炉外精炼(广东工业大学)

1、第五章第五章 炉外精炼炉外精炼(Secondary Refining)2/20:36:132炉外精炼的定义及特点炉外精炼的定义及特点p 炉外精炼炉外精炼S.R. (Secondary Refining) ：按传统工艺，将常规炼钢炉（转、电）中完成按传统工艺，将常规炼钢炉（转、电）中完成的精炼任务（四脱（的精炼任务（四脱（S、P、C、O），二去），二去（气体、夹杂），两调整（温度、成分），（气体、夹杂），两调整（温度、成分），部分或全部地转移到钢包或其它容器中进行精部分或全部地转移到钢包或其它容器中进行精炼的过程。炼的过程。p 在日本、欧洲先进的钢铁生产国家在日本、欧洲先进的钢铁生产国家, 炉外

2、精炼炉外精炼比超过比超过90%，其中真空精炼比超过，其中真空精炼比超过50%, 有有些钢厂已达到些钢厂已达到100%。 3/20:36:133p 日本轴承钢质量好的根本原因就是在炉外精炼上日本轴承钢质量好的根本原因就是在炉外精炼上大下功夫。日本山阳钢厂对不同氧含量的轴承钢大下功夫。日本山阳钢厂对不同氧含量的轴承钢进行疲劳试验证明，当钢中进行疲劳试验证明，当钢中0由由30ppm降到降到15ppm时，疲劳寿命增加时，疲劳寿命增加5倍；降到倍；降到10PPm，则提高则提高15倍；降到倍；降到5PPm，可提高，可提高30倍。由此倍。由此可以看出，保证钢材有高的纯净度是提高内在质可以看出，保证钢材有高的

3、纯净度是提高内在质量的重要环节。而炉外精炼就是为了解决科学技量的重要环节。而炉外精炼就是为了解决科学技术发展对钢材质量的要求不断提高而提出来的。术发展对钢材质量的要求不断提高而提出来的。4/20:36:134炉外精炼的特点炉外精炼的特点特点：特点： 选择一个理想的精炼气氛条件，通常选择一个理想的精炼气氛条件，通常采用真空、惰性气氛或还原性气氛采用真空、惰性气氛或还原性气氛 ； 对钢液进行搅拌，可采用电磁感应、对钢液进行搅拌，可采用电磁感应、惰性气流或机械方法搅拌；惰性气流或机械方法搅拌； 钢液加热，在精炼过程中通常采用电钢液加热，在精炼过程中通常采用电弧加热、埋弧加热、等离子加热或增加弧加热、

4、埋弧加热、等离子加热或增加化学热等。化学热等。 5/20:36:135手段：手段：p 工艺操作主要包括真空处理，吹工艺操作主要包括真空处理，吹氬氬气，吹氧，气，吹氧，电磁搅拌，加入渣料、脱氧剂和合金元素，电电磁搅拌，加入渣料、脱氧剂和合金元素，电弧加热等。弧加热等。p 实际操作时主要采用其中一种和几种组合操作实际操作时主要采用其中一种和几种组合操作制度。制度。6/20:36:136精精炼炼的的作作用用及及方方法法7/20:36:1478/20:36:1489/20:36:14910/20:36:1410（1） 渣洗渣洗p 渣洗法渣洗法是在出钢时利用钢流的冲击作用使钢包是在出钢时利用钢流的冲击作

5、用使钢包中的合成渣与钢液混合，精炼钢液。中的合成渣与钢液混合，精炼钢液。p 精确控制炉渣成分精确控制炉渣成分, 通过渣通过渣钢反应实现对钢钢反应实现对钢水的提纯精炼。主要用于钢水脱氧、脱硫和去水的提纯精炼。主要用于钢水脱氧、脱硫和去除钢中夹杂物。除钢中夹杂物。 11/20:36:1411p 对反应容器中的钢液进行搅拌，是炉外精炼对反应容器中的钢液进行搅拌，是炉外精炼的最基本、最重要的手段。它采取某种措施的最基本、最重要的手段。它采取某种措施给钢液提供动能，促使钢液在精炼反应器中给钢液提供动能，促使钢液在精炼反应器中对流运动。对流运动。p 钢液搅拌可改善冶金反应动力学条件，强化钢液搅拌可改善冶金

6、反应动力学条件，强化反应体系的传质和传热，加速冶金反应，均反应体系的传质和传热，加速冶金反应，均匀钢液成分和温度，有利于夹杂物聚合长大匀钢液成分和温度，有利于夹杂物聚合长大和上浮排除。和上浮排除。（2） 搅拌搅拌12/20:36:1412a 气体搅拌气体搅拌p 气体搅拌主要用氩气，故又称氩气搅拌。气体搅拌主要用氩气，故又称氩气搅拌。向钢液吹入氩气可以用顶枪插入法，也可向钢液吹入氩气可以用顶枪插入法，也可以用底部透气砖法。以用底部透气砖法。 实践证明，从底部通过透气砖吹入氩气，实践证明，从底部通过透气砖吹入氩气，可充分发挥其搅拌作用，氩气利用率高可充分发挥其搅拌作用，氩气利用率高 目前，大多数的

7、吹氩搅拌均采用透气砖目前，大多数的吹氩搅拌均采用透气砖底吹法。底吹法。13/20:36:141314/20:36:141415/20:36:1415b 电磁搅拌电磁搅拌 对钢水施加一个交变磁场，当磁场以一定速度对钢水施加一个交变磁场，当磁场以一定速度切割钢液时，会产生感应电势，这个电势可在切割钢液时，会产生感应电势，这个电势可在钢液中产生感应电流，载流钢液与磁场的相互钢液中产生感应电流，载流钢液与磁场的相互作用产生电磁力，从而驱动钢液运动，达到搅作用产生电磁力，从而驱动钢液运动，达到搅拌钢液的目的。拌钢液的目的。16/20:36:141617/20:36:1417 c 循环搅拌循环搅拌p 典型

8、的循环搅拌是钢液在循环流动的过程中实现典型的循环搅拌是钢液在循环流动的过程中实现搅拌，如搅拌，如RH（真空循环脱气法（真空循环脱气法 ）与）与DH（真空（真空提升脱气法提升脱气法 ）的搅拌方式，也有人称吸吐搅拌。的搅拌方式，也有人称吸吐搅拌。 在精炼中，钢包内的搅拌是由真空室内在精炼中，钢包内的搅拌是由真空室内钢液注流进入钢包中引起的。钢液注流进入钢包中引起的。18/20:36:141819/20:36:1419(3) 真空真空p 当冶金反应生成物为气体时，通过减小反应体系的当冶金反应生成物为气体时，通过减小反应体系的压力即抽真空，可以使反应的平衡向着生成气态物压力即抽真空，可以使反应的平衡向

9、着生成气态物质的方向移动。因此，在真空下，钢液将进一步脱质的方向移动。因此，在真空下，钢液将进一步脱气、脱碳及脱氧。气、脱碳及脱氧。20/20:36:1420 向钢液中吹入氩气，从钢液中上浮的向钢液中吹入氩气，从钢液中上浮的每个小气泡都相当于一个每个小气泡都相当于一个“小真空小真空室室”，气泡内的，气泡内的H2，N2及及CO等分压等分压接近于零，钢中的接近于零，钢中的H、N以及碳氧以及碳氧反应产物反应产物CO将向小气泡中扩散并随之将向小气泡中扩散并随之上浮排除。吹氩对钢液具有上浮排除。吹氩对钢液具有“气洗气洗”作用。作用。21/20:36:1421例如例如，电弧炉冶炼不锈钢的返回吹，电弧炉冶炼

10、不锈钢的返回吹氧法，在氧法，在1873K下很难使下很难使C降至降至很低的数值。而在很低的数值。而在AOD（氩氧精炼（氩氧精炼法法 ）法）法中，向钢液中吹入不断变换中，向钢液中吹入不断变换Ar/O2比例的气体，可以降低碳氧比例的气体，可以降低碳氧反应中产生的反应中产生的CO分压，从而使钢液分压，从而使钢液的的C含量达到超低碳水平。含量达到超低碳水平。22/20:36:1422（4） 喷吹喷吹n 喷吹法喷吹法是用载气（是用载气（Ar）将精炼粉剂流）将精炼粉剂流态化，形成气固两相流，经过喷枪，态化，形成气固两相流，经过喷枪，直接将精炼剂送入钢液内部的方法。直接将精炼剂送入钢液内部的方法。n 由于在喷

11、吹法中精炼粉剂粒度小，由于在喷吹法中精炼粉剂粒度小，进入钢液后，与钢液的接触面积大进入钢液后，与钢液的接触面积大大增加。因此，可以显著提高精炼大增加。因此，可以显著提高精炼效果。效果。23/20:36:1423p 炉外精炼中钢液的精炼剂一类为以钙的化合物炉外精炼中钢液的精炼剂一类为以钙的化合物（CaO或或CaC2）为基的粉剂或合成渣，另一）为基的粉剂或合成渣，另一类为合金元素如类为合金元素如Ca、Mg、Al、Si及稀土元素及稀土元素等。等。p 将精炼剂加入钢液中，可起到脱硫、脱氧，去将精炼剂加入钢液中，可起到脱硫、脱氧，去除夹杂物，夹杂物变性处理以及合金成分调整除夹杂物，夹杂物变性处理以及合金

12、成分调整的作用。的作用。24/20:36:1424 喂丝法喂丝法是将易氧化，密度小的合金元素置是将易氧化，密度小的合金元素置于低碳钢包裹线中，通过喂丝机将其送入于低碳钢包裹线中，通过喂丝机将其送入钢液内部。钢液内部。喂丝法的优点：喂丝法的优点：a 可防止易氧化的元素被空气和钢液面可防止易氧化的元素被空气和钢液面上的顶渣氧化，准确控制合金元素添加上的顶渣氧化，准确控制合金元素添加数量，提高和稳定合金元素的利用率；数量，提高和稳定合金元素的利用率；（5）喂丝）喂丝25/20:36:1425b 添加过程无喷溅，避免了钢液再添加过程无喷溅，避免了钢液再氧化；氧化；C 精炼过程温降小；精炼过程温降小；d

13、 设备投资少；设备投资少；e 处理成本低。处理成本低。26/20:36:1426喷吹的功能及代表工艺喷吹的功能及代表工艺27/20:36:1427喷吹工艺喷吹工艺TN 喷粉钢包精炼法喷粉钢包精炼法WF 喂丝法喂丝法28/20:36:1428（6） 加热加热p 钢液在进行炉外精炼时，由于有热量损钢液在进行炉外精炼时，由于有热量损失，造成温度下降。若炉外精炼方法具失，造成温度下降。若炉外精炼方法具有加热升温功能，可避免高温出钢和保有加热升温功能，可避免高温出钢和保证钢液正常浇注，增加炉外精炼工艺的证钢液正常浇注，增加炉外精炼工艺的灵活性，精炼剂用量，钢液处理最终温灵活性，精炼剂用量，钢液处理最终温

14、度和处理时间均可自由选择，以获得最度和处理时间均可自由选择，以获得最佳的精炼效果。佳的精炼效果。29/20:36:142930/20:36:1430p 常用的加热方法有常用的加热方法有电加热和化学加热。电加热和化学加热。 电加热方式主要有电弧加热和感应加电加热方式主要有电弧加热和感应加热。热。 电弧加热原理与电弧炉相似，采用石电弧加热原理与电弧炉相似，采用石墨电极，通电后，在电极与钢液间产墨电极，通电后，在电极与钢液间产生电弧，依靠电弧的高温加热钢液。生电弧，依靠电弧的高温加热钢液。由于电弧温度高，在加热过程中，由于电弧温度高，在加热过程中，需控制电弧长度及造好发泡渣进行需控制电弧长度及造好发

15、泡渣进行埋弧加热，以防止电弧对耐火材料埋弧加热，以防止电弧对耐火材料产生高温侵蚀。产生高温侵蚀。31/20:36:1431 化学加热是利用放热反应产生的化学化学加热是利用放热反应产生的化学热来加热钢液的。常用的方法有硅热热来加热钢液的。常用的方法有硅热法，铝热法和法，铝热法和CO二次燃烧法。二次燃烧法。化学加热需吹入氧气，与硅、铝、化学加热需吹入氧气，与硅、铝、CO反应，才能产生热量。反应，才能产生热量。32/20:36:1432LF炉炉（具有加热和搅拌功能的钢包精炼法（具有加热和搅拌功能的钢包精炼法 ）33/20:36:1433 典型炉外精炼方法（典型炉外精炼方法（ RH 法）法）（1）RH

16、概述概述（2）RH工艺流程工艺流程（3）RH的发展的发展（4）RH的精炼功能的精炼功能 34/20:36:1434 RH概述概述p 运用了真空、搅拌两种运用了真空、搅拌两种 精炼手段；精炼手段；p 功能：脱气、成分的微调。功能：脱气、成分的微调。35/20:36:1435p 原理：原理： 通过真空室抽成真空，使钢水从两根管通过真空室抽成真空，使钢水从两根管内上升到压差高度约内上升到压差高度约1.5m时从上升管下部三时从上升管下部三分之一处吹入分之一处吹入Ar作为驱动气体，使上升管内的作为驱动气体，使上升管内的钢水中充满气泡，钢水中充满气泡，Ar经高温钢水加热，加之钢经高温钢水加热，加之钢中气体

17、向中气体向Ar气泡内扩散，使其体积迅速膨胀，气泡内扩散，使其体积迅速膨胀，膨胀的气泡使上升管内的钢水密度变小，气泡膨胀的气泡使上升管内的钢水密度变小，气泡带动钢水上升，当钢水进入真空室时流速高带动钢水上升，当钢水进入真空室时流速高达达5ms，Ar气泡在真空下突然膨胀，钢水气泡在真空下突然膨胀，钢水呈雨滴状喷起，大大增加了脱气表面积，加速呈雨滴状喷起，大大增加了脱气表面积，加速了钢液脱气过程，了钢液脱气过程，36/20:36:1436p 脱气后的钢水进入下降管，因其比重相对较大，脱气后的钢水进入下降管，因其比重相对较大，以以12ms的速度返回钢包中如此周而复始的速度返回钢包中如此周而复始多次循环

18、钢水顺次进入真空室，在真空下完多次循环钢水顺次进入真空室，在真空下完成脱气过程。成脱气过程。37/20:36:1437RH工艺流程工艺流程准备工作；准备工作；装料；装料；钢包中测温取样；钢包中测温取样；钢包上升；钢包上升；启动真空泵；钢液上升，上升管输入驱动气体；启动真空泵；钢液上升，上升管输入驱动气体；RH循环处理钢水。循环处理钢水。38/20:36:143839/20:36:1439RH精炼效果精炼效果 （1）脱气效果好：）脱气效果好： 脱脱H至至2ppm； 脱脱O（含碳镇静钢）（含碳镇静钢）2060ppm； 去氮：脱氮量不大，去氮：脱氮量不大，N100ppm，脱，脱N 1020。（2）净化钢液：纵向、横向机械性能均匀，提高延）净化钢液：纵向、横向机械性能均匀，提高延伸率，断面收缩和冲击韧性；伸率，断面收缩和冲击韧性；（3）提高合金收得率。）提高合金收得率。 40/20:36:1440RHRH设备简介设备简介41/20:36:1441真 空 室结结 构：构： 真空室由钢板焊接的圆真空室由钢板焊接的圆柱形容器，内砌耐火材料。柱形容器，内砌耐火材料。为直接结合为直