炉外精炼教程
(六)炉外精炼
1、钢水脱氧 Al作脱氧剂：2Al+3[O]= Al2O3，兼有细化晶粒的作用 2、微合金化 通过钢包喂丝的方法来控制合金的加入量 如加B、Ti、Nb、V和Zr（在脱氧后加入） 3、夹杂物形态控制 用填充有CaSi粉的空心铝丝喂入钢水中，使团状的Al2O3变成球状的铝酸钙。 即可脱氧、细化晶粒，又可改善夹杂物的形态。
二、真空处理
真空处理：就是在浇注前或浇注过程中，利用抽真空的办法以降低钢水处理 容器中的气体压力，达到去除钢中气体和非金属夹杂物的目的 。 方法：液面脱气法 、钢流脱气法 、真空提升脱气法（DH法） 、 循环脱气法（RH法） 1、钢液脱气法（钢液真空滴流脱气法） 原理：将钢水注入真空室，由于压力急剧下降，使流股突然膨胀并散 开成一定角度以滴状降落，使脱气表面积大大增加，有利于气体逸出。 方法：倒包法、真空浇注法、出钢过程脱气法 缺点：钢水降温严重 措施：过热100℃
三、钢包精炼
真空脱气法是以提高钢的质量为主要目的发展起来的，钢包精炼法则 是在确保质量的同时，以提高生产效率和降低生产成本为目标发展起来的 . 以代替电炉的还原精炼（脱O、脱S、去夹杂及成分调整）。
钢包真空精炼法（ASEA-SKF） 真空吹氧脱碳法（VOD法） 钢包炉精炼法（LF法） VOD法适合精炼超低碳钢种及特殊钢 冶金反应动力学条件好，可适当补充 加热，防止温度降。
图13-6 VOD法示意图 1-氧枪；2-合金添加孔；3-氩气；4-抽气孔
四、氩氧精炼（氩气脱碳法。AOD法）
该方法是精炼不锈钢的一个有效方法。
1、原理：用Ar作为稀释气体以降低CO的分压， 使钢水中的碳优先氧化，抑制铬的氧化， 以达到脱碳保铬的目的。
2、生产不锈钢的过程： 电炉熔化（Cr、Ni调整） →调整温度1600~1650℃→扒渣脱硫 →出钢水至钢包 →AOD炉精炼（脱C、脱S、调整成分及温度）
炉外精炼
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； 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。
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)，将氩气吹入钢液。 ⑵ 顶吹。吹氩喷枪插入钢包内的钢液中，在接近包低 处将氩气吹入钢液。
最常见的有两种：CAS和CAS—OB。 ⑴ CAS 概念：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。
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。
任务 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)； ⑸去除夹杂物及夹杂物形态控制。
基本手段 (1) 渣洗；(合成渣渣洗) (2) 搅拌；(CAS钢包吹氩精炼) (3) 真空；(RH真空循环脱碳法) (4) 加热；(LF) (5) 喷吹。(WF喂丝法)
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。
幻灯片 12
特点： ⑴ 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。 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。
炉外精炼工艺流程及设备
炉外精炼工艺流程及设备下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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第3章(炉外精炼)PPT课件
2)按精炼的主要用途分类
2）桶炉，VAD（VHD）和LF具 备加热搅拌功能对温度控制灵活, 可去气、脱氧、去除夹杂和合金 化;
3）DH、RH,不同形式的流滴去 气法和真空吹Ar法,可脱除钢中气 体、氧和夹杂,但无加热设备,适 应于普通钢和中低合金钢的真空 脱气处理;
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4）同炉渣洗法主要用于电炉出 钢过程中对钢水脱S、脱O和去除 夹杂。
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。
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第四节 VD法精炼工艺
1) VD概述 2) VD生产模拟 3) VD生产工艺 4) VD相关设备
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4.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。
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第二节 RH法精炼工艺
RH 法
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危 害：
破坏钢的组织连续性， 从而降低钢的性能；
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
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4) LF生产工艺
供 电 制 度
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吹
造
氩
渣
制整
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①供电制度
初期低功率供电 造渣;泡沫渣造好后高 功率埋弧精炼;连续加 热10~15min后,停止加 热2~5min,使钢液温度 均匀,加热时间约 30min, 升 温 速 度 为 2-4 ℃ /min
炉外精炼教程
炉外精炼教程1.五种精炼手段（1）渣洗（2）真空（3）搅拌（4）加热（5）喷吹2.工业生产的挡渣技术（1）挡渣球（2）浮动塞挡渣（3）气动吹气挡渣塞（4）虹吸出钢口挡渣（5)偏心炉底出钢3.顶渣改质目的：（1）适当提高覆盖渣碱度；（2）降低覆盖渣氧化性；（3）改善覆盖渣的流动性；（4）适当提高夹杂物去除率。
方法：在转炉出钢过程中向钢包内加入改质剂，利用钢水的流动冲刷和搅拌作用促进钢—渣反应并快速生成覆盖渣。
4.合成渣有液态渣、固态渣和预熔渣。
根据液态合成渣炼制方式不同，渣洗工艺可分为异炉渣洗和同炉渣洗。
固态合成渣有机械混合体、烧结渣。
5.合成渣的物理化学性能：必须具有较高的碱度、高还原性、低熔点和良好的流动性；此外要具有合适的密度、扩散系数、表面张力和导电性等。
6.搅拌：气体搅拌、电磁搅拌、机械搅拌和重力引起的搅拌（如渣洗）等。
7.钢包吹氩的主要作用是什么？（简答题）(1)调温。
主要是冷却钢液。
对于开浇温度有比较严格要求的钢种或浇注方法，都可以利用吹氩将钢液温度降到规定的要求。
（2）混匀。
在钢包底部适当位置安放透气砖，氩气喷入可使钢包中的钢液产生环流，用控制氩气流量的方法控制钢液的搅拌程度。
（3）净化。
搅拌的钢液增加了钢中非金属夹杂物碰撞长大的机会。
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杂质，将黏附的夹杂物带至钢液表面而被渣层所吸收。
8.吹氩方式：顶吹、底吹。
9.影响钢包吹氩效果的主要因素：氩气耗量、吹氩压力、流量与吹氩时间及气泡大小等。
10.能量耗散速率（比搅拌功率）：单位时间内，向1t钢液提供的搅拌能量作为描述搅拌特征和质量的指标。
11.常用的加热方法主要是电弧加热，化学加热（化学热法）、燃料燃烧加热、电阻加热等12.燃料燃烧加热存在哪些不足？（1)由于燃烧的火焰是氧化性的，而炉外精炼时总是希望钢液处在还原性气氛下，这样钢液加热时，必然会使钢液和覆盖在钢液面上的精炼渣的氧势提高，不利于脱硫、脱氧这样一些精炼反应的进行。
炉外精炼各种方法
节流量50－80NL/min，同时测温、取样，加入 硅石2 kg/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。
CAS工艺操作过程
RH钢液循环脱气法
• 主要冶炼高质量产品，如轴承钢、LF钢、硅钢、 不锈钢、齿轮钢等。
• 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。
VD工艺
• 真空保持时间：真空启动后，工作压力达到67 Pa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。
拌,进一步脱碳, 钢液温度达到1670-1750之间. • 6.加合金,微调成分,加铝吹氩搅拌几分 后,破真空浇铸.
AOD炉
AOD炉 主要是冶炼高质量的不锈 钢(C<20ppm,S,P<50ppm)使用更廉 价的原料(采用高碳铬代替低碳铬) 60%-70%的不锈钢产量 炉料:废钢,不锈钢返回料,高碳铬 铁,高碳镍铁 吹炼过程就是温度及氩氧比的控制 T=1680 O2:Ar=4:1(3:1)C下降为0.2% T=1700 O2:Ar=2;1 C下降为0.1% T=1730 O2:Ar=1;2 C下降为0.02% T=1750 O2:Ar=1:3 C下降为0.001%
炉外精炼工艺与操作
任务4.1LF (V) 法炉外精炼工艺与操作
• 它可以与电弧炉配合, 取代电弧炉的还原期, 也可以与氧气转炉配合, 生产优质合金钢。同时, LF 还是连铸车间, 尤其是合金钢连铸车间不 可缺少的钢液成分、温度控制及生产节奏调整的设备。
• LF (V) 精炼法是钢包炉(Ladle Furnace) +真空(Vacuum) 的炉外精炼 法, 如图4 -3所示, 其是一种集电弧加热、气体搅拌、真空脱气、合成 渣精炼、喷吹精炼粉剂及添加合金元素等功能于一体的精炼法, 也称 多功能LF 法。
• ④检查无误后, 报告精炼炉炉长。 • (2) 精炼工精炼前的检查与准备。 • ①确认电极升降系统正常，三相电极长度能满足精炼需要，特别是
转炉开新炉及回炉钢水;检查电极接头处有无缝隙，如有缝隙，则吊 至电极接长装置并拧紧;检查电极头有无松动，若有松动，则把电极 头打掉;检查备用电极是否接长、数量是否足够。 • ②确认测温、定氧、取样装置工作正常，测温头、定氧头、取样器数 量足够。 • ③检查渣料、合金料、脱氧剂、增碳剂等是否充足，并确认合金成分。
• (12) 造还原渣: 炉渣化好后, 停电测温、取样, 调整吹Ar 强度。往钢包 中加铝粒或铝块, 按0.2 ~0.5 kg/ t 钢分批加入。根据渣样、钢样加石 灰或调渣剂、合金后送电。铝粒要求: wAl >99.0%, 粒度为0.5 ~1.0 mm。
• (13) 精炼时间的控制: 保证精炼时间32 min 以上, 钙处理后必须保证 软吹Ar 时间5 min以上, 钙样必须喂完钙线后软吹氩3 min 才取样。 钙铁线或硅钙线喂线速度控制在3.5 ~4.5 m/ s。
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任务4.1LF (V) 法炉外精炼工艺与操作
轴承钢炉外精炼
电炉生产轴承钢工艺流程
• 电炉熔炼废钢—EBT出钢倒入钢包(同时加渣料, 预脱氧和合金化)—钢包到加热工位—添加合成渣 —加热和吹氩搅拌并加入脱氧剂和合金—钢包到 真空工位脱气—浇铸成钢坯。
• 目前国内冶炼轴承钢主要采用EAF-LF-VD 工艺。
粗钢液碳含量对精பைடு நூலகம்质量的影响
钢液中的[C]和溶解氧 之间有如图关系
• 底吹氩压力控制在0. 2~ 0. 3 MPa。
VD真空脱气
• VD主要任务是真空去气（氢、氮）、真空下继续 脱氧、利用氩气搅拌去夹杂，一般脱氮不明显。 • 主要是氮和铝生成氮化物，在钢液中不易去除。
真空时间对钢中氧含量的影响
• 钢中总氧含量随着真空处理时间的延长而降低， 一段时将后，氧含量下降幅度减少, 脱氧效率逐渐 下降。
LF炉顶渣精炼渣基本功能
①深脱硫; ②脱氧; ③起泡埋弧; ④可去除钢中非金属夹杂物,净化钢液; ⑤防止钢液二次氧化和保温作用。
吹氩搅拌对质量的影响
• 底吹氩压力过大, 造成钢渣反应过分强烈和钢液对 钢包耐火材料冲刷严重,导致炉渣或耐火材料中的 氧化物和钛化物进入钢液而使钢中钛含量和氧活 度增加。 • 底吹氩压力过小, 使钢液温度和成分以及钢渣反应 都不均匀和充分, 钢液的脱氧及其产物也不能充分 上浮。
LF精炼渣
• 精炼渣有高碱度w(CaO/ w(SiO2 ) > 3) 和低碱度w (CaO) / w (SiO2 ) ≈2) 两类 • 高碱度渣具有硫容量大、精炼的钢含氧低的优点 ，可大量吸附Al2O3夹杂。
高碱度渣
• 渣w ( CaO) /w(SiO2 ) = 3.0～4.0碱度高,渣中w( TFe) ≤0.15 %氧化性很低,具有很高的脱硫能力,能 生产超低硫轴承钢,同时,高碱度渣的脱氧能力强, 可大量吸附Al2O3夹杂,使钢中基本找不到B 类夹杂 ,可控制钢中氧含量很低。但由于渣中CaO 含量高 ,容易被[Al ]还原生成D 类球状夹杂,对轴承钢的质 量危害甚大。因此,对钢中铝含量要严格控制,尽可 能避免D 类夹杂的生成。
钢铁冶金概论炉外精炼
钢铁冶金概论炉外精炼炉外精炼是现代钢铁冶金中一个非常重要的工艺阶段，它能够对已经经过高炉冶炼出来的熔融铁液进行进一步的处理和提纯，以得到更高品质的钢材。
本文将详细介绍炉外精炼的过程、方法以及其在钢铁冶金中的重要性。
炉外精炼的过程主要包括除氧、脱硫、还原剂控制等步骤。
首先是除氧过程，其目的是通过添加合适的除氧剂，将铁液中的氧气去除，以减少氧化和损耗。
通常使用的除氧剂有铝、硅及铝硅合金等。
除氧剂能与铁液中的氧气反应生成气体，如气体呈气泡状排出，并生成含铝或含硅的化合物，从而减少氧含量。
接下来是脱硫过程，铁液中的硫是一种有害的杂质，会导致钢材成品的脆化和性能下降。
因此，脱硫是炉外精炼过程中非常重要的一步。
常见的脱硫方法有氧化法和还原法。
氧化法主要是通过向铁液中添加氧化剂，使硫与氧化剂反应生成气体，如硫化氢，从而排出铁液中的硫。
还原法则是通过添加还原剂，通常是含碳的物质，使其与硫反应生成硫化物，再由硫化物降解和沉淀，从而实现脱硫目的。
此外，还需要对还原剂进行控制。
还原剂的控制是为了保持炉外精炼环境的还原性，从而有利于脱硫、除氧等反应的进行。
一般来说，还原剂的添加量应该合理，过多会导致过量还原，出现大量一氧化碳和游离碳的气体产生，而过少则会导致还原不充分，无法完全去除硫。
炉外精炼在钢铁冶金中的重要性不言而喻。
通过炉外精炼，可以进一步提高钢材的质量。
首先，炉外精炼可以去除铁液中的氧和硫等有害元素，减少钢材的夹杂物含量，提高了钢材的纯度和机械性能。
其次，炉外精炼还能调整钢液的成分，包括碳含量、合金元素含量等，使得钢材具有更好的性能和应用范围。
另外，炉外精炼中的控制参数对钢材的性能也有很大影响，合理地控制还原剂的添加量、操作温度、反应时间等，将会进一步提高钢材的质量。
总之，炉外精炼是现代钢铁冶金过程中一项非常重要的工艺阶段。
通过除氧、脱硫和还原剂控制等步骤，可以对铁液进行进一步的处理和提纯，最终得到高品质的钢材。
6.6钢铁冶金-炉外精炼
2 炉外处理的基本手段
二、真空
当反应生成物为气体时，通过减小反应体系的压力—抽 真空，可以使反应向着生成气态物质的方向移动。因此，在 真空下，钢液将进一步脱气、脱碳及脱氧。 向钢液中吹入氩气，从钢液中上浮的每个小气泡都相当 一个“小真空室”，气泡内的H2、N2及CO等分压接近于零， 钢中的[H]、[N]以及碳氧反应产物CO将向小气泡中扩散并 随之上浮排除。因此，吹氩对钢液具有“气洗”作用。 采用专门的真空装置，将钢液置于真空环境中精炼，可 以降低钢中气体、碳及氧含量。
2 炉外处理的基本手段
合金的喂入与喷粉工艺示意图
2 炉外处理的基本手段
四、加热
钢液在进行炉外精炼时，有热量损失，会造成温度下降。 若炉外精炼方法具有加热升温功能，可避免高温出钢和保证钢 液正常浇铸，增加炉外精炼工艺的灵活性，在精炼剂用量，钢 液处理最终温度和处理时间均可自由选择，以获得最佳的精炼 效果。 常用的加热方法有电加热和化学加热。 电加热是将电能转变成热能来加热钢液的。这种加热方式 主要有电弧加热和感应加热。 化学加热是利用放热反应产生的化学热来加热钢液的。常 用的方法有硅热法、铝热法和CO二次燃烧法。化学加热需吹入 氧气，与硅、铝、CO反应，才能产生热量。
3 铁水预处理技术 碱性渣脱硫 按熔渣的离子理论，强化碱性渣脱硫能力的热力 学条件是：提高熔渣的碱度，降低脱硫体系中的氧势 ，提高脱硫温度。
3、铁水预脱硫方法
目前已经开发的铁水预脱硫方法很多，部分典型处
理方法见下图。
KR法和以镁为主的喷 吹法是最普遍和最广泛的 方法。 KR法金属损失很小， 因为是在铁水熔池深部进 行搅拌，金属喷溅较少。 镁脱硫方法目前国内 普遍应用的方式有：单喷 颗粒镁、CaO-Mg复合喷 吹、CaC2-Mg复合喷吹， 这几种方法均具有生产 [S]≤0.005%铁水的深脱硫 能力。
炉外精炼(课件)
2、搅拌
2.1 搅拌方法：气体搅拌、电磁搅拌、机械搅拌等。 2.2钢包吹氩原理 氩气是一种惰性气体，吹入钢液内既不参与化学反 应，也不溶解，纯氩内含氢、氮、氧等量很少，可 以认为吹入钢液内的氩气泡对于溶解在钢液内的气 体来说就像一个小的真空室，在这个小气泡内其他 气体的分压力几乎为零。钢水中的气体、夹杂物等 不断向氩气泡内扩散、碰撞粘附，随氩气泡逸出而 去除。
5、炉外精炼手段 （1）渣洗：合成渣倒入钢包内，借钢流的冲击作用，使钢液与 合成渣充分混合，完成脱氧、脱硫和去除夹杂等精炼任务。 （2）真空：钢水置于真空室内，由真空作用使反应向生成气相 方向移动，达到历史最高水平脱气、脱氧、脱碳等目的。 （3）搅拌：通过搅拌扩大反应界面，加速反应过程，提高反应 速度。主要方法有吹氩搅拌、电磁搅拌等。 （4）加热：调节钢水温度的手段，主要有电弧加热、化学热法 等。 （5）喷吹：将反应剂加入钢液内的一种手段，喷吹的冶金功能 取决于精炼剂的种类，可完成脱碳、脱硫、脱氧、合金化和 控制夹杂物形态等精炼任务。 当今炉外精炼方法，都是五种精炼手段的不同组合，综合一 种或几种手段便构成一种方法。
2.5喷吹
喷吹即喷粉精炼，是根据流化态和气力传输原 理，用氩气或其他的气体作载体，将不同类型粉 剂喷入钢水或铁水中进行精炼的一种冶金方法， 一般称之喷射冶金或喷粉冶金。 喷射冶金通过载体将反应物料的固体粉粒吹入 熔池深处，既可以加快物料的熔化和溶解，而且 也大大增加了反应界面，同时还强烈搅拌熔池， 从而加速了传输过程和反应速率。能够有效地脱 硫、改变夹杂物形态、脱氧、脱磷以及合金化。
2.5.1.1喂线设备
喂线机主要由线盘驱动机、喂线驱动机和电气控制等组成，如图所示。
WX-4BF型喂线机示意图
2.5.1.2 喂线冶金效果
炉外精炼(炼钢工艺)
3）合成渣洗 4）喷粉精炼 5）钢水加热 电弧加热 化学加热（铝热法、硅热发、CO燃烧法 燃烧法） 化学加热（铝热法、硅热发、CO燃烧法）
钢包加热系统工艺示意图
合金的喂入与喷粉工艺示意图
分类
真空精炼法 惰性气体稀释法 渣洗精炼法
AOD
CLU
8.2 炉外精炼方法及冶金效果
AOD
VCR
利用真空和吹 氩，进一步脱 碳
AOD-VCR
8.3 炉外精炼技术发展趋势
1.钢水百分之百地进行处理； 1.钢水百分之百地进行处理； 钢水百分之百地进行处理 2.促使钢铁工业有粗放型向集约型发展 促使钢铁工业有粗放型向集约型发展； 2.促使钢铁工业有粗放型向集约型发展； 3.向组合 多功能化方向发展； 向组合、 3.向组合、多功能化方向发展； 4.对不同规模、不同产品配备不同精炼技术： 4.对不同规模、不同产品配备不同精炼技术： 对不同规模 生产板带钢材企业，应配备CAS OB和RH精炼站 CAS精炼站。 1）生产板带钢材企业，应配备CAS-OB和RH精炼站。 生产棒材的企业，应配备LF炉和喂线手段。 LF炉和喂线手段 2）生产棒材的企业，应配备LF炉和喂线手段。 3）对电弧炉特殊钢厂 生产不锈钢采用EF→AOD→VCR工艺； EF→AOD→VCR工艺 生产不锈钢采用EF→AOD→VCR工艺； 生产轴承钢采用EF→LF→RH→CC工艺； EF→LF→RH→CC工艺 生产轴承钢采用EF→LF→RH→CC工艺； 生产超纯结构钢采用EF→VAR工艺。 EF→VAR工艺 生产超纯结构钢采用EF→VAR工艺。
8.2 炉外精炼方法及冶金效果
四、循环真空脱气法
RH-KTB RH
RH-OB
8.2 炉外精炼方法及冶金效果
五、真空钢包处理
《炉外精炼》课程教案
S 的危害： 脱 S 的条 件：高 T、 高 R、低
∑ ( FeO) ，
分散系数 LS =
(CaO )u (S ) = kS [S ] ( FeO )
大渣量。
① 渣的成分对 LS 有很大影响： MgO ＜22.8%， LS 增大。 ② 炉渣的流动性对 LS 0
《炉外精炼》课程教案 炉外精炼》 采用：SKF 法 方式： 推斥搅拌：脉动磁场 运动搅拌：移动磁场 二．搅拌方法的比较 吹气搅拌和电磁搅拌是各中炉外精炼方法中应用较多 的两种搅拌方法。 优点：① 容易控制和调节 ② 容易与其他精炼手段组合
项目 搅拌能力及调节性能 吹气搅拌 搅拌能力不受处理容易 限制吹气量（m3/t） (m3/min.t) 容易形成环流和 不均匀性 D/H＞1 更多考虑耐火材 料的寿命， 设计成锥桶型 增 C 倾向明显、脱气方 面优于电磁搅拌加速钢 液温降 电磁搅拌 取决于搅拌器功率大小 工作电流 比吹气搅拌均匀一些 要求熔池深度较大， D/H=1,炉衬尽可能薄， 无磁钢制成 去除夹杂优于吹气搅 拌，不容易产生增 C,温 降小 参见 P48
σ = σ 1 N1 + σ 2 N 2 + ⋅⋅⋅
莹石， 常用 的化渣剂
复习流体 力学相关 内容
（2） 影响表面张力的因素： ① 温度：温度 T 越大，表面张力 σ ；
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《炉外精炼》课程教案 炉外精炼》
炼钢温度 下 σ 一般 为 1100～ 1350
② 渣系成份： MgO 、 SiO2 等使表面张力变小。 6. 还原性（精炼任务决定了渣洗熔渣都是还原性的） 合成渣的 ∑ ( FeO) ＜0.3% （还原渣）高炉炉渣： ∑ ( FeO) ＜0.48% （氧化渣）转炉炉渣： ∑ ( FeO) 二．渣洗的精炼作用 将合成渣按要求的成分、温度、渣量倒入浇注钢包中， 靠出钢钢流的冲击使合成渣乳化； 渣钢充分混合， 完成脱 S、 脱 O、去除非金属夹杂等精练任务。 （一） 合成渣的乳化和上浮 钢液中被乳化的渣滴，随钢流紊乱搅动的同时，不断 碰撞、合并、长大和上浮。 上浮速度：
第十章 炉外精炼
第十章炉外精炼及其用耐火材料题纲一、常压下精炼二、真空下炉外精炼什么是炉外精炼炉外精炼技术是将转炉、电炉初炼的钢水转移到另一个容器（主要是钢包）中进行精炼的过程，也称“二次冶金”或钢包精炼。
因此，炉外精炼把传统的炼钢过程分两步进行：（1）初炼：在氧化性气氛下进行炉料的熔化、脱磷、脱碳和合金化；（2）精炼：在真空、惰性气氛或可控气氛下进行脱氧、脱硫、去除夹杂、夹杂物变性、微调成分、控制钢水温度等。
炉外精炼的作用（1）搅拌。
采用电磁力、惰性气体或机械搅拌的方法搅拌钢水；（2）真空脱气。
采用真空、惰性气体或还原气氛等，为钢水精炼提供一个理想的精炼气氛条件；（3）升温。
采用电弧加热、埋弧加热、等离子加热等加热措施，或增加钢水中的化学热，以补偿精炼过程中钢水的温度损失；（4）喂丝或喷粉。
20 世纪初期，冶金工作者已开始采用合成渣处理钢水，达到了快速脱硫的目的。
炉外精炼方的发展20 世纪初期，冶金工作者已开始采用合成渣处理钢水，达到了快速脱硫的目的。
到50 年代，真空脱气已初步进入工业化阶段，实现了在常压炼钢炉所达不到的脱氢效果。
所以，渣洗和真空处理工艺是炉外精炼的初始方法。
以后又相继开发出电磁搅拌、吹氩搅拌以及采用电弧加热、真空加热等技术。
一、常压下精炼常压下精炼目的：Ø脱碳Ø脱氧Ø脱硫Ø去除夹杂Ø控制成分和温度等常压下精炼的方法1.合成渣洗是早期发展的炉外精炼法；2.钢包吹氩搅拌；3.合成渣洗加吹氩搅拌，是前两种方法的综合使用，精炼效果更好一些；4.LF 法；5.喷粉精炼法，也称作钢包喷射冶金；6.AOD 法（即氩氧脱碳精炼法）及CLU 法。
二、真空下的炉外精炼真空下炉外精炼的主要目的：Ø脱氢Ø脱氧Ø脱碳真空下精炼的方法（1）静态脱气（2）钢流脱气（3）分批脱气（4）电磁搅拌脱气（5）钢包吹氩脱气（6）吹氧脱碳精炼（7）电弧加热脱气RH精炼炉（真空循环脱气精炼炉）工作原理是：当钢包内的钢水需要进行真空脱气处理时，首先将插入管浸入钢水内，然后将真空室抽成真空，此时钢水受到相当于一个大气压的压力而被吸进真空室内。
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1.五种精炼手段（1）渣洗（2）真空（3）搅拌（4）加热（5）喷吹2.工业生产的挡渣技术（1）挡渣球（2）浮动塞挡渣（3）气动吹气挡渣塞（4）虹吸出钢口挡渣（5)偏心炉底出钢3.顶渣改质目的：（1）适当提高覆盖渣碱度；（2）降低覆盖渣氧化性；（3）改善覆盖渣的流动性；（4）适当提高夹杂物去除率。
方法：在转炉出钢过程中向钢包内加入改质剂，利用钢水的流动冲刷和搅拌作用促进钢—渣反应并快速生成覆盖渣。
4.合成渣有液态渣、固态渣和预熔渣。
根据液态合成渣炼制方式不同，渣洗工艺可分为异炉渣洗和同炉渣洗。
固态合成渣有机械混合体、烧结渣。
5.合成渣的物理化学性能：必须具有较高的碱度、高还原性、低熔点和良好的流动性；此外要具有合适的密度、扩散系数、表面张力和导电性等。
6.搅拌：气体搅拌、电磁搅拌、机械搅拌和重力引起的搅拌（如渣洗）等。
7.钢包吹氩的主要作用是什么？（简答题）(1)调温。
主要是冷却钢液。
对于开浇温度有比较严格要求的钢种或浇注方法，都可以利用吹氩将钢液温度降到规定的要求。
（2）混匀。
在钢包底部适当位置安放透气砖，氩气喷入可使钢包中的钢液产生环流，用控制氩气流量的方法控制钢液的搅拌程度。
（3）净化。
搅拌的钢液增加了钢中非金属夹杂物碰撞长大的机会。
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杂质，将黏附的夹杂物带至钢液表面而被渣层所吸收。
8.吹氩方式：顶吹、底吹。
9.影响钢包吹氩效果的主要因素：氩气耗量、吹氩压力、流量与吹氩时间及气泡大小等。
10.能量耗散速率（比搅拌功率）：单位时间内，向1t钢液提供的搅拌能量作为描述搅拌特征和质量的指标。
11.常用的加热方法主要是电弧加热，化学加热（化学热法）、燃料燃烧加热、电阻加热等12.燃料燃烧加热存在哪些不足？（1)由于燃烧的火焰是氧化性的，而炉外精炼时总是希望钢液处在还原性气氛下，这样钢液加热时，必然会使钢液和覆盖在钢液面上的精炼渣的氧势提高，不利于脱硫、脱氧这样一些精炼反应的进行。
（2）用氧化性火焰预热真空室或钢包炉时，会使其内衬耐火材料处于氧化、还原的反应交替作用下，从而使内衬的寿命降低。
(3)真空室或钢包炉内衬上不可避免会粘上一些残钢，当使用氧化性火焰预热时，这些残钢的表面会被氧化，而在下一炉精炼时，这些被氧化的残钢就成为精炼钢液二次氧化氧的来源之一。
（4）火焰中的水蒸气分压将会高于正常情况下的水蒸气分压，特别是燃烧含有碳氢化合物的燃料时，这样将增大被精炼钢液增氢的可能性。
（5)燃料燃烧之后的大量烟气（燃烧产物），使得这种加热方法不便于与其他精炼手段（特别是真空）配合使用。
13.钢的真空脱气分类：钢流脱气、钢包脱气、循环脱气。
壹14.脱气反应的步骤。
（1）通过对流或扩散，溶解在钢液中的气体原子迁移到钢液—气相界面。
（2）气体原子由由溶解状态转变为表面吸附状态。
（3）表面吸附的气体原子彼此相互作用，生成气体分子。
（4)气体分子从钢液表面脱附。
（5）气体分子扩散进入气相，并被真空泵抽出。
（控制速率的环节只是气体原子穿过钢液扩散边界层时的扩散速率。
）15.碳氧反应的步骤。
（1)溶解在钢液中的碳和氧通过扩散边界层迁移到钢液和气相的相界面。
（2）在钢液—气相界面上进行化学反应生成CO气体。
（3）反应产物（CO）脱离相界面进入气相。
（4）CO气泡的长大和上浮，并通过钢液排出。
（氧的传质是真空下碳氧反应速度的限制环节。
）16.有效进行碳的真空脱氧应采取哪些措施？（1）进行真空碳脱氧前尽可能使钢中氧处于容易与碳结合的状态，避免真空处理前用铝、硅等强脱氧剂对钢液脱氧。
同时，应使钢液面处于无渣、少渣的状况。
（2）为了加速碳脱氧过程，可适当加大吹氩量。
（3）在真空碳脱氧的后期，向钢液中加入适量的铝和硅以控制晶粒、合金化和终脱氧。
（4）为了减少由耐火材料进入钢液中的氧量，浇注系统应选用稳定性较高的耐火材料。
17.根据气流速度和粉粒状态的变化，可将整个流态化过程划分为三种基本状态：固体床、流态化床和输送床。
18.夹杂物控制技术在国外称夹杂物工程，它是指根据对钢的组织和性能要求，对钢中夹杂物成分、形态、数量、尺寸和分布在一定工艺条件下进行定量控制。
夹杂物控制包括夹杂物总量控制，夹杂物成分、形态及尺寸分布控制。
19.根据非金属夹杂物在钢热加工过程中的变形性能，可将夹杂物分为：脆性夹杂物、塑性夹杂物、点状不变形夹杂物和半塑性夹杂物。
20.稀土处理存在的缺点和作用。
缺点：（1）由于稀土元素反应产物密度较大，接近于钢水密度，因此不易上浮。
（2）使用稀土元素处理的钢水易再氧化，稀土夹杂物熔点高，在炼钢温度下呈固态，很可能在中间包的水口处凝集使之堵塞。
因此使用稀土合金的量应该适当，避免在钢锭底部倒锥偏析严重以及使连铸操作产生故障。
作用：（1）净化：稀土具有脱氧、脱硫作用，减少并细化钢中夹杂物。
（2）变质：提高钢的韧塑性特别是横向冲击韧性，改善钢材的各向异性、提高钢的抗疲劳性能。
（3）合金化：稀土在钢中有一定的固溶量，它在晶界的偏聚能抑制磷硫及低熔点杂质铅、锡、砷、锑、铋在晶界的偏析或与这些杂质形成熔点较高的化合物，消除低熔点杂质的有害作用。
21.采用钙处理方法对钢中Al2O3夹杂物和MnS夹杂物进行改性的原理。
通过增加钢中有效钙含量，一方面使大颗粒Al2O3夹杂物改性成低熔点复合夹杂物，促进夹杂物上浮，净化钢水；另一方面，在钢水凝固过程中提前形成的高熔点CaS质点，可以抑制钢水在此过程中生成MnS的总量和聚集程度，并把MnS部分或全部改性成CaS，即形成细小、单一的CaS相或CaS与MnS的贰复合相。
其操作就是在铝脱氧后用喂线法向钢水中供给钙。
22.（1）RH真空室的交替方式：双室平移式、转盘旋转式、三室平移式。
（2）真空室的加热：煤气烧嘴加热方式和石墨电极加热方式。
23.RH工艺参数：处理容量、脱气时间、循环流量、循环系数、真空度等。
24.RH（真空循环脱气法）技术的优点。
（1）反应速度快，处理能力大，处理周期短，适于大批量处理，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。
（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，生产超低硫钢。
25.DH（真空提升脱气法）法的优缺点。
优点：（1）脱气效果好（2)适于大量的钢液脱气处理（3）真空室可用石墨电阻棒电加热，所以钢液温降较小（4）由于处理时C—O反应激烈，脱气效果好，加速了脱碳过程，可用来生产低碳钢（5）真空下添加的合金又经过强烈的搅拌，其收得率高达90%—100%，而且均匀化，能准确地调整钢液成分。
缺点：设备较复杂，操作费用和设备投资、维护费用都较高。
26.LF的精炼功能（详见书116）：埋弧加热功能、惰性气体保护功能、惰性气体搅拌功能、碱性白渣下精炼。
27.LF精炼渣的功能组成。
LF精炼渣的基本功能：深脱硫；深脱氧、起泡埋弧；去非金属夹杂，净化钢液；改变夹杂物的形态；防止钢液二次氧化和保温。
LF精炼渣根据其功能由基础渣、脱硫剂、发泡剂和助溶剂等到部分组成。
28.影响熔渣发泡效果的主要因素：熔渣碱度、基础渣中w(CaF2)、渣中w（MgO）、渣中w（Al2O3）和发泡剂种类以及粒度。
29.LF炉白渣精炼工艺的要点。
（1）出钢挡渣，控制下渣量不大于5Kg/t；（2）钢包渣改质，控制包渣R≧2.5，渣中w（FeO+MnO）≦3.0%。
（3）白渣精炼，一般采用CaO—SiO2—Al2O3系炉渣，控制包渣R≧3，渣中w(FeO+MnO)≦1.0%，保持熔渣良好的流动性和较高的渣温，保证脱硫、脱氧效果。
（4）控制LF炉内气氛为还原性气氛，避免炉渣再氧化。
（5）适当搅拌，避免钢液面裸露，并保证熔池内具有较高的传质速度。
30.ASEA—SKF钢包精炼炉具有电磁搅拌功能、真空脱气功能、电弧加热功能、渣洗精炼功能。
31.AOD炉精炼的四个阶段：脱碳期、还原期、脱硫期、成分和温度的调整期。
32.AOD法与VOD法的比较AOD法虽然在非真空下冶炼，但操作自由，能直接观察，造渣及取样方便，原料适应性强，生产率比VOD高，易于自动控制。
但是，AOD法会引起刚中氢含量的增高，增加了空气对钢液的玷污VOD法能炼超低氮不锈钢；AOD法没有通用性，只能用于冶炼不锈钢，而VOD法具有通用性，适用于各种钢种。
叁AOD法与VOD法的比较（下表）项目AOD法VOD法成分控制大气下操作，控制方便真空下只能间接控制真空下控制较困难温度控制可以改变吹入混合气体比例及加冷却剂，温度容易控制脱氧w[O]=0.004%~0.008% w[O]=0.004%~0.008% 脱硫w[S]=0.01%~0.005% w[S]≈0.01%脱气w[H]≦5×4-10%;w[N]<10%;w[N]<0.03% w[H]≦2×4-0.01%~0.015%铬总回收率96%~98% 比AOD法低3%~4% 操作费用要用昂贵的氩气和大量的硅铁氩气用量小于AOD法的1/10 设备费用AOD法比VOD法便宜一半生产率AOD法大约是VOD法的1.5倍适应性原则上是不锈钢专用，也可用于镍基合金不锈钢精炼及其他钢的真空脱气处理33.CAS法的基本功能。
（1）均匀钢水成分、温度。
（2）调整钢水成分和温度。
（3）提高合金收得率。
（4）净化钢水、去除夹杂物。
34.CAS工艺操作的关键是排除隔离罩内的氧化渣。
35.国内外采用较多的钢包喷粉方法有：TN法，SL法36.比较LF法、ASEA—SKF法、VAD/VOD法，说明LF法被广泛使用的主要原因。
答：①ASEA—SKF法功能：具有电磁搅拌功能、真空脱气功能、电弧加热功能、渣洗精炼功能。
缺点：结构复杂，操作成本高，处理周期长，稳定性较差。
②VAD法功能：真空脱气、电弧加热、吹氩搅拌、造渣精炼。
缺点：密封困难，投资费用高，结构复杂，钢包寿命低。
③LF法功能：埋弧加热功能、惰性气体保护功能、惰性气体搅拌功能、碱性白渣下精炼。
LF法因设备简单，投资费用低，操作灵活和精炼效果好而被广泛使用。
肆。