LF和RH炉外精炼培训详解

12.2 炉后处理技术
在任何炉外精炼方法操作过程中，最重要的一环是脱 氧。合理地脱氧可以最大程度地回收微合金化元素，如果 钢水脱氧不彻底，那就可能损失掉一部分较为贵重的微合 金元素。钢包中进行脱氧和用喂丝法加入微合金元素。 (1)钢水的脱氧。 众所周知，钢中氧的含量是随着钢中碳的减少和温 度的升高而增加的，很明显，在低碳范围内(0.2％C以下)， 处于与[C]平衡的[O]含量急剧增加。铝在生产中是应用广 泛的一种脱氧剂，这是因为铝与氧的亲和力很强，且易于 加入，反应快，相对成本也较低和具有细化晶粒的作用， 故铝是一种有效的脱氧剂。在平衡条件下，钢中溶入0.04 ％Al，通常可使约含500ppm的最高含氧量(低碳钢)降到 极限值。根据下列反应铝与氧生成A12O3： 2A1十3[O]→Al2O3
12.1 概述
要精确控制钢中的[C]、[P]、[N]、[H]、[0] 含量，在转炉或电炉中进行的精炼，对这些有 害元素的去除是有限的。为了提高精炼水平， 这些冶金操作将移到精炼炉中去进行。早期的 炉外处理设备是钢包脱气，其目的在于减少钢 中的[H]和[O]，德国于1956年发明了真空提升 脱气法即DH法，莱茵钢冶金公司和海拉斯公司 合作开发了真空循环脱气法即RH法，解决了传 统炼钢方法难以解决的脱氧、脱氮等问题。
炉外精炼 主要有真 空处理， 吹氮或氩、 吹氧，电 磁搅拌， 加入渣料、 脱氧剂和 合金元素， 电弧加热 等。
流程分类 开发时间 代表性流 程 钢包吹气 1950年 Gazal 1975年 CAS 喷吹 1970年 喂丝 1960年 ＴＮ法 真空处理 1952年 Bochume DH 1956年 RH 1957年 1958年 LVD 电弧加热 1964年 ASEASKF 处理 1967年 VAD 1971年 LF LFV 不锈钢精 1965年 VOD 炼 1968年 AOD
气氛 大气 Ａr 大气 大气 真空 真空 真空 真空 真空 真空 Ａr 真空 减压 Ar
搅拌方 加热方 精炼功能 法 法 气体 — 脱氧 气体 (Al升温） 脱氧、硫 气体 — 脱氧、硫 气体 — 脱氧、硫 — — 脱氢 吸上 — 脱H、Ｎ、Ｏ、Ｃ 环流 (Al升温） 脱H、Ｎ、Ｏ、Ｃ 气体 — 脱H、Ｎ、Ｏ、Ｃ 气体 电弧 脱H、Ｎ、Ｏ、Ｃ 气体 气体 气体 气体 气体 电弧 电弧 电弧 — — 脱H、Ｎ、Ｏ、Ｃ 脱Ｏ、S 脱H、Ｎ、Ｏ、Ｃ 脱H、Ｎ、Ｏ、Ｃ 脱Ｎ、Ｏ、Ｃ、S
• 为实现上述冶金功能,各种炉外精炼设备一般均采用以下精 炼方法: • (1) 渣洗精炼:精确控制炉渣成分,通过渣钢反应实现对钢水 的提纯精炼。主要用于钢水脱氧脱硫和去除夹杂物等方面。 • (2) 真空精炼:在真空条件下实现钢水的提纯精炼。通常工作 压力≥50 Pa ,适用于对钢液脱气、脱碳和用碳脱氧等反应过 程。 • (3) 熔池搅拌:通常是向反应体系提供一定的能量,促使该系统 内的熔体产生流动。通过对流加速熔体内传热、传质过程, 达到混匀的效果。搅拌的方法主要有气体搅拌、电磁搅拌和 机械搅拌三种方法。 • (4) 喷射冶金:通过载气将固体颗粒反应物喷入熔池深处,造成 熔池的强烈搅拌并增大反应面积。固体颗粒上浮过程中发生 熔化、溶解,完成固—液反应,显著提高精炼效果。 • (5) 加热与控温:为了精确控制反应温度与终点钢水温度,多 炉炉外精炼设备采用了各种不同的加热功能,避免精炼过程 温降。主要的加热方法有:电弧加热、化学加热和脱碳二次 燃烧加热。
进入60年代后，瑞典研制出具有感应搅 拌和电弧加热功能的ASEA—SKF精炼炉。 1965年，德国又研制成真空吹氧脱碳法即 VOD法；1968年，美国研制成氩—氧精炼 炉即AOD法。70年代初，日本研制成具有 电弧加热、氩气搅拌功能的钢包精炼炉即LF 炉。其质量也赶上或超过了有名的瑞典轴承 钢。日本山阳钢厂对不同氧含量的轴承钢进 行疲劳试验证明，当钢中[O]由30ppm降到 15ppm时，轴承钢的疲劳寿命增加5倍；降 到5ppm，可提高30倍
(2) 微合金化加入合金元素
将B、Ti、Nb、V和Zr这些元素少量地加入到钢水中， 可提高钢的强度和韧性，在钢筋业和汽车行业中都显示了 微合金化的作用。在钢筋业中，具有高屈服强度的低碳钢 筋是很受欢迎的，因为这些钢筋易于焊接和加工，通过微 合金化方法加入Nb和V后，很容易使低碳钢筋获得高屈服 强度。在汽车工业中使用大量钢卷，要求炼钢各炉之间， 各卷之间，甚至同一卷中前后部分的屈服强度的差别很小。 为此，需通过炉后钢包喂丝方法来控制合金的加入量，以 得到满足上述要求的钢，并可使机械性能进一步提高。由 于微合金化元素本身也是强脱氧剂，因此钢中微合金化元 素的最终含量极不易控制准确，有时会造成贵重的微合金 元素的浪费，所以在加入微合金化元素前一定要先脱好氧。 目前用喂丝机将合金丝插入钢水中的方法，大大提高了合 金的收得率。
12 炉外精炼
• 炉外精炼又称钢包精炼，可分为两种： • 一种是高炉-炼钢炉之间对铁水进行预处理，其 主要目的是：脱硫、脱磷、脱硅。 • 另一种是在炼钢炉-连铸之间处理钢水的二次精 炼，其主要目的是：脱气（H、N、CO）；脱硫、 脱碳、脱氧、
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炉外精炼的特点
• 各种炉外精炼设备都具备高效精炼的特点,适宜冶炼各类纯 净钢、超纯净钢。其原因在于各种炉外精炼设备的工艺与设 备设计能满足以下冶金特点: • (1) 改善冶金化学反应的热力学条件。如炼钢中脱碳、脱气 反应,反应产物为气体。降低气相压力,提高真空度,有利于反 应继续进行。 • (2) 加速熔池传质速度,对于多数冶金反应,液相传质是反应速 度的限制环节。各种精炼设备采用不同的搅拌方式,强化熔 池搅拌,加速混匀过程,提高化学反应速度。 • (3) 增大渣钢反应面积,对各种炉外精炼设备均采用各种搅拌 或喷粉工艺,造成钢渣乳化、颗粒气泡上浮、碰撞、聚合等 现象,显著增加渣钢反应面积,提高反应速度。 • (4) 精确控制反应条件,均匀钢水成分、温度。多数炉外精炼 设备,配备了各种不同的加热功能,可以精确控制反应温度。 同时,通过搅拌均匀钢水成分,精确调整成分,实现成分微调。 精确控制化学反应条件,使各种冶金反应更趋近平衡。 • (5) 健全在线检测设施,对精炼过程实现计算机自动控制。保 证精炼终点的命中率和控制精度,提高产品质量的稳定性。