炉外精炼工艺

1炉外精炼的产生半世纪以来迅速发展的钢铁冶金重要技术；提高生产率的需要；提高钢质量的需要；满足不同钢种的特殊要求。炉外精炼发展历程20世纪30－40年代，合成渣洗、真空模铸50年代，大功率蒸汽喷射泵技术的突破，发明了钢包提升脱气法(DH)及循环脱气法(RH)60－70年代，高质量钢种的要求，产生了各种精炼方法80－90年代，连铸的发展，连铸坯对质量的要求及炼钢炉与连铸的衔接21世纪，更高节奏及超级钢的生产。炉外精炼的内容脱氧、脱硫去气、去除夹杂调整钢液成分及温度2炉外精炼的手段渣洗最简单的精炼手段；真空目前应用的高质量钢的精炼手段；搅拌最基本的精炼手段；喷吹将反应剂直接加入熔体的手段；调温加热是调节温度的一项常用手段。合成渣洗根据要求将各种渣料配置成满足某种冶金功能的合成炉渣；通过在专门的炼渣炉中熔炼，出钢时钢液与炉渣混合，实现脱硫及脱氧去夹杂功能；不能去除钢中气体；必须将原炉渣去除；同炉渣洗、异炉渣洗。真空处理脱气的主要方法提高真空度可将钢中C、H、O降低；日本真空技术，真空度到1torr；C10ppm,H1ppm,O5ppm中国真空技术，真空度到1torr；C20ppm,H1ppm，O15ppm。新开发了脱硫功能：KTB代表性装置：RH、VD、VOD。喷吹技术喷吹实现脱碳、脱硫、脱氧、合金化、控制夹杂物形态；单一气体喷吹VOD；混合气体喷吹AOD；粉气流的喷吹TN；固体物加入喂线。升温工艺提高生产率的需要；升温装置：LF加热CAS化学加热。3主要的精炼工艺LF(LadleFurnaceprocess)；AOD(Argon-oxygendecaburizitionprocess);VOD(Vacuumoxygendecreaseprocess);RH(RuhrstahlHeraeusprocess);CAS-OB(Compositionadjustmentsbysealedargon-oxygenblowingprocess)；喂线(Insertthread)；钢包吹氩搅拌(Ladleargonstirring)；喷粉(powderinjection)。3.1LF炉最常用的精炼方法取代电炉还原期解决了转炉冶炼优钢问题具有加热及搅拌功能脱氧、脱硫、合金化LF炉精炼原理1-电极；2-合金料斗；3-透气砖；4-滑动水口1-电极；2-合金料斗；3-透气砖；4-滑动水口精炼功能强，适宜生产超低硫、超低氧钢；具备电弧加热功能，热效率高，升温幅度大，温度控制精度高；具备搅拌和合金化功能，易于实现窄成分控制，提高产品的稳定性；采用渣钢精炼工艺，精炼成本较低；设备简单，投资较少。工艺优点LF炉生产流程常规LF炉工艺操作电炉EBT出钢，出钢过程加合金、加渣料(石灰、萤石等2%)，底吹氩、通电升温、化渣，10分钟取样分析，加渣料(1％)，测温取样，加合金看脱氧，准备出钢。一般30－50分钟，电耗50－80kwh/t；现代转炉、电炉与连铸联系的纽带。3.2AOD炉目的：主要是冶炼高质量的不锈钢(C20ppm,S,P50ppm)使用更廉价的原料(采用高碳铬代低碳铬)；使用情况：60－70％的不锈钢产量；我国太钢有国内第一台AOD;不锈钢的冶炼方法电炉；电炉或转炉＋AOD；电炉或转炉＋VOD.AOD工艺过程炉料：废钢、不锈钢返回料、高碳铬铁、高碳镍铁吹炼过程温度及氩氧比的控制分不同温度及碳含量控制吹炼氩氧比:O2：Ar=4:1(3:1)，C下降为0.2%、T＝1680℃；O2：Ar=2:1，C下降为0.1%、T＝1700℃；O2：Ar=1:2，C下降为0.02%、T＝1730℃；O2：Ar=1:3，C下降为0.01%、T＝1750℃；3.3VD/VOD炉VD的功能仅是真空加搅拌，VOD是Vacuumandstirandinjectionoxygen；VD主要应用于轴承钢脱氧；VOD主要用于不锈钢冶炼；VD/VODVD工艺轴承钢最重要的性能指标是疲劳寿命。影响轴承钢寿命的重要指标是钢中氧含量，钢中[O]控制在10ppm为好。最好水平[O]＝3－5ppm。国内10ppm左右。控制钢中非金属夹杂物和碳化物级别。GCr15是最常用轴承钢：%C：0.95-1.05%Mn:0.9-1.20%Si:0.40-0.65%Cr:1.30-1.65S,P0.020以轴承钢冶炼为例冶炼工艺：UHP＋LF+VD（或RH）+CC：LF出钢后，扒渣（倒渣）2/3，渣层厚度应保持40－70mm，扒渣时间3min。扒渣完毕LF钢包入VD处理工位，接通氩气，调节流量50－80NL/min，同时测温、取样，加入硅石2kg/mm，调整炉渣碱度R=1.2－1.5。测温、取样后VD加盖密封，抽真空。真空泵启动期间，调整氩气流量保持30－40NL/min。VD工艺以轴承钢冶炼为例真空保持时间：真空启动后，工作压力达到67Pa时，保持时间≥15min。真空保持期间调整氩气流量70NL/min左右，并通过观察孔观察钢水沸腾情况，及时调整，保持均匀沸腾。终脱氧后解除真空、开盖、测温，软吹15－25min，氩气流量70-100NL/min左右，控制渣面微动为宜。软吹结束后，测温、取样，加保温剂出钢，出钢温度1530－1540℃。VD工艺以轴承钢冶炼为例VOD工艺初炼炉将碳控制在0.2－0.5％，P0.03%以下；钢液温度为1630℃；初炼炉除渣后，将VOD钢包吊入真空室，接底吹氩，开始抽真空，此时温度1550-1580℃;当真空度达到13－20kpa时，开始吹氧脱碳；碳含量降低的同时，提高真空度，保铬不氧化；当碳合格时，停止吹氧，加大真空到100Pa以下，并加大搅拌，进一步脱碳，钢液温度达到1670－1750℃；加合金、微调成分、加铝吹氩搅拌几分钟后，破真空浇铸。以冶炼超低碳不锈钢为例3.4RH真空精炼Ruhrstahl公司和Heraeus公司1957年开发的。也称钢液循环脱气法，将钢液提升到一容器内处理。主要冶炼高质量产品，如轴承钢、LF钢、硅钢、不锈钢、齿轮钢等。国内RH设备主要依靠进口。RH工艺特点①反应速度快，表观脱碳速度常数kC可达到3.5min-1。处理周期短，生产效率高，常与转炉配套使用。②反应效率高，钢水直接在真空室内进行反应，可生产H≤0.5×10-6，N≤25×10-6，C≤10×10-6的超纯净钢。③可进行吹氧脱碳和二次燃烧进行热补偿，减少处理温降；④可进行喷粉脱硫，生产[S]≤5×10-6的超低硫钢。RH工艺参数处理容量：大炉子比小炉子好(50t以上)；处理时间：钢包在真空位的停留时间τ；τ＝Tc/VtTc允许温降，Vt平均温降℃/min；循环因数：C＝ω(t/min).t(min)/Q(ton)ω循环流量、t脱气时间、Q处理容量循环流量ω：主要由上升管与驱动气体流量决定；真空度：60－100pa；抽气能力。RH真空工艺过程出钢后，钢包测温取样；下降真空室，插入深度为150-200mm；起动真空泵，一根插入管输入驱动气体；当真空室的压力降到26－10kpa后，循环加剧；钢水上升速度为5m/s、下降速度为1－2m/s；气泡在钢液中将气体及夹杂带出。RH的发展-OB(OxygenBlowing)，真空室下部吹氧-KTB(KawasakiTopBlowing)日本川崎，顶吹氧-PB(PowderBlowing)，真空室下部喷粉脱P、S。3.5CAS、CAS－OB精炼工艺工艺优点：钢液升温和精确控制钢水温度促进夹杂物上浮，提高钢水纯净度精确控制钢液成分，实现窄成分控制均匀钢水成分和温度与喂线配合，可进行夹杂物的变性处理冶炼节奏快，适合转炉的冶炼节奏。CAS和CAS-OBO2CAS－OB的冶炼效果加热；升温速度5－6℃/min；钢液成分：吹氧前后变化不大；钢水洁净度：[O]基本不变，可降低[N]含量。3.6喷粉工艺效果最好投资及使用成本最低也是最不好掌握的技术；可脱硫、脱磷、合金化、夹杂变性；工艺参数：喷枪插入深度；h=H(钢液深)-hc(喷入深)；喷吹压力：大于钢液、炉渣及大气压；喷吹时间：喷粉设备及钢液容纳粉剂的能力；供料速度：设备能力及钢液化学反应速度；载气能力与粉气比。喷粉设备4典型精炼设备的功能冶金效果典型精炼方法达到的洁净度5洁净钢(puritysteel)60年代：[S]+[P]+[N]+[O]+[H]900ppm；70年代：[S]+[P]+[N]+[O]+[H]800ppm；80年代：[S]+[P]+[N]+[O]+[H]600ppm；90年代：[S]+[P]+[N]+[O]+[H]100ppm；2000年代：[S]+[P]+[N]+[O]+[H]50ppm。洁净钢除[S]+[P]+[N]+[O]+[H]五大元素外，随废钢量的增加。还包括Cu、Zr、Sn、Bi、Pb等伴生元素。洁净钢是一个相对概念某一杂质含量降低到什么水平决定于钢种和产品用途不同的年代，对洁净钢有不同的要求有害元素降低程度决定于装备和工艺现代化水平。高附加值产品对洁净度的要求是：T[O]要低20ppm；夹杂物数量要少；夹杂物尺寸要小50μm；夹杂物形态要合适。洁净钢的定义洁净钢生产技术初炼炉低氧钢精炼技术出钢炉渣改质与预脱硫工艺出钢挡渣技术与下渣检测渣洗精炼工艺夹杂物改性技术Ca处理技术超低碳钢冶炼技术低N钢冶炼技术夹杂物控制技术钢水保护技术无缺陷连铸坯生产工艺连铸坯表面质量的控制大型夹杂物的控制转炉洁净钢生产工艺电炉洁净钢生产工艺