120t区域精炼工艺3-16详解

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适当的Al2O3含量：在渣中的Al2O3含量低于30% 时，增加其含量，可以增加渣的流动性，改善动力 学条件，但是Al2O3含量过高，不利于夹杂物的吸附。 低氧势：(FeO+MnO+Cr2O3)含量一般应控制在 2.0%以下，以保证脱氧、脱硫效果。 CaF2：萤石有利于化渣，但是对包衬的侵蚀严重， 因此应尽量减少其用量。 MgO：渣中的MgO含量增加，有利于提高钢包寿 命，但是随着MgO含量的增加，渣子的流动性变差， 恶化了动力学条件。
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真空状态下，脱氢效果与以下因素有关： ☆初始含量：初始含量越低，达到最终含量的处理时间越短。 钢液中初始含量并不取决于大气中的氢分压，钢液中〔H〕 主要是空气中水蒸气和原材料中水分带入的。 ☆处理时间：处理时间越长，最终〔H〕含量越低，但是当 〔H〕含量降低到一定程度，随着处理时间的延长，最终 〔H〕含量变化不大。因为此时钢水静压力和传质速度是其 限制环节。 ☆真空度：真空度提高，气相中氢分压降低，有利于脱氢反 应。 ☆吹氩搅拌：通过吹氩搅拌，相应增加了气液反应界面；提 高了熔池内传质速度；氩气泡上浮时，溶解在钢中的〔H〕 会以原子的形式进入氩气泡，氩气泡相当于一个个微小的真 空室。 ☆表面活性元素：〔O〕、〔S〕等表面活性元素含量的降 低，有利于〔H〕原子通过气液界面。
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精炼渣的要求：
合适的成分 低的熔化温度 低氧势 合适的粘度 高碱度 适当的渣量
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要取得良好的精炼效果，控制好精炼渣的成分至关重要。 对于LF处理来说，主要要控制以下几个方面： 适当的高碱度：高碱度渣有利于脱氧、脱硫和吸附夹杂， 但是随着碱度的增加，渣的流动性降低 ，降低了精炼反应的 动力学条件。同时，由于高碱度的精炼渣会形成点状夹杂， 对轴承钢等钢种产生较大的影响，因此应根据实际需要控制 适当的碱度。 低SiO2含量：SiO2含量的增加，势必增加石灰的加入量， 造成消耗的增加和处理时间的延长，同时SiO2含量过高时， 在高温和低氧势的精炼处理过程中，易发生Si的还原，最终 影响成分的精确控制或造成成分出格。
LF炉利用白渣进行钢水精炼，实现钢水脱氧、脱硫，去除 夹杂，白渣精炼是LF炉工艺操作的核心，也是提高钢水纯 净度的重要保证。 目前LF精炼渣一般采用CaO-SiO2-Al2 O3 -MgO渣系 CaO主要来源于加入的石灰和初炼炉渣 SiO2和Al2O3主要来源于初炼炉渣、脱氧产物和耐火材料 以及造渣料。 MgO来源于初炼炉渣、钢包和炉盖耐火材料。
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5.喂线 喂线是通过喂线机将钙、铝、硅钙、钡系合金等制成的包芯 线或铝等金属线高速加入到钢液的方法。具有如下特点： ·合金收得率高； ·能解决特种合金的加入问题； ·避免合金加入时的吸氮； ·投资费用少，应用范围广，操作简便。 喂线技术可单独应用。也可应用到各种精炼方法中。目前各 种炉外精炼方法中都添加了喂线设施，并且以推广到中间包 喂线、结晶器喂线。 采用不同的包芯线、金属线，喂线技术可具有脱氧、脱硫、 夹杂物变性、防止水口堵塞等功能。
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LF炉主要设备

LF设备主要包括：加热电源、炉盖、电极 及控制装置、钢包车、钢包、除尘系统、 底吹搅拌装置、加料系统。
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LF的作用

提高生产能力 降低出钢温度 提高合金收得率 均匀钢水的成分和温度 精确控制钢水的成分和温度 协调炉机节奏 钢水的脱硫和脱氧 去除钢中的夹杂物以及夹杂物的变性处理
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•对于全氧来说，其去除速度主要取决于夹杂物的上浮速度和渣的吸 附能力。 1.搅拌时通过钢液的流动，促进夹杂物的碰撞、聚合，直径增大，利 于上浮； 2.在搅拌条件下，夹杂物与乳化渣碰撞，被渣滴吸附，随渣滴上浮排 除。由于吸附夹杂，渣滴本身也长大，上浮速度加快； 3.气体搅拌时，夹杂物吸附在气泡上，随气泡上升并排除。 4.由于Al2O3比硅化合物更容易通过碰撞、聚合长大，因此更易去除。
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3.真空 真空是炉外精炼中广泛采用的手段。真空对有气相参加，且 反应前后气相分子数不同的反应均产生影响，促使反应向生 成气相多的方向进行。 现在各种炉外精炼方法中，真空度通常有几十帕，对于钢液 脱气、碳脱氧、超低碳钢脱碳等反应均能起到作用。只要提 高真空度，并若辅以吹氩、脱碳反应或延长真空脱气时间， [H]含量可降到2ppm以下。 氮在钢水中传质慢，同时由于钢中固氮元素的影响，脱氮效 率低一些，一般在20~30%。
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4.喷吹 喷吹也称喷射，是将反应剂利用气流直接加入冶金 熔体中的一种炉外精炼方法。由于它简便、高效， 所以也经常作为一种精炼手段，组合到其他炉外精 炼方法中。 喷吹技术利用气体的搅拌作用增加了粉状精炼剂和 钢液的接触界面，显著改善冶金反应的动力学条件。 因此可以实现快速脱硫、脱磷、脱氧，提高合金收 得率，促使夹杂物变性等功能。 RH配备喷吹功能，可以进行深脱硫，生产超低硫钢。
一、炉外精炼采用的手段及其功能


1.渣洗 渣洗是能适量脱硫、脱氧、去夹杂、提高钢水纯净度的最 简便的精炼手段。早在二十世纪30年代就已开始应用。 渣洗工艺有一定的缺陷，如不能去除钢中气体，甚至可能 增氮和造成二次氧化。为增强钢渣反应界面，应使钢、渣 尽可能混匀、乳化，而为使乳化的合成渣尽可能上浮，又 需要足够的镇静时间。另外，渣洗效果精炼渣的性能影响 非常大。 尽管渣洗有上述缺陷，但由于其操作方便、简洁，与其他 精炼手段综合应用，可以有效的脱硫、脱氧和吸附夹杂。 应用渣洗的炉外精炼方法有CAS、LF、VD等。
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3.LF脱氧
沉淀脱氧 Al+O→Al2O3 扩散脱氧 Al+O2- →Al2O3 Al2O3+CaO→(CaO)x(Al2O3)y

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一般情况下，脱氧结束后Mn/Si要＞3，保证 生成的硅化物在钢水中以液态存在。 脱氧产物应有效的从熔池中上浮并被精炼渣 所吸附。 自由氧含量比全氧含量更易降低。 精炼渣的特性能满足脱氧的要求。
Fra Baidu bibliotek
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2.搅拌 搅拌是绝大部分炉外精炼方法都采用的基本手段。 冶金反应的速率与钢液被搅动的程度有关，因为搅拌可以扩大反应界面， 加快传质，改善动力学条件，从而提高钢—渣—气的反应速度。炉外精 炼方法，除了要创造最佳的热力学条件外，还必须提供最佳的动力学条 件，因此搅拌几乎成为各种炉外精炼的必选。 搅拌作为一种炉外精炼手段，搅拌强度、持续时间应当可以按精炼要求 控制。 较早出现的搅拌方法，是利用钢液本身的位能，依靠钢液的冲击，促使 钢水搅动。 真空碳氧反应产生的CO气泡产生熔池搅拌，但搅拌强度较弱，持续的时 间也不可能太长，精确控制也比较困难。 RH、DH等方法利用压差造成部分钢水位能差异，利用钢液回流搅动熔 池，是一种简便可行的办法。 单纯的搅拌可以均匀成分、温度，促进夹杂物聚合、上浮。

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VD精炼工艺
1.真空脱气 一般来讲，脱气过程可分为三个环节： 由液相向气—液界面传质； 在气—液界面上的化学反应； 由气—液界面向气相传质。
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在真空过程中，气—液界面的化学反应十分迅速；由于气 相的分压很低，由气—液界面向气相传质的速度液很快。所 以液相传质是钢液脱气中的限制性环节。 当钢液中存在CO或Ar气泡时，产生脱气反应。这些气泡 中氢、氮的分压接近于零，在气液界面处产生[H]＝1/2H2和 [N]＝1/2N2的反应，H2和N2进入CO或Ar气泡，随之上浮排 除。CO或Ar气泡的数量越多，停留时间越长，脱气效果越 好。同时脱气速度与气体在钢中含量有关，气体含量少时， 脱气效果不明显。 真空条件下，气相分压大幅度减少，搅拌更加强烈，[H]、 [N]反应界面增大，提高了气—液间的传质系数 。
测温、取样、定氧
加渣料
预加热及补加渣料
合金微调
主加热
测温、取样、定氧
吹氩结束
钢水出站
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LF主要技术参数





公称容量：120t 最大钢水处理量：150t 最小钢水处理量：100t 电极电流密度（国产电极）：27A/cm2 电极直径：450mm 电极最大电流：45KA LF变压器功率（连续负载）：26MVA 最大升温速度：5℃/min
5.在精炼处理过程中，钢水被渣中的FeO、MnO以及大气中的氧二次 氧化。
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4.Ca处理
对于Al脱氧镇静钢，钢中夹杂物主要是固态Al2O3夹杂物，熔点高，
不易去除。通过向钢液中加入钙合金或高CaO渣料，将钢中固态的 Al2O3转变为液态的铝酸钙球形夹杂，易于从钢液中排除。残余的夹 杂物对钢材性能的影响也比固态Al2O3小。同时，含CaO很高的夹杂 物中S的平衡浓度很高，可以吸附大量的S，当其温度降低时，CaS 析出，生成复合夹杂物，该夹杂物为球形，熔点高，轧制时状态不 变形。 Ca处理必须在精炼处理结束后进行。 喂入Ca线的速度要适当。喂线速度受钢水温度、钢带厚度、熔池深 度等方面的影响，同时应考虑钢带表面钢水冷凝层厚度的影响。 控制生成低熔点的铝酸钙夹杂。 为了避免生产大量的CaS，应控制钢中的S含量。 喂入CaSi线后，将会还原Si、Mn等元素。
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三、VD工艺
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VD工艺流程
钢水到站 吹氩 测温、定氧、定氢 抽真空
保真空
破真空
测温、取样、定氧、定氢
喂线
吹氩结束
加保温剂
出站
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VD主要技术参数





真空泵抽真空能力：370kg/h（67Pa） 抽真空时间（无预排空条件下）：≤5min 工作真空度：67Pa 极限真空度：26.7Pa VD蒸汽消耗：12.1t/h 蒸汽温度：≥190℃ 蒸汽锅炉能力：19t/h 破真空时间：2min
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二、LF精炼工艺
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LF工艺流程

1.只经LF处理的钢水
到等待位
吹氩
到处理位
测温、取样、定氧
加渣料
预加热及补加渣料
合金微调
主加热
测温、取样、定氧
喂线
吹氩结束
加保温剂
钢水出站
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2.经LF/VD(RH)处理的钢水
到等待位
吹氩
到处理位
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加热工艺对精炼渣的要求

要求高碱度精炼渣。高碱度精炼渣的导电性能良好，电弧 稳定，一般要求碱度≥2。 确保埋弧加热，提高热电效率。 控制适当的渣层厚度，渣层过薄，无法保证埋弧加热，能 耗增加，同时对钢包内衬的侵蚀加剧；渣层过厚，用于渣 料消耗的能耗增加，同时由于电极被渣层包覆，电极区域 的温度过程，将会发生如下反应： CaO+3C→CaC2+CO 从而使电极消耗增加。一般情况下，控制渣层厚度为电弧 长度的2倍左右为宜。
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VD炉主要设备

VD炉主要设备有：真空罐、真空系统、真 空罐盖车、底吹系统、加料系统等。
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VD的作用
均匀钢水温度和钢水成分。 真空脱气。 协调转炉连铸生产节奏。 钢水深脱氧、脱硫。 去除钢水中夹杂。 夹杂物变性处理。 成分微调。
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5.吹氩搅拌工艺
均匀成分 均匀温度 扩散脱氧 脱硫 夹杂物去除

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吸气



LF处理过程中的吸气主要由于气体分子在电弧的 高温作用下，产生气体分子电离，同时在高温区 域气体的溶解度增加，易造成吸气。 由于在搅拌过程中造成钢水液面裸露，发生吸气 以及二次氧化现象。 处理时间越长，吸气越严重。 应保证埋弧加热，减少吸气量。
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LF精炼工艺
1.温度控制工艺 1.1埋弧加热：减少吸氮；提高加热效率。 1.2加热终了温度确定：TLF终了=T中+ΔT1+ΔT2 TLF终了-最后一次加热结束后的钢包钢水温度。 T中-中间包标准温度。 ΔT1-过程温降。 ΔT2-补偿温度。
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2.还原渣精炼工艺
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6.升温 加热是调节钢液温度的一项常用手段。 炉外精炼设备大多配备加热手段。 采用电弧加热的方法有LF等炉外精炼方 法，有些DH、RH的真空室内也设有电 阻加热。还采用化学热法升温，即利用 加铝（或碳、硅）吹氧氧化的化学热， 使钢液升温，如CAS—OB、RH—OB、 VOD等。