较高的渣温，钢包渣的最终控制成分列于表。高碱度、低熔点、低氧化铁的精炼渣能有效脱硫，吸收夹杂物，降低钢中TO。4)控制LF炉内为还原气氛；5)良好的底吹氩搅拌，保证炉内既有较高的传质速度。,表 LF炉钢包渣最终控制成分,4.2 RH真空脱气精炼工艺,RH精炼法最早是由德国Ruhrstahl和Heraeus公司共同设计的真空精炼设备。最初是用于脱氢。目前已经发展成为能够脱除碳、硫、磷、氧和夹杂以及升温、调整成分等的多功能精炼设备。由于RH功能不断被扩展，引伸而诞生了RH-OB、RH-KTB、RH-PB等多功
34、能的二次精炼设备。RH真空精炼技术得到迅速发展，目前世界上有150多座RH装置投入使用。,RH工作的基本原理,RH法设备的特征是在脱气室下部设有与其相通两根循环流管，脱气处理时将环流管插入钢液，靠脱气室抽真空的压差使钢液由管子进入脱气室，同时由两根管子中的上升管吹入驱动气体氩，利用气泡泵原理引导钢水通过脱气室和下降管产生循环运动，并在脱气室内脱除气体。,RH技术不断发展，其一是与吹氧脱碳相结合，衍生出吹氧循环真空脱气法RH-OB（Oxygen Blowing；川崎顶吹氧真空脱气法RH-KTB（Kawasaki Top Blowing）；RH法的另一发展是与喷射冶金相结合附加喷粉功能，如新日铁的
35、循环脱气喷粉RH-PB。,RH真空处理的冶金功能,脱氢：RH真空脱气装置的脱气效率很高，对于完全脱氧的钢水，其脱氢率可不小于60%，而未完全脱氧钢水，脱氢率可不小于70%。脱氢效率在一定真空度下取决于钢水的循环次数。一般情况下，脱气15-20min，可将钢水中原始含量降到2ppm以下。脱氮：由于钢中的氮的溶解度是氢的15倍，且硫和氧影响脱氮速率，因此，RH真空脱气的脱氮效果不明显，通常效率为0-10%。,脱氧：在真空条件下，由于碳、氧反应非常激烈，产生的CO气体很快被抽走，因此，RH真空脱气的脱氧效果比较好，一般经过RH真空处理的钢水，全氧含量可保持在20-50ppm，特别好的炉次还能低于这个
36、含量。脱碳：RH最主要的功能是脱碳，金属中的氧和渣中的(FeO)用于脱碳，经过RH处理可将钢中的碳降到20ppm以下。,脱硫：RH体系本身脱硫效果并不好，但如与其他设备连接如RH-PB，RH顶枪喷粉，情况就会改变。脱硫率可达到50%-75%。去夹杂：采用RH处理，有可能使氧总量低于15ppm，此外，合金收得率比较高，被氧化的合金元素少。成分控制精确：合金加料系统能快速、准确、均匀将所需合金加入到真空室内，使钢中成分可控制在非常小范围。,RH法处理效果：,一般脱氢率5080，脱氮率1525，降低夹杂物65以上。处理后可达到以下水平：RH法适用于对含氢量严格要求的钢种，主要是低碳薄板钢，超低碳深冲
37、钢、厚板钢、硅钢、轴承钢、重轨钢等。,RH-KTB处理效果：,RH法加顶吹氧可提高脱碳速度，缩短真空脱碳时间，提高RH真空脱碳前钢水碳含量0.02以上，初始碳含量可为0.06，增加了升温功能。处理后可达到以下水平：RH-KTB适用钢种同RH法，多用于超低碳钢、IF钢及硅钢的处理。RH-KTB/PB法增加钢水脱硫功能，处理后可成产的超低硫钢种。,RH附加喷粉装置（RH-PB、RH-MFB）或真空室内顶加脱硫剂处理后可生产出S0.001的超低硫钢水。经RH喷粉处理（RH-PB），可生产出P0.002的超低磷钢。,5 炉外精炼发展趋势,钢液全部炉外精炼 在实际生产中，炉外精炼设备百分之百地在线运行。
38、早在15年前日本转炉钢的炉外精炼比就已达到70.8；特殊钢生产的二次精炼比高达94；新建电炉短流程钢厂100采用炉外精炼。炉外精炼多功能化 不在一个精炼炉中完成多项精炼任务，而是在不同精炼装置中分别完成，以便最经济、最有效地发挥不同精炼工艺的功能。,以钢包吹氩为核心，加上与喂线、喷粉、化学加热、合金成分微调等一种或多种技术相结合的精炼站，用于转炉连铸生产衔接。以真空处理装置为核心，并与上述技术中一种或几种技术复合的精炼站，主要与转炉连铸生产相衔接。以钢包炉（LF）为核心，与上述技术及真空处理等一种或几种技术相复合的精炼，主要用于电炉连铸生产衔接。以AOD为主体，包括VOD、转炉顶底复吹在内的不锈钢精炼技术。,炉外精炼专一化 根据产品质量、工艺和市场要求，对不同类型的工厂、不同规模和产品配备不同的精炼技术。生产板带类钢材大型联合企业，应配备以CAS-OB为主的复合精炼站及以RH真空处理为主的精炼站。对生产棒线材为主的中型钢铁企业，应配备LF炉、喂线等精炼手段。对电炉特殊钢厂：生产不锈钢采用EAFAOD-VCR工艺；生产不锈钢与合金结构钢采用EAFLF/VOD工艺；生产轴承钢采用EAFLFRHCC（连铸）或SKF-MR；生产超纯结构钢采用 EAFLF/VD工艺。,
