铁水预处理与炉外精炼

转炉炼钢技能大赛题库（名词解释40题）
1. 铁水预处理
答案：指铁水兑入炼钢炉之前，为脱硫或脱硅、脱磷而进行的处理过程。

2. 冷却效应
答案：冷却效应是指每kg冷却剂加入转炉后所消耗的热量，常用q表示，单位是kJ/kg。

3. 转炉日历利用系数
答案：转炉在日历时间内每公称吨每日所生产的合格钢产量。

转炉日历利用系数（吨/公称吨·日）＝合格钢产量（吨）/（转炉公称吨×日历日数）
4. 炉外精炼
答案：将炼钢炉中初炼的钢水移到钢包或其它专用容器中进行精炼，也称为二次精炼。

5. 碳氧浓度积
答案：即在一定温度和压力下，钢液中碳与氧的质量百分浓度之积是一个常数，而与反应物和生成物的浓度无关。

6. 红包出钢
答案：预先将钢包内衬烤至发红达800～1000℃后用于出钢的操作，以减少出钢时的温降，从而降低出钢温度，增加废钢用量，并提高炉龄。

7. 增碳法。

1.供氧强度答案：供氧强度是单位时间内每吨金属料由喷枪供给的氧气量（单位m3/t·min）。

2.活性石灰答案：通常把在1150~1250℃温度下，在回转窑或新型竖炉内培烧的石灰，具有反应能力强，体积密度小，气孔率高比表面积大的特点。

3.溅渣层的分熔现象答案：溅渣层的矿物组成不均匀，当温度升高时，溅渣层中低熔点物质首先熔化，与高熔点相相分离，并慢慢地从溅渣层流淌下来，而残留在炉衬表面的溅渣层为高熔点矿物，这样反而提高了溅渣层的耐高温性能。

也称选择熔化或异相分流。

4.热脆答案：钢中硫主要以硫化亚铁的形式存在，Fe与FeS形成共晶体即Fe-FeS，这种共晶体的熔点只有985℃，Fe-FeS呈网状分布于晶界处，钢的热加工温度在1150~1200℃在此晶界处共晶体已溶化，当钢受压后造成晶界的破裂的现象。

5.铁水预处理答案：铁水预处理就是在铁水进入转炉前，为去除某些有害成分（如硫磷硅等）或回收某些有益成分（如钒铌等）而对铁水的处理过程。

6.复合脱氧答案：同时使用两种或两种以上脱氧元素脱氧，其浓度比恰能生成低熔点液态复杂化合物，从而使所用脱氧元素的脱氧能力大大增强的方法。

7.非金属夹杂物答案：在冶炼、浇注过程中产生或混入钢中经加工或热处理后不能消除而分散于钢材中的非金属相，一般称之为非金属夹杂物，简称夹杂物。

答案：8.炉渣的氧化能力答案：炉渣的氧化能力是指炉渣向金属熔池传氧的能力，它表示在单位时间内自炉渣向金属供氧的数量。

9.冷却剂的冷却效应答案：是指为加热1kg冷却剂到一定的熔池温度所消耗的物理热和冷却剂发生化学反应应消耗的化学热之和。

10.终点答案：转炉兑入铁水后，通过供氧，造渣操作，经过一系列的物理化学反应，钢水达到了所炼钢种成分和温度要求的时刻。

11.什么是溅渣护炉？答案：在转炉出钢之后，调整余留终点渣成分，利用MgO含量达到饱和或过饱和的终点渣，通过高压氮气的吹溅，在炉衬表面形成一层与炉衬很好烧结附着的高熔点溅渣层，这个溅渣层耐蚀性较好，并可减轻炼钢过程对炉衬的机械冲刷，从而保护了炉衬砖，减缓其损坏程度，使得炉衬寿命得以提高。

第一节铁水预脱硫的概念和优点铁水预处理，炼钢生产中主要是指铁水在进入转炉之前的脱硫处理。

广义的铁水预处理是指包括对铁水脱硫、脱硅、脱磷的三脱处理，另外还有特殊铁水的预处理，如含V铁水的提V等。

铁水脱硫是二十世纪70年代发展起来的铁水处理工艺技术，它已成为现代钢铁企业优化工艺流程的重要组成部分。

铁水脱硫的主要优点如下：1.铁水中含有大量的硅、碳和锰等还原性的元素，在使用各种脱硫剂时，脱硫剂的烧损少，利用率高，有利于脱硫。

2.铁水中的碳、硅能大大提高铁水中硫的活度系数，改善脱硫的热力学条件，使硫较易脱致较低的水平。

3.铁水中含氧量较低，提高渣铁中硫的分配系数，有利于脱硫。

4.铁水处理温度低，使耐火材料及处理装置的寿命比较高。

5.铁水脱硫的费用低，如在高炉、转炉、炉外精炼装置中脱除一公斤硫，其费用分别是铁水脱硫的2.6、16.9和6.1倍。

6.铁水炉外脱硫的过程中铁水成份的变化，比炼钢或钢水炉外处理过程中钢水成份的变化对最终的钢种成份影响小。

采用铁水脱硫，不仅可以减轻高炉负担，降低焦比，减少渣量和提高生产率，也使转炉也不必为脱硫而采取大渣量高碱度操作，因为在转炉高氧化性炉渣条件下脱硫是相当困难的。

因此铁水脱硫已成为现代钢铁工业优化工艺流程的重要手段，是提高钢质量、扩大品种的主要措施。

早期的铁水脱硫方法有很多种：如将脱硫剂直接加在铁水罐罐底，靠出铁铁流的冲击形成混合而脱硫的铺撒法。

也有将脱硫剂加入装有铁水的铁水罐中，然后将铁水罐偏心旋转或正向反向交换旋转的摇包法。

之后逐步发展至今天采用的KR搅拌法及喷枪插入铁水中的喷吹法。

第二节常用脱硫剂及脱硫指标一、常用脱硫剂经过长期的生产实践，目前选用作为铁水脱硫剂的主要是Ca、Mg、Na等元素的单质或化合物，常用的脱硫剂主要有：Ca系：电石粉(Ca C2)、石灰(CaO)、石灰石(CaCO3)等Mg系：金属Mg粉Na系：苏打(Na2CO3)二、常用脱硫剂反应特点1.电石粉碳化钙脱硫反应为用Ca C2脱硫有如下特点：1)在高碳系铁水中，Ca C2分解出的Ca离子与铁水中的硫有极强的亲和力。

一、理论基础所谓炉外精炼，就是将在转炉或电炉内初炼的钢液倒入钢包或专用容器内进行脱氧、脱硫、脱碳、去气、去除非金属夹杂物和调整钢液成分及温度以达到进一步冶炼目的的炼钢工艺，即将在常规炼钢炉中完成的精炼任务，如去除杂质(包括不需要的元素、气体和夹杂)、调整和均匀成分和温度的任务，部分或全部地移到钢包或其他容器中进行，变一步炼钢法为二步炼钢，即把传统的炼钢过程分为初炼和精炼两步进行。

国外也称之为二次精炼(Secondary Refining)、二次炼钢(Secondary steelmaking)、钢包冶金(Ladle Metallurgy)。

炉外精炼可以完成下列任务：①降低钢中氧、硫、氢、氮和非金属夹杂物含量，改变夹杂物形态，以提高钢的纯净度，改善钢的性能。

②深脱碳，满足低碳或超低碳钢的要求。

③微调合金成分，使其分布均匀，降低合金的消耗，以提高合金收得率。

④调整钢水温度到浇注所要求的范围内，减小包内钢水的温度梯度。

①渣洗：将事先配好(在专门炼渣炉中熔炼)的合成渣倒入钢包内，借出钢时钢流的冲击作用，使钢液与合成渣充分混合，从而完成脱氧、脱硫和去除夹杂等精炼任务。

合成渣洗的主要目的是降低钢中的氧、硫和非金属夹杂物含量，可以把W[O]降到0.002%、W[S]降至0.005%。

1．工艺流程：渣料加入钢包底→挡渣出钢→吹氩、喂线→浇铸2．加入量：控制在0.3~0.5%即可保证一定的脱硫率且不会因合成渣的大量加入而使出钢温降增大，确保浇铸顺利。

3．操作要求：（1）合成渣应预热以充分去除渣中水分；（2）采用挡渣出钢技术，做到少下渣或不下渣；（3）做到红包出钢且钢包干净，无残钢残渣；（4）出钢后进行吹氩处理。

4.合成渣冶金效果：(1)脱硫脱硫反应式：[S]+（CaO）=[O]+（CaS）平衡常数K= [O](CaS)/ [S] (CaO)由于合成渣中有较高的CaO，出钢过程深度脱氧，挡渣出钢，出钢过程吹氩充分搅拌，有利于上式反应的进行，因而有较好的脱硫效果，脱硫率可达20~30%。

附件1
属冶炼目录金
（2015年版）
2015年12月
说明
一、确定原则
冶炼过程中存在高温熔融金属(含熔渣)爆炸、喷溅、泄漏等安全风险、易造成群死群伤事故的相关生产工艺纳入金属冶炼安全监管范围。

主要包括：
（一）铁冶炼、钢冶炼、铁水预处理、炉外精炼和连铸工艺；
（二）有色金属火法冶炼工艺；
（三）铁合金生产工艺；
（四）黑色、有色金属铸造的熔炼、精炼和铸造工艺；
（五）有色金属合金制造的熔炼、精炼和铸造工艺。

二、《金属冶炼目录》各栏目的含义
（一）“序号”指《金属冶炼目录》中金属冶炼类别的顺序号。

（二）“代码”指《国民经济行业分类》（GB/T4754）中的小类代码。

（三）“名称”指《国民经济行业分类》（GB/T4754）“小类代码”对应的类别名称。

（四）“主要生产工艺”指金属冶炼包含的主要生产工艺。

三、其他事项
（一）根据我国金属冶炼安全监管工作需要，本目录适时修订。

（二）火法冶炼指在高温下矿石经熔炼与精炼反应及熔化作业，使其中的金属和杂质分开，获得较纯金属的过程。

（三）硅铁、工业硅、锰硅合金属于铁合金范畴。

金属冶炼目录
附件2
金属冶炼一企一档台帐。

铁水炉外脱硫的经济性分析钢铁工业技术的发展已经证明：高炉——铁水预处理（脱硫）——顶底复合转炉炼钢——炉外精炼（钢水二次精炼）——连铸——热送热装连续轧制，是高效、优质、低耗工艺路线。

铁水预处理能减轻高炉冶炼的负担，使转炉炼钢使用精料，而且为保证转炉扩大品种、提高钢质量，实现少渣炼钢，提高生产效率，改善技术经济指标奠定了基础。

一、铁水炉外脱硫对高炉的优势高炉为了保证生铁脱硫的要求，高炉不得不采用保守的操作方法，即采用高炉温、高碱度、大渣量操作，导致焦比高、产量低，高炉高产低耗的目标难以实现。

采用铁水炉外脱硫后，对高炉的优势如下：1、降低高炉生产成本，高炉实行低碱度操作可减少石灰消耗量、减少渣量、降低炉渣碱度、降低高炉焦比、减轻高炉负担并且增加高炉铁水产量；2、放宽了高炉铁水含硫量的限制，促进高炉平稳操作，提高了高炉生产率；3、有利于高炉排出碱金属氧化物Na2O、K2O，减少高炉结瘤，有利于冶炼低硅铁，使高炉稳定、顺行。

因此，铁水炉外脱硫是优化高炉工艺的关键技术，也是高炉增产降耗的重要技术手段。

高炉炉渣碱度、焦比与产量关系图由上图可见，高炉炼铁的炉渣碱度由1.2降到1.1，铁水硫含量由0.045%上升到0.06%，焦比降低10公斤/吨铁，铁产量增加5%。

二、铁水炉外脱硫对转炉的优势1、铁水脱硫预处理后，可得到含硫低的铁水，扩大了转炉冶炼的钢种范围；2、铁水脱硫预处理后，可以缩短转炉、精炼工序的冶炼周期；3、铁水脱硫预处理后，进一步保证了连铸工序生产顺行和连铸坯的质量；4、铁水脱硫预处理后，低硫铁水炼钢能减少石灰加入量和渣量，使铁的收得率提高约0.6个百分点。

转炉炼钢的铁水含硫量与炉渣碱度、渣量、渣中铁量及铁收得率关系图由上图可见，转炉炼钢的铁水含硫量降低，炉渣碱度、渣量及石灰消耗降低，渣中铁量增加，铁收得率降低。

三、铁水炉外脱硫的经济效益铁水脱硫在高炉内热力学条件好，但动力学条件差；在转炉内脱硫其热力学条件差（氧化性气氛），动力学条件好；无论高炉与转炉内，其脱硫条件都不完善，因此，脱硫成本高。

最早的炼钢方法是1740 年出现的坩锅法，它是将生铁和废钢装入坩锅中，用火焰加热溶化炉料，之后将溶化的炉料浇铸成钢锭。

1856 年，英国人亨利．贝塞麦发明了酸性空气底吹转炉炼钢法，第一次解决了铁水直接冶炼钢水的难题，从而使钢的质量得到提高，但此法不能脱硫，目前该方法己淘汰．1880 年，出现了第一座碱性平炉，由于其成本低，炉容大，钢水质量优于转炉，一时成为世界上主要的炼钢法．1878 年，英国人托马斯发明了碱性炉村的底吹转炉发，该方法是在吹炼过程中加石灰造碱性渣，从而解决了高磷铁水的脱磷问题。

但此法的缺点是炉子寿命短，钢水中氮含量低。

1899 年，出现了依靠废钢为原料的电弧炉炼钢法，解决了利用废钢炼钢问题。

20 世纪40 年代大型空气分离机的出现，使氧气制造成本大大降低，氧气顶吹转炉得到广泛运用。

二、炼钢的过程1.炼钢实际上就是对生铁的一种精炼过程。

由于生铁冶炼过程中要使用大量的碳来还原出金属铁，生铁中碳含量较高。

钢与生铁化学成分上的主要区别在于含碳量，含碳量超过 2.11 ％的就是生铁，而常用钢的含碳量一般在1％以下。

目前，氧气顶吹转炉炼钢是冶炼普通钢的主要手段，世界钢产量的70％以上是通过这种方法生产的。

电弧炉炼钢发展很快，主要用于冶炼高质量合金钢种，已超过了世界钢产量的20％。

炼钢就是将铁在高温中（约1600 摄氏度）进行熔化、净化（或称精炼）和合金化的一个过程。

一般来说，就是将生铁（铁水、铁块）和废旧钢制品在炉中精炼，得到不同性能的钢。

精炼过程主要包括用燃烧的方法去除掉生铁中过量的碳和硅以及锰和磷等杂质。

这些杂质要么变成气体冒出去，要么变成残渣被清除掉。

精炼时还可以根据需要加入某些其他元素。

炼钢炉有三种：转炉、平炉和电弧炉。

转炉和平炉用来炼从高炉出来的铁水加废钢，电弧炉用来将废钢熔化再炼。

平炉由于能耗高、生产周期长，己经遭淘汰。

转炉炼钢：转炉的炉体可以转动，用钢板做外壳，里面用耐火材料做内衬。

炉外精炼介绍炉外精炼技术20 世纪炼钢技术中的革新，主要是纯氧顶吹转炉炼钢法和连续铸钢法。

由于这些实用技术的采用，炼钢生产率飞速提高。

炉外精炼技术是设置在转炉和连续铸钢间的连接工序，这一技术的实用化，大大提高并完善亨利贝塞麦发明的液态炼钢法。

要提高铸钢生产的质量和产量，同样离不开冶金冶炼技术的发展。

炉外精炼技术就是铸件生产中的适用技术之一。

1炉外精炼技术的功能①脱氢、②脱氧、③脱碳、④脱硫、⑤非金属夹杂物的形态控制、⑥成分调整（添加合金）、⑦钢液成分及温度的微调及均匀化、⑧脱氮、⑨脱磷。

针对上述功能，衍生出LF 法、VD法、VOD法、RH法、SKF'法等炉外精炼设备。

但对于各生产厂家具体使用哪种精炼设备，他们会综合考虑冶炼的钢种、生产量、粗/ 精炼的组合等，选择最适合的炉外精练法。

2电炉加钢包精炼炉双联工艺法简介目前，电弧炉炼钢是铸钢件生产中最广泛的炼钢方法之一。

这种方法是利用电弧产生的高温和热能熔化固体炉料，实现冶炼的目的。

在电弧炉炼钢中为了清除钢液中的气体和夹杂物，通常通过脱碳反应形成钢液沸腾，对钢液激烈氧化。

在下一步为了去除钢液中残余的氧，又需要对钢液进行脱氧，因此产生大量的夹杂物，这是电弧炉炼钢难以解决的矛盾。

为了解决这一问题，经过冶金工作者多年努力，摸索出双联工艺法方案。

即将原电弧炉炼钢的两大期-- 氧化期及还原期分别放在电弧炉和钢包精炼中进行，各自独立操作，以达到提高钢液的冶炼质量，提高生产率的目的。

下面是双联工艺法的工艺流程：电炉加料-- 熔化-- 氧化-- 升温-- 出钢--LF 炉接钢液-- 精炼还原-- 微调成分，调整温度-- 出钢-- 喂丝-- 钢液测温-- 钢液浇注。

3双联工艺法的产品质量0.0l%对几个采用双联工艺法的铸钢厂产品质量跟踪：①气体含量：[H]3.5ppm ，[O]40ppm，[N]80ppm；②杂质含量：内。

4材料性能屈服强度增加7%~1l%；抗拉强度增加3%~6%，冲击韧度增加20%一45%；断面收缩率、伸长率基本无变化。

炉外精炼：所谓炉外精炼就是按传统工艺，将在常规炼钢炉中完成的精炼任务，如去除杂质（包括不需要的元素、气体和夹杂），成分和温度的调整和均匀化等任务，部分或全部地移到钢包或其他容器中进行铁水预处理：铁水在进入炼钢炉进行冶炼前，为除去某种有害成分或回收某种有益成分的处理过程渣洗：最早出现的炉外精炼方法要算用合成渣来处理钢液，即为渣洗真空度：真空处理中，真空室内可以达到并且保持的最低压力示循环因数：循环因数c即循环次数，是处理过程中通过真空室的总钢液量与处理容量Q之比。

可用下式表示c=ω﹡t∕Q 式中ω—循环流量，t∕min t—脱气时间，min1炉外精炼的主要目的和任务是什么？（1）承担精炼原有的部分精炼功能，在最佳的热力学和动力学条件下完成部分炼钢反应，提高单体设备的生产能力（2）均匀钢水，控制钢种成分（3）精确控制钢水温度，适应连珠生产的要求（4）进一步提高钢水的纯净度，适应连铸生产的要求（5）作为炼钢与连铸间的缓冲，提高炼钢车间整体效果2炉外精炼技术具有哪些特点？（1）二次精炼钢液，在不同程度上完成脱碳、脱磷、脱氧、脱硫、去除气体、去除夹杂、调整温度和成分等冶金任务（2）创造良好的冶金反应的动力学条件，如真空、吹氩、脱气、喷粉，增大反应界面面积，应用各种搅拌方式增大传质系数，扩大反应界面等（3）二次精炼设备具有教主功能3炉外精炼对精炼手段有哪些？对精炼手段有哪些要求？基本手段有：渣洗、真空、搅拌、加热、喷吹等五种要求：（1）独立性（2）作用施加可以控制（3）作用能力可以控制（4）精炼手段的作用能力再现性要强（5）便于与其他精炼手段组合（6）操作方便、设备简单、基建投资和运行费用低4合成渣的考虑指标？（1）成分（2）熔点（3）流动性（4）表面张力（5）还原性5渣洗有哪些精炼作用？（1）合成渣的乳化和上浮（2）合成渣中元素脱氧能力的影响（3）扩散脱氧（4）夹杂的去除（5）脱硫6合成渣对钢中脱氧元素有何影响？在渣洗过程中，随着钢液温度的下降，脱氧反应的平衡向脱氧方向移动，同时出港过程中钢液的二次氧化使溶解在钢液中的氧量增加，所以钢中的合金元素与钢中的氧继续反应，进行脱氧7简述渣洗夹杂去除原理？渣洗过程中夹杂的去除，主要靠两方面作用：（1）钢中原有的夹杂与乳化液滴碰撞，被渣滴吸附、同化而随渣滴上浮而去除（2）足进了二次反应产物的排出，从而使成品钢中夹杂数量减少8渣洗脱硫影响因素？（1）渣的成分（2）炉渣的流动性9真空脱气时为了降低钢中气体可采取哪些措施？（1）使用干燥的原材料和耐火材料（2）降低与钢液接触的气相中气体的分压（3）在脱气过程中增加钢液的比表面积（4）提高传质系数（5）适当地延长脱气时间（6）利用生成的氮化物被去除以脱氧10从热力学分析脱碳保铬？铬不锈钢的炉外精炼过程中铬氧化产物为Cr2O3，对应的脱氧保铬反应可用以下式表达： 3[C]+（Cr2O3）=3[Cr]+3﹛CO ﹜ΔrG θT=934706---617.22T J/mol反应的平衡常数K θ=α3Cr*P 3co/α3c*αCr 2O 3由于Cr2O3在渣中接近于饱和，所以可取αCr 2O 3=1，得：)/3(3θααK c Pco c r =上式表明，只要熔池温度升高，K θ值增大，就可使平衡碳的活度降低。