第3章(炉外精炼)

.,1,.,2,第一节概述,1.炉外精炼的概念和目的2.炉外精炼的发展3.炉外精炼的分类4.炉外精炼的共同特点,.,3,1.炉外精炼的概念及目的,概念：炉外精炼就是将转炉（或电炉）中初炼的钢水移到另一反应器中进行精炼的过程，也称二次精炼。目的：把传统的炼钢方法分为两步，即初炼+精炼。初炼在氧化性气氛下进行炉料的熔化、脱P、脱C和合金化。精炼在真空、惰性气体或可控气氛的条件下进行深脱C、去气、脱氧、去夹杂物和夹杂物变性处理，调整成分，控制钢水温度等，从而优化工艺和产品结构、开发高附加值产品、节能降耗、降低成本增加经济效益。,.,4,2.炉外精炼的发展,20世纪30年代,20世纪40年代,20世纪50年代,20世纪60,70年代,20世纪80年代,20世纪90年代-今,使用高碱度合成渣进行脱S以提高钢水质量；,在低真空度下对钢水进行脱气处理；,大抽速蒸汽喷射泵问世,DH、RH真空法用于钢水脱气,减少了杂质数量；,在真空脱气基础上，VOD、VAD、ASEA、LFV、RH-OB蓬勃发展;,出现合金包丝线喂丝法,不同功能精炼设备的组合使用;,多种形式发展，广泛应用的有循环真空处理（RH，RH-OB）,提升真空处理（DH）,合金微调及温度处理（CAS,CAS-OB）,LF钢包精炼炉,真空吹氩脱氧（VD）,真空吹氧脱碳（VOD）,钢包喷粉（KIP、TN、SL）,喂丝法、氩氧精炼（AOD）等.,.,5,3.炉外精炼的分类,1)按精炼条件分类,常压下处理法,真空精炼法,真空和加热法：,渣洗法：合成渣洗、同炉渣洗,合金添加和喷粉法：弹丸发射法、喂丝法、喷粉法,Ar精炼法：Gazal、CAB、AOD、CLU,脱气为主：钢包除气法、DH、RH,脱C、O、气为主：VOD、RH-OB、RH-PI,ASEA-SKF、VAD、LF,.,6,2)按精炼的主要用途分类,3）DH、RH,不同形式的流滴去气法和真空吹Ar法,可脱除钢中气体、氧和夹杂,但无加热设备,适应于普通钢和中低合金钢的真空脱气处理;,4）同炉渣洗法主要用于电炉出钢过程中对钢水脱S、脱O和去除夹杂。,2）桶炉，VAD（VHD）和LF具备加热搅拌功能对温度控制灵活,可去气、脱氧、去除夹杂和合金化;,1）AOD、CLU、VOD、RHOB和VODC适合冶炼低碳和超低碳钢;,.,7,4.炉外精炼方法的共同特点,理想的精炼气氛条件，通常应用真空、惰性气氛或还原气氛；搅动钢水，采用电磁力、惰性气体或机械搅拌的方法；为补偿精炼过程的钢水温度损失，采用加热设施有电弧加热、等离子加热或增加钢水中的化学热等。,.,8,第二节RH法精炼工艺,RH法,.,9,1.真空循环脱气法（RH法）,1）RH的功能与特点2）生产过程模拟3）RH设备简介4）RH过程工艺原理5）RH的主要功能与工艺参数,.,10,1）RH的功能与特点,功能：以小部分钢水进入真空环境，经受真空处理，从而在不同程度上增大了钢气接触面积，提高了精炼脱气效果。特点：脱气效果好；适用于大量的钢液处理；处理过程温降小；脱C能力强，适用于低碳钢的生产,.,11,2）生产过程模拟,.,12,3）RH设备简介,真空室,钢包车,.,13,真空室,结构：真空室由钢板焊接的圆柱形容器，内砌耐火材料。材料为直接结合MgO-Cr2O3砖，一部分为MgO-C砖。功能：是脱气系统的重要组成部分，有足够的容积，保证钢水在真空脱气过程中有较大的脱气表面，提高脱气效果，同时在脱气过程中热损失小。,.,14,钢包车,功能：用钢包车将炼钢车间的钢水送到浇注工段；沿铺设的宽轨铁路线运行，是自行台车，有两套直流电机驱动的运行机构。,.,15,4）RH过程生产工艺原理,当真空室抽真空后，插入管插入钢液中，Ar经钢液加热膨胀，形成向上流动的气泡，使上升管内的钢液随之上升进入真空室。气泡在真空室下突然膨胀，使钢液溅成极细微粒呈喷泉状，增加了钢液与真空接触面积，使钢液充分脱气。脱气后的钢液汇集在真空室底部，在密度差的作用下不断地从下降管回到钢包中。如此循环多次，达到精炼钢液的目的。,.,16,5)RH的主要功能与工艺参数,功能:脱H:对完全脱氧钢液脱氢效率60%,对未完全脱氧钢液,由于C-O反应剧烈,70%.脱气时间1520min,H2ppm.脱N:N易形成N-化物,脱氮效率010%;脱O:O0.0020.005%脱碳:对初始C有要求,处理15min,可使C0.002%;脱S:效率5075%;减少非金属夹杂:改善钢水纯净度;成分微调:合金元素控制精度为0.0030.010%,.,17,工艺参数:处理容量:钢包钢水重量,30t;脱气时间:钢水在真空下脱气的处理时间,2030min;循环因数:钢包内的钢水通过真空室的次数,等于5;循环流量:单位时间通过真空室的钢水量;真空度:真空室内的压力.RH处理67134Pa,RH-OB处理,2000033000Pa,.,18,第三节LF法精炼工艺,1)LF概述2)LF生产模拟3)LF工艺原理4)LF生产工艺5)LF相关设备,.,19,1)LF概述,LF是日本大同制钢公司于1971年开发，特点是将电弧炉炼钢还原期任务移到专用的钢包内进行。在利用电弧加热钢水的同时，向钢液内吹入惰性气体（Ar），以实现在非氧化性气氛下精炼，从而达到钢液脱硫、脱氧、去气、去夹杂物的效果。经LF处理的钢水，钢中O10-30ppm、S20ppm、H1.5-2.5ppm。,.,20,2)LF生产模拟,工部全景,生产模拟,.,21,3)LF工艺原理,脱氧,脱硫,去夹杂,.,22,脱氧,目的:钢中过剩氧与C反应产生气泡,将造成凝固组织不致密;沉淀脱氧:Fe-Si和Al等脱氧剂与钢中O反应,脱氧产物上浮,达到脱氧的目的.因产物在钢液内部以沉淀形态产生,故称沉淀脱氧.优点:脱氧速度快,操作简单,缺点:部分脱氧产物成为非金属夹杂;扩散脱氧:C、Si、Mn等脱氧元素以粉末状加入渣中,与渣中（FeO）、（MnO）、（Fe2O3）及O在钢渣界面进行反应,使O降低，脱氧产物直接溶于渣中,不污染钢液；,脱氧剂选择:脱氧元素对氧的亲和力铁对氧的亲和力；脱氧产物在钢液中的溶解度尽可能小；残留钢中的脱氧元素对钢性能不产生坏的影响；脱氧元素应在钢液中溶解快、均匀并经济。,.,23,脱硫,目的:S在钢中产生”热脆”并降低钢的抗腐蚀性、延展性和韧性；原理:S+(CaO)=O+(CaS)条件:高碱度、还原气氛、高温、大渣量,.,24,去夹杂,来源：脱氧产物、浇注及凝固反应产物、混入钢水的熔渣及耐材；危害：破坏钢的组织连续性，从而降低钢的性能；措施：减少外部带入；强化冶炼；提高耐材质量；出钢过程强化非金属夹杂排除,.,25,4)LF生产工艺,供电制度,吹氩制度,造渣制度,成分调整,.,26,供电制度,初期低功率供电造渣;泡沫渣造好后高功率埋弧精炼;连续加热1015min后,停止加热25min,使钢液温度均匀,加热时间约30min,升温速度为2-4/min,.,27,吹氩制度,原则:钢包到位后,采用中等吹Ar量,均匀成分和温度;化渣时采用大流量吹Ar以尽快化渣;加合金时,采用大流量吹Ar,加速合金熔化,提高收得率;通电时,采用小流量吹Ar,均匀温度又不引起大的液面波动.,.,28,造渣制度,目的:脱S、脱O、去夹杂；提高炉衬寿命；防止钢水二次氧化，提高合金收得率。基本制度:渣料加入量8-10Kg/t;分批加入,出钢过程加40-50%,其余待化渣后分2-3次加入;炉渣过稠加CaF2,炉渣过稀加CaO.常用渣系：CaO-CaF2；CaO-Al2O3；碱度4-6,.,29,成分调整,粗调：根据电炉钢水成分分析确定合金加入量；细调：在白渣后进行，此时钢液中各元素充分均匀和平衡，合金收得率稳定，易于命中目标。,.,30,5)LF相关设备,供电系统,钢包及台车,炉盖提升装置,事故搅拌装置,测温取样装置,加料系统,喂丝装置,.,31,供电系统,组成：电炉变压器和导电短网组成，实现低电压大电流输入至熔池；参数（150t）：变压器功率：22MVA；二次电压：335-315V；三相交流：50Hz；二次电流：48KA；电极直径：457mm；极心圆直径：750mm；升温速度：2-4/min。,.,32,钢包及台车,炉体：LF炉体为电弧炉出钢用钢包；钢包车：钢板焊接结构，由钢包支架、二台电动机、电缆线、调速器、防热罩构成。,.,33,炉盖提升装置,结构：炉盖主要用于保温，保持还原气氛，减少电极氧化。内圈为耐材，外圈为水冷管；电极孔周围为耐材和绝缘材料；炉盖提升装置：提升液压缸安装在立柱下，液压缸外壳与炉盖立柱相固定，可实现炉盖升降。,.,34,事故搅拌装置,作用：在透气砖不能工作情况下，惰性气体通过顶枪吹入钢包，进行事故搅拌；结构：顶枪安装在支撑框架上，支撑框架安装在炉盖侧面，顶枪通过电动机和卷筒实现上下；参数：顶枪压力：0.6-1.6MPa；流量（max）：600NL/min,.,35,测温取样装置,取样装置由固定钢结构支撑，取样枪插入钢包预定深度，停留数秒后抽出。取样枪可使用钢水取样探头和测温热电偶，也可使用测温和测氧含量的混合型探头。,.,36,加料系统,组成：高位料仓皮带、储料斗、溜槽和固定料槽；动作：造渣材料和合金由上位料仓经溜槽和固定料槽进入钢包。料仓共16个，分别为铁合金、脱氧剂、造渣料和增碳剂。,.,37,喂丝装置,目的：借助喂丝机将易氧化、易挥发合金制成包芯线输入钢液，达到脱氧、脱S等目的；喂丝设备：松卷装置、喂丝器、导向系统构成；喂丝操作：Al丝在成分调整时喂入，Si、Ca-Si丝在LF处理后喂入。喂丝时弱吹Ar搅拌，可自动设定也可手动。,.,38,第四节VD法精炼工艺,1)VD概述2)VD生产模拟3)VD生产工艺4)VD相关设备,.,39,1)VD概述,20世纪50年代由德国首先应用，用于生产低碳钢，可严格控制成分和温度。具有以下功能：有效的脱气，减少H、N；脱氧，通过C+O=CO去除O；通过碱性炉渣去S；通过合金微调及吹Ar控制化学成分和温度；通过吹Ar使夹杂无聚集上浮。VD主要与电弧炉和LF配合，用于生产管线钢，S10ppm；H1.5-2ppm；N40ppm；O20ppm。,.,40,2)VD生产模拟,工部全景,生产模拟,.,41,3)VD生产工艺,基本原理,真空处理,吹Ar制度,.,42,基本原理,真空脱气,吹Ar精炼,.,43,真空脱气,原理：基于H、N在钢液中溶解服从平方根定律，当VD抽真空时，真空室内压力降低，使H、N随之降低，达到去除目的。脱气产物为气体，向溶液中析出的脱氧产物CO和吹Ar气泡内扩散而一起去除。,.,44,吹Ar精炼,通过钢包底部的多孔塞将Ar吹入钢液，Ar在上升中形成小气泡，对H、N而言为真空室，因此向其中扩散并带走。此外，吹Ar利于去除夹杂、均匀成分和温度，避免钢液二次氧化。,.,45,真空处理,工作顺序：排气连续压缩（6min后）达设计真空度保持达到VD处理要求反抽气破坏真空。,.,46,吹Ar制度,钢包到工位即吹Ar，不吹破渣面，防止透气砖堵塞；加合金采用大流量吹Ar，吹开渣面，使合金直接进入钢液，提高收得率；高真空处理时小流量吹Ar，防喷溅；喂丝时，小流量吹Ar，防止增N和二次氧化。,.,47,4)VD相关设备,加料系统,自动测温装置,喂丝设备,真空罐盖台车,真空罐,.,48,真空罐,组成：钢板制成的圆桶、法兰、密封座和平板；典型参数：直径6000-7000mm高度6000-7000mm钢板壁厚20-40mm钢包距罐顶距离200-300mm。,.,49,真空罐盖台车,罐盖：钢