第五章炉外精炼
炉外精炼
2) VD生产模拟
工部全景
生产模拟
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3) VD生产工艺
基本原理
真空处理
吹Ar制度
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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。散而一起去除。
真空度→保持达到VD
处理要求→反抽气破
坏真空。
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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。
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1) 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。
（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；
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泡,将造成凝固组织不致密;
②脱
目
硫
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
4) 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CO 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%
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。
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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。
钢铁冶金概论-炉外精炼PPT课件
和上浮排除。
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a 气体搅拌
气体搅拌主要用氩气，故又称氩气搅拌。 向钢液吹入氩气可以用顶枪插入法，也可 以用底部透气砖法。 ➢ 实践证明，从底部通过透气砖吹入氩气， 可充分发挥其搅拌作用，氩气利用率高 ➢ 目前，大多数的吹氩搅拌均采用透气砖 底吹法。
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c 循环搅拌
典型的循环搅拌是钢液在循环流动的过程中实现 搅拌，如RH（真空循环脱气法 ）与DH（真空 提升脱气法 ）的搅拌方式，也有人称吸吐搅拌。
➢ 在精炼中，钢包内的搅拌是由真空室内 钢液注流进入钢包中引起的。
在日本、欧洲先进的钢铁生产国家, 炉外精炼 比超过90%，其中真空精炼比超过50%, 有 些钢厂已达到100%。
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日本轴承钢质量好的根本原因就是在炉外精炼上 大下功夫。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[0]由30ppm降到 15ppm时，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 量的重要环节。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。
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手段： 工艺操作主要包括真空处理，吹氬气，吹氧，
电磁搅拌，加入渣料、脱氧剂和合金元素，电 弧加热等。 实际操作时主要采用其中一种和几种组合操作 制度。
钢铁冶金概论炉外精炼
✓ 例如，电弧炉冶炼不锈钢的返回吹氧 法，在1873K下很难使[C]降至很 低的数值。而在AOD（氩氧精炼法 ） 法中，向钢液中吹入不断变换 Ar/O2比例的气体，可以降低碳氧 反应中产生的CO分压，从而使钢液 的[C]含量达到超低碳水平。
（4） 喷吹
喷吹法是用载气（Ar）将精炼粉剂流 态化，形成气固两相流，经过喷枪，直 接将精炼剂送入钢液内部的方法。 由于在喷吹法中精炼粉剂粒度小，进 入钢液后，与钢液的接触面积大大增 加。因此，可以显著提高精炼效果。
常用的加热方法有电加热和化学加热。
➢ 电加热方式主要有电弧加热和感应加 热。
➢ 电弧加热原理与电弧炉相似，采用石 墨电极，通电后，在电极与钢液间产 生电弧，依靠电弧的高温加热钢液。
✓ 由于电弧温度高，在加热过程中， 需控制电弧长度及造好发泡渣进行 埋弧加热，以防止电弧对耐火材料 产生高温侵蚀。
第五章 炉外精炼(Secondary Refining)
炉外精炼的定义及特点
炉外精炼S.R. (Secondary Refining) ： 按传统工艺，将常规炼钢炉（转、电）中完成 的精炼任务（四脱（S、P、C、O），二去 （气体、夹杂），两调整（温度、成分））， 部分或全部地转移到钢包或其它容器中进行精 炼的过程。
钢液搅拌可改善冶金反应动力学条件，强化 反应体系的传质和传热，加速冶金反应，均 匀钢液成分和温度，有利于夹杂物聚合长大 和上浮排除。
a 气体搅拌
气体搅拌主要用氩气，故又称氩气搅拌。 向钢液吹入氩气可以用顶枪插入法，也可 以用底部透气砖法。 ➢ 实践证明，从底部通过透气砖吹入氩气， 可充分发挥其搅拌作用，氩气利用率高 ➢ 目前，大多数的吹氩搅拌均采用透气砖 底吹法。
➢ 在精炼中，钢包内的搅拌是由真空室内 钢液注流进入钢包中引起的。
炉外精炼
炉外精炼？炉外精炼是把转炉中初炼的钢水移到钢包中进行精炼过程，也称二次精炼，为了均匀成分和温度，出现了钢包内气体搅拌工艺。
最引人注目的是二次精炼的采用，大大提高了钢的产量和质量。
二次精炼的主要任务和目的是什么呢？在出钢和连铸时分离钢水和炉渣、钢水脱氧、根据终点目标进行合金化、调整注温、改进钢水的洁净度•夹杂物变性•去除钢水中溶解的[H]和[N]、脱碳、脱硫、均匀钢水成分和温度。
1.2 炉外精炼的一些方法：方法1 、CAS 一钢包封闭式吹Ar 成分微调法，将钢包的渣面吹开，插入隔离罩，吹入Ar 搅拌，进行成分微调。
吹Ar 处理后，钢中[O]含量降低20％以上，[H] 含量降低20% , 非金属夹杂物降低30 一40 ％。
方法2 、电弧加热的钢包吹Ar 炉（LF ) , Ar 气搅拌。
加速钢一渣之间的反应，有利于脱[O]、[S]及夹杂物反上浮。
LF 炉三根电极插入渣层中进行加热，浸入渣中石墨与渣中氧化物反应：C + FeO →Fe + CO ↑: C + Mn 一Mne + CO↑等反应。
一般处理时间为45 分钟。
但对超低［C ］、[ N 」钢效果不理想。
但投资少、设备简单、操作灵活，因而得到广泛应用。
方法3 、RH 真空循环脱气：RH真空循环脱气法是德国蒂森的鲁尔公司（Ru h rstahl ）和海尔斯（Heraeus ）联合研制成功的。
它将真空炼钢与钢水循环流动结合起来，具有处理周期短，生产能力大和精炼效果好的优点，非常适合与大的转炉炼钢炉相配合。
世界上现有RH 处理设备150 多套，最大处理能量为360 吨。
RH工艺是一种用于生产优质钢的钢水二次精炼工艺。
整个钢水冶金反应是在砌有耐火衬的真空槽内进行的。
真空槽的下部是两个带耐火衬的浸渍管，上部装有热弯管，气体由热弯管、水冷弯头经气体冷却器至真空泵系统。
炉外精炼的发展趋势钢水将百分之百进行炉外精炼。
向组合化、多功能精炼方向发展。
1 , 以钢包吹Ar 为核心，加上喷粉、合金成分微调等技术相结合，主要与转炉一连铸生产相衔接。
炉外精炼
1炉外精炼的主要目的和任务?①降低钢中O.S.H.N.和非金属夹杂物的含量，改变夹杂物的形态，以提高钢的纯净度，改善钢的机械性能②脱C满足低C钢的要求③微调合金成分把合金成分控制在很窄的范围内并使其分布均匀尽量降低合金的消耗以提高合金收得率④调整钢液温度到浇注所要求的温度范围内最大限度的减小包内的温度梯度2炉外精炼的技术特点⑴二次精炼⑵创造良好的冶金动力条件⑶二次精炼容器具有浇注功能3炉外精炼的手段：渣洗真空搅拌加热喷吹4 C O反应的步骤⑴溶解在钢液内的C和O通过扩散边界层迁移到钢液和气相得相界面⑵在气液相界面上进行化学反应生成CO气体⑶反应产物CO脱离相界面进入气相⑷CO气泡长大和上浮并通过钢液排除5脱气反应的步骤⑴通过扩散或对流钢液中的溶解气体原子迁移到气液相界面⑵气体原子由溶解状态变为表面吸附状态⑶表面吸附的气体原子彼此相互作用生成气体分子⑷气体分子从钢液表面脱离⑸气体分子扩散进入气相并被真空泵抽出6脱N效果不好的原因N的扩散系数比H小扩散速度慢氮化物分解压极低7钢液滴流脱气法的原理及问题原理：是钢液以流束状注入置于真空室内的容器中由于真空室压力急剧降低使流股松散膨胀并散开成一定角度以滴状降落脱气表面积增大有利于气体的溢出问题：钢液温降较大小容量钢包尤为突出为保证充分脱气和合格的浇注温度钢液过热100℃左右8 DH法脱气工作原理⑴吸嘴插入钢液内⑵启动真空泵钢液上升到真空室内的压差高度⑶钢包下降或是真空室提升⑷处理后钢液密度大，沉降到钢包底部⑸当钢包提升或真空室下降时又有一批钢液进入真空室脱气，直至处理结束为止。
9 DH法的主要优缺点优点：进入真空室内的钢液由于气相压力的降低激烈的沸腾，脱气表面积增大，脱气效果好，适用于大量钢液的脱气处理，可用较小的真空室处理大吨位的钢液，对真空室进行烧烤加热，因此处理过程中滤降小。
由于激烈沸腾还具有较大的脱C能力，合金通过真空室加入，提高合金收得率。
缺点：设备比较复杂，成本高10钢液真空循环原理（RH）(1)将真空室下部的两根浸管插入钢液内100-150mm的深度启动真空泵抽真空钢液使从两根浸管中上升到压差相等的高度(2)从上升管吹入驱动气体，产生小气泡核形成循环(3)气泡进入真空室后炸裂成无数小液滴，是脱气面积大大增加，加速了脱气过程（4）脱气后的钢液汇集到真空室的底部，经下降管返回到钢包内。
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。
炉外精炼5
4 炉外处理与炉外精炼用耐材◆ 4.1 耐火材料简介耐火材料耐火材料的发展低水泥和无水泥浇注料的开发和使用研究喷补修补法的改进研究施工法的机械化和自动化耐火原料破碎随着铁水预处理、炉外精炼技术的发展，对耐火材料的质量，品种提出了更严格的要求。
要求耐火材铁水预处理在八十年代以前是进行预脱硫处理，脱硫方式：脱硫、脱磷过程主要是在鱼雷罐车、铁水包或转炉内混铁车脱硫间的设备流程图1、2一槽车；3一CaC仓；4一旋转阀；5一蝶阀；6一喷吹罐；27一旋转阀；8一CaO仓；9一至其他喷枪；10一喷枪升降旋转设备；11一喷枪；12—烟罩；13—防溅盖；14一混铁车KR法脱硫示意图1）搅拌浆及传动提升装置；2）脱硫剂输送系统；3）除尘系统4）铁水罐；5）扒渣机搅拌浆形状图叶片：高铝质耐火材料寿命：500次混铁车内衬和铁水罐内衬，目前主要使用铁水罐衬Al 2O 3-SiC-C砖性能脱硫喷枪动成型。
4.3 炉外精炼用耐火材料发展概况精炼容器工作条件1）一般精炼温度1660-1700℃，甚至1800℃；因此，世界各国对各种精炼装置，尤其有关重要部镁铬(铝)系抗低碱度渣能力强，成为日本、欧美炉外精炼钢包衬，已由高铝质、锆质向碱性材料(如白云石、镁白云石、镁橄揽石、镁质、DH、RH装置用镁铬砖及火焰喷补料部4.4 真空脱气装置（RH、DH）用耐火材料插入管砌体图4.5 钢包用耐火材料铝镁碳砖武钢三炼钢300吨钢包用耐材(1)钢包渣线采用优质镁钙碳砖，将渣线寿命从现在的40次提高到80次，使渣线与包壁耐火砖寿命同步。
钢包耐火材料总的发展趋势是降低消耗、清洁钢包。
降低消耗不仅可以降低成本，更重要的是可以减少对钢水的污染；清洁钢包一方面是要用无碳、熔损小的耐火材料，另一方面要减少钢包的粘渣。
炉外精炼
炉外精炼：所谓炉外精炼就是按传统工艺，将在常规炼钢炉中完成的精炼任务，如去除杂质（包括不需要的元素、气体和夹杂），成分和温度的调整和均匀化等任务，部分或全部地移到钢包或其他容器中进行铁水预处理：铁水在进入炼钢炉进行冶炼前，为除去某种有害成分或回收某种有益成分的处理过程渣洗：最早出现的炉外精炼方法要算用合成渣来处理钢液，即为渣洗真空度：真空处理中，真空室内可以达到并且保持的最低压力示循环因数：循环因数c即循环次数，是处理过程中通过真空室的总钢液量与处理容量Q之比。
可用下式表示c=ω﹡t∕Q 式中ω—循环流量，t∕min t—脱气时间，min1炉外精炼的主要目的和任务是什么？（1）承担精炼原有的部分精炼功能，在最佳的热力学和动力学条件下完成部分炼钢反应，提高单体设备的生产能力（2）均匀钢水，控制钢种成分（3）精确控制钢水温度，适应连珠生产的要求（4）进一步提高钢水的纯净度，适应连铸生产的要求（5）作为炼钢与连铸间的缓冲，提高炼钢车间整体效果2炉外精炼技术具有哪些特点？（1）二次精炼钢液，在不同程度上完成脱碳、脱磷、脱氧、脱硫、去除气体、去除夹杂、调整温度和成分等冶金任务（2）创造良好的冶金反应的动力学条件，如真空、吹氩、脱气、喷粉，增大反应界面面积，应用各种搅拌方式增大传质系数，扩大反应界面等（3）二次精炼设备具有教主功能3炉外精炼对精炼手段有哪些？对精炼手段有哪些要求？基本手段有：渣洗、真空、搅拌、加热、喷吹等五种要求：（1）独立性（2）作用施加可以控制（3）作用能力可以控制（4）精炼手段的作用能力再现性要强（5）便于与其他精炼手段组合（6）操作方便、设备简单、基建投资和运行费用低4合成渣的考虑指标？（1）成分（2）熔点（3）流动性（4）表面张力（5）还原性5渣洗有哪些精炼作用？（1）合成渣的乳化和上浮（2）合成渣中元素脱氧能力的影响（3）扩散脱氧（4）夹杂的去除（5）脱硫6合成渣对钢中脱氧元素有何影响？在渣洗过程中，随着钢液温度的下降，脱氧反应的平衡向脱氧方向移动，同时出港过程中钢液的二次氧化使溶解在钢液中的氧量增加，所以钢中的合金元素与钢中的氧继续反应，进行脱氧7简述渣洗夹杂去除原理？渣洗过程中夹杂的去除，主要靠两方面作用：（1）钢中原有的夹杂与乳化液滴碰撞，被渣滴吸附、同化而随渣滴上浮而去除（2）足进了二次反应产物的排出，从而使成品钢中夹杂数量减少8渣洗脱硫影响因素？（1）渣的成分（2）炉渣的流动性9真空脱气时为了降低钢中气体可采取哪些措施？（1）使用干燥的原材料和耐火材料（2）降低与钢液接触的气相中气体的分压（3）在脱气过程中增加钢液的比表面积（4）提高传质系数（5）适当地延长脱气时间（6）利用生成的氮化物被去除以脱氧10从热力学分析脱碳保铬？铬不锈钢的炉外精炼过程中铬氧化产物为Cr2O3，对应的脱氧保铬反应可用以下式表达： 3[C]+（Cr2O3）=3[Cr]+3﹛CO ﹜ΔrG θT=934706---617.22T J/mol反应的平衡常数K θ=α3Cr*P 3co/α3c*αCr 2O 3由于Cr2O3在渣中接近于饱和，所以可取αCr 2O 3=1，得：)/3(3θααK c Pco c r =上式表明，只要熔池温度升高，K θ值增大，就可使平衡碳的活度降低。
炉外精炼 3资料
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精 炼 的 作 用 及 方 法
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5.2.3.1 渣洗
渣洗法 获得洁净钢液并能适当进行脱氧、脱硫和去夹 杂的最简便的精炼手段。 将事先配好 (在专门炼渣炉中熔炼)的合成渣倒 入钢包内，借出钢时钢流的冲击作用，使钢液 与合成渣充分混合，从而完成脱氧、脱硫和去 除夹杂等精炼任务。 电弧炉冶炼时的钢渣混出，称同炉渣洗，也是 利用了渣洗原理。
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5.1 炉外精炼的定义及特点
炉外精炼S.R. (Secondary Refining) ：按传务（四脱 （S、P、C、O），二去（气体、夹 杂），两调整（温度、成分）），部分 或全部地转移到钢包或其它容器中进行。
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C虽是一般钢种的有益元素，但在某些特殊钢 中可成为有害元素，因此，要求含量很低. N在一般钢种中是有害元素，要求大力降低。 O和S是钢中必须大量除去的主要杂质(少数 钢种，如易切削钢等例外:一般低硫钢的 S≤0.025％， 有的甚至S<0.01％；中硫 钢的S=0.04～0.09％；高硫钢的S=0.1～ 0.3％ )。 钢实际上合金基体与非金属夹杂物组成的复合 材料。 生产纯净钢必须进一歩大力降低钢中的w[O] 和w[S]，达到5×10-3%以下。
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现状
到目前为止，还没有任何一种炉外精炼方 法能 完成上述所有任务，某一种精炼方法 只能完成 其中一项或几项任务。
由于各厂条件和冶炼钢种不同，一般是根 据不 同需要配备一两种炉外精炼设备。
炉外精炼的内容
1、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。
3、主要的精炼工艺LF(Ladle Furnace process)；AOD(Argon-oxygen decaburizition process );VOD (Vacuum oxygen decrease process) ;RH (Ruhrstahl Heraeus process);CAS-OB( Composition adjustments by sealed argon -oxygen blowing process) ；喂线(Insert thread) ；钢包吹氩搅拌(Ladle argon stirring)；喷粉( powder injection )。
LF炉LF炉指一种利用钢包对钢水进行炉外精炼的设备！！！LF炉(LADLE FURNACE)即钢包精炼炉，是钢铁生产中主要的炉外精炼设备。
它的主要任务是：①脱硫②温度调节③精确的成分微调④改善钢水纯净度⑤造渣在LF炉生产中建立过程控制计算机系统，主要用来解决以下问题：①实时接收生产计划，按照计划动态组织生产。
②按照炉次对LF炉生产进行实时的数据跟踪。
③通过冶金模型的计算，实现作业过程的优化，同时并向操作人员提供操作指导。
④向下工序提供LF炉作业数据。
⑤向工艺人员提供生产数据的历史追溯.LF炉一般指钢铁行业中的精炼炉。
实际就是电弧炉的一种特殊形式。
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 精炼炉LF钢包精炼炉可供初炼炉（电炉、中频炉、AOD炉、转炉）钢水精炼、保温之用。
是满足优钢、特钢生产和连铸、连轧的重要冶金设备。
具有常压电弧加热、脱氧去气、吹氩搅拌、加料调整成分、测温、取样、脱磷脱硫等功能。
第五章炉外精炼
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（四）CAB法
一种钢包吹氩精 炼装置（CAS） 和氧枪吹氧（OB） 的工艺组合
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第二节 炉外精炼装置及工艺特点
——炉外精炼工艺优化（III） 炉外精炼工艺优化（ ） 炉外精炼工艺优化
炉外精炼技术发展的第三阶段，形成了独立而完整的 炉外精炼工艺，它表现在根据精炼装置的机能，进行 合理的组合与搭配、前后工序的合理配置与完善，即 精炼工艺的最优化 在炉外精炼工艺优化阶段，多种精炼装置的合理组合 搭配，及喷粉、钙处理、喂线技术与连铸机或VOD、 LF等炉外精炼设备的配合，生产高质量钢。
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§1 炉外精炼的理论基础
—— 真空脱气（I） 真空脱气（ ）
实际生产过程中在熔池内部，因为生成气泡要克服气 相总压力、液体静压力和毛细管压力的作用，CO气泡 内的压力必然大大超过金属上面气相中CO的分压力， CO 其CO 的气相压力为
pCO = p(g ) + ρH + 2σ r
式中，p(g)为金属熔池上面的气相压力；ρ为液体金属 的密度；H为气泡逸出点上面金属液柱的高度；σ为金 属液的表面张力；r为气泡核的半径。
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§1 炉外精炼的理论基础
—— 真空脱ห้องสมุดไป่ตู้（I） 真空脱气（ ）
氮与钢液中多种元素生成稳定的氮化物，靠真空状态 下脱氮，气相中氮的分压力必须低于氮化物的分解压 力才有可能。钢液真空脱气与真空脱氧非常相似，特 别是脱氮，其热力学条件虽然具备，但实际的脱氮效 果很差，原因就在于动力学条件。
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§1 炉外精炼的理论基础
向钢液中吹入惰性气体和氧气的混合气体，氧参与脱 碳反应，而惰性气体不参与化学反应，从熔池中逸出， 它在上升中的气泡相当于一个小真空室，脱碳反应生 成的CO气体向氩气泡中扩散，将CO的分压Pco不断降 低，这就是促进了金属熔池中下面两个反应的进行
冶金概论炉外精炼PPT课件
主要内容
5.1 炉外精炼的特点 5.2 精炼手段 5.3 炉外精炼方法 5.3.1 RH 5.3.2 LF
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1 、气体搅拌
• 气体搅拌主要用氩气，故又称氩气搅拌。向钢液吹入氩 气可以用顶枪插入法，也可以用底部透气砖法。 • 实践证明，从底部通过透气砖吹入氩气，可充分发挥 其搅拌作用，氩气利用率高 • 目前，大多数的吹氩搅拌均采用透气砖底吹法。
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• 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。
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LF炉
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5.3 炉外精炼方法 5.3.1 RH
工艺安排矛盾的问题。
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5.2 精炼手段
5.2.1 对精炼手段的要求 5.2.2 精炼手段定义 5.2.3 精炼手段的作用及代表方法
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5.2.1对精炼手段的要求
• 主要要求： ➢ 独立性－不是伴随其他冶金过程出现的一种现象 ➢ 作用时间可控 ➢ 作用强度可调
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。
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属液的表面张力；r为气泡核的半径。
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§1 炉外精炼的理论基础
—— 真空脱气（I）
如果向钢液中吹入惰性气体,形成很多小气泡，这些小 气泡内CO含量几乎为零，钢液中的碳、氧能在气泡表 面生成CO而进入气泡中。直至气泡中的CO分压达到与 钢液中的ωC、ωO相平衡的数值为止。这就是吹氩法 脱气和脱氧的理论依据。
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第二节 炉外精炼装置及工艺特点
炉外处理的手段有吹氩、真空、电磁搅拌、渣洗、喷 粉、喂线等 炉外精炼技术的发展 的三个阶段 真空脱气、加热精炼及优化组合
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第二节 炉外精炼装置及工艺特点
——脱气及炉外处理装置（I）
（一）真空液面脱气法、真空浇铸法和滴流钢包脱气法 ①真空液面脱气法:将具有60~100℃过热度的钢液出至
—— 钢液搅拌（II）
钢包吹氩搅拌能促进脱氧产物（非金属夹杂物）从钢 液中分离出去 ①吹氩的搅拌作用,缩短了夹杂物向钢液表面移动的距离， 增大了夹杂物上浮的速度; ②增大夹杂物颗粒间碰撞的几率，促进了夹杂物的长大； ③使夹杂物附着于气泡表面，起到浮选的作用。
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图5-3为大冶特殊钢公司60t钢包精炼炉生产高碳铬轴承 钢,吹氩搅拌铝脱氧钢液时钢中ωΣO的减少情况。
（三）RH循环搅拌和DH提升搅拌 RH与DH输入搅拌能可用下式计算
式中 液质量
分别为下降管的线速度、环流量及钢
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§1 炉外精炼的理论基础
—— 钢液搅拌（II）
（四）钢液的搅拌效果
钢液搅拌使精炼炉中的加入物与钢液的混合均匀时间 缩短,消除温度、浓度梯度，促进精炼反应。
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§1 炉外精炼的理论基础
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§1 炉外精炼的理论基础
—— 真空脱气（I）
实际生产过程中在熔池内部,因为生成气泡要克服气相
总压力、液体静压力和毛细管压力的作用，CO气泡内
的压力必然大大超过金属上面气相中CO的分压力，其
CO 的气相压力为
pCOpg
H2
r
式中，p(g)为金属熔池上面的气相压力;ρ为液体金属
的密度；H为气泡逸出点上面金属液柱的高度；σ为金
—— 真空脱气（I）
真空脱气包括真空脱氧、脱氮和脱氢 冶金过程中的各种化学反应,都是向平衡状态方向自发 进行。改变系统压力可以影响化学平衡，例如反应生 成物为气体时，减少系统的压力，可以使化学平衡向 增多气体物质的方向移动。这就是真空可以使已经达 到平衡的脱气、脱碳、脱氧反应继续进行，从而提高 钢液的质量。
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最佳的炉外精炼渣成分如表5-2所示
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§1 炉外精炼的理论基础
—— 气体稀释脱碳（IV）
渣
钢 液 2[C]+O2=2CO
Ar Ar Ar
Ar Ar Ar
Ar
Ar+O2混合 气体
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§1 炉外精炼的理论基础
—— 气体稀释脱碳（IV）
向钢液中吹入惰性气体和氧气的混合气体,氧参与脱碳 反应，而惰性气体不参与化学反应，从熔池中逸出， 它在上升中的气泡相当于一个小真空室，脱碳反应生
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1
1
;2
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图 5-4 钢包吹氩 时,Al2O3系夹杂 炼的理论基础
—— 精炼炉渣（III）
钢液与炉渣相互作用时的脱氧、脱硫速度 可用下式表示
式中,t为时间(s); S单位 为渣、钢单位接触面积，等于总接
触面积与钢液总体积之比； ωn钢液中硫或氧的质量分数（%）；
n平衡 为硫或氧的平衡质量分数（%）； βi为取决于渣和钢中的物质扩散速度及搅动功率 的传质系数。
成的CO气体向氩气泡中扩散，将CO的分压Pco不断降
低，这就是促进了金属熔池中下面两个反应的进行
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§1 炉外精炼的理论基础
—— 气体稀释脱碳（IV）
熔池中产生的CO气体不断被氩气所稀释,有利于上述反 应向右进行，从而使钢液的含碳量很容易降低，同时 还能保护钢液中的[Cr]不被氧化，这就是气体稀释法的 原理。
盛钢桶内,然后将盛钢桶放入真空室内或盖上真空密封 盖，进行减压状态下脱气和去夹杂处理。这种脱气方 法称为真空液面脱气法。
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第二节 炉外精炼装置及工艺特点
——脱气及炉外处理装置（I）
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第二节 炉外精炼装置及工艺特点
——脱气及炉外处理装置（I）
（二）DH、RH脱气法、RH-OB法 在脱气方法的基础上,为了进一步降低处理过程中的温 度损失，提高脱气效率，进行成分微调，去除钢中夹 杂物，开发出真空提升脱气法-DH和 真空循环脱气法RH DH、RH特点:借助真空和氩气的受热膨胀，将钢液吸 入真空室，进行间歇或循环脱气，为耐火材料吸附夹 杂物或上浮创造了良好的条件，去氢效果极佳、温降 小
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§1 炉外精炼的理论基础
—— 真空脱气（I）
双原子的气体（N2、H2、O2）在金属中的溶解度与气 体压力的平方根成正比。 如果对于纯铁来说,当温度为1600℃时，与氢的质量分 数0.0002%和氮的质量分数0.0033%的金属液平衡 时，气相中氢和氮的分压力应为
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§1 炉外精炼的理论基础
—— 真空脱气（I）
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表5-1给出了在1600℃、0.1MPa下吹氩 去气和脱氧的临界吹氩量的理论计算值。
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§1 炉外精炼的理论基础
—— 钢液搅拌（II）
（二）感应搅拌 用低频率电流,通过改变熔体中的电磁场来搅拌钢液。 感应搅拌的比搅拌能是线圈电流、线圈与钢液之间距 离的函数。
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§1 炉外精炼的理论基础
—— 钢液搅拌（II）
搅拌是向系统输送能量,使钢液和熔渣产生运动
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§1 炉外精炼的理论基础
—— 钢液搅拌（II）
（一）气体搅拌 气体可通过安装在精炼钢包底部的透气塞、风眼或喷 枪来吹入,吹入气体的比搅拌能受吹气量（例如Ar、N2 等）、钢液温度和真空度的影响。
吹氩的作用:脱氧、脱碳、去气、搅拌钢液及去除夹杂物 等
为了达到预定的去气、脱氧的效果，通常把至少必须的 吹氩数量称为临界供氩量
炉外精炼:在转炉、电弧炉之外,加上必要的精炼 装置，对初炼钢液进行精炼或处理，这一精炼过 程，统称为炉外精炼。
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§1 炉外精炼的理论基础
炉外精炼应用真空、钢液搅拌、加热、渣洗等技术,或 其组合技术，大大强化了冶金反应过程，最终达到提 高钢的纯净度，控制夹杂物的性质和形态等的目的。
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§1 炉外精炼的理论基础
氮与钢液中多种元素生成稳定的氮化物,靠真空状态下 脱氮，气相中氮的分压力必须低于氮化物的分解压力 才有可能。钢液真空脱气与真空脱氧非常相似，特别 是脱氮，其热力学条件虽然具备，但实际的脱氮效果 很差，原因就在于动力学条件。
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§1 炉外精炼的理论基础
—— 钢液搅拌（II）
钢液搅拌是炉外精炼过程中强化冶金动力学条件的重要 手段