冶金工业概论炉外精炼

1主要内容一.概述二.RH、LF及VD法简介第1页/共29页第一页，共30页。21.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。第2页/共29页第二页，共30页。3

早期的炉外处理设备是钢包脱气，其目的在于减少钢中的[H]和[O]，由于钢包脱气法的使用，使轴承钢的寿命大为增加。德国于1956年发明了真空提升脱气法即DH法，莱茵钢铁冶金公司和海拉斯公司合作开发了真空循环脱气法即RH法，解决了传统炼钢方法难以解决的脱氧、脱氮等问题。发展第3页/共29页第三页，共30页。4

进入60年代后，为了提高钢水的炉外处理效果，扩大处理功能，使钢水有均匀的温度和成分，促使夹杂物上浮，瑞典研制出具有感应搅拌和电弧加热功能的ASEA—SKF精炼炉。

1965年，德国又研制成真空吹氧脱碳法即VOD法；1968年，美国研制成氩—氧精炼炉即AOD法。70年代初，日本研制成具有电弧加热、氩气搅拌功能的钢包精炼炉即LF炉。第4页/共29页第四页，共30页。5

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[O]由30ppm降到15ppm时，轴承钢的疲劳寿命增加5倍；降到10ppm，则提高15倍；降到5ppm，可提高30倍。由此可以看出，保证钢材有高的纯净度是提高内在质量的重要一环。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，没有炉外精炼，就无法保证钢材的高质量。第5页/共29页第五页，共30页。63.炉外精炼方法的共同特点①理想的精炼气氛条件，通常应用真空、惰性气氛或还原气氛；②搅动钢水，采用电磁力、惰性气体或机械搅拌的方法；③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。第6页/共29页第六页，共30页。7二.RH、LF及VD法简介RH法LF法VD法第7页/共29页第七页，共30页。81）RH的功能与特点

以小部分钢水进入真空环境，经受真空处理，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：①脱气效果好；②适用于大量的钢液处理；③处理过程温降小；④脱C能力强，适用于低碳钢的生产第8页/共29页第八页，共30页。92）生产过程模拟第9页/共29页第九页，共30页。10第10页/共29页第十页，共30页。113）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。第11页/共29页第十一页，共30页。124)RH的主要功能功能:①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15~20min,[H]＜2ppm.②脱N:N易形成N-化物,脱氮效率0~10%;③脱O:∑[O]0.002~0.005%④脱碳:对初始[C]有要求,处理15min,可使[C]＜0.002%;⑤脱S:效率50~75%;⑥减少非金属夹杂:改善钢水纯净度;⑦成分微调:合金元素控制精度为±0.003~0.010%第12页/共29页第十二页，共30页。132.LF法第13页/共29页第十三页，共30页。141)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[O]10-30ppm、[N]20ppm、[H]1.5-2.5ppm。第14页/共29页第十四页，共30页。152)LF工艺原理①脱氧②脱硫③去夹杂第15页/共29页第十五页，共30页。16①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。第16页/共29页第十六页，共30页。17②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:（FeS）+（CaO）=（FeO）+（CaS）条件:

高碱度、还原气氛、高温、大渣量第17页/共29页第十七页，共30页。18③去夹杂来源：脱氧产物、浇注及凝固反应产物，混入熔渣及耐材；危害：破坏钢的组织连续性；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第18页/共29页第十八页，共30页。193)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第19页/共29页第十九页，共30页。20⑦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。第20页/共29页第二十页，共30页。213.钢包真空脱气法（VD法）VD法第21页/共29页第二十一页，共30页。221)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：①有效的脱气，减少[H]、[N]；②脱氧，通过C+[O]=CO去除[O]；③通过碱性顶渣去[S]；④通过合金微调及吹Ar控制化学成分和温度；⑤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，[S]＜10ppm；[H]＜1.5-2ppm；[N]＜40ppm；[O]＜20ppm。第22页/共29页第二十二页，共30页。232)VD生产模拟工部全景生产模拟第23页/共29页第二十三页，共30页。243)VD生产工艺基本原理真空处理吹Ar制度第24页/共29页第二十四页，共30页。25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。第25页/共29页第二十五页，共30页。26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。第26页/共29页第二十六页，共30页。27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。第27页/共29页第二十七页，共30页。28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。第28页/共29页第二十八页，共30页。29感谢您的观看。第29页/共29页第二十九页，共30页。