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1、炉外精炼钢包炉精炼法-ASEA-SKF法，VAD法，LF及LF(V)法2011年9月31日,6.1 ASEA-SKF法6.2 VAD法6.3 LF法及LFV法,6.钢包炉精炼法,采用多种精炼手段，因而功能比较齐全的炉外精炼方法和设备，通常称之为钢包精炼炉。钢包炉精炼法的一个突出特点是具有加热手段，可以在钢包内对钢液进行加热。所以为完成精炼任务的吸热以及在精炼过程中的散热损失，均可通过加热而得到补偿，使钢包炉在钢液温度和精炼时间长短方面不再依赖于初炼炉的出钢温度。钢包炉通常都具有搅拌、加热、造渣等三种以上（如真空）的精炼手段。并且这些手段都是可以独立控制的。,6.钢包炉精炼法,钢包炉精炼功能特点
2、：具有良好的脱气条件。一般都具有真空或搅拌条件，钢包底吹氩气搅拌或电磁搅拌。真空和钢液内上浮的氩气泡为脱气提供了良好的热力学条件；氩气泡上浮过程中对钢液的搅拌（或电磁搅拌）作用和不断地更新气液相界面又为脱气创造了良好的动力学条件。能够准确地调整钢液温度。加热钢液时，通过调节输入功率来控制钢液的升温速度。此外精炼过程中钢包内衬充分蓄热，这样在浇注过程中钢液降温缓慢，能保持在规定的温度范围内。钢液的成分均匀稳定。因为搅拌贯穿整个精炼过程，所以成分均匀稳定。,可以加渣料造还原渣精炼，充分地脱氧，脱硫，精炼低硫钢种。优越的合金化条件。由于具有加热手段，精炼过程中的合金加入量原则上不受限制。可以把钢液成
3、分控制在较窄的规格范围内。钢包炉精炼法在不同程度上都可以完成脱氧，脱气，脱碳，脱硫，提高纯净度，合金化等项任务。典型的钢包炉精炼法有三种：ASEA-SKF法，VAD法，LF及LF(V)法。,6.1钢包加热电磁搅拌精炼法（ASEA-SKF法）,1965年建成，由瑞典通用电器公司（ASEA）与瑞典滚珠轴承公司（SKF）合作开发。ASEA-SKF钢包精炼炉具有电磁搅拌、真空脱气、电弧加热和渣洗精炼等功能，如图6-1所示。可以进行脱气，脱氧，脱碳，加热，去除夹杂物，调整合金成分等操作。,a炉盖旋转式；b钢包移动式1钢包；2搅拌器；3电极盖；4真空盖图6-3 ASEA-SKF炉布置方式,电磁感应搅拌器,
4、图6-4 搅拌器位置和钢液流动状态示意图,6.1钢包加热电磁搅拌精炼法（ASEA-SKF法）,6.2真空电弧加热脱气法（VAD法）,VAD:Vacuum Arc Degassing（真空、电弧加热、脱气）。VAD精炼法具有真空脱气、真空下电弧加热、吹氩搅拌、造渣精炼多种冶金功能。VAD与ASEA-SKF法所不同的是：用氩气搅拌，而不是用电磁搅拌，搅拌更激烈，为了保持真空脱气的沸腾时间，钢包上部留有较大的自由空间；真空盖上设有可在真空下添加合金及熔剂的双钟式漏斗，以便连续加料时不破坏真空度；真空盖上还增设了电弧加热装置，设备的关键部位是上下移动的石墨电极与真空盖之间的密封技术，采用了望远镜式的双
5、套筒系统，套筒用抗磁材料制成，并用水冷却。,1真空室；2底吹氩系统；3钢包；4电弧加热系统；5合金加料系统；6抽真空装置；图6-6 VAD法设备示意图,6.3 钢包炉精炼法（LF(V)法）,LF(V)：Ladle Furnace(Vacuum)。是钢包炉的缩写。无真空工位的叫LF法，带有真空工位的叫LFV法。LFV法是在ASEA-SKF法和VAD法等方法基础上的改进设备，这三种方法统称为钢包精炼炉。此法是把电弧炉的还原精炼原样移到钢水包中操作。将电弧埋入钢液面以上的熔渣层中加热钢液，吹氩搅拌，在还原气氛下造渣精炼，亦称为埋弧桶炉法。目前，LF炉是国内普及程度最高的炉外精炼手段。,6.3 钢包炉
6、精炼法（LF(V)法）,6.3.1 LF精炼技术的产生与发展,LF(LadleFurnace)精炼技术的研究始于1968年，当时发现用电弧炉预造还原渣、钢渣混出、钢包吹氩处理，还原精炼效果显著，因此进行了以省略电弧炉还原期为目的的有电弧加热功能的钢包精炼技术的开发。1971年，日本大同特殊钢厂第一台钢包精炼炉(LF)投入使用)。1973年，新日铁八幡制铁所在转炉厂设置LF。,6.3 钢包炉精炼法（LF(V)法）,电炉无渣出钢及转炉挡渣出钢技术的发展，为LF精炼技术的发展与完善起到了巨大的推动作用。但是在实际生产中要实现电弧炉的无渣出钢及转炉的少渣出钢相当困难，因此出现了目前电炉流程及转炉流程普
7、遍采用的出钢后对下渣改性处理工艺，即：电弧炉或转炉出钢+钢内渣改性(加铝、加渣料、加Ca-Si或加改渣剂)+LF精炼,6.3 钢包炉精炼法（LF(V)法）,电弧炉发展的第一阶段是包括熔化、氧化、还原的传统型电弧炉。第二阶段是由于电弧炉炉型(出钢槽式电弧炉)的原因，为避免氧化渣污染钢液及发挥钢渣脱氧、脱硫的作用，在电弧炉内必须造好还原渣，钢渣混出，由LF来完成进一步还原精炼的任务。第三阶段是由于无渣出钢技术的开发，还原期全部由LF精炼来完成，也即形成了现代电弧炉炼钢流程EAF+LF+CC的形式。,6.3 钢包炉精炼法（LF(V)法）,LF用于转炉流程生产特殊钢，淘汰了过去用炼钢方法来区别钢质量的
8、方式，确立了“初炼：电炉或转炉)+LF精炼+连铸”的生产多品种、高质量钢的思想。LF技术开发成功后，向多功能方向发展，1981年在日本钢管福山制铁所开发了NK-AP法，即插入式喷枪代替透气砖进行气体搅拌法，1987年开发了有喷吹设备和真空设备的LF法。由于LF设备结构简单，具有多种冶金功能和使用中的灵活性，精炼效果显著，具有较高的圣济效益，成为钢铁生产流程中的重要设备。,6.3 钢包炉精炼法（LF(V)法）,我国于1979年设计了第台40tLFV型钢包炉，从此50t以下的LF纷纷被各钢厂使用，但大型LF还是依靠进口，如1993年天津无缝钢管公司从Danmeg引进的150tLF、1994年大冶特
9、殊稠股份有限公司第四炼钢厂引进Danieli的60tLF。当时冶金部组织了由大冶特殊钢股份有限公司。冶金自动化研究院、北京科技大学、钢铁研究总院等单位组成的攻关组，进行国家“八五”重点科技(攻关)项目“钢包精炼技术”(编号63)的研究工作，在包括钢液温度控制、成分控制及洁净度控制方面取得了很好的效果，形成了具有自主知识产权的LF精炼技术。,6.3 钢包炉精炼法（LF(V)法）,1996年宝钢集团上海浦钢公司建成了一台国产三相三臂式100t LFVD，表明我国已具备了设计制造大型LF的能力，一年后宝钢集团上海五钢公司投产了一台三相电缆吊挂式100tLFVD，它是没有横臂结构的新型导电结构方式的钢
10、包炉。1999年武钢一炼钢厂建成了一台三相单臂式l00tLFVD，这样经过多年努力我国钢包炉设计技术和装备水平基本与进口相当，可以替代进口钢包炉。据不完全充计，我国已拥有大小LFl20台以上。表11所示为国内部分大型LF有关情况，包括LF的炉容、变压器、电极直径、升温速度、处理周期等。,LF钢包精炼炉按加热方式可分为交流钢包炉、直流钢包炉以及等离子枪加热钢包炉。等离子枪加热钢包炉：三相交流等离子钢包炉，由于没有电极造成的增碳，有利于生产高洁净度的极低碳钢。新日铁广烟制铁所使用的是三相交流等离子的PLF法。,6.3 钢包炉精炼法（LF(V)法）,LF炉的功能:炉内还原性气氛，底吹氩气搅拌，大气压
11、下采用石墨电极埋弧加热，高碱度合成渣精炼，微调合金成分。但是没有脱气能力。因此LF炉常与VD炉配合使用，构成 LF(V)。LFV法可以完成的任务：脱气，脱氧，脱硫，去夹杂，加热钢水，微调成分等。,6.3 钢包炉精炼法（LF(V)法）,LF炉由于其冶金功能齐全，结构简单，操作方便，投资少等优点，已经成为我国纯净钢的主要炉外精炼方法之一。在炉外精炼中占主导地位，大大地提高了我国的炉外精炼比。LF精炼可提高钢液的纯净度及满足连铸对钢液成分及温度的要求，成为炼钢与连铸间匹配的主要设备。LF法既可以与转炉或电弧匹配。,6.3 钢包炉精炼法（LF(V)法）,6.3.1 LF炉的设备组成LF炉是以电弧加热和
12、造渣精炼为主要技术特征的炉外精炼方法，LF炉主要设备包括炉体（钢包）、电弧加热系统、合金与渣料加料系统、底吹氩搅拌系统、喂线系统、炉盖及冷却水系统(有的没有冷却系统)、除尘系统、测温取样系统、钢包车控制系统等，如图6-9所示。按照供电方式分为交流钢包炉和直流钢包炉，目前国内多数炉是使用交流钢包炉。,6.3 钢包炉精炼法（LF(V)法）,1电极；2合金料仓；3透气转；4滑动水口图6-9 LF设备示意图,钢包是LF工艺系统的主体设备，这种钢包的上口有水冷法兰盘，通过密封橡皮圈与炉盖密封，以防止空气的侵入。当钢包用于真空处理时，还要求其外壳用钢板按气密焊接条件焊成。钢包底部有浇钢用的滑动水口及距炉壁
13、r/2r/3(r钢包内半径)处设有吹氩用的透气砖。精炼过程中氩气流量根据不同工位和钢包容量等决定。氩气流量高可达34Lmin.t，以达到搅拌钢液的目的。包衬为镁碳砖或者镁铬砖、镁铝尖晶石、高铝砖、锆铬砖，根据精炼钢种的工艺要求，采用综合砌砖法。,LF炉炉体,LF炉钢包内熔池深度H与熔池直径D之比HD是钢包设计时必须要考虑的因素。钢包炉的HD数值影响钢液搅拌效果，钢渣接触面积，包壁渣线带的热负荷，包衬寿命及热损失等。一般精炼炉的熔池深度H都比较大,HD为0.91.3。从钢液面至钢包口的距离称为钢包炉的自由空间，对非真空处理用的钢包，自由空间的高度小一些，对非真空处理的钢包，自由空间一般为500-
14、600mm，真空处理的钢包一般 8001200mm有的甚至达1500mm或更高。日本不同容量LF炉的H/D值列于表6-10。,电弧加热系统,LF炉所使用的电弧加热系统设备也与电弧炉基本相同，由炉用变压器，短网，电极升降机构，导电横臂，石墨电极所组成。三根石墨电极与钢液间产生的电弧作为热源加热钢液，由于电极通过炉盖孔插入泡沫渣中，故称埋弧加热。此种加热法散热少，减少电弧光对炉衬热辐射和侵蚀，并可稳定电流。采用埋弧加热方法，与电炉相比，可采用更低的二次电压。钢液升温速度可达4/min。,LF炉所用的变压器，其副边通常也分为数级电压，但没有必要进行有载调荷。因为无载时切换方式很多，设备简单便宜，可靠
15、性好。LF炉精炼时钢液面比较平稳，电流波动较小，没有电炉熔化炉料时，由于塌料所引起的短路冲击电流，所以许用电流密度可选得较大。LF炉是采用低电压，大电流埋弧加热法精炼钢液的。电极调节系统要采用反应良好，灵敏度高的自动调节系统。LF炉的电极升降速度一般为23mmin。为避免电弧对钢包衬的热辐射，三根电极采用紧凑式布置。,电弧加热功率的经验公式为 W理(6-7)式中：W理精炼1t钢液理论上所需补偿的能量，kWht Cm It钢液升温1所需的能量，kWht；t钢液的升温，；S渣料的用量与钢液总量的百分比；WS熔化占钢液总质量1的渣料所需要的能量，一般WS5.8(1)，kWht；A合金料的加入量占钢液
16、总量的百分比；WA熔化占钢液总质量1的合金料所需要的能量，一般WA7(1)，kWh/t。,钢包炉总的热效率一般为3035，故钢包炉实际需要的能量 W实=W理(6-8)通过上式计算可求出所需的功率，选择此电弧功率下的变压器抽头。,LF炉水冷炉盖,LF炉盖用于钢包口密封，以及保持炉内强还原性气氛，防止钢包散热及提高加热效率而设置的。LF炉盖为水冷结构。炉盖内层衬有耐火材料。为了防止钢液喷溅而引起的炉盖与钢包的粘连，有的在炉盖下还吊挂一个防溅挡板。整个水冷炉盖在四个点上用可调节的链钩悬挂在门形吊架上，吊架上有升降机构，可根据需要，调整炉盖的位置。有真空脱气系统的LF炉，除上述加热盖以外，LFV还有一
17、个真空炉盖，与真空系统相连，用来进行钢液脱气。在LF炉的两种炉盖上都设有合金加料口，渣料加料装置及测温或取样装置。,水冷炉盖系统,LF 炉盖一般是管式水冷的，以保证炉内的强还原气氛及防止钢包散热，提高加热效率。水冷炉盖和排烟尘罩相连接，炉盖内衬有耐火材料，为了防止钢液喷溅而引起炉盖与桶体的粘连，在炉盖下吊挂防溅挡板。一般水冷炉盖悬挂在门形吊架上，吊架上有升降机构，可根据需要调整炉盖的位置，LF炉盖的示意图如图17所示。LF炉盖上开孔情况如下：,炉盖结构：,(1)三个电极孔(2)除尘孔，与除尘系统连接；(3)自动加料孔；(4)炉盖侧面或在顶面边部开有观察孔，便于人工加料及测温取样，同时还可通过它
18、观察炉内冶炼情况；(5)喂线孔，喂铝线脱氧或喂硅钙线进行夹杂物变性处理；6)如果有自动测温取样装置，在炉盖上还开有自动测温取样孔。水冷炉盖各路回水分别设有监测回水温度的热电阻，以反映出各冷却部位的工作状况，便于调整和处理。,加料装置,LF炉一般在加热包盖上设合金及渣料料斗，通过电子秤称量过的炉料，经溜槽、加料口进入钢包炉内。有真空系统的LF炉，一般在真空盖上设合金及渣料的加料装置。其结构与加热包盖上的基本上相同，只是在各接头处均需加上真空密封阀。,1.3.5扒渣装置,LF炉精炼功能之一是造还原性白渣精炼。为此，在LF炉精炼之前，将氧化性炉渣必须去掉。因此，LF炉必须具备除渣的功能。除渣的方式有
19、两种：1)当LF炉采用多工位操作时，可在放钢包的钢包车上设置倾动、扒渣装置。当钢包车开到扒渣工位时，即可进行扒渣操作。2)如果LF炉采用固定位置，炉盖移动形式时，则需把钢包倾动装置设在LF炉底座上，在精炼前先扒渣，加新渣料，再加热精炼。,喷粉装置,LF炉精炼时常采用喷粉设备对钢液进行脱硫，净化及微合金化等操作。喷粉设备包括钢包盖、一支喷粉用的喷枪和喷粉罐，粉料料仓。喷粉时对粉料先自动称重及混合，然后通过螺旋给料器送至喷粉罐。喷粉时采用高纯氩气作载流气，流量为200400Lmin。通常处理时间为510min。,除尘系统,烟尘通过LF除尘管汇集到主除尘系统，由厂统一集中处理。LF一般都配有自动测温
20、取样设施，自动测温可实现定点测温，所测温度值更具有代表性，可 避免人为因素对钢液温度测量产生的波动。同时使用白动测温取样系统，也减轻了工人的劳动负荷。但目前LF即使有自动测温设备，现场操作时由于习惯及设备可能出现故障等原因，大部分生产厂仍采用人工测温，这样有可能出现不同操作者测出的钢液温度值有所偏差的结果。,测温取样系统,钢包车系统,钢包车是用来运送钢包的，钢包车的运动是由电机经减速器、联轴器带动车轮传递扭矩，其中两个为主动轮，另外两个为从动轮，可以实现大范围的速度调节，在很大范围内获得大转矩，高 速轴处设有制动器，并设有行程开关。总的电源线、控制线及氩气管是通过“软线软管”及滑线装置送到钢包
21、车上的。钢包车控制系统主要包括运行、停止、限位控制及称量。钢包及钢包车系统。,喂丝设备,LF钢包耐火材料,LF使用初期，由于渣线部位侵蚀严重，钢包使用寿命低，操作成本中耐火材料占了60%”。1974年，大同特殊钢厂渣线部位采用MgO-C砖后，提高了钢包寿命。,目前钢包壁耐火材料从定形制品向不定形发展，从材质上看有镁碳、铝镁碳、铝尖晶石浇 注料，镁钙系材料也是发展方向。首钢90t钢包非渣线部位高约2m全部用高纯铝镁浇注料，包 龄达90-98次，浇注料在使用过程中没有出现结构剥落和粘钢现象。工作衬使用无碳刚玉尖晶石质预制块替代Al2O3MgO-C砖，使钢包寿命由原平均65次提高到平均121次。,包
22、底用耐火材料,LF包底，特别是迎钢面受钢液冲击部位的耐火材料，由于反复热循环产生裂纹、炉渣渗透，造成结构的剥落以及钢液侵入冲击砖与包底砖之间接缝处，造成包底的损坏。底部一般用锆英石砖或高铝砖砌筑或用含CaO16的高钙镁质干式捣打料。,钢包透气砖的种类和性质,透气砖的种类主要有：弥散型透气砖；定向气孔透气砖；狭缝型透气砖；迷宫型透气砖等。,6.3.2 LF法的功能及特点,LF法的功能：炉内还原性气氛；底吹氩气搅拌；大气压下石墨电极埋弧加热；高碱度合成渣精炼；微调合金成分。,炉内还原性气氛,LF炉精炼时，靠钢包上的水冷法兰盘，水冷炉盖及密封橡胶圈的作用加氩气搅拌可以起到隔离空气的密封作用。再加上还
23、原性渣以及加热时石墨电极与渣中的FeO、MnO、Cr2O3等氧化物作用生成CO气体，增加了炉气的还原性。从而可使LF炉内气氛中的氧含量减为0.5以下。如此阻止了炉气中的氧向钢液传递，保证了精炼时炉内的还原气氛。钢液在还原条件下精炼可以进一步的脱氧、脱硫及去除非金属夹杂物，有利于钢液质量的提高。,底吹氩气搅拌,良好的氩气搅拌是LF炉精炼的又一特点。氩气搅拌有利于钢、渣之间的化学反应，它可以加速钢、渣之间的物质传递有利于钢液的脱氧，脱硫反应的进行。吹氩搅拌还可以去除非金属夹杂物，特别是对Al2O3类型的夹杂物上浮去除更为有利，如图6-10所示，吹氩可加速Al2O3粒子的上浮速度。特别值得提出的是L
24、F炉的吹氩搅拌是在排除了大气的密封炉内进行的，因此还可以加大吹氩量。正如图6-10所示，吹氩处理15min后，可使钢中大于21m的Al2O3夹杂全部去除，残留钢中的只是小颗粒的Al2O3夹杂。,图6-10 搅拌对钢中Al2O3粒子上浮速度的影响,1吹氩；2不吹氩,LF法的功能及特点,LF法的功能及特点,吹氩搅拌的另一作用是可以加速钢液中的温度与成分均匀，能精确的调整复杂的化学组成，而这对优质钢又是必不可少的要求。此外吹氩搅拌可加速渣中氧化物的还原，对回收铬、钼、钨等有价值的合金元素有利。底吹氩气搅拌贯穿于整个精炼过程，即在初炼炉出钢时就开始吹氩，以防止透气砖堵塞，直至精炼过程结束停止吹氩。按照
25、先强后弱的搅拌方式吹氩搅拌钢液。通过底吹氩搅拌均匀钢液成分和温度，促进脱氧产物的上浮，脱除钢中的部分气体，纯净钢液。,100tLF吹氩制度,底吹氩在炉处理过程中发挥的作用十分重要。底吹氩对化渣、调节成分、脱硫、脱氧及夹杂物的上浮均有较大影响。搅拌强度与钢包带渣量和钢水温度也有较大关系。实践表明，LF精炼炉到吊包工位后，接吹氩管进行旁吹破壳，破壳后流量稍微变小，以钢水不裸露为准。到加热工位后，根据透气砖透气情况，采取中等强度的氩流量进行搅拌。钢包出加热工位喂CaSi丝后，进行软搅拌。氩气流量变化范围约为30050NL/min20NL/min10NL/min。,LF法的功能及特点,LF法的功能及特
26、点,LF法的功能及特点,熔池深度3300mm，上下内径分别为：3500、3100mm.,鞍钢第二炼钢厂180-200tLF吹氩制度,LF法的功能及特点,LF法的功能及特点,LF炉采用石墨电极埋弧加热，加热时将石墨电极插入泡沫渣层中，电弧在渣层中产生。采用埋弧加热法，泡沫渣对电弧的屏蔽作用减少了电弧光对包衬的热辐射，对包衬有保护作用。与此同时钢液和炉渣有效地吸收电弧热，提高了热效率。,石墨电极埋弧加热,LF法的功能及特点,LF炉利用还原气氛下造高碱度合成渣进行精炼，通过合成渣的精炼作用可以降低钢中氧、硫及夹杂物含量。它可以把O降至0.002%、S降至0.005%甚至0.003%。合成渣在LF炉内
27、具有很强的还原性，这是LF炉内良好的还原气氛和氩气搅拌，互相作用的结果。一般渣量为钢液量的28。LF炉冶炼时可以不用加脱氧剂，而是靠合成渣对氧化物吸附而达到脱氧的目的。,高碱度合成渣精炼,LF法的功能及特点,但需要说明：通常精炼渣分为高碱度渣和低碱度渣，一般碱度(CaO/SiO2)大于2为高碱度渣，高碱度渣适用于一般铝镇静钢二次精炼，在钢水脱硫等方面具有较好的效果。对于具有特殊要求的钢种，如帘线钢、钢丝绳钢、轴承钢等，需采用低碱度渣。在这些钢中为了避免在脱氧过程中生成过多氧化铝夹杂，大多采用Si-Mn脱氧，采用中性精炼渣，精炼后形成较低熔点的圆形或椭圆形复合夹杂物，在加工时可以变形，危害较小。
28、,钢液成分的调整是在电弧加热、底吹氩搅拌和还原气氛下加入合金料，合金收得率高，合金元素熔化后能很快地在钢液内均匀。通过边加合金料边分析，微调合金成分，把合金成分调整到很窄地范围内。,微调合金成分,LF法的功能及特点,LF炉的几个精炼功能互相影响、互相依存与互相促进。炉内的还原气氛，在加热条件下的钢渣搅拌，提高了合成渣的精炼能力，创造了一个理想的炼钢环境，从而能提高钢液质量。由于LF法用吹氩搅拌而不用电磁搅拌；在大气压下加热，而不采用真空加热，因此它比ASEA-SKF法和VAD法都简单，其冶金效果与前两种方法基本相同。,LF法的功能及特点,通过LF精炼主要达到以下效果：(1)钢液温度满足连铸工艺
29、要求；(2)处理时间满足多炉连浇要求；(3)成分微调能保证产品具有合格的成分及实现最低成本控制；(4)钢液纯净度能满足产品质量要求，特别具有强脱硫功能。,LF法的功能及特点,6.3.3.1 LF精炼的主要操作及工艺过程,LF精炼的主要操作包括：(1)根据钢中酸溶铝的要求及钢液中的溶解氧含量，确定加铝量的喂铝线操作；(2)考虑埋弧加热、脱硫、吸附夹杂物的造渣制度；(3)考虑防止吸气、卷渣以及加快夹杂物去除的吹氩搅拌处理；(4)考虑温度目标控制的电弧加热；(5)考虑最低成本的钢液成分微调；,6.3.3 LF精炼工艺技术,各工艺过程简述如下：(1)钢包吹氩。钢包吹氩从出钢开始，一直到钢包吊往LF等待
30、工位。此阶段吹氩搅拌的冶金目的包括：1)促进出钢加入的合金与造渣剂的熔化溶；2)均匀熔池温度；3)去除出钢过程的脱氧产物；4)加强渣、钢混合，降低钢液中的硫含量。,6.3.3 LF精炼工艺技术,(2)钢包到LF等待工位。钢包到LF等待工位后，接通吹氩管，这时吹氩要保证合适的吹氩量，以避免钢液面裸露，同时保证不要把钢渣溅出钢包。如果出钢量过大或下渣较多，应倒出一部分钢液或下渣。如果渣面吹不开，就要瞬间增大压力吹氩或用事故氩枪吹氩，吹开多孔砖。如果还吹不开，就要进行倒包处理。对于生产铝脱氧的高质量钢，最好在等待工位喂铝，尽早把钢液中的溶解氧全部变成氧化物夹杂，为夹杂物的去除提供较长的时间，降低钢液
31、中的全氧量。,6.3.3 LF精炼工艺技术,(3)造渣。钢包到加热位置，当要从料仓加料时，应增加氩气流量，吹开渣面，把造渣料加到裸露的钢液面上。在加热的同时处理渣，加入石灰和Al2O3，甚至加入CaC2、SiC或铝粒进行渣脱氧，加热35min后，通过渣门观察渣的情况，应保证渣的流动性好。渣太稠，则多加铝矾土或萤石；渣太稀，则加入石灰。取渣样判断脱氧情况（凝固时呈灰白色，表示渣脱氧良好；渣发黑，加铝粒或其他脱氧剂继续降低渣中的氧）。,6.3.3 LF精炼工艺技术,(4)钢包取样。加热及处理渣后(渣基本变白)，测温取第一样。,6.3.3 LF精炼工艺技术,造精炼渣的目的包括以下几方面：1)脱硫；2
32、)吸收钢液中的夹杂物；3)防止熔池的二次氧化；4)防止熔池的热量损失；5)防止由于电弧辐射造成的耐火材料损失。,(5)加入合金、均匀化及调整温度。根据出钢加入的合金量及钢包第一样分析结果，确定加入的合金量以达到成品钢要求的成分。加入的合金应按预定的合金收得率改变钢液成分，如果钢液成分未能按加入的合金数量而改变，说明钢液脱氧不完全，需要用铝线等脱氧剂脱氧以确保合金元素的最佳收得率。加入合金后，继续加热并搅拌5min以确保加入的合金溶解，如果没有得到预期的钢液成分，必须加入新合金，以满足钢种的成分要求。铝随着精炼过程的进行而减 少，如果铝迅速降低，表明铝氧化速率很高，这时应补喂铝，降低钢中的溶解氧
33、，保证钢液中铝的 稳定性。脱硫是钢包炉工艺的重要功能，脱硫的最佳条件是保证高的碱度及熔池温度高于 1580。对于生产含硫的钢种，由于精炼过程深脱氧及造渣，硫含量降到了较低的水平，所以必须在钢包处理末期通过喂硫线控制钢中硫含量。,6.3.3 LF精炼工艺技术,(6)夹杂物变性处理。最后一次加料后，吹氩搅拌36min。吹氩搅拌时间太短不能均匀 成分与温度；太长会产生熔池的二次氧化。钢液成分合格后，喂入硅钙线或铁钙线进行夹杂物变性操作。钢的洁净度取决于脱氧产物及其他夹杂物如何被渣吸收，而可浇注性则取决于未被渣吸收的夹杂物的钙处理。要获得高洁净度及良好的浇注性能，最佳条件是钢液在符合成分、流动性好并不
34、打破渣层下，喂入合适的硅钙线或铁钙线吹氩搅拌。最后加入一次合金后应吹氩搅拌 5min，再喂线。,6.3.3 LF精炼工艺技术,(7)停氩，钢包吊往连铸。喂入硅钙线或铁钙线后弱吹氩搅拌时间应大于5min，测温，取样 分析最终钢液成分。之后钢包车开出加热工位，加入钢包发热剂或覆盖剂(如果进行VD处理，不加钢包发热剂或覆盖剂)，取掉吹氩管停止吹氩，并吊往连铸台浇注或进行VD处理。目前很多转炉厂LF只起成分及温度调整的作用，往往达不到对钢液洁净度的控制，特别是中小转炉厂，一方面由于下渣量控制困难及没有进行有效变渣处理工艺；另一方面转炉冶炼时间 节奏快，精炼时间短。这两点使得中小转炉配LF精炼生产高洁净
35、钢较为困难。,6.3.3 LF精炼工艺技术,表6-12 不同冶炼方法的合金回收率,6.3.3 LF精炼工艺技术,造高碱度渣精炼是LF炉的重要操作。将石灰、萤石等按不同比例(如5：1或4：1)分批加入钢包内，加入量为钢液量的12，造高碱度合成精炼渣脱硫；然后用硅铁粉、硅钙粉和铝粉或炭粉，按一定比例混合直接加入钢液面或采取喷吹方法加入钢液中，形成流动性良好的炉渣成分为CaO：605、SiO2：l05、Al2O3：305的还原渣系或者CaO：60、Al2O3：30、CaF2：10的还原渣系。影响脱硫反应的主要因素除还原性气氛下高碱度的炉渣之外，还有吹氩搅拌强度的影响，包底吹氩搅拌，加速钢液中的硫向渣
36、、钢界面扩散，可使脱硫率提高1.52.0倍，达到90以上。,6.3.3 LF精炼工艺技术,合成渣精炼工艺,A 合成渣的性质 为了达到精炼钢液的目的，合成渣必须具有较高的碱度、高还原性、低熔点和良好的流动性；此外要具有合适的密度、扩散系数、表面张力和导电性等。1）合成渣成分 为了取得最佳的精炼效果，要求合成渣具备相应的物理化学性质，而炉渣的成分是炉渣物理化学性质的决定性因素。合成渣主要有CaO-Al2O3系，CaO-SiO2-Al2O3系，CaO-SiO2-CaF2系等。其中CaO：4560，MgO：6%10%,Al2O3：12%16%。SiO2：16%20%。,6.3.3 LF精炼工艺技术,除
37、用碱度表示合成渣的成分特点外，还可用游离氧化钙量(CaO)来表示能参与冶金反应的氧化钙的数量，其计算式如下：(CaO)u(CaO)1.4(MgO)1.86(SiO2)0.55(A12O3)(6-9),2）合成渣熔点在钢包内用合成渣精炼钢液时，一般应用液态渣，因此合成渣的熔点应当低于被精炼钢液的熔点。钢液的熔点可按下式近似地计算。Tf=1538Tjj(6-10)式中：Tf 含元素钢的近似熔点，；Tj一钢中元素增加1时使纯铁的熔点降低值，；j钢中j元素的质量百分含量，%；1538纯铁的熔点，。不同j元素的Tj值列于表6-13。,6.3.3 LF精炼工艺技术,表6-13 不同j元素的Tj值,6.3.
38、3 LF精炼工艺技术,各种合成渣的熔点可根据合成渣的成分，利用相应的相图来确定。对于主要成分为CaO和SiO2的渣系可利用CaO-SiO2二元相图。主要成分为CaO和Al2O3的渣系可参阅CaO-Al2O3相图。在CaO-SiO2-Al2O3三元系中加入612的纯MgO时，就可以使其熔点降到1500甚至更低一些。加入CaF2、Na3AlF6、Na20、K2O等也能降低熔点。该渣系有较强的脱氧、脱硫和吸附夹杂的能力。,6.3.3 LF精炼工艺技术,3）合成渣流动性合成渣要求有较好的流动性，合成渣的流动性影响精炼的效果，渣在钢液中的乳化程度的重要因素之一。相同的温度和混冲条件下，提高合成渣的流动性
39、可以减小乳化渣滴的平均直径，在CaO-Al2O3渣系中随着SiO2含量的提高粘度降低，流动性变好，从而增大了渣钢接触界面积。对于大部分合成渣，在炼钢温度下其粘度小于0.2Pas。,有人研究了Al2O3、CaF2和Na3AlF6对白渣粘度的影响。试验是在粘度等于0.3Pas不变的情况下进行的。发现渣的熔点随(CaO)和(CaO+MgO)含量的增加而提高。为了使渣的熔点小于1500，必须使(CaOMgO)63。用A12O3或Na2AlF6代替CaO时，渣的熔点会急剧降低。因此，对于炉外精炼，推荐采用下述成分的合成渣，CaO：5055；MgO：610；SiO2：1520；A12O3：815；CaF2
40、：5.0。其中SiO2、Al2O3、CaF2三组元的总量控制在3540之间。,4）合成渣表面张力表面张力也是影响影响精炼效果的一个较为重要的参数。在合成渣精炼过程中，虽然直接起作用的是钢渣之间的界面张力和渣与夹杂物之间的界面张力(影响渣滴吸附和同化非金属夹杂的能力)，但是界面张力的大小是与每一相的表面张力直接有关的。对于一些纯氧化物在熔融状态下，其表面张力早已被研究者所测得。表面张力的单位用dyn/cm。渣中常见氧化物的表面张力如表6-14所示：,表6-14 渣中常见氧化物的表面张力,通常熔渣都是由两种以上氧化物组成，其表面张力可按下式计算：(6-11)式中 合成渣的表面张力，N/m,组元1和
41、组元2的表面张力，N/mN1,N2 组元1和组元2的浓度，%如CaO 56%、Al2O3 44%，则0.5652044%0.72608dyn/cm熔渣的表面张力是温度的函数，随着温度的升高，表面张力减小。在炼钢温度下一般为1.11.35 N/m。有资料介绍两者近似地存在着以下关系：,熔渣的表面张力除受温度影响外，还受到成分的影响。在合成渣的组成中，SiO2和MgO会降低渣的表面张力。当MgO的含量不超过3时，这种影响不很明显。在CaO(56)-Al2O3(44)渣中含有9的MgO时，表面张力由原来的0.6000.624 N/m降低到0.5200.550 N/mSiO2对表面张力的影响就更为明显
42、。例如，在上述组成的CaOAl2O3渣中，当SiO2为3时，表面张力0.5750.585 N/m，当9时，表面张力0.4400.484 N/m。此外合成渣中FeO、Fe2O3、MnO、Na2O、K2O等也都会降低合成渣的表面张力。,熔渣和钢液的界面张力也受温度和成分的影响。随着温度的升高、表面张力减小。熔渣与钢液之间的界面张力可按下式求得：(6-12)式中 钢、渣之间的界面张力，N/m，钢液和炉渣的表面张力，N/m 钢、渣之间的润湿角，由经验公式测定；cos由实验测定，其数值取决于钢和渣的成分和温度，并且温度的影响大于成分。,5）合成渣还原性由合成渣精炼要完成的任务决定了合成渣的性质应该是还原
43、性渣，渣中(FeO)含量都很低，一般应低于0.3。,B 夹杂物的去除,合成渣精炼过程中，同时进行钢包底吹氩搅拌钢液，吹入的氩气驱动钢液上下运动，使钢液内的夹杂物上浮到钢液面被熔渣吸附、同化（夹杂被熔渣吸附并溶解于渣滴中称为同化）而进入渣相。由于渣和夹杂间的界面张力远小于钢液与夹杂间的界面张力，所以钢中夹杂很容易被熔渣所吸附。合成渣精炼所用的熔渣均是氧化物熔体，而夹杂物多数也是氧化物，所以被渣吸附的夹杂比较容易溶解于渣中。,C 脱硫 脱硫是合成渣精炼的主要目的，可以使S降到0.005%以下，O降到0.002%以下；如果操作得当，一般可以去除S约5080%。为了最大限度地脱硫，合成渣的碱度必须高，
44、以使硫化能力增强，渣的流动性良好，不损坏耐火材料。为了脱硫，出钢前钢液必须先用铝脱氧，为了达到充分脱硫效果，需要残余铝量在0.02%以上。应尽量减少出钢过程的下渣量，因渣中的（FeO）能明显降低脱硫率，使炉内下渣量减到最低限度并进行渣改性处理。,在合成渣精炼过程中，钢液中的S与合成渣中的CaO作用生成CaS而去除。脱硫反应式可写成：FeS(CaO)(CaS)(FeO)（6-13）反应的平衡常数为硫的分配系数为式中 硫在渣、钢之间的分配系数 渣中游离氧化钙的质量百分含量,渣的成分对硫的分配系数有很大的影响。在电炉渣中，(FeO)由0.44增加到0.89，LS值从87降到62。当(CaO)(FeO
45、)的比值增加时，LS值提高。渣中的MgO在含量不高时，能起到与CaO类似的脱硫作用，但是当(MgO)从12.0增加到22.8时，LS值从99.5降到52.0。在钢包中用合成渣精炼钢液时，也存在着类似的关系。渣中(SiO2+Al2O3)的总量对LS也有明显的影响。游离氧化钙对硫分配系数的影响。图6-11说明当(CaO)u一定时，(FeO)对LS值的影响。从图中可以看出，当(FeO)0.5和(CaO)u为2540时，硫的分配系数最高(120150)。随着(FeO)含量的增加，硫的分配系数大幅度降低。,除炉渣的成分影响LS外，炉渣的流动性对实际所能达到的硫的分配系数也有影响，如向碱度为3.43.6的
46、炉渣中加入1315的CaF2可将LS值提高到180200。在包中用合成渣精炼钢液时，实际的LS值经常低于计算值，在渣的粘度大时更是如此。在这种情况下，采用钢包吹氩加强钢液与炉渣的混合，LS值可以增加1.52倍。,图6-11 LS与（FeO）、(CaO)u的关系,6.3.3.3 LF精炼的合金加入量计算,合金料用量的计算公式为：（6-14）式中 Pi某种合金用量，kg；G钢液质量，kg；ai 某种元素的目标含量，；bi某种元素在钢液中的含量，；ci某种元素在合金料中的含量，；fi某种元素的收得率，；Mi某种合金的补加系数；Pi各种合金的初步总用量，；MiPi某种合金的补加量，kg。,其中：（6-
47、15）Pi（6-16）式中 某种合金在钢液中所占的比分，；不含合金的纯钢液所占的比分，。LF成分控制精度如表6-15所示。日本几家公司有关LF处理钢液主要成分C、Si、Mn标准偏差范围分别为：C 0.008%0.012%；Si 0.0060.017；Mn 0.0080.017。,表6-15 LF成分控制精度,(1)钢中氧化物的去除LF精炼过程一方面要用脱氧剂最大限度地降低钢液中的溶解氧，同时进一步减少渣中(FeO+MnO)的含量；另一方面要采取搅拌措施使脱氧产物上浮去除。用强脱氧元素铝脱氧，钢中的酸溶铝达到0.030.05时，钢液脱氧完全，这时钢中的溶解氧几乎都转变成Al2O3，钢液脱氧的实质
48、是钢中氧化物夹杂去除问题。1)溶解氧的变化 铝脱氧后钢液中的溶解氧随着精炼过程的进行有所升高。,6.3.3.4 LF精炼过程夹杂物的去除,2)酸溶铝的变化 酸溶铝是指用酸溶法得到的钢中的ALN+Al溶。LF精炼过程中，引起钢液中酸溶铝氧化的主要有渣中SiO2、MnO、FeO、Cr2O3以及大气的氧化。因而定义钢液中酸溶铝变化的速度常数k为：（6-17）式中 a，b，c，d，e分别为渣中SiO2、MnO、FeO、Cr2O3，以及大气的氧化引起钢中酸溶铝的氧化速度常数，106min。在一定渣系下，根据钢液中各成分的变化确定常数a、b、c、d、e，从而可求得LF精炼过程中酸溶铝的变化。,3)夹杂物的
49、上浮 LF精炼要保证精炼时间，使氧化物夹杂充分上浮。钢液中总氧的去除速度为：(6-18)式中TOt某一时刻钢液中的总氧量。等式左边为总氧的去除速度；等式右边第一项为夹杂物上浮导致的总氧去除速度；等式右边第二项k2为总氧的增加速度项。,由于二次氧化造成的钢液氧的增加速度，由钢液中酸溶铝A1s的氧化速度k3确定，依据A1s氧化生成Al2O3，有如下关系式：(6-19)式中 钢渣界面与钢液反应生成的夹杂物在钢液中残留比例。,在t0时，TOtTO0（原始含氧量），则某时刻的总氧量为：6-20),4)合理的搅拌功率,表6-16 LF炉搅拌功率的选择,控制吹氩搅拌功率，以促进夹杂物上浮，并防止钢液的二次氧
50、化。由于在入LF炉前不喂铝，所以要特别注意钢液的二次氧化。针对不同操作目的搅拌功率的控制如表6-16所示。,5）喂CaSi线 当Ca(A12O3)I0.15时，生成CaO2A12O3占多数，可有效防止水口结瘤。喂线前的钢液条件为：S0.010，a05106。对于l50t钢包，喂线速度为45ms；对于60t钢包，喂线速度为1.952.3ms。喂线后酸溶铝为0.0200.030，A12O3夹杂为0.002以下，可避免水口结瘤。,6）LF精炼结束时的弱搅拌钢液弱搅拌净化处理技术是指通过弱的氩气搅拌促使夹杂物上浮，吹入的氩气泡可为10m或更小的不易排出的夹杂颗粒提供粘附的基体，使之粘附在气泡表面排入渣
