重庆科技学院 炉外精炼第3章 炉外精炼方法

1、炉外精炼炉外精炼 3 3 炉外精炼炉外精炼方法方法教学目的：教学目的： 本章主要介绍常见炉外精炼方法的精炼工艺过本章主要介绍常见炉外精炼方法的精炼工艺过程、工艺参数及精炼效果。程、工艺参数及精炼效果。教学要求：教学要求：1 1）DHDH、RHRH的工艺参数及精炼效果。的工艺参数及精炼效果。2 2）掌握）掌握LFLF炉独特精炼功能及基本精炼工艺过程。炉独特精炼功能及基本精炼工艺过程。3 3）钢包炉的工艺参数及精炼效果。）钢包炉的工艺参数及精炼效果。4 4）AOD/VODAOD/VOD的工艺参数及精炼效果。的工艺参数及精炼效果。5 5）CASCASOBOB冶金功能。冶金功能。3.13.1真空脱气法

2、真空脱气法(1)(1) DHDH法的工作原理及特点法的工作原理及特点 DH DH法是法是19561956年由德国的年由德国的Dortmund Horder HuttenunionDortmund Horder Huttenunion公司开发的，其原理如图所示。此方法由具有一个带吸嘴的公司开发的，其原理如图所示。此方法由具有一个带吸嘴的真空室和真空装置构成。这个真空室的吸嘴插在钢包中的钢真空室和真空装置构成。这个真空室的吸嘴插在钢包中的钢液里，真空室内抽真空，吸引钢液上升相当于液里，真空室内抽真空，吸引钢液上升相当于0.1MPa(1atm)0.1MPa(1atm)的位置的位置(1.48m)(1.

3、48m)。如图下降钢包位置或者升高真空室，则真空。如图下降钢包位置或者升高真空室，则真空室中的钢液面降低同样的高度。这上升和下降以每分钟室中的钢液面降低同样的高度。这上升和下降以每分钟3-43-4次次的速度反复进行，钢液则循环地进入真空室进行脱气处理。的速度反复进行，钢液则循环地进入真空室进行脱气处理。3.1.1 真空提升脱气法真空提升脱气法(DH法法) DHDH法工作原理法工作原理特点：特点： 进入真空室内的钢液激烈沸腾，脱气表面积大，脱气效果进入真空室内的钢液激烈沸腾，脱气表面积大，脱气效果较好。较好。 可以用石墨电极、重油和煤气对真空室进行烘烤和加热。可以用石墨电极、重油和煤气对真空室进

4、行烘烤和加热。 具有较大的脱碳能力，可以用来生产含碳具有较大的脱碳能力，可以用来生产含碳0.002%0.002%的低碳钢。的低碳钢。 处理过程中可以加合金，合金元素的收得率高。处理过程中可以加合金，合金元素的收得率高。 提升脱气法的设备较复杂，操作费用和投资费用较高。但提升脱气法的设备较复杂，操作费用和投资费用较高。但容量越大，费用也越省，适用于大容量的冶炼设备。容量越大，费用也越省，适用于大容量的冶炼设备。3.1.1 3.1.1 真空提升脱气法真空提升脱气法(DH(DH法法) )1 1）钢液吸入量）钢液吸入量 即每次升降时进入真空室内的钢液量，一般选为钢包内即每次升降时进入真空室内的钢液量，

5、一般选为钢包内钢液量的钢液量的10-15%10-15%。是真空室设计的主要参考依据，其值在。是真空室设计的主要参考依据，其值在8t-40t8t-40t之间。之间。2 2）循环因数及升降次数）循环因数及升降次数 循环因数就是在处理过程中进入真空室的钢液总量与钢循环因数就是在处理过程中进入真空室的钢液总量与钢包内钢液量之比，用包内钢液量之比，用u u表示，计算公式如下：表示，计算公式如下：式中式中 n n 升降次数，次；升降次数，次； q q 钢液吸入量，钢液吸入量，t t； w w钢包内钢液量，钢包内钢液量，t t。(2)(2)主要工艺参数主要工艺参数wnqu 3 3）停顿时间）停顿时间 钢液脱

6、气情况不仅与处理时的真空度、钢液脱气表面钢液脱气情况不仅与处理时的真空度、钢液脱气表面积等有关，而且与钢液受真空作用的时间有关。钢液返回积等有关，而且与钢液受真空作用的时间有关。钢液返回钢包的停留时间不能选得太短。钢包的停留时间不能选得太短。4 4）升降速度）升降速度 增大升降速度是改进脱气效果的途径之一。升降速度增大升降速度是改进脱气效果的途径之一。升降速度已由初期的已由初期的6-7m/min6-7m/min增至增至10m/min10m/min以上。以上。5 5）提升行程）提升行程 提升行程取决于处理容量、钢液吸入量及真空室和钢提升行程取决于处理容量、钢液吸入量及真空室和钢包的直径和结构。提

7、升行程一般在包的直径和结构。提升行程一般在700mm700mm左右，通过改进左右，通过改进真空室结构，提升行程可达真空室结构，提升行程可达900mm900mm。6 6）循环流量）循环流量 循环流量等于每次的钢液吸入量除以升降周期。循环流量等于每次的钢液吸入量除以升降周期。3.1.1 3.1.1 真空提升脱气法真空提升脱气法(DH(DH法法) )1 1）脱氢）脱氢 真空提升处理前氢含量为真空提升处理前氢含量为2.5-6.5ppm 2.5-6.5ppm ，处理后氢含量，处理后氢含量下降到下降到1.0-2.5ppm1.0-2.5ppm。2 2）脱氧）脱氧 处理未经预脱氧钢液的含氧量可降低处理未经预脱

8、氧钢液的含氧量可降低55-90%55-90%。- -非金属非金属夹杂物降低夹杂物降低40-50%40-50%。- -合金的收得率在合金的收得率在95%95%以上，并且成分以上，并且成分均匀。均匀。3 3）脱氮）脱氮 钢中氮含量为钢中氮含量为30-40ppm30-40ppm时，短时间处理效果不明显，时，短时间处理效果不明显，当氮含量高于当氮含量高于100ppm100ppm时，脱氮量可达时，脱氮量可达20-30ppm20-30ppm。4 4）脱碳）脱碳 可生产超低碳钢，最低碳含量可达可生产超低碳钢，最低碳含量可达0.002%0.002%。(3)(3)处理效果处理效果3.1.3.1.2 2 真空真空

9、循环脱气法循环脱气法( (R RH H法法) ) DH DH是德国蒂森公司所属鲁尔（是德国蒂森公司所属鲁尔（RuhrstahlRuhrstahl）公司和海拉）公司和海拉斯（斯（HeraeusHeraeus）公司）公司19561956年研制成功的真空循环脱气装置。年研制成功的真空循环脱气装置。该方法由具有吸入钢液和排出钢液的两根浸渍管的真空室该方法由具有吸入钢液和排出钢液的两根浸渍管的真空室和排气装置构成。在进行真空处理时，把真空室两根浸渍和排气装置构成。在进行真空处理时，把真空室两根浸渍管插入钢包的钢液中，从真空室排气，钢液从两根浸渍管管插入钢包的钢液中，从真空室排气，钢液从两根浸渍管上升到压

10、差高度（约上升到压差高度（约1.48m1.48m）。这时在上升管下部三分之）。这时在上升管下部三分之一处吹入驱动气体一处吹入驱动气体ArAr气，上升管钢液表观密度就比下降管气，上升管钢液表观密度就比下降管钢液密度小，钢液就如图那样循环运动，并在真空室内顺钢液密度小，钢液就如图那样循环运动，并在真空室内顺序脱气。序脱气。 2sioa(1)(1) RHRH法的工作原理及特点法的工作原理及特点 R RH H工作工作原理原理脱气效果好脱气效果好 由于输入驱动气体，在上升过程中生成大量由于输入驱动气体，在上升过程中生成大量气泡核，进入真空室的钢液又喷射成极细小的液滴，大大气泡核，进入真空室的钢液又喷射成

11、极细小的液滴，大大增加了钢液脱气表面积，有利于脱气的进行。增加了钢液脱气表面积，有利于脱气的进行。处理速度快处理速度快 完成一次完整的处理约需完成一次完整的处理约需15min15min，其中，其中10min10min真空处理，真空处理，5min5min合金化及混匀时间。合金化及混匀时间。处理过程温降小处理过程温降小 RHRH的处理速度快，的处理速度快，RHRH在脱气过程中还可在脱气过程中还可进行电加热，因此钢液温降较小。进行电加热，因此钢液温降较小。处理容量大处理容量大 适用于大批量的钢液脱气处理，操作灵活，适用于大批量的钢液脱气处理，操作灵活，运转可靠。运转可靠。适用范围广适用范围广 在转炉

12、大发展时期获得迅速发展，同时与新在转炉大发展时期获得迅速发展，同时与新兴的超高功率大型电弧炉相配套，形成了大批量生产特殊兴的超高功率大型电弧炉相配套，形成了大批量生产特殊钢的工艺体系。钢的工艺体系。特点：特点：3.1.3.1.2 2 真空真空循环脱气法循环脱气法( (R RH H法法) )(2)(2) 主要工艺参数主要工艺参数 1 1）处理容量）处理容量脱气过程中的温度损失脱气过程中的温度损失a a真空室预热温度真空室预热温度800800；b b真空室预热温度真空室预热温度12001200真空室容量：真空室容量：1 130t30t；2 240t40t；3 380t80t；4 4100t100t

13、；5 5150t150t在钢包内处理在钢包内处理30t30t2 2）处理时间）处理时间在不具备加热手段的条件下，处理时间将取决于允许的钢在不具备加热手段的条件下，处理时间将取决于允许的钢液降温和处理时钢液的平均降温速率，其值由下式确定：液降温和处理时钢液的平均降温速率，其值由下式确定： tcvTt 一般来说，允许的温度损失不会有太大的波动。处理时间一般来说，允许的温度损失不会有太大的波动。处理时间决定于脱气时的平均降温速率。决定于脱气时的平均降温速率。 降温速率主要与处理容量、钢包和真空室的预热温度、处降温速率主要与处理容量、钢包和真空室的预热温度、处理时加入添加剂的种类和数量、渣层厚度、包壁

14、材料的导热理时加入添加剂的种类和数量、渣层厚度、包壁材料的导热系数等因素有关。系数等因素有关。 钢包和真空室的预热温度，特别是真空室的预热温度，对钢包和真空室的预热温度，特别是真空室的预热温度，对降温速率影响最大。降温速率影响最大。 处理容量、真空室预热温度与脱气温降情况处理容量、真空室预热温度与脱气温降情况 处理容量，处理容量，t真空室预热真空室预热温度，温度，脱气时间，脱气时间，min总温降总温降，温降速度，温降速度，/min3570080010154.55.87070080018252.53.510070080024281.82.410080020301.82.5100100011003

15、51.52.01001500203030401.517013001.01.5300（宝钢（宝钢1）800（轻处理）（轻处理）24（IF钢）钢）36421.8300（宝钢（宝钢2）1450（轻处理）（轻处理）1416（IF钢）钢）25281.253 3）循环因数）循环因数处理过程中通过真空室的总钢液量与处理容量之比，可用处理过程中通过真空室的总钢液量与处理容量之比，可用下式表示：下式表示：Vtu式中式中u u循环因数；循环因数； 循环流量，循环流量，t/mint/min； t t脱气时间，脱气时间，minmin； V V钢包容量，钢包容量，t t。钢液的脱气效果与循环因数钢液的脱气效果与循环因数

16、u u有关，而有关，而u u值大小的选择要考虑值大小的选择要考虑真空处理后返回钢包的钢液与原包内钢液的混合程度。真空处理后返回钢包的钢液与原包内钢液的混合程度。 钢中气体含量与循环因数的关系钢中气体含量与循环因数的关系 脱氢量与循环因数的关系脱氢量与循环因数的关系 1 1平炉钢；平炉钢；2 2电炉钢电炉钢4 4）循环流量）循环流量 单位时间内通过真空室的钢液量称为循环流量，也称单位时间内通过真空室的钢液量称为循环流量，也称循环速率。它是循环速率。它是RHRH最关键的工艺参数，其值大小直接影响最关键的工艺参数，其值大小直接影响到到RHRH的处理时间。的处理时间。 式中式中：a a常数常数； d

17、d上升管内径，上升管内径，cmcm； G G驱动气体流量，驱动气体流量，L/minL/min RHRH通常通过增大循环流量来缩短处理时间。通常通过增大循环流量来缩短处理时间。35. 005 . 1Gda国内部分国内部分RHRH主要工艺参数主要工艺参数宝钢宝钢1300t RH-OB不锈钢分公司不锈钢分公司160t RH-KTB梅钢梅钢160t RH-MFB鞍钢鞍钢175t RH-MFB钢包容量钢包容量/t300160160175浸渍管内径浸渍管内径/mm750550500560真空室内径真空室内径/mm2400190018501800驱动气体流量驱动气体流量/(lmin-1)4000250020

18、001500最大循环流量最大循环流量/(tmin-1)250153110100 真空度是在处理过程中，真空室内可以达到并且能保持真空度是在处理过程中，真空室内可以达到并且能保持的最低压力。根据真空脱气的热力学和动力学分析可知，的最低压力。根据真空脱气的热力学和动力学分析可知，一般钢种对气体含量的要求，并不需要太高的真空度，通一般钢种对气体含量的要求，并不需要太高的真空度，通常都控制在常都控制在13-134Pa13-134Pa范围内。范围内。 工作泵抽气能力大小，应根据处理的钢种、处理容量、脱工作泵抽气能力大小，应根据处理的钢种、处理容量、脱气时间、循环流量以及处理过程中钢液放气规律来确定。气时

19、间、循环流量以及处理过程中钢液放气规律来确定。6 6）工作泵抽气能力）工作泵抽气能力 5 5）真空度）真空度国内部分国内部分RH真空泵参数表真空泵参数表 宝钢宝钢1300t RH-OB不锈钢分公司不锈钢分公司160t RH-KTB梅钢梅钢160t RH-MFB鞍钢鞍钢175t RH-MFB67Pa，20干空干空气时真空泵额定气时真空泵额定能力能力/(kgh-1) 1100 600 600 650真空泵级数真空泵级数 4 5 4 4蒸汽消耗蒸汽消耗/(th-1) 41 17.4 20.9 22冷凝水流量冷凝水流量/(m3h-1) 2010 1100 1160 1300极限真空度极限真空度/Pa2

20、525673.1.3.1.2 2 真空真空循环脱气法循环脱气法( (R RH H法法) )(3)(3) 基本工艺过程基本工艺过程 RHRH操作过程简图操作过程简图3.1.3.1.2 2 真空真空循环脱气法循环脱气法( (R RH H法法) )(4)(4) RHRH法的发展法的发展 RHRH法当时发明的主要目的去除大型、高级铸锻件和优质轧法当时发明的主要目的去除大型、高级铸锻件和优质轧材用钢钢液中的氢和非金属夹杂物。材用钢钢液中的氢和非金属夹杂物。4040多年来，随着对多年来，随着对RH RH 法的不断探索和开发以及法的不断探索和开发以及RHRH设备的不断完善，它的功能也设备的不断完善，它的功能

21、也逐渐在扩展，目前已用于钢液的脱碳、脱氧、成分控制、逐渐在扩展，目前已用于钢液的脱碳、脱氧、成分控制、吹氧升温、超低碳钢冶炼、脱磷硫和改变夹杂物形态等方吹氧升温、超低碳钢冶炼、脱磷硫和改变夹杂物形态等方面。可以说，面。可以说，RHRH已经由单纯的脱氢装置发展成为多功能的已经由单纯的脱氢装置发展成为多功能的二次精炼装置。二次精炼装置。1) RH-OB（RH-Oxygen Blowing） 受受VOD在减压条件下进行吹氧脱碳的启发，在减压条件下进行吹氧脱碳的启发，1971年在日本年在日本新日铁室兰厂开发了在新日铁室兰厂开发了在RH的真空室中吹氧脱碳以精炼不锈的真空室中吹氧脱碳以精炼不锈钢的新方法，

22、称为钢的新方法，称为RH-OB。 在在RH真空室的侧壁上安装一支氧枪，向真空室的钢液表面真空室的侧壁上安装一支氧枪，向真空室的钢液表面吹氧。后来在新日铁室兰厂和名古屋厂又开发了将吹氧。后来在新日铁室兰厂和名古屋厂又开发了将OB喷嘴喷嘴埋入埋入RH真空室的方法，真空室的方法，可以对真空室内的钢液加速脱碳，可以向可以对真空室内的钢液加速脱碳，可以向RH真空室内加入真空室内加入铝、硅等发热剂对钢液进行升温等，使用铝热法可使钢液升铝、硅等发热剂对钢液进行升温等，使用铝热法可使钢液升温速度达到温速度达到4/min。RH-OB生产不锈钢以氧气转炉为初炼炉，整个工艺由生产不锈钢以氧气转炉为初炼炉，整个工艺由

23、五个工序所组成：五个工序所组成：1)铁水用铁水用KR法脱硫，将铁水硫由法脱硫，将铁水硫由0.0250.035%脱至脱至0.0040.006%；2)低硫铁水和废钢装入转炉，吹炼成低硫、磷的半成品低硫铁水和废钢装入转炉，吹炼成低硫、磷的半成品，钢液含磷在，钢液含磷在0.010%以下；以下；3)出钢倒渣；出钢倒渣；4) 不带渣的半成品钢液再兑回转炉，加高碳铬铁，吹不带渣的半成品钢液再兑回转炉，加高碳铬铁，吹氧助熔和脱碳，将碳降到氧助熔和脱碳，将碳降到0.50.8%，得到温度为，得到温度为1750左右的不锈钢母液。左右的不锈钢母液。5)出钢，将不锈钢母液在出钢，将不锈钢母液在RH-OB装置中，吹氧脱碳

24、至装置中，吹氧脱碳至规格要求，然后调整成分和脱氧。规格要求，然后调整成分和脱氧。RH的改进形式的改进形式 2) 轻处理法轻处理法 所谓轻处理就是在所谓轻处理就是在401.3kPa(30010Torr)的减压条件下的减压条件下进行短时间处理。由此可降低脱氧剂和铁合金单耗、提高进行短时间处理。由此可降低脱氧剂和铁合金单耗、提高RH运转率而降低成本、提高产品质量等。运转率而降低成本、提高产品质量等。 基本过程：基本过程： 将转炉冶炼的未脱氧钢或半脱氧钢，先在将转炉冶炼的未脱氧钢或半脱氧钢，先在4020kPa的真的真空度下碳脱氧空度下碳脱氧(10min左右左右)，然后在，然后在6.6661.333kP

25、a下加脱氧下加脱氧剂脱氧剂脱氧(约约2min)，并进行微调，使钢液成分和温度达到最适，并进行微调，使钢液成分和温度达到最适合连铸的条件。和一般合连铸的条件。和一般RH处理相比，它的处理时间短，能处理相比，它的处理时间短，能量消耗和温度下降都较低，铁合金收得率提高。量消耗和温度下降都较低，铁合金收得率提高。 将该法和将该法和RH-OB法相结合的法相结合的RH-OB轻处理法，使转炉实轻处理法，使转炉实现衡定的终点碳操作成为可能。现衡定的终点碳操作成为可能。3) RH-KTB法（法（RH-Kawatetsu Top Blowing） RH法操作上的问题之一是长时间处理时钢液温度的降低，法操作上的问题

26、之一是长时间处理时钢液温度的降低，导致金属附着在真空室的内壁上。最初尝试了在真空室内设导致金属附着在真空室的内壁上。最初尝试了在真空室内设置电阻加热器和往钢液中投入硅和铝并氧化它、利用其氧化置电阻加热器和往钢液中投入硅和铝并氧化它、利用其氧化热的方法等。热的方法等。1989年，日本川崎钢铁公司千叶厂开发了在年，日本川崎钢铁公司千叶厂开发了在RH真空室的顶部增设一支垂直安放的氧枪、象在氧气顶吹真空室的顶部增设一支垂直安放的氧枪、象在氧气顶吹转炉上进行软吹那样的转炉上进行软吹那样的RH-KTB法。此方法把脱碳产生的法。此方法把脱碳产生的CO在真空室内燃烧成在真空室内燃烧成CO2，加热真空室内壁，期

27、望脱碳反，加热真空室内壁，期望脱碳反应使钢液升温。由此消除了金属的附着，进而得以提高转炉应使钢液升温。由此消除了金属的附着，进而得以提高转炉的终点碳，缩短转炉吹炼时间。的终点碳，缩短转炉吹炼时间。vRH-KTB的关键是二次燃烧控制技术。控制的关键是二次燃烧控制技术。控制CO的二次燃的二次燃烧，并使用燃烧的热量加热钢液，可以获得较高的钢液温烧，并使用燃烧的热量加热钢液，可以获得较高的钢液温度而不需要加铝，减少了因加铝导致的夹杂物的生成机会度而不需要加铝，减少了因加铝导致的夹杂物的生成机会，提高了钢的质量。，提高了钢的质量。v在传统的在传统的RH脱碳过程中，废气中始终是脱碳过程中，废气中始终是CO

28、占主导地位占主导地位。而在。而在RH-KTB脱碳过程中，废气中始终是脱碳过程中，废气中始终是CO2占主导地占主导地位，二次燃烧率可达位，二次燃烧率可达60%。v 由于二次燃烧产生大量的热量，由于二次燃烧产生大量的热量，RH-KTB处理不需要提处理不需要提高出钢温度，同样的处理时间可降低出钢温度高出钢温度，同样的处理时间可降低出钢温度2030。v RH-KTB脱碳速度比传统脱碳速度比传统RH快，初始含碳量高，达到快，初始含碳量高，达到同样的最终碳含量，处理时间可缩短同样的最终碳含量，处理时间可缩短3min，可以生产含碳，可以生产含碳量量20ppm的超深冲用薄板钢。的超深冲用薄板钢。4）RH-MF

29、B法（法（RH-Multiple Function Burner） RH-MFB法法于于 1993年在日本新日铁广年在日本新日铁广畑畑制铁所开发，制铁所开发， 与与RH-KTB法一样，是提高钢液温度和防止金属在真空室内壁法一样，是提高钢液温度和防止金属在真空室内壁附着的方法，同时也适合超低碳钢的冶炼。附着的方法，同时也适合超低碳钢的冶炼。 在在RH真空室上方设置了上下升降自由、可以按需要使用真空室上方设置了上下升降自由、可以按需要使用纯氧或者（纯氧纯氧或者（纯氧+LNG）的多功能烧嘴。）的多功能烧嘴。 （纯氧（纯氧+LNG）在处理钢液时和等待时使用，燃烧使真空）在处理钢液时和等待时使用，燃烧使

30、真空室内壁和钢液升温，清除真空室内壁形成的结瘤物室内壁和钢液升温，清除真空室内壁形成的结瘤物。 纯氧则用于铝的氧化使钢液升温和促进脱碳。纯氧则用于铝的氧化使钢液升温和促进脱碳。枪体长枪体长度度/m氧气压力氧气压力/MPa吹氧量吹氧量/m3h-1燃料燃料COG/ m3h-1升降行程升降行程/m升降速度升降速度/mmin-1101.5Max2000500max7.815/高速；高速；1.5/低速低速梅钢公司的梅钢公司的RH-MFB多功能顶枪主要技术参数多功能顶枪主要技术参数 宝钢集团梅钢公司的宝钢集团梅钢公司的RH-MFB主体设备由国内设计制造，多主体设备由国内设计制造，多功能顶枪系统由日本新日铁

31、提供。升温功能是通过吹氧加铝实功能顶枪系统由日本新日铁提供。升温功能是通过吹氧加铝实现的，从而可稳定地控制精炼过程温度，满足连铸对钢液温度现的，从而可稳定地控制精炼过程温度，满足连铸对钢液温度的严格要求。梅钢的严格要求。梅钢RH-MFB化学升温能力很强，设计升温速度化学升温能力很强，设计升温速度为为6/min，实际升温速度大于，实际升温速度大于6/min，最高为，最高为6.6/min。5） RH-IJ法（法（RH -Injiction）、）、RH-PB法（法（RH-Powder Blowing）和）和RH-PTB法（法（RH-Powder Top Blowing） RH法的另一方面的发展是与喷

32、粉相结合。喷粉精炼能获得良法的另一方面的发展是与喷粉相结合。喷粉精炼能获得良好的脱硫脱氧效果，但它也存在从熔剂中吸氢、从大气中吸氮及好的脱硫脱氧效果，但它也存在从熔剂中吸氢、从大气中吸氮及可能混渣等不足之处，而可能混渣等不足之处，而RH具有良好的脱气和搅拌效果。结合具有良好的脱气和搅拌效果。结合喷粉和喷粉和RH法的优点，出现了一些具有喷粉精炼功能的法的优点，出现了一些具有喷粉精炼功能的RH新方法。新方法。 在此之前，用在此之前，用RH法脱硫比较困难。由于喷吹了法脱硫比较困难。由于喷吹了CaO-CaF2系脱系脱硫剂，可以在真空脱气的同时进行脱硫。采用这些方法，真空室硫剂，可以在真空脱气的同时进行

33、脱硫。采用这些方法，真空室中脱硫剂粉末和钢液激烈搅拌，显著地促进了脱硫反应，可以得中脱硫剂粉末和钢液激烈搅拌，显著地促进了脱硫反应，可以得到到S510ppm的钢水。的钢水。 上述两种方法还可用于夹杂形态的控制。上述两种方法还可用于夹杂形态的控制。 其它方面，对其它方面，对RH的真空室也作了一系列的改进。的真空室也作了一系列的改进。v如真空室和二根插入管均设计成垂直的圆筒形，这样便如真空室和二根插入管均设计成垂直的圆筒形，这样便利制造和维修利制造和维修。v为了处理未脱氧钢，有将真空室高度增大的趋势为了处理未脱氧钢，有将真空室高度增大的趋势。v 增大上升管的内径，或将双管式改成三管式，即改成有增大

34、上升管的内径，或将双管式改成三管式，即改成有两根上升管和一根下降管，这样可提高钢液的循环流量两根上升管和一根下降管，这样可提高钢液的循环流量。v改弥散型的吹氩环为数根不锈钢的吹氩管改弥散型的吹氩环为数根不锈钢的吹氩管(3mm)，并装，并装于上升管的两处于上升管的两处(上下相距上下相距30050mm )吹氩，以稳定吹氩吹氩，以稳定吹氩操作和提高上升管的寿命。操作和提高上升管的寿命。3.1.3.1.2 2 真空真空循环脱气法循环脱气法( (R RH H法法) )(5)(5) RHRH法的效果法的效果 1 1）真空脱气）真空脱气真空循环脱气法的脱氢效果明显，脱氧钢可脱氢约真空循环脱气法的脱氢效果明显

35、，脱氧钢可脱氢约65%65%，未脱氧钢，未脱氧钢可脱氢可脱氢70%70%。处理后钢中的氢含量都降到。处理后钢中的氢含量都降到2ppm2ppm以下。如果延长处理以下。如果延长处理时间，氢含量还可以进一步降低到时间，氢含量还可以进一步降低到1ppm1ppm以下。以下。 RHRH法的脱氮效果不明显。当原始含氮量较低时，如法的脱氮效果不明显。当原始含氮量较低时，如NN40ppm40ppm，处理前后氮含量几乎没有变化。当氮含量大处理前后氮含量几乎没有变化。当氮含量大100ppm100ppm时，脱氮率一时，脱氮率一般只有般只有10-20%10-20%。2 2）真空脱碳）真空脱碳在在20min20min处理

36、周期内可生产出处理周期内可生产出C0.002C0.002的超低碳钢水。的超低碳钢水。3 3）脱氧）脱氧真空条件下碳的脱氧能力增强，如处理未脱氧的钢，这种作用真空条件下碳的脱氧能力增强，如处理未脱氧的钢，这种作用就更明显。就更明显。4 4）脱硫）脱硫RHRH附加喷粉处理后可生产出附加喷粉处理后可生产出S0.001S0.001的超低硫钢水。的超低硫钢水。5 5）脱磷）脱磷经经RHRH喷粉处理，可生产出喷粉处理，可生产出P0.002P0.002的超低磷钢。的超低磷钢。6 6）均匀钢水温度）均匀钢水温度可保持连铸中间包钢水温度波动不大于可保持连铸中间包钢水温度波动不大于55。7 7）均匀钢水成分和去除

37、夹杂物）均匀钢水成分和去除夹杂物生产出生产出TO0.0015TO0.0015的超纯净钢。的超纯净钢。 3.1.3.1.3 3 钢包真空脱气法（钢包真空脱气法（VDVD） 钢包真空脱气法钢包真空脱气法（Ladle Vacuum Degassing Process）是由）是由美国芬克尔父子公司（美国芬克尔父子公司（AFinkl Sons）将简单的钢包吹氩与）将简单的钢包吹氩与真空脱气相结合，形成一种钢包真空处理方法，也叫芬克尔法真空脱气相结合，形成一种钢包真空处理方法，也叫芬克尔法，在国内人们将其称为在国内人们将其称为VDVD的炉外精炼方法的炉外精炼方法。它是在真空度为。它是在真空度为13.331

38、3.33266.64Pa266.64Pa减压下精炼，有很好去气和脱氧效果。减压下精炼，有很好去气和脱氧效果。 VD VD法具有脱氧、脱气、脱硫及合金化等功能。主要用于生产法具有脱氧、脱气、脱硫及合金化等功能。主要用于生产轴承钢等对气体敏感的钢种轴承钢等对气体敏感的钢种。 VD VD法一般很少单独使用，往往与具有加热功能的法一般很少单独使用，往往与具有加热功能的LFLF等双联。等双联。由于由于VDVD炉精炼设备能有效地去除气体和夹杂，且建设投入和生炉精炼设备能有效地去除气体和夹杂，且建设投入和生产成本均大大低于产成本均大大低于RHRH及及DHDH法，广泛用于小规模电炉厂家等进行法，广泛用于小规模

39、电炉厂家等进行的特殊钢精炼的特殊钢精炼。钢包真空脱气（钢包真空脱气（VD）的工作原理）的工作原理 具有喷粉功能的具有喷粉功能的VDVDVD精炼工艺精炼工艺以轴承钢冶炼为例：以轴承钢冶炼为例： 冶炼工艺：冶炼工艺：UHPLF+VD（或（或RH）+CC：（1）LF出钢后，扒渣（倒渣）出钢后，扒渣（倒渣）2/3，渣层厚度应保持，渣层厚度应保持 4070mm，扒渣时间，扒渣时间中碳钢中碳钢低碳钢。低碳钢。67Pa真空度处理时间为真空度处理时间为11l5min，真空吹氩压力在，真空吹氩压力在0.050.08MPa和和CaO-CaF2-SiO2渣系有利于真空脱硫率达到最高。渣系有利于真空脱硫率达到最高。

40、通过精炼，钢中气体、氧的含量都显著降低；夹杂物通过精炼，钢中气体、氧的含量都显著降低；夹杂物评级也都明显降低。评级也都明显降低。 3.3.2 2 钢包精炼钢包精炼法法 真空处理过程中突出的问题是钢液温度不可避免地要降真空处理过程中突出的问题是钢液温度不可避免地要降低，脱气时间和合金的加入量都受到限制，浇铸温度难于低，脱气时间和合金的加入量都受到限制，浇铸温度难于控制，对后续连铸工序的稳定生产和质量控制带来影响。控制，对后续连铸工序的稳定生产和质量控制带来影响。 与单纯的真空处理相比，钢包炉精炼法的一个突出特点与单纯的真空处理相比，钢包炉精炼法的一个突出特点是具有加热手段是具有加热手段,可以对钢

41、包内钢液进行加热，为完成精炼可以对钢包内钢液进行加热，为完成精炼任务的吸热以及在精炼过程中的散热损失均可通过加热而任务的吸热以及在精炼过程中的散热损失均可通过加热而得到补偿，得到补偿， 钢包炉在钢液温度和精炼时间长短方面不再依赖于初炼钢包炉在钢液温度和精炼时间长短方面不再依赖于初炼炉的出钢温度，合金加入的种类和数量也大大增加，钢的炉的出钢温度，合金加入的种类和数量也大大增加，钢的品种显著增加。品种显著增加。 钢包精炼炉具备非常齐全精炼功能，通常都具有真空、钢包精炼炉具备非常齐全精炼功能，通常都具有真空、搅拌、加热等三种以上的精炼手段，在不同程度上可以完搅拌、加热等三种以上的精炼手段，在不同程度

42、上可以完成脱氧、脱气、脱碳、脱硫、提高纯净度、合金化等任务成脱氧、脱气、脱碳、脱硫、提高纯净度、合金化等任务。3.3.2 2 钢包精炼钢包精炼法法3.2.1 ASEA-SKF法法 ASEA-SKF ASEA-SKF法在进行电磁搅拌的同时，还可顺序进行大气条件下法在进行电磁搅拌的同时，还可顺序进行大气条件下的电弧加热和减压条件下的脱气处理。为克服在冶炼轴承钢时采用的电弧加热和减压条件下的脱气处理。为克服在冶炼轴承钢时采用电炉钢渣混冲出钢而产生的夹杂问题电炉钢渣混冲出钢而产生的夹杂问题, ,瑞典通用电器公司瑞典通用电器公司(ASEA)(ASEA)与与瑞典滚珠轴承公司瑞典滚珠轴承公司(SKF)(SK

43、F)合作合作, ,于于19651965年在瑞典年在瑞典SKFSKF公司的海莱伏斯公司的海莱伏斯(HaIIefors)(HaIIefors)钢厂建成第一座钢厂建成第一座30tASEA-SKF30tASEA-SKF钢包精炼炉。钢包精炼炉。 ASEA-SKF的布置形式分的布置形式分台车移动式台车移动式和和炉盖旋转式炉盖旋转式两种。两种。台车移动式台车移动式 由放在台车上的一个钢包、与真空设备连接的由放在台车上的一个钢包、与真空设备连接的 真空处理用钢包盖真空处理用钢包盖和设置了三相交流电极的和设置了三相交流电极的加热用钢包盖加热用钢包盖构成。构成。炉盖旋转式炉盖旋转式 与台车移动式相似，只是钢包放到

44、固定的感应搅拌与台车移动式相似，只是钢包放到固定的感应搅拌器内，加热炉盖和真空脱气炉盖能旋转交替使用器内，加热炉盖和真空脱气炉盖能旋转交替使用 台车移动式布置台车移动式布置 炉盖旋转式布置炉盖旋转式布置真空炉盖真空炉盖钢包钢包加热炉盖加热炉盖感应搅拌器感应搅拌器ASEA-SKF的布置形式的布置形式3.2.1 3.2.1 ASEA-SKFASEA-SKF法法（1）ASEA-SKF的主要设备的主要设备 ASEA-SKFASEA-SKF炉的设备主要有炉的设备主要有: :盛装钢液的钢包；水冷电磁感应盛装钢液的钢包；水冷电磁感应搅拌器及其变频器；电弧加热系统；真空密封炉盖和抽真空系搅拌器及其变频器；电弧

45、加热系统；真空密封炉盖和抽真空系统；合金及渣料加料系统等，有些统；合金及渣料加料系统等，有些ASEA-SKFASEA-SKF炉还配有吹氩搅拌炉还配有吹氩搅拌系统和吹氧系统。为了保证钢水成分和温度的目标控制，真空系统和吹氧系统。为了保证钢水成分和温度的目标控制，真空测温、取样以及加料设备是十分必要的，但这些功能的无故障测温、取样以及加料设备是十分必要的，但这些功能的无故障实现仍有一定难度。实现仍有一定难度。钢包钢包 比一般的钢包要高些，推荐比一般的钢包要高些，推荐D/H=1D/H=1作为设计钢包壳体作为设计钢包壳体的参考值。钢液面以上自由空间高度一般要求在的参考值。钢液面以上自由空间高度一般要求

46、在1 1米左右。米左右。 钢包外壳材料由钢包外壳材料由无磁性奥氏体不锈钢板无磁性奥氏体不锈钢板构成，至少在感应构成，至少在感应器附近部分采用无磁性钢板。这样可以防止钢包外壳在交变磁器附近部分采用无磁性钢板。这样可以防止钢包外壳在交变磁场的作用下产生感应电流而发热。场的作用下产生感应电流而发热。总搅拌力与钢包内径总搅拌力与钢包内径D D、搅拌器线圈高度、搅拌器线圈高度H H之比的关之比的关 1 1圆筒形搅拌器（圆筒形搅拌器（700kV700kVA A）；）； 2 2片形搅拌器（片形搅拌器（2 2700kV700kVA A）电磁感应搅拌器电磁感应搅拌器 电磁感应搅拌器由电磁感应搅拌器由变压器变压器

47、、低频变频器低频变频器和和感应线圈感应线圈组成，组成，变压器经过水冷电缆将交流电送给变频器，得到变压器经过水冷电缆将交流电送给变频器，得到0.5-1.5Hz0.5-1.5Hz的低的低频交流电，通过整流器变成直流电源供给感应线圈。频交流电，通过整流器变成直流电源供给感应线圈。 根据电磁原理，任何电磁感应器都会在钢液中既产生加根据电磁原理，任何电磁感应器都会在钢液中既产生加热效应又造成流动，两者的强弱取决于电磁感应器的频率，热效应又造成流动，两者的强弱取决于电磁感应器的频率，频频率低则加热效应差而搅拌强率低则加热效应差而搅拌强。感应搅拌变频器一般采用可控硅。感应搅拌变频器一般采用可控硅式低频变频器

48、。搅拌时钢液的运动速度一般控制在式低频变频器。搅拌时钢液的运动速度一般控制在1m/s1m/s左右。左右。 搅拌器主要有圆筒式搅拌器和片式搅拌器两种。感应搅拌器搅拌器主要有圆筒式搅拌器和片式搅拌器两种。感应搅拌器的不同布置形式可以得到钢液的不同流动状态的不同布置形式可以得到钢液的不同流动状态 搅拌器位置和钢掖流动状态示意图搅拌器位置和钢掖流动状态示意图a a为圆筒式搅拌器，缺点是产生搅拌双回流为圆筒式搅拌器，缺点是产生搅拌双回流, ,增加了流动阻力；增加了流动阻力；b b为一片单向搅拌器产生的钢液流动状态，产生一个单向循环搅拌力，搅拌力较小；为一片单向搅拌器产生的钢液流动状态，产生一个单向循环搅

49、拌力，搅拌力较小；c c为两个单片搅拌器以同一位相供电时的搅拌状态，钢液的流动状态类似于圆筒式；为两个单片搅拌器以同一位相供电时的搅拌状态，钢液的流动状态类似于圆筒式；d d为两个搅拌器串联时产生的单向回流搅拌状态为两个搅拌器串联时产生的单向回流搅拌状态, ,流动阻力较小流动阻力较小, ,没有死角没有死角, ,搅拌力强。搅拌力强。3.2.1 3.2.1 ASEA-SKFASEA-SKF法法（2）ASEA-SKF法精炼工艺流程及基本操作工艺法精炼工艺流程及基本操作工艺初炼炉提供初炼钢液并完成脱磷任务初炼炉提供初炼钢液并完成脱磷任务, ,在碳含量和温度在碳含量和温度合适时即可出钢，必要时可以调整合

50、金元素镍和钼。合适时即可出钢，必要时可以调整合金元素镍和钼。作为初炼炉的炉渣一般为氧化性炉渣，对精炼效果和钢作为初炼炉的炉渣一般为氧化性炉渣，对精炼效果和钢包寿命都有不良影响，所以要尽量减少初炼炉的下渣量。包寿命都有不良影响，所以要尽量减少初炼炉的下渣量。在在ASEA-SKFASEA-SKF炉内将初炼钢液进行电弧加热、真空脱气、炉内将初炼钢液进行电弧加热、真空脱气、真空吹氧脱碳、脱硫以及在电磁感应搅拌钢液下调整成分真空吹氧脱碳、脱硫以及在电磁感应搅拌钢液下调整成分和温度、脱氧和去除夹杂物等。和温度、脱氧和去除夹杂物等。精炼时间为一般钢种精炼时间为一般钢种1.5-2.0h 1.5-2.0h ，合

51、金钢，合金钢2.0-3.0h2.0-3.0h。1）精炼工艺流程）精炼工艺流程 ASEA-SKF炉精炼工艺流程炉精炼工艺流程2）基本精炼操作工艺）基本精炼操作工艺中性渣操作中性渣操作 全高铝砖钢包内中性渣操作全高铝砖钢包内中性渣操作 碱性渣脱硫操作碱性渣脱硫操作 碱性渣脱硫操作碱性渣脱硫操作 3.2.1 3.2.1 ASEA-SKFASEA-SKF法法（3）ASEA-SKF法精炼效果法精炼效果钢中的氢钢中的氢 钢中的氢含量可小于钢中的氢含量可小于2ppm2ppm。钢中的氧钢中的氧 通过通过ASEA-SKFASEA-SKF炉精炼后，钢中的氧含量有所降低。一般炉精炼后，钢中的氧含量有所降低。一般 认

52、为认为ASEA-SKFASEA-SKF炉精炼氧含量比电弧炉可降低炉精炼氧含量比电弧炉可降低40%-60%40%-60%。钢中的硫钢中的硫 钢中的硫含量大大降低。采用碱性渣脱硫操作，能使钢钢中的硫含量大大降低。采用碱性渣脱硫操作，能使钢 中的硫降至中的硫降至0.003%0.003%以下。以下。钢中夹杂物钢中夹杂物 钢中氧化物夹杂含量与氧含量成正比，钢中氧化物夹杂含量与氧含量成正比，ASEA-SKFASEA-SKF精炼法精炼法 对去除钢中氧化物高低倍夹杂有明显的效果。全部消除对去除钢中氧化物高低倍夹杂有明显的效果。全部消除 了低倍夹杂，高倍夹杂也得到了改善。了低倍夹杂，高倍夹杂也得到了改善。 机械

53、性能机械性能 钢中气体和夹杂物含量降低，机械性能得到改善。与电钢中气体和夹杂物含量降低，机械性能得到改善。与电 炉比较，钢的疲劳强度与冲击韧性一般可提高炉比较，钢的疲劳强度与冲击韧性一般可提高10%10%和和20%20%左右。左右。生产质量的稳定性生产质量的稳定性 浇铸温度及成品钢的化学成分都比较均匀稳定浇铸温度及成品钢的化学成分都比较均匀稳定 ， 钢的切削加工性也有很大改善钢的切削加工性也有很大改善 。3.3.2 2 钢包精炼钢包精炼法法3.2.2 真空电弧钢包脱气真空电弧钢包脱气（VAD）法法 VAD法是用氩气搅拌钢液，并且在真空室的盖子上增设了电弧法是用氩气搅拌钢液，并且在真空室的盖子上

54、增设了电弧加热装置的钢包精炼法。与加热装置的钢包精炼法。与ASEA-SKFASEA-SKF法不同之处在于它用氩气搅拌法不同之处在于它用氩气搅拌钢掖，并在减压条件下进行电弧加热。钢掖，并在减压条件下进行电弧加热。VADVAD是英文是英文Vacuum Arc Vacuum Arc DegassingDegassing的缩写，在德国用的缩写，在德国用HeatHeat（加热）取代（加热）取代ArcArc，又称为，又称为VHDVHD。 VAD法是美国法是美国FinkleSons公司为解决钢包脱气过程中钢水温度公司为解决钢包脱气过程中钢水温度下降的问题，与下降的问题，与Mohr公司合作，于公司合作，于19

55、67年开发成功，因此也叫做年开发成功，因此也叫做Finkle-Mohr法法 或或 Finkle-VAD法。法。VAD法也可以认为是在法也可以认为是在VD法法（钢包脱气法）的基础上增加了电弧加热装置。（钢包脱气法）的基础上增加了电弧加热装置。3.2.2 3.2.2 真空电弧钢包脱气（真空电弧钢包脱气（VADVAD）法）法 （1）VAD的设备及工艺概况的设备及工艺概况 VAD精炼装置主要由精炼装置主要由钢包钢包、真空系统真空系统、电弧加热系统电弧加热系统和和底吹氩气系统底吹氩气系统等设备组成。钢包的浇注装置首先采用了等设备组成。钢包的浇注装置首先采用了滑动水口滑动水口方式，可以使钢液能在方式，可以

56、使钢液能在钢包中进行长时间处理，显著地改善了钢包精炼的操作性能。钢包中进行长时间处理，显著地改善了钢包精炼的操作性能。 VAD设备概况设备概况滑动水口方式示意图滑动水口方式示意图 VAD的电弧加热与的电弧加热与EAF不同，它是在减压条件下进行。由于炉内压力不同，它是在减压条件下进行。由于炉内压力在低于在低于13.3kPa时产生辉光放电现象，会导致电弧不稳定，所以时产生辉光放电现象，会导致电弧不稳定，所以VAD的电的电弧加热通常在弧加热通常在40kPa左右的压力下进行。左右的压力下进行。 VAD实际的加热和脱气还是分阶段完成的。除了能真空加热外，实际的加热和脱气还是分阶段完成的。除了能真空加热外

57、，VAD与与ASEA-SKF法操作工艺基本相同。抽真空的同时，包底吹氩搅拌钢液。法操作工艺基本相同。抽真空的同时，包底吹氩搅拌钢液。真空处理时间一般不小于真空处理时间一般不小于30分钟。电弧加热后可补偿分钟。电弧加热后可补偿100200。 3.2.2 3.2.2 真空电弧钢包脱气（真空电弧钢包脱气（VADVAD）法）法（2）VAD法精炼功能及特点法精炼功能及特点 1）由于加热是在真空下进行的，在加热过程中无氧化，可以获）由于加热是在真空下进行的，在加热过程中无氧化，可以获得良好的脱气效果。得良好的脱气效果。2）精炼炉完全密封，加热过程噪声较小，加热过程中几乎无烟）精炼炉完全密封，加热过程噪声较

58、小，加热过程中几乎无烟尘。尘。3）能够准确地调整浇注温度，浇注时温降稳定。）能够准确地调整浇注温度，浇注时温降稳定。4）由于精炼过程中搅拌充分，所以钢液成分均匀稳定；）由于精炼过程中搅拌充分，所以钢液成分均匀稳定；5）可以在真空条件下进行成分微调，可加入大量的合金，能冶）可以在真空条件下进行成分微调，可加入大量的合金，能冶炼范围很广的碳素钢和合金钢；炼范围很广的碳素钢和合金钢；6）可以在一个工位达到多种精炼目的，可以加入造渣剂和其它）可以在一个工位达到多种精炼目的，可以加入造渣剂和其它渣料进行脱硫和脱碳。渣料进行脱硫和脱碳。3.3.2 2 钢包精炼钢包精炼法法3.2.3 LF法法 LFLF法（

59、法（Ladle FurnaceLadle Furnace）是于）是于19711971年在日本特殊钢（现大年在日本特殊钢（现大同特殊钢）大森厂开发出来的。同特殊钢）大森厂开发出来的。LFLF法是在法是在ASEA-SKFASEA-SKF法和法和VADVAD法法的基础上改进而来的，它采用氩气搅拌，在大气压力下用石的基础上改进而来的，它采用氩气搅拌，在大气压力下用石墨电极埋弧加热，再加上白渣精炼技术组合而成。墨电极埋弧加热，再加上白渣精炼技术组合而成。LFLF法具有法具有用强还原性渣脱硫、脱氧，进而进行夹杂物控制和用电弧加用强还原性渣脱硫、脱氧，进而进行夹杂物控制和用电弧加热熔化铁合金，调整成分、温度

60、等功能。热熔化铁合金，调整成分、温度等功能。 LF由于设备简单，投资费用低，操作灵活和精炼效果好而由于设备简单，投资费用低，操作灵活和精炼效果好而成为钢包精炼的后起之秀，在冶金行业得到广泛的应用和发成为钢包精炼的后起之秀，在冶金行业得到广泛的应用和发展，在我国的炉外精炼设备中已占据主导地位。展，在我国的炉外精炼设备中已占据主导地位。3.2.3 LF3.2.3 LF法法作用作用: :最常用的精炼方法最常用的精炼方法取代电炉还原期取代电炉还原期解决了转炉冶炼优钢问题解决了转炉冶炼优钢问题具有加热及搅拌功能具有加热及搅拌功能脱氧、脱硫、合金化脱氧、脱硫、合金化 优点：优点：精炼功能强，适宜生产超低硫