炉外精炼及钢的浇注

1、8 8 钢水炉外精炼钢水炉外精炼 8.1 8.1 概述：概述： 炉外精炼是炉外精炼是2020世纪世纪6060年代以后发展起来的冶炼技术，其目的是将原年代以后发展起来的冶炼技术，其目的是将原本在转炉、电炉、平炉等炼钢主体设备中完成的任务，部分分解出来，本在转炉、电炉、平炉等炼钢主体设备中完成的任务，部分分解出来，放在炼钢后进行进一步的处理，并通过引入抽真空、吹气和喷粉技术，放在炼钢后进行进一步的处理，并通过引入抽真空、吹气和喷粉技术，实现钢中有害杂质实现钢中有害杂质( (如：如：S S、P P、C C、O)O)、有害气体（如：、有害气体（如：H H、N N）含量和非）含量和非金属夹杂物含量和形态

2、的控制，提高炼钢生产效率，降低冶炼成本。金属夹杂物含量和形态的控制，提高炼钢生产效率，降低冶炼成本。 根据要实现的主要目的，炉外精炼分为根据要实现的主要目的，炉外精炼分为真空处理真空处理、钢包精炼钢包精炼和和氩氧氩氧精炼精炼三大类：三大类： 真空处理：真空处理：在浇注前或浇注过程中，利用抽真空的方法，来去除钢中在浇注前或浇注过程中，利用抽真空的方法，来去除钢中 的气体和非金属夹杂物。的气体和非金属夹杂物。侧重于提高和改善钢的质量。侧重于提高和改善钢的质量。 钢包精炼：钢包精炼：在保证质量的同时，以提高产量和降低生产成本为目标。在保证质量的同时，以提高产量和降低生产成本为目标。 侧重于提高生产效

3、率、降低成本。侧重于提高生产效率、降低成本。 氩氧精炼：氩氧精炼：主要用于生产不锈钢。主要用于生产不锈钢。8 8 钢水炉外精炼钢水炉外精炼( (续续) )8.2 8.2 真空精炼真空精炼主要目的主要目的是去除钢中气体和非金属夹杂物。是去除钢中气体和非金属夹杂物。另外，对于未脱氧的钢水，还能进一步脱碳，生产低碳钢。另外，对于未脱氧的钢水，还能进一步脱碳，生产低碳钢。 真空处理的方法分类真空处理的方法分类：液面脱气液面脱气、钢流脱气钢流脱气、提升脱气提升脱气和和循环脱气循环脱气四种。四种。 1. 1. 液面脱气法：液面脱气法： 已被淘汰。已被淘汰。 2. 2. 钢流脱气法：钢流脱气法： 目前采用的

4、主要是：目前采用的主要是：倒包法倒包法、真空浇注法真空浇注法和和出钢过程脱气法出钢过程脱气法三种：三种： 原理：利用钢液流股在真空条件下的突然膨胀，散开成下落的滴状，原理：利用钢液流股在真空条件下的突然膨胀，散开成下落的滴状， 通过降低气体分压和增大脱气面积，实现钢中气体含量和非通过降低气体分压和增大脱气面积，实现钢中气体含量和非 金属夹杂物的进一步降低。金属夹杂物的进一步降低。 缺点：功能单一，结构复杂，劳动条件差，钢水温降大。缺点：功能单一，结构复杂，劳动条件差，钢水温降大。 3. 3. 真空提升脱气法（真空提升脱气法（DHDH法）：法）： P223 P223 图图13133 3 原理：利

5、用压力平衡，通过真空环境使钢液液面上升、真空室或钢原理：利用压力平衡，通过真空环境使钢液液面上升、真空室或钢 包的升降运动中的位置变化，促使真空室钢液不断更新，实包的升降运动中的位置变化，促使真空室钢液不断更新，实 现脱气的目的现脱气的目的8 8 钢水炉外精炼钢水炉外精炼( (续续) ) 3. 3. 真空提升脱气法（真空提升脱气法（DHDH法）：法）： 续续 特点：真空室内钢液剧烈沸腾，脱气表面积大，脱气效果好；特点：真空室内钢液剧烈沸腾，脱气表面积大，脱气效果好； 可使用燃料或电极对钢液加热；可使用燃料或电极对钢液加热； 处理过程可加入合金，合金元素收得率高；处理过程可加入合金，合金元素收得

6、率高； 较小的真空室就可处理较大量的钢液。较小的真空室就可处理较大量的钢液。 4. 4. 循环脱气法（循环脱气法（RHRH法）：法）： （P223 P223 图图13134 4） 原理：原理：钢液在真空脱气室进行脱气，脱气室下端有钢水上升管钢液在真空脱气室进行脱气，脱气室下端有钢水上升管 和下降管，从上升管旁导入驱动气体和下降管，从上升管旁导入驱动气体( (ArAr) )驱动钢液循环驱动钢液循环 RHRH法的优点：法的优点： 脱气效果好，脱气效果好，HH可降至可降至1 13 3ppmppm； 钢水温降小，一般只下降钢水温降小，一般只下降30308080； 适用范围大，同一设备能处理不同容量的钢

7、水；适用范围大，同一设备能处理不同容量的钢水； RHRH法发展很快，国内应用最广泛的一种脱气方法。法发展很快，国内应用最广泛的一种脱气方法。8 8 钢水炉外精炼钢水炉外精炼( (续续) )8.3 8.3 钢包精炼钢包精炼 发展钢包精炼的主要是提高生产率，降低成本。方法很多，比较发展钢包精炼的主要是提高生产率，降低成本。方法很多，比较有代表性的为：有代表性的为：钢包真空脱气法钢包真空脱气法、真空吹氧脱气法真空吹氧脱气法、钢包炉精炼法钢包炉精炼法等。等。 1.1.钢包真空脱气法钢包真空脱气法(ASEA-SKF(ASEA-SKF法法) ) （P224 P224 图图13135 5） 19851985

8、年，瑞典年，瑞典ASEAASEA与与SKFSKF公司联合研究发明的。公司联合研究发明的。 生产流程：生产流程： 电炉出钢电磁搅拌器除掉初渣造新渣电炉出钢电磁搅拌器除掉初渣造新渣 真空脱气处理加合金浇注真空脱气处理加合金浇注 处理时间：处理时间：1.5-31.5-3小时。小时。 优点：优点：可电弧加热、电磁搅拌，钢水脱气时间不受限制；可电弧加热、电磁搅拌，钢水脱气时间不受限制； 可进行脱硫、脱氧、调整成分和温度，提高钢水质量；可进行脱硫、脱氧、调整成分和温度，提高钢水质量； 提高电炉的生产率，电炉一般只用于熔化废钢；提高电炉的生产率，电炉一般只用于熔化废钢； 可扩大品种、降低生产成本和电耗。可扩

9、大品种、降低生产成本和电耗。8 8 钢水炉外精炼钢水炉外精炼( (续续) )8.3 8.3 钢包精炼钢包精炼 ( (续续) ) 1. 1. 钢包真空脱气法钢包真空脱气法(ASEA-SKF(ASEA-SKF法法) ) （续）（续） 缺点：缺点：设备较复杂，维修困难，精炼时间较长，耐火材料消耗高。设备较复杂，维修困难，精炼时间较长，耐火材料消耗高。 2. 2. 真空吹氧脱气法真空吹氧脱气法(VOD(VOD法法) ) （P225 P225 图图13136 6） 钢包放置在真空室内，吹氧管由真空室顶盖处插入向钢包吹氧，钢钢包放置在真空室内，吹氧管由真空室顶盖处插入向钢包吹氧，钢 包底部吹入氩气实现搅拌

10、。包底部吹入氩气实现搅拌。 3. 3. 钢包炉精炼法钢包炉精炼法(LF(LF法法) ) （P225 P225 图图13137 7）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；特点：不用真空，采用电弧加热、底部吹氩搅拌、炉渣精炼技术。特点：不用真空，采用电弧加热、底部吹氩搅拌、炉渣精炼技术。 具有冶炼功能，脱气效果好，钢水成分、温度均匀。具有冶炼功能，脱气效果好，钢水成分、温度均匀。8 8 钢水炉外精炼钢水炉外精炼( (续续) ) 8.4 8.4

11、 氩氧精炼（氩氧精炼（AODAOD法）法） P226 P226 图图13139 9 通过向炉内吹入氩气和氧气的混合气体，实现不锈钢生产过程的脱通过向炉内吹入氩气和氧气的混合气体，实现不锈钢生产过程的脱 碳保铬的目标。碳保铬的目标。 氧气用于脱碳，而氩气用于稀释气体，降低环境中氧气用于脱碳，而氩气用于稀释气体，降低环境中COCO分压，促进脱分压，促进脱碳反应的进行。碳反应的进行。 工艺过程：工艺过程：电炉熔化的钢液电炉熔化的钢液扒渣扒渣钢包钢包AODAOD炉精炼炉精炼加入合金加入合金出钢出钢 优点：优点：可使用价格较低的高碳铬铁等，碳、硅含量不受限制；可使用价格较低的高碳铬铁等，碳、硅含量不受限

12、制； 可大大提高电炉的生产效率；可大大提高电炉的生产效率； 不用真空，省去了复杂的真空系统及其设备；不用真空，省去了复杂的真空系统及其设备； 操作较简单、维护费用低；操作较简单、维护费用低； 冶炼不锈钢时，铬的回收率可达冶炼不锈钢时，铬的回收率可达9898； 钢质量好。钢质量好。 9 9 钢的浇注钢的浇注 就是把在炼钢炉中熔炼和炉外精炼所得到的合格钢水，就是把在炼钢炉中熔炼和炉外精炼所得到的合格钢水，经过盛钢桶及中间钢包等浇注设备，注入到一定形状和尺寸经过盛钢桶及中间钢包等浇注设备，注入到一定形状和尺寸的钢锭模或结晶器中，使之凝固成为钢锭或钢坯。的钢锭模或结晶器中，使之凝固成为钢锭或钢坯。 目

13、前采用的浇注方法目前采用的浇注方法，有，有模铸法模铸法和和连铸法连铸法两种。两种。 模铸法模铸法：是传统的铸锭方法，产品为钢锭，是传统的铸锭方法，产品为钢锭， 已有百多年的历史，在我国仍占较重要的地位。已有百多年的历史，在我国仍占较重要的地位。 连续铸钢法：连续铸钢法：产品为铸坯产品为铸坯 是是5050年代发展起来的浇注方法，它能直接得到一定断面年代发展起来的浇注方法，它能直接得到一定断面形状的铸坯，大大简化了由钢液到钢坯的生产工艺和设备，形状的铸坯，大大简化了由钢液到钢坯的生产工艺和设备，并为炼钢生产的连续化、自动化创造了条件。并为炼钢生产的连续化、自动化创造了条件。9 9 钢的浇注钢的浇注

14、( (续续) )9 9.1 .1 模铸钢锭法工艺概述模铸钢锭法工艺概述 模铸法：模铸法：是将钢包内的钢水注入具有一定形状和尺寸的钢锭是将钢包内的钢水注入具有一定形状和尺寸的钢锭模中铸成钢锭的方法。钢锭还需经过初轧机轧制成钢坯，然模中铸成钢锭的方法。钢锭还需经过初轧机轧制成钢坯，然后再进一步轧制成各种钢材。后再进一步轧制成各种钢材。 9.1.1 9.1.1 铸锭方法和设备铸锭方法和设备 （1 1）铸锭方法：）铸锭方法： A. A. 坑铸坑铸和和车铸车铸： B. B. 上注法上注法和和下注法下注法： （2 2）铸锭设备：）铸锭设备： 主要包括：主要包括：盛钢桶盛钢桶、钢锭模钢锭模、保温帽保温帽、中

15、注管中注管和和底板底板等。等。 9 9 钢的浇注钢的浇注( (续续) )9.1.2 9.1.2 铸锭工艺铸锭工艺 （自学）（自学） 铸锭工艺流程由生产准备、浇注钢锭和钢锭处理三个步骤组成。铸锭工艺流程由生产准备、浇注钢锭和钢锭处理三个步骤组成。 (1). (1). 生产准备生产准备: : 清理干净并烘烤盛钢桶，检查水口和塞棒等机构；检查底板与中注管清理干净并烘烤盛钢桶，检查水口和塞棒等机构；检查底板与中注管是否平整、严密，汤道砖内有无杂物；钢模有无严重裂纹，钢模摆放位置是否平整、严密，汤道砖内有无杂物；钢模有无严重裂纹，钢模摆放位置正确且平稳；安装好保温帽或挂板等。正确且平稳；安装好保温帽或挂

16、板等。9 9 钢的浇注钢的浇注( (续续) )(2). (2). 钢锭的浇注。钢锭的浇注。 A. A. 进行钢锭浇注应首先使钢液镇静，一般为进行钢锭浇注应首先使钢液镇静，一般为5 51010minmin。 镇静的作用：镇静的作用： 钢液的脱氧和合金化完全，成分进一步均匀；钢液的脱氧和合金化完全，成分进一步均匀； 脱氧产物和其它外来夹杂物充分上浮排除，以纯净钢质；脱氧产物和其它外来夹杂物充分上浮排除，以纯净钢质； 均匀温度，出钢温度过高时，则可适当延长镇静时间，以降低浇注温度。均匀温度，出钢温度过高时，则可适当延长镇静时间，以降低浇注温度。 B. B. 注温和注速：注温和注速： 浇注温度和浇注速

17、度是浇注工艺的两个基本参数，应严格加以控制浇注温度和浇注速度是浇注工艺的两个基本参数，应严格加以控制。 C. C. 保护浇注：保护浇注： 目的：防止二次氧化和从空气中吸收氢、氮等。目的：防止二次氧化和从空气中吸收氢、氮等。 保护浇注分类：保护浇注分类：有渣有渣和和无渣保护无渣保护。 有渣有渣固体和液体渣；固体和液体渣； 无渣无渣可燃材料和气体保护可燃材料和气体保护 9 9 钢的浇注钢的浇注( (续续) )D. D. 浇注操作：不同的钢种，其操作方法亦不相同。浇注操作：不同的钢种，其操作方法亦不相同。 镇静钢：镇静钢：脱氧完全的钢液。出钢时加入硅铁、铝等强脱氧剂处理，脱氧完全的钢液。出钢时加入硅

18、铁、铝等强脱氧剂处理， 含氧量为：含氧量为：0.00150.00150.008%0.008%。 沸腾钢：沸腾钢：脱氧不完全的钢液。加入锰铁等弱脱氧剂处理，脱氧不完全的钢液。加入锰铁等弱脱氧剂处理， 含氧量为：含氧量为： 0.0150.0150.045%0.045%。 半镇静钢：半镇静钢：脱氧效果介于镇静钢和沸腾钢之间，脱氧效果介于镇静钢和沸腾钢之间， 含氧量为：含氧量为：0.0040.0040.02%0.02% (3). (3). 钢锭处理钢锭处理 钢锭的冷却和退火、精整等工序。钢锭的冷却和退火、精整等工序。 钢锭的冷却：模冷、坑冷和热送。钢锭的冷却：模冷、坑冷和热送。 模冷：钢锭在钢锭模内冷

19、却到模冷：钢锭在钢锭模内冷却到400400以下，再脱模。以下，再脱模。 坑冷：钢锭在钢锭模内冷却到高于坑冷：钢锭在钢锭模内冷却到高于700700脱模，放在缓冷坑内加盖缓冷，脱模，放在缓冷坑内加盖缓冷， 低于低于300300后出坑。后出坑。 热送：高于热送：高于700700脱模，并送到加热炉加热，准备轧制。脱模，并送到加热炉加热，准备轧制。 钢锭的退火：目的钢锭的退火：目的消除内应力，降低钢锭表面硬度，均匀组织和消除内应力，降低钢锭表面硬度，均匀组织和 成分。成分。 钢锭的精整：目的钢锭的精整：目的去除钢锭表面缺陷。去除钢锭表面缺陷。 9 9 钢的浇注钢的浇注( (续续) )9 9.2 .2 连

20、续铸钢连续铸钢 连续铸钢是近连续铸钢是近3030年间发展起来的新技术。年间发展起来的新技术。 可将钢液连续地铸成钢坯，不经过初轧，直接送轧钢车间轧制成钢材。可将钢液连续地铸成钢坯，不经过初轧，直接送轧钢车间轧制成钢材。 9 9 钢的浇注钢的浇注( (续续) ) 连续铸钢是近连续铸钢是近3030年间发展起来的新技术。年间发展起来的新技术。 可将钢液连续地铸成钢坯，不经过初轧，直接送轧钢车间轧制成钢材。可将钢液连续地铸成钢坯，不经过初轧，直接送轧钢车间轧制成钢材。优点优点 钢液经连铸机可直接得到一定断面形状的铸坯，大为简化生产工艺和设备；钢液经连铸机可直接得到一定断面形状的铸坯，大为简化生产工艺和

21、设备； 铸坯切头率比钢锭少，金属收得率可提高铸坯切头率比钢锭少，金属收得率可提高7 71212。 省去了脱模、整模、铸锭等一系列工序。省去了脱模、整模、铸锭等一系列工序。 铸坯内部组织均匀、致密，偏析少，性能稳定，表面缺陷也少。铸坯内部组织均匀、致密，偏析少，性能稳定，表面缺陷也少。 可降低能耗。每吨连铸坯的综合能耗约可减少可降低能耗。每吨连铸坯的综合能耗约可减少130130公斤标准煤。公斤标准煤。 另外，劳动生产率可提高另外，劳动生产率可提高2020以上。以上。缺点：缺点： 连铸设备较复杂，对管理和操作的技术水平要求较高，对耐火材料连铸设备较复杂，对管理和操作的技术水平要求较高，对耐火材料

22、质量的要求也较高。同时，沸腾钢、高合金钢的连铸还有一定困难。质量的要求也较高。同时，沸腾钢、高合金钢的连铸还有一定困难。 9 9 钢的浇注钢的浇注( (续续) )9.2.1 9.2.1 连铸机种类连铸机种类 主要有：立式、力弯式、弧形式、椭圆形式、直式。主要有：立式、力弯式、弧形式、椭圆形式、直式。 主要钢种为：碳素钢、低铝镇静钢；主要钢种为：碳素钢、低铝镇静钢；9.2.2 9.2.2 连铸设备连铸设备 连铸机由下列几个主要部分组成的：连铸机由下列几个主要部分组成的： 浇注设备浇注设备、结晶器结晶器、二次冷却装置（二冷区）二次冷却装置（二冷区）、拉坯矫直装置拉坯矫直装置、 铸坯切割装置铸坯切割

23、装置及及运输辊道运输辊道等。等。(1). (1). 浇注设备浇注设备: : 包括：包括：钢包钢包、钢包回转台钢包回转台与与中间包中间包： 钢包回转台钢包回转台：是为了方便而迅速地调换钢包，实现多炉连铸，包安放在：是为了方便而迅速地调换钢包，实现多炉连铸，包安放在 钢包回转台上进行浇注。钢包回转台上进行浇注。 中间包中间包：其作用是贮存一部分经盛钢桶流入的钢水，减小钢水注入结晶：其作用是贮存一部分经盛钢桶流入的钢水，减小钢水注入结晶 器的冲击力，稳定钢流和分流。器的冲击力，稳定钢流和分流。 中间包中的钢液经包下的长水口注入结晶器。中间包中的钢液经包下的长水口注入结晶器。8 8 钢的浇注钢的浇注(

24、 (续续) )(2). (2). 结晶器：是个无底水冷套，是连铸机的最重要部件。结晶器：是个无底水冷套，是连铸机的最重要部件。 主要作用主要作用：规定铸坯形状；强制钢液迅速冷却，并形成具有足够强度：规定铸坯形状；强制钢液迅速冷却，并形成具有足够强度 和厚度较均匀的坯壳。和厚度较均匀的坯壳。 整个结晶器安装在能以一定频率作往复运动的框架上，目的是使结晶整个结晶器安装在能以一定频率作往复运动的框架上，目的是使结晶 器能按一定轨道作上下往复运动，以减轻拉坯阻力，避免初生坯壳与器能按一定轨道作上下往复运动，以减轻拉坯阻力，避免初生坯壳与 结晶器粘连而造成坯壳拉裂。结晶器粘连而造成坯壳拉裂。(3). (3). 二次冷却装置：二次冷却装置： 铸坯从结晶器内拉出后，坯壳厚度仅铸坯从结晶器内拉出后，坯壳厚度仅101025mm25mm，而中心部分仍是高温液体。，而中心部分仍是高温液体。 为了使铸坯继续凝固，在结晶器下口到拉矫机之间，设置较长一段喷水冷为了使铸坯继续凝固，在结晶器下口到拉矫机之间，设置较长一段喷水冷 却区，称为二次冷却区。却区，称为二次冷却区。二次冷却喷水带走的热量约占钢水在整个连铸过二次冷却喷水带走的热量约占钢水在整个连铸过 程失去热量程失去热量5050左右左右。因此，二冷区的冷却情况对铸坯表