二冶精炼设备及工艺之比较.doc

二冶精炼设备及工艺之比较凡是想生产在市场上具有竞争力的钢材的企业，都必需使钢材价格能为人们所接受，而且要保证最好的质量。因此，迫使LD转炉和电弧炉成为纯粹的冶炼和一般精炼的设备，而一部分冶金任务将在其后的二次炼钢设备内进行。1 二次冶金设备 现代的二次冶金设备都是多功能的精炼设备。（1）钢包加热炉（LHF），功能有： 惰性气体搅拌；电加热； 加入合金； 喂丝；喷吹粉剂。（2）真空罐脱气装置（VD），功能有： 在真空和大气条件下进行惰性气体搅拌； 真空处理； 在转炉条件下加入合金； 在大气条件下喂丝。（3）循环脱气设备（RH），功能有： 真空处理；喷吹粉剂；在真空条件下加入合金；（4）钢包处理站（LTS），功能是： 惰性气体搅拌； 加入合金； 喂丝； 喷吹粉剂；铝热法加热。 选择适当的二次冶金设备或进行设备组合取决于预定的冶金目标。2 二次冶金目标（1）真空冶金 VD，RH 低压力的情况下进行物理和化学反应，使溶解在钢液中的气体（H，N）逸出，由真空泵抽走。 VD，RH 碳氧平衡由于减压而移动，利用钢中溶解的（自然脱碳）或吹氧（强制脱碳），使钢液中的C含量降到最低水平。（2）脱硫 LHF，VD，LTS 利用惰性气体搅拌，使钢液与渣发生反应。 LHF，RH，LTS 应用喷枪和喷吹气体将碱土粉剂喷入钢液。 （3）脱氧 VD，RH 在降低压力情况下，由于CO反应，降低氧含量，提高 钢液的纯净度。 LHF，RH，LTS 在二次冶金处理结束时，利用惰性气体的轻微搅拌,使氧化物进入渣中。（4）成分调整 LHF，VD，RH，LTS 加入一定量的合金，可以按要求，将钢的成分调整到很窄的范围。 VD，RH 在真空条件下加入合金，可以避免由于空气氧化造成的损失。（5）温度调整 LHF，RH，LTS 利用电加热或化学加热方法，补偿温度损失。 VD，RH，LTS 加入冷却剂或采用惰性气体搅拌，可按要求，将钢包内钢水的温度调整到很窄的范围。 （6）改善材料性能 LHF，VD，LTS 对硫化物进行变性处理（夹杂物控制），提高材料的各向同性。 LHF，VD，LTS 在二次冶金处理结束时喂钙丝，改善钢水的浇铸性能。（7）缓冲功能 LHF，VD，RH，LTS针对冶炼设备和连铸机可能发生的不同处理时间，起缓冲装置的作用，从而保证长时间地进行多炉连浇。3 真空冶金 真空冶金在生产优质钢中起着决定性的作用。（1）基本原理 真空处理时，去除有害杂质的机理是： 使要去除的元素到达钢液表面；发生反应，即氢和氧由原子形式转变成分子形式，或者进行脱碳和脱氧，形成CO； 去除反应产物。（2）脱气工艺 脱氢 真空室内的压力和搅拌/循环气体的量是很重要的因素。压力为100Pa时，氢在钢中的溶解度为0.91ppm。实际上，通常要求H含量小于2ppm。因此应使钢液上的压力非常低。 VD法 加强惰性气体搅拌，可缩短脱氢时间。为了避免形成泡沫渣，应该采用大流量（34L/mint）。为此，在新砌筑的钢包内，钢液的净空应超过900mm，这是采用VD设备脱氢的先决条件。 RH法 为了使钢液在真空室内循环，喷入上升管的惰性气体量取决于所选择的浸渍管的直径。一般吹Ar量大约为8 10L/mint 。 采用这两种方法，都可以在类似的时间里，将氢含量降低到所要求的数值。由于VD法设备投资少，生产费用低，对于脱氢是主要的目标时，首选应该是VD工艺，只要提供所要求的净空就可以了。 脱氮 由于氮的扩散系数低，传质过程比脱氢慢，钢中的氧和硫也会降低脱氮速度（氧和硫是表面活性元素）。因此，进行有效脱氮的前提条件就是要使钢水充分脱氧，而且硫的含量要低。 压力为100Pa时，氮在钢中的溶解度为4ppm。生产低碳和低氮钢（如IF钢），要求在初炼钢水中氮含量就低。 VD法 如果希望达到低的N，那么S含量必须很低。由于在VD处理过程中的渣反应，可以将S含量降低到可以深度脱氮的程度。 惰性气体搅拌对脱氮率有很大的影响。为了使处理时间适当，与脱氢处理相比，搅拌气体量明显多。因此，新砌筑钢包的钢水净空要超过1200mm。 RH法 由于RH法处理过程中没有渣反应，因此，仅在RH处理前钢水脱硫的情况下才能达到脱氮的目的。 由于VD过程中有渣反应，可以降低S含量，所以，是脱氮的首选设备。如果初始S含量不是足够低，就不能考虑RH工艺。（3）脱碳工艺 自然脱碳 在1600，CO的分压为100Pa，平衡C含量大约为1ppm。但是，实际上最终达到的C含量要受脱碳动力学的限制。提高脱碳速度，应采用：强烈搅拌/大的循环量；适当设计真空泵。 粗炼钢水的C含量为0.030.04，在适当的动力学和热力学条件下，利用真空处理可以使C含量达到极低的水平（20ppm）。大多数冶炼超低碳钢的车间都采用真空自然脱碳。 VD法 应用VD设备主要是用来脱氢和脱氮，但也可以将C脱到最低的数值，前提是采用强烈的惰性气体搅拌。考虑到CO反应，新砌筑钢包的净空要超过1200mm。 RH法RH法特别适合用于脱碳。 一般来说，RH法是首选工艺。但由于VD法投资低，生产费用也低，占地面积又少，VD工艺也是重要的可供选择的方法，而且已成功地用于脱碳。 强制脱碳 如果初炼钢水的C含量超过0.04，为了在适当的处理时间内，使最终C含量达到自然脱碳的水平，就要向真空室内喷吹氧气继续脱碳，主要是RH装备的改型。 (4)真空脱氧(处理) 在真空条件下脱氧，可以减少所需要的合金添加剂和脱氧剂的用量。在不镇静或半镇静条件下可以出钢，然后在真空室压力大约为2104Pa时，利用CO反应脱氧。经过1012min，用Al进行终脱氧，接着再用几分钟的时间，在低真空度条件下，均匀钢水成分并去除钢液中的夹杂物。采用这种方法称之为轻处理。与一般出钢时在钢包内用铝脱氧相比，可以节省1kgAl/t钢以上。此外，可以防止采用一般方法造成大量增氮。4VD/RH法的处理周期 (1)脱氢处理周期的比较(见表3) VD和RH法的周期类似，能与一般的多炉连浇时间相适应。由于运输和处理成的温度损失也是类似的。 (2)脱氮、脱硫的周期(VD) 把S脱到最低水平，然后脱氮，处理周期如表4。由于不存在渣反应，所以RH法不适用。(2)脱氮、脱硫的周期(VD) 把S脱到最低水平，然后脱氮，处理周期如表4。由于不存在渣反应，所以RH法不适用。 总的处理周期可能超出多炉连浇的时间。应考虑建立两个处理站。由于处在真空状态下的时间仅是整个处理时间的一部分，安装普通的真空泵交替使用就足够了。必须考虑温度损失很大。(3)脱碳周期 该表5为为了达到最低的终点C含量，自然脱碳所需要的时间。VD法的处理时间要长些，可采用普通真空泵的双处理系统，然后进行多炉连浇。 另外VD法温度较大。 (4)真空脱氧时间 表6表示真空脱氧的时间。与RH法相比，VD设备的处理时间要长些，温度损失也多些。 5两类典型流程 在任何情况下，冶炼设备都应备有能够进行无渣出钢的装置。 (1)镇静钢生产流程 对于长形材，例如：钢轨、线材、弹簧、滚珠轴承，在出钢后应调整碳含量。可以采用LHF设备补偿，温度从而避免出钢温度高。如图1所示。 VD工艺比较好，因为不用运送钢包就可脱硫或进行调整。(2)脱碳钢的生产流程 对扁平材，例如电工用和汽车用钢，出钢后不镇静，以便不真空条件下脱碳。因此采用LF补偿温度是不可取的，因为电极和钢水之间可能产生激烈反应。这样出钢温度必须高些。工艺步骤如图2所示。 采用RH工艺的较好，因为处理时间短，温度损失少。如