炉外精炼与炼钢连铸的匹配
炉外精炼与炼钢、连铸的匹配
匹配的原则
精炼周期< 冶炼炉和精炼设备匹配原则 冶炼周期 冶炼炉和连铸机的匹配原则 连铸机设计时要尽可能做到：( l ）连铸 机的浇注时间与冶炼、精炼的冶炼周期保 持同步； ( 2 ）连铸机的准备时间应小于冶炼、精 炼的冶炼周期； ( 3 ）当冶炼周期和浇注周期配合有困难 时要考虑增加钢包炉（LF ）来调节。
不同类型钢厂炉外精炼的匹配模式
大型钢铁联合企业 生产特点是：( l ）生产能力大，追求高的生产 效率和低的生产成本； ( 2 ）以生产高附加值产品（钢板）为主，具 备很强的深加工能力，提高产品的市场竞争能 力； ( 3 ）采用传统的高炉一转炉流程。 二次精炼工艺主要为CAS-OB 法和RH / KTB / PB 法。
根据产品类型、质量、工艺和市场要求的模式：
(l）生产板带类钢材的大型联合企业，采用传统的高炉-转 炉流程，生产能力大，追求高的生产效率和低成本。一 般配有两种类型的精炼站，即以CAS-OB 吹氩精炼和RH / KTB / PB 真空处理为主的复合精炼。 （2）以生产棒线材为主的中小型转炉钢厂，一般配有钢包 吹氩、喂丝、合金成分微调的综合精炼站 。 (3）电炉钢厂选择精炼方式有以下几种： l）生产不锈钢板、带、棒线的钢厂，一般采用AOD 精炼 方式，有的附有LF 或VOD / VAD 。 2）非不锈钢类的合金钢厂，则配以LFV 为核心的多功能 复合精炼装置。 3）普碳钢和低合金钢生产厂，则配以LF 为核心的多功 能复合精炼装置 。
炉外精炼方法选择及匹配模式
合理选择炉外处理方法，首先必须立足于 市场和产品对质量的不同要求，这是选 择炉外处理方法的基本出发点。 其次，还必须考虑工艺特性的要求和生产 规模、衔接匹配等系统优化的综合要 求。
常用的组合与多功能模式： ( l ）以钢包吹氩为核心，加上与喂丝、喷粉、 化学加热、合金成分微调等一种或多种技术相复 合的精炼站，用于转炉-连铸生产衔接。 ( 2 ）以真空处理装置为核心，与上述技术中之 一种或多种技术复合的精炼站，也主要用于转炉 一连铸生产衔接。 ( 3 ）以LF 炉为核心并与上述技术及真空处理等 一种或几种技术相复合的精炼，主要用于电弧炉连铸生产衔接。 ( 4 ）以AOD 为主体，包括VOD 、转炉顶底复吹 生产不锈钢和超低碳钢的精炼技术。
炼钢连铸工艺流程介绍
主要方法：采 用脱硫、脱磷、
脱碳等方法
设备：铁水预 处理设备，如 脱硫罐、脱磷
罐等
效果：提高铁 水质量，降低 钢中杂质含量， 提高钢的力学 性能和耐腐蚀
性
转炉炼钢原理：利用高温熔融的钢水与氧气反应，生成铁水与钢渣
转炉炼钢设备：包括转炉、氧枪、钢包等 转炉炼钢过程：将铁水倒入转炉，加入氧气进行反应，生成铁水与钢渣， 然后进行钢渣分离和钢水精炼 转炉炼钢优点：生产效率高，产品质量好，成本低，环保性能好
连铸机的维护：定期检查、维护和 保养，确保连铸机的正常运行
提高生产效率：采用先进的自动化技术，提高生产效率，降低生产成本 节能减排：采用节能环保技术，减少能源消耗，降低环境污染 提高产品质量：采用先进的工艺技术，提高产品质量，满足市场需求 智能化发展：采用先进的智能化技术，实现生产过程的智能化控制，提高生产效率和产品质量
工艺流程：钢液在炉外精炼 设备中进行脱硫、脱氧、脱
碳等处理
优点：提高钢液质量，减少 杂质，降低成本，提高生产
效率
连铸工艺：将钢水连续铸造成钢坯 的工艺
关键技术：连铸机的设计、控制和 维护
连铸机的类型：立式连铸机、卧式 连铸机等
连铸机的工作原理：钢水通过连铸 机，冷却凝固成钢坯
连铸机的控制：温度、速度、压力 等参数的控制
切割速度：根据铸坯尺寸和材质选择合适的 切割速度
切割温度：控制切割温度在1000℃左右， 防止铸坯过热或过冷影响切割质量
切割后处理：切割后对铸坯进行冷却、打 磨等处理，保证铸坯表面光滑、无毛刺
切割质量控制：定期对切割设备进行维护和 校准，确保切割质量稳定可靠。
目的：去除铁 水中的杂质和 气体，提高铁
电炉炼钢原理： 利用电弧热能 熔化废钢和铁 水，生产出钢
炼钢-连铸流程的炉机匹配
炼钢-连铸流程的炉机匹配陈若冰;齐欢【摘要】根据对钢厂炼钢-连铸流程中各工序的功能及相互关系的分析，建立炼钢-连铸流程简化模型，从理论上分析转炉和连铸机主要参数应满足的衔接匹配要求。
在中冶连铸公司炼钢厂实际数据的基础上，借助Matlab仿真工具归纳比较不同物流瓶颈下可采取的炉机参数改进方案的利弊与匹配效果，提出进行炉机匹配的一般性改进方法和选择方案。
最后，将其应用在中冶连铸公司炼钢厂的实例中，为其制定适应该厂的最佳炉机参数改进方案，在保证生产安全与流畅的前提下实现炉机参数的良好匹配。
%According to the analysis of functions of the procedures in the steelmaking-casting process and the relationship between them, a simplified model of converting-casting process was established and the requirements for the main parameters of converters and continuous casters to be matched with each other theoretically were proposed. Based on the testing data from the steel plant of MCC (China Metallurgical Corporation), the pros and cons of the possible optimizing schemes for the parameters were stimulated and compared when there were different bottle-neck procedures in the process and a generalized way was proposed to achieve the matching between converters and continuous casters. And a specific plan for the plant of MCC was also raised, not onlyto achieve a better match between its converters and continuous casters, but also to guarantee the safety and fluency of process.【期刊名称】《中南大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2011(042)006【总页数】7页(P1650-1656)【关键词】炼钢-连铸系统;炉机匹配;参数优化【作者】陈若冰;齐欢【作者单位】华中科技大学控制科学与工程系,湖北武汉,430074;华中科技大学控制科学与工程系,湖北武汉,430074【正文语种】中文【中图分类】TF758随着钢铁技术的快速发展，钢铁生产的设备与技术都发生了显著变化，在这样动态更新的过程中，工序的匹配程度已成为影响系统运行效率的重要基础。
炉外精炼的方法
炉外精炼的方法LD为转炉，LF为钢包精炼炉，VD为真空脱气装置，WF为喂丝，CC为连铸。
电炉炼钢工艺：工艺一般都是三期，可分为熔化期氧化期还原期。
原理:电炉炼钢.电炉炼钢是利用电能来作热源进行冶炼. 常用的电炉有电弧炉和感应炉两种,而电弧炉炼钢占电炉炼钢产量的绝大部分.一般所说电炉就是指电弧炉. 电炉可全部用废钢做为金属原料,可冶炼力学性能和化学成分要求严格的钢,如特殊工具钢,航空用钢和不锈钢等. 电炉按所有的炉衬分为酸性和碱性两种.目前主要用碱性电炉,这种炉子可以有效地祛除钢中的硫,这是其他炼钢方法所欠缺的.随着世界钢铁生产的发展,电炉钢的比例不断提高,目前占世界钢产量的30%左右,尤其以电路-连铸-连扎为特点的电炉短流程工艺的确立,使电炉钢得到了很大的发展。
LF—为钢包精炼炉，利用电极加热，底吹氩搅拌；进行成分和温度调整；主要用于钢水脱硫和升温；LF对钢包没有特别要求；一般和电炉、转炉、VD均可匹配。
VD—真空脱气钢包精炼炉，主要用于钢水脱氢和脱氮；VD处理时是带渣操作，会发泡，因此要求钢包要有一定的净空，一般在1000mm左右，可以防止钢水溢出。
所以钢包最好为瘦长型。
处理时间长，一般和电炉、转炉匹配。
RH—为真空循环脱气精炼炉，主要用于钢水脱氢，通常配有氧枪，用于脱碳和升温；RH处理时要求真空槽能进入钢包内，使得环流管插入钢水中。
由于钢包是倒梯形的，所以真空槽不能无限度下降的。
因此要求钢包净空短，一般在300mm左右就可。
所以钢包最好为矮胖型。
处理时间短，一般和转炉匹配。
VD (Vacuum Degassing)精炼法，是将电炉、转炉的初炼钢液置于密闭罐内抽真空，同时钢包底部吹氩搅拌的一种钢液真空处理方法。
在电炉、转炉中经过熔化、初步吹炼，再置于真空罐内（真空室）通过钢包底吹氩搅拌加真空脱气过程，以获得纯净的钢液。
VD炉一般与LF炉相匹配，分别由LF炉上完成成分、温度的调整，由VD炉完成脱气、搅拌等任务。
电炉炼钢及炉外精炼
●●：效果显著 ●：有效果
工艺类别
精炼方式 搅拌方式 加热方式
钢包喷 粉法
氩氧炉 （AOD）
真空循环 脱气法 （RH）
真空吹氧 脱碳法 （VOD）
喷粉 吹氩
稀释气体 真空 钢水循环 电加热
真空 吹氩 吹氧
钢包真空 脱气法 （VD）
钢包炉 （LF）
真空 吹氩
大气(真空) 吹氩
电弧
脱氢
脱氮
脱氧
冶 金
真空碳脱氧
法
铁反应进行脱氧
扩散脱氧：将脱氧剂加在炉渣中，使脱氧剂和炉渣的氧化亚铁反应， 使钢液中氧向渣中转移扩散
真空脱氧：钢包内钢液置于真空条件下，打破原有的碳氧平衡，促使 碳与氧反应。
转炉炼钢脱氧三种方法都有，电炉炼钢一般只使用沉淀脱氧和扩散脱氧
● 脱氧
1.3.1 炼钢的基本任务
碳脱氧： FeO + C → Fe + CO 能在钢液中进行，但通常是扩散脱氧时在渣中进行的主要反应
● 去非金属夹杂 来源
内因：脱氧脱硫产物；凝固过程因溶解度降低产物；固态钢相变产生 外因：带入钢液中的炉渣和耐火材料；钢液氧化物
成分：大多数氧化物+部分硫化物
降低夹杂物含量：炉外精炼 改变夹杂物类别：钙处理、稀土处理 改变夹杂物颗粒尺寸和分布：塑性加工、进行热处理 氧化物冶金：在钢中加入细小弥散的Ti2O3夹杂物，改善性能
● 提高生产能力，降低成本 可提高现有炼钢能力30%~50%，生产成本下降10%~40%
2
1.3.6 钢的连铸 概念 将成分、温度合格的钢液通过连铸机直接铸成钢坯的工艺 钢液成形方法：模注（获得钢锭）— 轧制或锻压 — 钢坯 连铸（获得钢坯）
流程
LF精炼工艺和效果的研究
LF精炼工艺和效果的研究摘要：炉外精炼技术能使传统炼钢法难以生产的许多高质量钢种、各种特殊用途钢都可以以非常经济的方法大量生产, 并使钢内气体含量、夹杂物含量与形态、成分偏差等影响质量的因素均达到前所未有的水平, 进而大大改善了钢的化学与机械性能, 取得巨大的经济效益, 发展极为迅速。
炼钢生产过程中，LF 炉精炼后的钢渣具有自由CaO 含量大、碱度高和还原性强的特点，回收LF 炉热态余渣用于脱硫，渣中硫含量会有所升高，说明LF 炉精炼后的热态钢渣硫含量仍可提高，仍具有一定硫容量。
本文分析了LF精炼工艺和效果。
关键词：LF；精炼工艺；效果；LF 炉由于工艺流程简便, 精炼成本相对较低,已成为开发品种、提高质量的主要精炼设备之一。
国内大量厂家采用转炉-LF 炉-连铸的生产工艺路线, 但发挥LF 炉精炼作用的却不多, 仅用其均匀成分和升温。
某钢厂结合自身生产工艺实际, 采用合理控制精炼周期、快速造白渣、精确调整成份等手段, 在较短的时间内使LF 炉充分发挥其精炼效果, 钢材实物质量达到国内先进水平, 有效的实现了转炉-LF 炉-连铸低成本生产优质钢的新生产模式。
一、LF 炉精炼工艺流程及周期控制1.工艺流程。
到精炼站、加第一批渣料、脱氧剂、送电7min 、取样、测温、加第二批渣料、脱氧剂、送电10～15 min 、取样、测温、调整成分、升温至合格温度、氧含量、出站钙处理、连铸。
2.LF 炉处理周期。
LF 炉的处理周期是指钢包进入加热位至精炼完毕钢包离站所用的全部时间。
处理周期不仅受钢水条件的影响, 同时也受上下工序的制约。
LF 炉的处理周期包括处理时间和缓冲时间目前, 国内LF 炉处理周期一般在40～60min 。
我厂由于LF 炉布局问题, 辅助时间较长,且连铸能力远远大于LF 炉, LF 炉周期必须控制在25～35min 以内, 才能使连铸拉速维持在正常水平。
因此, 为保证与连铸匹配和精炼钢水质量,就得采取各种措施来缩短LF处理周期:一是进站钢水的条件稳定, 温度和带渣量符合标准;二是控制好处理时间, 其关键是统筹兼顾、合理安排。
炼钢物流系统炉机匹配规则(冶金2008-1、2班资料2011.4.11).
炼钢物流系统炉机匹配规则1.转炉炼钢厂工序产能和品种钢铸机配置炼钢生产组织的核心是生产作业计划与调度。
合理的生产作业计划与调度是保证生产物流通畅、进行资源合理配置与高效利用,提高设备利用率,进而提升生产系统的整体运行效率,降低物耗、能耗及成木,增加企业盈利和企业竞争力的重要途径。
钢产量是衡量炼钢厂生产运营状况的一个重要指标。
对于转炉-LF-连铸机流程,三个工序都有可能成为制约整个流程生产的瓶颈,决定流程的实际生产能力。
瓶颈是企业在实现其目标的过程中现存的或潜伏的制约因素,是生产能力小于或等于生产负荷的资源,而且在不同条件下,同一生产流程的瓶颈可能会发生转移,因此在市场需求允许的情况下,根据钢铁冶金过程工程和炼钢厂系统的运行原则与调控策略等相关理论,充分发挥每个设备的生产能力,首先应该分析限制钢厂年生产能力的因素.在解决了流程瓶颈的基础上,还要解决好各个生产环节的衔接匹配的问题。
具体到BOF—LF—CCM流程,分析三者的实际生产能力,掌握流程的瓶颈并提出改进建议。
炼钢厂生产能力的分析,就是对钢铁制造过程中物质流的三个基本参数(时间、温度和物质量中的物质量进行分析,剖析转炉、LF炉和连铸机生产过程,并进行协调匹配研究,以提升整个流程的产能。
炼钢内部能力匹配这里应考虑炼钢、热轧和冷轧各工序内部的能力匹配关系。
炼钢工序主要包括冶炼、精炼和连铸工段:冶炼和精炼以炉为单位、连铸以浇次为单位分别进行连续生产,连铸的浇次与浇次间隔为30~50m in;为保证连铸的连续生产,这3个工段的时间需满足精炼周期<冶炼周期≤浇注时间,对1炉钢是这样要求,对1个浇次也是这样要求。
精炼在冶炼和连铸之间起到缓冲和协调作用,因此3个工段中要求精炼周期最短,为避免连铸等待钢水则须冶炼周期小于或等于浇注时间。
因此,炼钢工序内部的能力匹配关系为:精炼能力>冶炼能力>连铸能力,其匹配程度与连铸产能扩展能力有关。
连铸产能扩展能力强,则炼钢工序内部之间是一种宽松型能力匹配;连铸扩展能力弱,则炼钢内部之间是一种紧凑型能力匹配,以确保在连铸产能扩展后炼钢内部仍能满足能力匹配关系。
高效连铸知识问答
高效连铸知识问答1．什么是高效连铸？答：高效连铸通常定义为五高：即整个连铸坯生产过程是高拉速、高质量、高效率、高作业率、高温铸坯。
陆着市场经济的深入发展，应当添加高经济效益(大幅度降成本)这一项最直接的指标；另外，高自动控制也提到日程上来了。
目前，国内的方坯高效连铸(以150方为例)，应在单流年产15万吨~20万吨合格普碳钢铸坯的水平、板坯应在100万-150万吨合格铸坯的水平。
其铸坯每吨的成本也在逐年降低。
连铸机的全程自动控制水平也在逐年提高。
2．高效连铸技术有哪些主要内容?答：高效连铸技术是一项系统的整体技术，实现高效连铸需要工艺、设备、生产组织和管理、物流管理、生产操作以及与之配套的炼钢车间各个环节的协调与统一。
主要技术内容如下：(1)保证适宜的钢水温度、最佳的钢水成分．并保证其稳定性的连铸相关配套技术。
(2)供应清洁的钢水和良好流动性钢水的连铸相关技术。
(3)连铸的关键技术—高冷却强度的、导热均匀的长寿结晶器总成(包括结晶器整体结构、精密水套、导热均匀的曲面铜管等等)。
(4)高精度、长寿的结晶器振动装置是高效连铸关键技术之一，这其中包括振动装置硬件的优化及结晶器振动形式、振动工艺参数的软件优化。
以往高效连铸采用的半板簧、全板簧及高频小振幅正弦波形起到了一定的正面效果。
目前，中冶连铸研制的新型串接式全板簧振动装置，其精度更高，整体刚度增强，寿命长，对促进高效连铸进一步发展将起到重要作用。
该装置可采用液压传动或机械传动，液压传动可增加正滑脱时间，提高保护渣用量，减小上振速度峰值，降低拉坯阻力，降低负滑脱时间，使振痕深度相应减小。
机械传动可以降低成本，更易于，推广使用。
(5)保护渣技术。
众所周知，保护渣与拉速相匹配，拉速提高后，保护渣黏度等指标要相应改进，保证用量不减或在允许范围内减少，以保证铸坯的高质量。
因此，连铸高效化后必须有低黏度、低熔点、高熔化速度、大凝固系数的保护渣。
保护渣技术是连铸高效化的一项关键技术。
炉外精炼工：初级炉外精炼工试题预测
炉外精炼工：初级炉外精炼工试题预测1、判断题电弧加热是得到广泛应用的最理想的加热方式之一。
（）正确答案：错2、填空题RH真空室的插入管分为上升管和（）。
正确答案：下降管3、填空题转炉炼钢所用的冷却剂主要（江南博哥）是：废钢、（）、球团矿、氧化铁皮等。
正确答案：矿石4、填空题气体搅拌对钢液的调温效果主要体现在（）。
正确答案：冷却钢液5、单选CAS-OB吹氧升温过程会使钢水硅含量（）。
A.提高B.降低C.保持不变正确答案：B6、填空题RH脱碳处理要求（）。
正确答案：钢包无残钢残渣7、判断题RH处理过程中合金加入的种类及数量不会对处理过程的温降速度产生影响。
（）正确答案：错8、单选一般RH精炼用合金的粒度以（）为宜。
A.＜3mmB.3mm～5mmC.＞15mm正确答案：B9、单选所谓浇铸温度，是指（）内钢水的温度。
A.盛钢桶B.中间包C.结晶器正确答案：B10、填空题采用RH处理工艺可利用一较小的真空设备，分批处理（）。
正确答案：大量钢液11、填空题钢和铁都是以（）为基体，含有碳、硅、磷、硫、锰等五大元素的铁碳合金。
正确答案：铁12、填空题对绝大多数钢种来说，磷都是一种有害元素，它会导致钢材的（）性。
正确答案：冷脆13、填空题考虑到互换性，一般真空的（）和（）内径相同。
正确答案：上升管；下降管14、填空题氮主要以（）的形式存在于钢中，钢中的氮可使钢材产生时效脆化，使钢材的冲击韧性降低。
正确答案：化合物15、单选下列精炼方法中，具备加热功能的是（）。
A.RHB.DHC.RH-OB正确答案：C16、问答题RH能起什么精炼效果？正确答案：RH主要起真空脱气作用，同时起均匀成份和温度作用；也可以在精炼过程微调成份，还可与吹氧加热、脱碳、喷粉等手段结合取得更广泛的精炼效果。
17、问答题RH真空脱气法有哪些精炼功能？正确答案：（1）去除钢中的气体，即氮、氢、氧；（2）合金化，微调钢液成份；（3）均匀钢液成份和温度；（4）脱硫，去除夹杂物，提高钢液纯净度；（5）脱碳。
转炉炼钢炉外精炼与连铸工艺
浇注过程中钢水 凝固过程示意图
扇形段：包括弯曲 段、弧形段、矫直 段和水平段
弯曲段为0段，其设计型式为 连续弯曲型，辊数17对，辊 径150mm，辊型为三分节辊； 弧形段为1-3段，弧形半径5m， 辊数7对，辊径和矫直段、水 平段相同，均为200mm，辊型 为三分节辊；矫直段为4-5段， 弧形半径为5m，7对自由辊， 1对驱动辊；水平段为6-10段， 其中6段和10段为6个自由辊， 2个驱动辊，其它为7个自由 辊，1个驱动辊。
喂线工艺
在RH-KTB工位和LF工位都设有 喂线装置，线的种类为Ca-Si线 和Ca-Al线。 喂线的基本作用： 1、夹杂物变性（Al2O3、MnS等） 2、脱氧和脱硫
III. 连 续 铸 钢 Continuous Casting
连铸基本工艺原理
钢水由大罐经中间包稳流、 分配后进入结晶器，受到结 晶器水冷铜壁的冷却形成坯 壳，为了避免坯壳与结晶器 粘结，结晶器做上下往复振 动，并加入保护渣或其他起 到润滑效果的材质。铸坯经 弯曲进入弧形段，再经矫直 成水平状态，由切割机切割 成一定长度的铸坯，输送至 轧钢厂。
转炉炼钢造渣的目的是：去除磷、硫，减少喷溅，保护炉衬，减少终 点氧含量。 1、造渣方法
有单渣法、双渣法、留渣操作等。
2、渣料加入量的确定 石灰加入量（t）= 铁矾土的加入量： 冶炼低碳钢时铁矾土加入量不大于1.0吨； 冶炼中高碳钢时铁矾土加入量不大于1.5吨。
2.14×铁水含Si%×碱度（R）×铁水量（t） 石灰有效CaO%
炼钢用原材料
原材料是炼钢的基础，原材料质量的好坏对炼钢工艺和钢的 质量有直接影响。 炼钢用原料一般分为主原料、辅原料和各种铁合金等。 其中： 主原料：铁水和废钢。 辅原料：造渣剂（石灰、铁皮球、轻烧白云石、菱镁石等） 冷却剂（废钢、生铁块、铁矿石等） 升温剂（硅铁、碳化硅等） 各种合金：常用的合金有Fe-Mn、Si-Fe、SiMn、AL、ALMnTi、 SiBaSrAl等 其它材料：增碳剂、焦炭、氧气等。
4 炉外精炼与炼钢、连铸的匹配
本次课内容
合理匹配的必要性 炉外精炼技术匹配要求 匹配的原则 匹配模式
合理匹配的必要性
现代化炼钢厂的工艺流程， 转炉：（高炉铁水）—铁水预处理—转炉吹 炼—炉外精炼—连铸（长流程） 电弧炉：废钢预热—超高功率电弧炉—炉外 精炼—连铸（短流程） 上述步骤一环连一环，必须匹配好，才能获得 高的生产速率、好的产品质量和经济效益 。
脱碳
( 3 ）真空吹氧脱碳VOD，钢水循环真空处理 过程吹氧脱碳RH-OB 是真空下吹氧脱碳法的 一种，适于冶炼超低碳钢种 。 ( 4 ) VOD 与AOD 是针对熔炼不锈钢发展起 来的炉外精炼技术。
控温—电弧加热
( 5 ）具有电弧加热功能的精炼设备（精炼 炉）。常用者有三种：ASEA 一SKF 钢包炉 ，LF 型钢包炉，VAD 真空电弧加热脱气装 置。 见表4-3 书上181页
匹配的原则
目前多采用一对一的单通道设备配置模式： 一座冶炼炉+一套精炼设备+一台连铸机 专业生产一套产品 精炼周期、浇注周期均应略短于冶炼生产周 期 电炉+VD、VOD（补充电炉脱碳能力不足和 去除有害气体） 电炉+LF、喷粉、喂线、吹氩（缩短电炉周 期） 转炉+CAS-OB （采用周期短的、具有吹氩 搅拌和保护下合金微调、喂线等设备）
脱气
( 2 ）真空精炼（或称钢水真空处理）对脱除 气体最为有利，尤其对脱氢甚为有效。真空 处理可以使大部分特殊钢脱氢、脱氧、脱除 部分氮和降低夹杂，并且可以在真空下脱碳 生产超低碳钢种。 真空处理包括RH 、DH 、VD 。DH 、RH 占有 优势。DH 设备较复杂，而且是间断性的， 20 世纪80 年代以来采用者减少。而RH 设 备仍在发展。
炼钢-精炼-连铸流程连铸坯质量控制
炼钢-精炼-连铸流程连铸坯质量“零缺陷”控制北京科技大学冶金与生态工程学院蔡开科孙彦辉2012.5目录1.连铸凝固过程的冶金特性2.连铸钢水质量纯净度（洁净度）控制3.连铸坯裂纹缺陷控制4.连铸坯内部中心缺陷控制5.结语21. 连铸坯凝固过程的冶金特性1. 1连铸坯凝固过程基本特征把钢水凝固成固体，根据冷却速度不同有两种凝固工艺如图：●钢锭模浇注工艺●连续铸钢工艺连铸与模铸流程比较连续铸钢是一项把钢水直接浇注成形的新工艺，它的出现从根本上改变了一个世纪以来占统治地位的钢锭→初轧工艺。
与模铸相比，连铸的优点：◆节省工序，缩短流程◆提高金属收得率10~14%◆降低能耗减少1/2~1/4◆机械化自动化程度高◆产品质量好2011年中国钢产量达到6.75亿吨,2011年我国连铸比达98%以上，已达到饱和状态。
近年来近终型（Near Net-Shape）连铸技术如薄板坯连铸连轧（CSP、FTSC…）和中等厚度板坯连铸得到了很大的发展。
与钢锭模浇铸工艺相比，如图所示，连续铸钢过程基本特点如下：（1）连铸坯凝固过程实质上是动态热量传递过程钢水从液态转变为固体放出热量：钢水→固体+Q放出热量包括：✓过热✓凝固潜热✓物理显热连铸凝固过程示意图以20钢为例，钢水凝固冷却到室温放出热量是：✓过热25.2 kJ/kg✓潜热328 kJ/kg✓显热958 kJ/kg总热量中大约1/3从液体→固体放出，其余2/3是完全凝固后放出的。
钢水在连铸机内凝固是一个热量释放和传递的过程，铸坯边运行，边放热，边凝固，形成了很长的液相穴（10~20几米），在液相穴长度上布置了三个冷却区：●一次冷却区：钢水在结晶器中形成足够厚的均匀坯壳，以保证铸坯出结晶器不拉漏。
●二次冷却区：喷水加速铸坯内部热量的传递，使其完全凝固。
●三次冷却区：铸坯向空气中辐射传热使铸坯温度均匀化。
以20钢为例，经过钢水凝固热平衡计算，得出以下概念：a）钢水从结晶器→二冷区→辐射区大约有40%热量放出来，铸坯钢水才能完全凝固。
炉外精炼常识
(3)渣洗
• 是获得洁净钢并能适当进行脱氧、脱硫的最简
便的精炼手段。
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。
LF造泡沫白渣完成脱氧、脱硫和去夹杂等精炼
任务。
(4)真空
• 将钢水置于真空室内，由于真空作用使反
应向生成气相方向移动，达到脱气、脱氧、
脱碳等的目的。
(5)喷吹、喂线
炉外精炼技术特点
• 实现分阶段冶炼，创造最佳的热力学动力
学条件，保证钢水纯净度；
• 采用真空精炼，提高脱C脱气速率；
• 采用电弧加热，精确控制钢水温度； • 采用吹 氩搅拌工艺，精确控制钢水成分。
炉外精炼技术优点
• 提高钢水纯净度：[S]≤5ppm，[P]≤20ppm，
[N]≤15ppm，[H]≤1.5ppm，[T·O]≤10ppm，
化生产的专业生产线。从铁水到成品钢材的生
产周期将缩短到2.5～3小时。
• 炉外精炼的发展，大幅度提高了钢水净化度，
明显改善了产品的性能,为新一代钢铁材料的 发展打下坚实工艺基础。
炉外精炼含义
• 把炼钢炉炼出的成品钢或半成品钢，在炉 外设备中进行脱硫、脱氧、脱碳、去气、 去夹杂、调整化学成分和温度等处理，进 一步提高钢的质量和品质的工艺方法。
CAS工艺功能特点
• 调整钢水成份
• 加铝吹氧升温，升温速度可达7℃/min
• 氩气密封、合金收得率高且稳定
• 处理成本低
• 均衡转炉和连铸工序生产
LF炉主要功能及特点
• 采用电加热的物理升温方式，不污染钢水 • 白渣脱硫 • 调整钢水成份 • 喂丝对钢水进行钙化处理
• 纯净钢水
• 均衡转炉和连铸工序生产
炉外精炼
钢水炉外精炼含义炉外精炼是把转炉、平炉或电炉中所炼的钢水移到另一个容器中(主要是钢包)进行精炼的过程。
也叫“二次炼钢”或钢包精炼。
炉外精炼把传统的炼钢分为两步。
(1)初炼：在氧化性气氛下进行炉料的熔化、脱磷、脱碳和主合金化。
(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。
从60年代以来，各种炉外精炼方法相继出现。
目前，全世界已有500多台炉外精炼设备在钢厂投入工业生产。
炉外精炼在现代化的钢铁生产流程中已成为一个不可缺少的环节。
尤其是炉外精炼与连铸相配合，是保证连铸生产顺行、扩大连铸品种、提高铸坯质量的重要手段。
在炼钢生产流程中，采用转炉(电炉)→炉外精炼→连铸已成为钢厂技术改造的普遍模式。
炉外精炼工艺特点和冶金作用各种炉外精炼方法的工艺各异，共同特点是：(1)有一个理想的精炼气氛，如真空、惰性气体或还原性气体。
(2)采用电磁力、吹惰性气体搅拌钢水。
(3)为补偿精炼过程中的钢水温降损失，采用电弧、等离子、化学法等加热方法。
炉外精炼主要是在钢包内完成的。
总的来说，有以下冶金作用：—钢水温度和成分均匀化。
—微调成分使成品钢的化学成分范围非常窄。
—把钢中硫含量降到非常低(如S<0.005％)。
—降低钢中的氢氮含量(如H<2ppm)。
—改变钢中夹杂物形态和组成。
—去除有害元素。
—调整温度。
钢包精炼方法不同，采用的工艺操作也不相同，所达到的冶金效果也不一样。
要结合生产的钢种、产品质量来选择合适的炉外精炼方法。
选择与连铸相匹配的炉外精炼的要求与连铸相匹配的钢包精炼，在于提高铸坯质量和保证连铸工艺的稳定性。
选择合适的炉外精炼方法是连铸钢水准备、提供合格质量钢水的重要手段。
为此结合产品质量要求，选择钢包精炼设备应满足以下基本要求：(1)调节钢水温度，达到连铸所要求的浇注温度。
(2)提高钢水清洁度，特别是减少钢中大型夹杂物的含量。
(3)降低钢中气体(如氢)含量。
炉外精炼--钢包炉精炼法
6.3 钢包炉精炼法（LF(V)法）
LF(V)：Ladle Furnace (Vacuum)。 是钢包炉的缩写。
无真空工位的叫LF法，带有真空工位的叫LFV法。
LFV法是在ASEA-SKF法和VD法等方法基础上的改 进设备，这三种方法统称为钢包精炼炉。此法是把电
弧炉的还原精炼原样移到钢水包中操作。将电弧埋入
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6.3 钢包炉精炼法（LF(V)法）
LF钢包精炼炉按加热方式可分为交流钢包炉、直 流钢包炉以及等离子枪加热钢包炉。 等离子枪加热钢包炉：
三相交流等离子钢包炉，由于没有电极造成的增碳，
有利于生产高洁净度的极低碳钢。新日铁广烟制铁 所使用的是三相交流等离子的PLF法。
合金与渣料加料系统、底吹氩搅拌系统、喂线系统、炉盖 及冷却水系统(有的没有冷却系统)、除尘系统、测温取样 系统、钢包车控制系统等，如图6-9所示。按照供电方式 分为交流钢包炉和直流钢包炉，目前国内多数炉是使用交 流钢包炉。
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1－电极； 2－合金料仓；3－透气转；4－滑动水口 图6-9 LF设备示意图
a－炉盖旋转式；b－钢包移动式 1－钢包；2－搅拌器；3－电极盖；4－真空盖 图6-3 ASEA-SKF炉布置方式
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6.1钢包加热电磁搅拌精炼法（ASEA-SKF法）
电磁感应搅拌器
图6-4 搅拌器位置和钢液流动状态示意图
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非真空处理用的钢包，自由空间的高度小一些，对非真空
洁净钢炉外精炼与连铸用耐材的发展
世界金属导报/2011年/5月/10日/第012版耐火材料洁净钢炉外精炼与连铸用耐材的发展洪学勤李具中易卫东宋泽啟雷中兴易献勋耐火材料作为钢水容器和钢水冶炼过程中的功能材料，与钢水直接接触。
如果材质选择不合理，质量低劣或管理不善，耐火材料就有可能以非金属夹杂物等形式存在于钢水之中，从而影响钢水的洁净度。
因此，研究洁净钢用耐火材料具有重要的现实意义。
下面重点概述洁净钢炉外精炼与连铸用耐火材料的现状及发展方向，主要包括精炼钢包系统、RH精炼系统、中间包系统用耐火材料的材质选择及技术进步，同时强调了耐火材料的管理及创新在洁净钢生产中的作用。
1材质及其技术进步耐火材料的材质选择，首先要满足冶炼工艺要求，其次要结合不同工序的特征，同时也要尽可能兼顾耐材所用原料的资源情况及其相应产品的性价比。
下面对精炼钢包系统、RH精炼系统和中间包系统逐一讨论。
1.1精炼钢包系统目前，国内大多数精炼钢包采用含碳材料。
如镁碳砖、铝镁碳砖、镁铝碳砖等，其碳含量一般在8%以上。
随着洁净钢要求的不断提高，这些材料难以满足要求。
近几年，相继出现多种低碳和无碳钢包耐火材料，如无碳刚玉-尖晶石预制块、机压刚玉-尖晶石无碳砖、低碳镁碳砖、刚玉-尖晶石浇注料、镁钙砖等。
1.1.1无碳刚玉-尖晶石预制块无碳刚玉-尖晶石预制块是以超低水泥或ρ- Al2O3结合的刚玉-尖晶石浇注料在耐火材料企业预制成型并经过热处理的产品。
该产品用于洁净钢的冶炼取得了良好的效果。
如，在武钢三炼钢的300t钢包使用，寿命达250次。
一种典型的刚玉-尖晶石预制块的理化指标如表1所示。
与之配套使用的无碳材料还有包底刚玉质冲击块，包底刚玉浇注料、包壁修补料、包底修补料和高纯铝镁火泥等，其性能如表2所示。
钢包刚玉-尖晶石预制块具有不含碳、纯度高、使用寿命高的优点，目前正在宝钢、武钢等推广用于洁净钢冶炼，并取得良好效果。
但该产品也存在如下问题与不足:(1)产品生产过程中，人工成本高，生产效率低；(2)产品原料成本高；(3)配套材料较多，需要人工修补；(4)抗热震稳定性能有待进一步提高。
转炉炼钢、炉外精炼、连铸
1、转炉炼钢转炉炼钢（converter steelmaking）是以铁水、废钢、铁合金为主要原料，不借助外加能源，靠铁液本身的物理热和铁液组分间化学反应产生热量而在转炉中完成炼钢过程。
转炉按耐火材料分为酸性和碱性，按气体吹入炉内的部位有顶吹、底吹和侧吹；按气体种类为分空气转炉和氧气转炉。
碱性氧气顶吹和顶底复吹转炉由于其生产速度快、产量大，单炉产量高、成本低、投资少，为目前使用最普遍的炼钢设备。
转炉主要用于生产碳钢、合金钢及铜和镍的冶炼。
转炉炼钢-正文一种不需外加热源，主要以液态生铁为原料的炼钢方法。
转炉炼钢法的主要特点是：靠转炉内液态生铁的物理热和生铁内各组分（如碳、锰、硅、磷等）与送入炉内的氧进行化学反应所产生的热量，使金属达到出钢要求的成分和温度。
炉料主要为铁水和造渣料（如石灰、石英、萤石等），为调整温度，可加入废钢以及少量的冷生铁块和矿石等。
转炉按炉衬的耐火材料性质分为碱性（用镁砂或白云石为内衬）和酸性（用硅质材料为内衬）;按气体吹入炉内的部位分为底吹、顶吹和侧吹;按吹炼采用的气体，分为空气转炉和氧气转炉。
酸性转炉不能去除生铁中的硫和磷，须用优质生铁，因而应用范围受到限制。
碱性转炉适于用高磷生铁炼钢，曾在西欧得到较大发展。
空气吹炼的转炉钢，因含氮量高，质量不如平炉钢，且原料有局限性，又不能多配废钢，未能像平炉那样在世界范围内广泛采用。
1952年氧气顶吹转炉问世，逐渐取代空气吹炼的转炉和平炉，现在已经成为世界上主要炼钢方法。
简史1856年，英国贝塞麦(H.Bessemer)发明了底吹酸性转炉炼钢法，以后被称为贝塞麦转炉炼钢法。
从此开创了大规模炼钢的新时代。
1879年英国托马斯(S.G.Thomas)创造了碱性转炉炼钢法。
造碱性渣除磷,适用于西欧丰富的高磷铁矿的冶炼，一般称托马斯转炉炼钢法。
1891年，法国特罗佩纳(Tropenas)创造了侧面吹风的酸性侧吹转炉炼钢法，曾在铸钢厂得到应用。
用氧气代替空气的优越性早被认识，但因未能获得大量廉价的工业纯氧，长期未能实现。
关于EBT电炉概念
关于EBT 电炉概念传统电炉炼钢“老三期”工艺操作:装料熔化、氧化扒渣、造渣还原、带渣出钢，带入钢包中的是还原性炉渣，带渣1前言出钢对进一步脱硫、脱氧、吸附夹杂等是有益无害的。
而当电炉功能分化后，超高功率电炉与炉外精炼相配合，电炉出钢时的炉渣是氧化性炉渣。
理论与实践证明，这种氧化性炉渣带入钢包精炼过程将会给精炼带来极为不利的影响。
于是，围绕避免氧化渣进入钢包精炼过程，出现了一系列渣钢分离方法。
其中，效果最好、应用最广泛的是EBT法(Eccentric Bottom Tapping),即偏心底出钢法，简称“ EBT'。
本文概述偏心底出钢电炉的结构特点及其优越性，重点介绍偏心底出钢电炉的冶炼工艺，以及偏心底出钢电炉的出钢口填料及其操作。
1、EBT 电弧炉的特点EBT 电炉结构是将传统电炉的出钢槽改成出钢箱，出钢口在出钢箱底部垂直向下。
出钢口下部设有出钢口开闭机构，开闭出钢口，出钢箱顶部中央设有操作口，以便出钢口的填料操作与维护。
2、EBT 电弧炉的优点EBT 电炉主要优越性在于，它实现了无渣出钢和增加了水冷炉壁使用面积。
优点如下:(1) 出钢倾动角度的减少。
简化电炉倾动结构:降低短网阻抗:增加水冷炉壁使用面积，提高炉体寿命。
(2) 留钢留渣操作。
无渣出钢，改善钢质量，有利于精炼操作:留钢留渣，有利电炉冶炼、节约能源。
(3) 炉底部出钢。
降低出钢温度，节约电耗:减少二次氧化，提高钢的质量:提高钢包寿命。
由于EBT 电炉诸多优点，在世界范围迅速得到普及。
现在建设电炉，尤其与炉外精炼配合的电炉，一定要求无渣出钢，而EBT是首选。
EBT电炉的出钢操作。
出钢时，向出钢侧倾动约5°后，开启出钢机构，出钢口填料在钢水静压力作用下自动下落，钢水流入钢包，实现自动开浇出钢。
当钢水出至要求的约95%时迅速回倾以防止下渣，回倾过程还有约5%的钢水和少许炉渣流入钢包中，炉摇正后(炉中留钢10%〜15%,留渣》95%检杳维护出钢口，关闭出钢口，加填料，装废钢，重新起弧熔炼。
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合理匹配的必要性
现代化炼钢厂的工艺流程，以氧气转炉 为例，一般为：（高炉铁水）——铁水预 处理——转炉吹炼——炉外精炼——连铸。
上述步骤一环连一环，必须匹配好，才 能获得高的生产速率、好的产品质量和 经济效益 。
具体要求如下： ( l ）在功能上能相互适应，相互补充；能满足
产品的质量要求，且经济、实用、可靠。 ( 2 ）在空间位置上要紧凑，尽量缩短两个环节
间衔接的操作时间，且不和其他操作干扰。 ( 3 ）各环节的设备容量、生产能力要相当；要
适当考虑各环节在发挥潜在能力时也能相互适 应。 ( 4 ）在操作周期上要能合理匹配，既不会经常 相互等待，又有一些缓冲调节的余地，以方便 生产组织和调度。
匹配的原则
冶炼炉和精炼设备匹配原则 冶炼炉和连铸机的匹配原则
( 3 ）电炉钢厂选择精炼方式有以下几种： l ）生产不锈钢板、带、棒线的钢厂，一般采用AOD 精 炼方式，有的附有LF 或VOD / VAD 。 2 ）非不锈钢类的合金钢厂，则配以LFV 为核心的多功 能复合精炼装置。 3 ）普碳钢和低合金钢生产厂，则配以LF 为核心的多功 能复合精炼装置 。
大型钢铁联合企业
控温——电弧加热
( 5 ）具有电弧加热功能的精炼设备（精 炼炉）。常用者有三种：ASEA 一SKF 钢 包炉，LF 型钢包炉，VAD 真空加热脱气 装置 。
控温——化学加热
( 6 ）比较几种钢水的再加热方法，钢包 中用化学加热方法具有设备简便和热效 率高的优点，而且升温较快，CAS 一OB 是化学法加热成功的技术。
学条件
动力学条件的改善
( l ）几乎任何一种精炼工艺均有钢水的 搅拌以促进渣钢反应，均匀化学成分， 均匀钢水温度以及加速添加料的熔化与 均匀化。
脱气
( 2 ）真空精炼（或称钢水真空处理）对 脱除气体最为有利，尤其对脱氢甚为有 效。真空处理可以使大部分特殊钢脱氢 、脱氧、脱除部分氮和降低夹杂，并且 可以在真空下脱碳生产超低碳钢种。
生产特点是：( l ）生产能力大，追求高的生产 效率和低的生产成本； ( 2 ）以生产高附加值产品（钢板）为主，具 备很强的深加工能力，提高产品的市场竞争能 力； ( 3 ）采用传统的高炉一转炉流程。 二次精炼工艺主要为CAS-OB 法和RH / KTB / PB 法。
特殊钢厂
生产特点如下： ( 1）生产品种多、规格多、批量小，生产计 划与销售市场密切结合； ( 2 ）产品质量要求严格，生产工艺比较复杂 ； ( 3 ）部分钢种的产品性能和加工性能有显著 的特点，需要特殊处理。 二次精炼工艺主要为LF-VD ( RH ）。对于生 产不锈钢，主要为VOD 或AOD 。
真空处理包括RH 、DH 、VD 。DH 、RH 占有优势。DH 设备较复杂，而且是间断 性的，20 世纪80 年代以来采用者减少 。而RH 设备仍在发展。
脱碳
( 3 ）真空吹氧脱碳，钢水循环真空处理 过程吹氧脱碳RH-OB 是真空下吹氧脱碳 法的一种，适于冶炼超低碳钢种 。
( 4 ) VOD 与AOD 是针对熔炼不锈钢发展 起来的炉外精炼技术。
短流程钢铁厂
基本特点是：
( l ）工艺紧凑，生产节奏快，效率高，产量大 ； ( 2 ）品种较单一，批量大，生产连续性强； ( 3 ）生产钢种的性能和成分要求比较低，容 易生产。 二次精炼工艺主要为CAS-OB （配转炉）, LF （配电炉）。
其次，还必须考虑工艺特性的要求和生产 规模、衔接匹配等系统优化的综合要 求。
常用的组合与多功能模式： ( l ）以钢包吹氩为核心，加上与喂丝、喷粉、 化学加热、合金成分微调等一种或多种技术相复 合的精炼站，用于转炉-连铸生产衔接。 ( 2 ）以真空处理装置为核心，与上述技术中之 一种或多种技术复合的精炼站，也主要用于转炉 一连铸生产衔接。 ( 3 ）以LF 炉为核心并与上述技术及真空处理等 一种或几种技术相复合的精炼，主要用于电弧炉连铸生产衔接。
4 炉外精炼与炼钢、连铸的合理 匹配
本次课内容
炉外精炼技术的选择依据 合理匹配的必要性 匹配的原则 匹配模式
炉外精炼技术的选择依据
选择精炼工艺，应考虑产量（及炉子容 量）、钢的质量、钢种的特性以及采用 炉外精炼的经济效果，其中尤以适应钢 的质量要求为首要目的。
脱气、脱硫、脱碳、去 夹杂、控温、好的动力
精炼周期< 冶炼周期
连铸机设计时要尽可能做到：( l ）连铸
机的浇注时间与冶炼、精炼的冶炼周期保
持同步；
( 2 ）连铸机的准备时间应小于冶炼、精
炼的冶炼周期；
( 3 ）当冶炼周期和浇注周期配合有困难 时要考虑增加钢包炉（LF ）来调节。
炉外精炼方法选择及匹配模式
合理选择炉外处理方法，首先必须立足于 市场和产品对质量的不同要求，这是选 择炉外处理方法的基本出发点。
( 4 ）以AOD 为主体，包括VOD 、转炉顶底复吹生 产不锈钢和超低碳钢的精炼技术。
根据产品类型、质量、工艺和市场要求的模式： ( l ）生产板带类钢材的大型联合企业，采用传统的高 炉-转炉流程，生产能力大，追求高的生产效率和低成本 。一般配有两种类型的精炼站，即以CAS-OB 吹氩精炼和 RH / KTB / PB 真空处理为主的复合精炼。 〔 2 ）以生产棒线材为主的中小型转炉钢厂，一般配有 钢包吹氩、喂丝、合金成分微调的综合精炼站 。