第九章 炉外精炼

⑵ LF
LF是当代最主要的炉外精炼设备，以下工艺优点： ①精炼功能强，适宜生产超低硫、超低氧钢； ②具有电弧加热功能，热效率高，升温幅度大，温度控制精度
高等优点；
③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；
④采用渣钢精炼工艺，精炼成本低；
⑤设备简单，投资较少。
LF的精炼工艺主要有三个部分：

钢液从初炼炉出钢，倒入钢包中，将钢包炉吊入搅拌器内， 除掉初炼炉 渣，加造渣料换新渣，电弧加热，待新渣化好与钢液温度合适后，盖上真空盖 进行真空脱气处理，钢包炉自从吊入搅拌器内就开始了对钢液的电磁搅拌。真 空脱气后，通过斜槽漏斗加人合金调整钢液成分，最后将钢液加热到合适的温 度，然后将钢包吊出，直接浇注。整个精炼时间一般在1.5~3.0h之间完成。
优点：
⑴ 均匀钢水成分和温度，且控制快速、准确，操作方便； ⑵ 提高合金收得率，且稳定； ⑶ 净化钢液，去除夹杂物，连铸坯质量提高； ⑷ 基建、设备投资少．操作费用低。
⑵ CAS—OB 概念： 在CAS上增设顶吹吹氧枪和加铝九设备，通过溶人钢水内的铝
氧化发热，实现钢水升温，称为CAS—OB工艺。
RH法真空脱气原理
随着技术的进步，随后又开发出了RH-OB、 RH-KTB、 RHPB、 RH-PTB和RH-MFB等。
9.3.4 带有加热装置的炉外精炼
⑴ ASEA-SKF法

ASEA-SKF法是将加热、搅拌、真空等综合在一起的一种炉外精炼法。它是钢 液真空处理进一步发展的结果。
ASEA-SICF法的工艺流程：
① 因为是吹入气体进行精练，设备投资比VOD少2倍以上； ②工艺易掌握，易冶炼超低碳不锈钢； ③钢的质量高，与电炉相比，氢氧含量可分别降低25％～65％和 25％～30%，因是吹氩强搅拌，硫含量很低，可生产不大于 0.001%的超低硫不锈钢。
AOD炉体结构包括炉身和炉帽
炉身下部侧墙与炉体中心线成
⑵ 顶吹。吹氩喷枪插人钢包内的钢液中，在接近包低处将氩气
吹入钢液。
钢包吹氩精炼最常见的有CAS和CAS—OB两种。
⑴ CAS 采用强吹氩工艺将渣液面吹开后，将封闭的浸渍钟罩内迅速形 成氩气保护气氛，避免了钢水氧化的工艺称为CAS法，又称 SAB法。
特点：
⑴ 是除底部吹氩外．在钢包液面上加一沉入罩，罩内充有从钢液 中排出的或专门导人的氩气。 ⑵ 通过罩上方的加料口，可添加合成渣料和微调钢液成分用的合 金。
③ 合金微调与窄成分控制
合金微调与窄成分控制技术是保证钢材成分性能稳定的关键技术之 一，也是LF的重要冶金性能。
9.3.5 低碳钢的精炼
⑴ VOD(真空吹氧脱碳法)
工作原理：
它是将钢包放入真空罐内从顶部的氧枪向钢包内吹氧脱碳，同时从 钢包底部向上吹氩气搅拌。此方法适合生产超低碳不锈钢，达到保 铬去碳的目的，可与转炉配合使用(VODC转炉真空吹氧脱碳法)。 优点：

ASEA-SKF法的特点：
将炼钢过程分为两步：由初炼炉(如电炉、转炉)熔化钢铁料，调整 含碳量和温度;然后在钢包炉内，在电磁搅拌的条件下，进行电弧加热、
真空脱气、除渣和造新渣、脱硫、真空脱氧和脱碳、调整成分与温度，
最后吊出钢包进行浇注。

ASEA-SKF法的主要设备：
(1)钢包由非磁性材料制成，有滑动水口，可直接用于浇注； (2)电磁感应搅拌器使钢水产生搅拌作用；
一般为20°的倾斜角度，其目的 是为了有助于吹入气体沿侧墙上
升到炉口，减少气体对风枪上部
区域的严重侵蚀。 炉容比为1～0.7m3/t
炉膛的内形由圆台体的炉帽部分、炉体中部的圆柱体和下部 的倒置圆台体所组成。
AOD精炼效果
ห้องสมุดไป่ตู้
⑴ 气体。气体含量明显地低于电弧炉返回吹氧法冶炼的产品。 由于氢的降低，不锈钢针孔缺陷明显减少； ⑵ 夹杂。基本消除了大颗粒夹杂，细小夹杂也比电炉所炼的同 钢种要低。夹杂物主要是由钙硅酸盐组成，其颗粒细小，分布 均匀； ⑶ 脱硫。还原阶段，具有极为优越的脱硫条件。对于超低硫的 钢种，采用双渣法，可将钢中的硫脱到10×10-6以下； ⑷ 有害微量元素的去除。能够有效地去除诸如铅、铋、锑、锡 等有害的微量元素，一般都在10×10-6以下。
9.1 炉外精炼概述
概念：凡是在熔炼炉(如转炉、电炉)以外进行的，旨在进一步
扩大品种提高钢的质量、降低钢的成本所采用的冶金过程统称为
炉外精炼。也称为二次精炼
主要作用：
⑴ 提高质量扩大品种的主要手段； ⑵ 优化冶金生产流程，提高生产效率节能降耗降低成本主要方 法； ⑶ 炼钢—炉外精练—连铸—热装轧制工序衔接。
工作原理： 是在一个密闭、惰性、无渣的环境下，通过钢的氧化反应放热 使钢水升温，并在此惰性气氛下加入合金。
9.3.3 真空循环脱气法—RH
基本工作原理：
真空脱气设备由真空室和抽气装置组成，真空室下端有两根分别用 作上吸钢水和排放钢水的上升管和下降管，脱气处理时，将这两根管子 插入钢水中，通过真空室抽成真空，使钢水从两根管内上升到压差高度 约1. 5m，同时从上升管下部三分之一处吹入作为驱动气体的氮气，使上 升管内的钢水中充满气泡，氩气经高温钢水加热，加之钢中气体向Ar气 泡内扩散，使其体积迅速膨胀，膨胀的气泡使上升管内的钢水密度变小， 气泡带动钢水上升，当钢水进入真空室时，流速高达5m/s左右，氩气泡 在真空下突然膨胀，使钢水呈雨滴状喷起，从面大大增加了脱气表面积， 加速了钢液脱气过程，脱气后的钢水进入下降管，因其比重相对较大， 以1~2m/s的速度返回钢包中，如此周而复始多次循环.钢水顺次进入真 空室，在真空下完成脱气过程。
(3)真空炉顶及电气设备；
(4)电视—摄影及其他辅助设备如钢包移动装置，原料加入装置和集尘装置 等。
ASEA-SKF精炼炉示意图 (a) 固定式钢水包炉(精炼炉)；(b) 移动式钢水包护(精炼炉)

ASEA-SKF法的精炼效果：
(1)脱气实践表明，该法的脱氧、脱氢效果基本上和DH法、RH法相同。而在 脱氮方面的效果比较差。 (2)脱硫和去夹杂物由于造渣容易再加上强有力的搅拌，该法 的脱硫能力和去夹杂物的能力都很强。因此钢液十分洁净，从而使钢的力 学性能大大提高。 (3)钢液成分和温度控制钢液成分稳定而均匀，诸多元素都能 精确地控制在要求范围内，合金收得率几乎为100%，钢液温度能精确控制。
① 加热与温度控制 LF采用电弧加热，对钢水加热效率一般≥60％，高于电炉升温热效
率。吨钢水平均升温1℃耗电0.5～0.8kW· h。
LF升温速度可达到
3～5 ℃/min，采用埋弧泡沫技术．可减轻电弧的辐射热损失。采 用计算机动态控制终点温度，可保证终点温度的控制摆度不大于
±5 ℃ 。
② 白渣精炼工艺 LF利用白渣进行钢水精炼，实现钢水脱硫、脱氧，生产超低硫钢和低 氧钢。 白渣精炼的工艺要点是：
9.3.6 喷粉及特殊材料添加
WF(喂线法)
喂线技术是将合金芯线通过喂线机，用每分钟80~300m 速度插入钢液中，以达到脱氧、脱硫、合金微调和控制夹杂 物形态的目的。
钢液的熔点，为1400℃以下；具有较好的流性。
9.3.2 钢包吹氩精炼法
钢包内喷吹惰性气体(Ar气)搅拌工艺(底吹或顶吹法)，又称“钢包吹 氩”技术。其主要冶金功能是均匀钢水成分、温度、促进夹杂物上浮。
通常钢包吹氩的气体搅拌强度为0.003～0.01m3/(t· min)
作用： ⑴ 调温：主要是冷却钢液。
任务：
基本手段有： (1)渣洗； (2)真空；
⑴ 钢水成分和温度的均匀化 ⑵ 精确控制钢水成分和温度，
⑶ 脱氧脱硫脱磷脱碳；
⑷ 去除钢中气体(氢和氮)
(3)搅拌；
(4)加热；
⑸去除夹杂物及夹杂物形态控制。
(5)喷吹
9.2 炉外精炼方法分类
具体方法有30多种，各自侧重点不同，如：脱硫、脱碳、 脱氮、脱氧，减少非金屑夹杂物，改变夹杂物形态，均匀浇 铸温度和微调成分等。
实现了低碳不锈钢冶炼的必要的热力学和动力学的条件—高温、真
空、搅拌。
适用范围： 不锈钢、工业纯铁、精密合金、高温合金和合金结构钢的冶炼。
基本功能：
⑴吹氧、升温、脱碳保铬；
⑵脱气；
⑶造渣、脱氧、脱硫、去夹杂； ⑷合金化。
⑵ AOD(氩、氧混吹脱碳法)
AOD是一种冶炼高铬不锈钢的专用方法，其主要优点是：
⑵ 混匀：在钢包底部适当位置安放气体喷入口．可使钢包中的钢液产
生环流，用控制气体流量的方法来控制钢液的搅拌强度。 ⑶ 净化：上浮的氩气泡不仅能够吸收钢中的气体．还会黏附悬浮于钢
液中的夹杂．把这些黏附的夹杂带至钢液表面被渣层所吸收。
形式：
⑴ 底吹。是通过安装在钢包底部一定位置的透气砖(或其他形式 的喷口)，将包气入钢液。
9.3 几种常用的炉外精炼方法
9.3.1 渣洗 概念：在转炉或电弧炉出钢过程中通过钢液对合成渣的冲洗， 进一步提高钢质的一种炉外精炼方法。 目前转炉和电弧炉在出钢过程中普遍采用预熔渣渣洗。预熔渣
是指将石灰和铝矾土预先熔化，冷却破碎后直接用于炼钢生产。
渣洗过程没有固定的设备和装置。 作用：可以快速脱硫，能有效地脱氧和去除夹杂，减轻出钢过 程中二次氧化。 用于渣洗的合成渣一般为CaO—Al2O3渣系。其熔点低于被渣洗
第九章
炉外精炼
炉外精炼的必要性
现代科学技术的进步和工业的发展，对钢的质量（如钢的纯 净度）的要求越来越高；用普通炼钢炉（转炉、电炉）冶炼出来 的钢液已经难以满足其质量的要求：为了提高生产率，缩短冶炼
时间，也希望能把炼钢的一部分任务移到炉外去完成；另外，连
铸技术的发展，对钢液的成分、温度和气体的含量等也提出了严 格的要求。总之，几方面的因素迫使炼钢工作者寻求一种新的炼 钢工艺，于是就产生了炉外精炼方法。