1.钢水炉外精炼概述
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%
钢液炉外精炼工艺.
1-电极；2-合金料斗；3-透气砖；4LF炉精炼原理 滑动水口 1-电极；2-合金料斗；3-透气砖；4滑动水口
LF炉生产流程
常规 LF炉工艺操作
• 电炉EBT出钢，出钢过程加合金、加渣料(石灰、 萤石等2%)，底吹氩、通电升温、化渣，10分钟 取样分析，加渣料(1％)，测温取样，加合金看 脱氧，准备出钢。 • 一般30－50分钟，电耗50－80kwh/t；
真空处理
• 脱气的主要方法 提高真空度可将钢中C、H、O降低；
真空处理
日本真空技术，真空度到1 torr； C<10ppm,H<1ppm,O<5ppm 中国真空技术，真空度到3 torr； C<20ppm,H<2ppm，O<15ppm。 新开发了脱硫功能：KTB 代表性装置：RH、VD、VOD。
VD真空脱气装置，3台8流方坯连铸机、1台4流全自动矩形坯品种铸机。有2 条从铁水脱硫—转炉冶炼—LF精炼（VD炉真空脱气）--品种连铸机的优质 钢生产线。 随着冶炼品种比例的不断增大，因LF处理周期偏长等因素，成为了限制 性环节，品种与规模、产量与质量之间的矛盾也十分突出。 树立LF精炼是一项系统工程的思想，合理整合精炼系统，有效配置主辅 设备。在LF系统装配喂线机、电极接换平台、电极下滑平台车、定氧仪、 定氢仪和增压泵吹氩系统等装备，实现工艺设备合理配置，优化工艺过程。 目前LF的生产能力在保证上述2条优质钢生产线的同时，还为新改造的3# 品种铸机提供部分钢水，并不断提高产品质量，品种钢产量由1995年的几 千吨逐年增加，2003年品种钢产量为134.16万吨，占总产量的44.52%， 2004年品种钢产量为172.5万吨，占总产量的56.37％。
首钢80tLF辅助工艺装备的应用
炉外精炼基础知识
一、理论基础所谓炉外精炼，就是将在转炉或电炉内初炼的钢液倒入钢包或专用容器内进行脱氧、脱硫、脱碳、去气、去除非金属夹杂物和调整钢液成分及温度以达到进一步冶炼目的的炼钢工艺，即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)、调整和均匀成分和温度的任务，部分或全部地移到钢包或其他容器中进行，变一步炼钢法为二步炼钢，即把传统的炼钢过程分为初炼和精炼两步进行。
国外也称之为二次精炼(Secondary Refining)、二次炼钢(Secondary steelmaking)、钢包冶金(Ladle Metallurgy)。
炉外精炼可以完成下列任务：①降低钢中氧、硫、氢、氮和非金属夹杂物含量，改变夹杂物形态，以提高钢的纯净度，改善钢的性能。
②深脱碳，满足低碳或超低碳钢的要求。
③微调合金成分，使其分布均匀，降低合金的消耗，以提高合金收得率。
④调整钢水温度到浇注所要求的范围内，减小包内钢水的温度梯度。
①渣洗：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。
合成渣洗的主要目的是降低钢中的氧、硫和非金属夹杂物含量，可以把W[O]降到0.002%、W[S]降至0.005%。
1．工艺流程：渣料加入钢包底→挡渣出钢→吹氩、喂线→浇铸2．加入量：控制在0.3~0.5%即可保证一定的脱硫率且不会因合成渣的大量加入而使出钢温降增大，确保浇铸顺利。
3．操作要求：（1）合成渣应预热以充分去除渣中水分；（2）采用挡渣出钢技术，做到少下渣或不下渣；（3）做到红包出钢且钢包干净，无残钢残渣；（4）出钢后进行吹氩处理。
4.合成渣冶金效果：(1)脱硫脱硫反应式：[S]+（CaO）=[O]+（CaS）平衡常数K= [O](CaS)/ [S] (CaO)由于合成渣中有较高的CaO，出钢过程深度脱氧，挡渣出钢，出钢过程吹氩充分搅拌，有利于上式反应的进行，因而有较好的脱硫效果，脱硫率可达20~30%。
炉外精炼-RH
炉外精炼的基本原理：（1）吹氩的基本原理：氩气是一种惰性气体，从钢包底部吹入钢液中，形成大量小气泡，其气泡对钢液中的有害气体来说，相当于一个真空室，使钢中[H][N]进入气泡，使其含量降低，并可进一步除去钢中的[O]，同时，氩气气泡在钢液中上沲而引起钢液强烈搅拌，提供了气相成核和夹杂物颗粒碰撞的机会，有利于气体和夹杂物的排除，并使钢液的温度和成分均匀。
（2）真空脱气的原理：钢中气体的溶解度与金属液上该气体分压的平方根成正比，只要降低该气体的分压力，则溶解在钢液中气体的含量随着降低。
（3）LF炉脱氧和脱硫的原理：炉外精炼的任务：炉外精炼是把由炼钢炉初炼的钢水倒入钢包或专用容器内进一步精炼的一种方法，即把一步炼钢法变为二步炼钢法。
炉外精炼可以完成下列任务：（1）降低钢中的硫、氧、氢、氮和非金属夹杂物含量，改变夹杂物形态，以提高钢的纯净度，改善钢的机械性能；（2）深脱碳，在特定条件下把碳降到极低含量，满足低碳和超低碳钢的要求；（3）微调合金成分，将成分控制在很窄的范围内，并使其分布均匀，降低合金消耗，提高合金元素收得率；将钢水温度调整到浇铸所需要的范围内，减少包内钢水的温度梯度。
RH真空循环脱气法LF具有加热和搅拌功能的钢包精炼法处理过程：用钢包车将钢包送入处理位，使真空室下降或使钢包提升，以便使吸嘴浸入钢包内的钢液以下500mm。
然后启动真空泵。
由于真空室内压力下降，钢包内钢水被吸入真空室中。
由于吸嘴中的一个喷入氩气，另一个没有，钢水便开始反复循环。
这时就可采取各种处理措施，例如脱气、吹氧、化学成分及温度调整等。
处理结束时使系统破真空。
随后退出吸嘴，将钢包送至后处理位置或交接位置。
冶金效果：在短时间就可达到较低的碳(<15ppm)、氢(<1.5ppm)、氧含量(<40ppm)；仅有略微的温度损失；不用采取专门的渣对策；可准确调整化学成分，Al，Si等合金收得率在90～97％。
汽车钢板以及电工钢等是RH钢生产的典型产品。
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。
1.炉外精炼概述
2 创造良好的冶炼反应的热力学和 动力学条件。
通过各种加热精炼手段补偿精炼过程中的温度 损失，使得需要在高温下的脱硫等反应得以顺利进 行。 炼钢过程中的各种冶金反应，多数是在高温下 进行的多相反应，通常化学反应本身进行较快，而 反应物传递到反应界面和生成物脱离反应界面较慢， 成为限制冶金反应速率的因素。通过搅拌、喷吹等 手段提高浓度梯度，增大反应界面，使各种冶金反 应得以顺利进行。
五 炉外精炼的手段
目前炉外精炼的手段有渣洗、真空、搅拌、喷吹和加热 五种。采用一种或几种不同手段的不同组合，就形成了某 一种精炼方法。 1 渣洗：获得洁净钢液并能适当进行脱氧、脱硫和去除 夹杂物的最简便的精炼手段。它是将事先配好的合成渣倒 入钢包内，借出钢时钢流的冲击作用，使钢液与合成渣混 合，从而完成脱氧、脱硫和去除夹杂等精炼任务。 2 真空：将钢液置于真空室内，由于真空作用使反应向 生成气相方向移动，达到脱气、脱氧、脱碳等目的。 3 搅拌：通过搅拌扩大反应界面，加速反应物质的传递 过程，提高反应速度。分为吹气搅拌和电磁搅拌。 4 加热：调节钢液温度的一项重要手段，使炼钢与连铸 更好地衔接。分为电弧加热法和化学加热法。 5 喷吹：用气体作载体将反应剂加入金属液内的一种手 段。喷吹的冶金功能取决于精炼剂的各类，它能完成不同 程度的脱硫、脱氧、合金化和控制夹杂物形态等精炼任务。
钢水炉外精炼概述
一 炉外精炼的产生原因
1 普通炼钢炉（转炉、电炉）冶炼出来 的钢液难以满足对钢的质量（如钢的纯净度 等）越来越高的要求。 2 为了提高生产率，缩短冶炼时间，把 炼钢的一部分任务移到炉外完成。 3 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。
二 炉外精炼的概念
3 炉外精炼在炼钢生产中的重要地 位和作用
转炉炼钢炉外精炼与连铸工艺
转炉炼钢炉外精炼与连铸工艺背景介绍转炉炼钢是一种常用的钢铁制造工艺，通过将生铁和废钢加入转炉，经过氧气吹吹炼炼钢，产出高品质的钢材。
然而，炼钢过程中的残留杂质需要进行进一步的精炼处理才能得到优质的钢材。
本文将介绍转炉炼钢后的炉外精炼工艺，以及钢水连铸工艺。
炉外精炼工艺炼钢后获得的钢水中仍然可能含有一定量的杂质，如硫、氧等。
这些杂质对钢材的性能有着不良影响，因此需要进行炉外精炼处理。
炉外精炼包括氧气吹炼、钢水搅拌、脱氧合金、脱硫合金等步骤。
氧气吹炼是炼钢后必不可少的处理步骤之一。
通过将氧气通入钢水中，可以氧化钢水中的杂质，提高钢水的纯度。
同时，氧气吹炼还可以促进钢水的温度均匀性，减少气泡等缺陷。
钢水搅拌钢水搅拌是通过机械手等设备对炉外的钢水进行搅拌，促使钢水中的气泡和杂质向上浮动，有助于去除杂质并提高钢水的均匀性。
脱氧合金脱氧合金是指向钢水中添加具有强还原性的合金元素，如硅、铝等。
这些合金元素可以与钢水中氧化铁等氧化物结合，减少钢水中氧的含量，提高钢水的纯度。
脱硫合金是指向钢水中添加具有高硫亲和性的合金元素，如镁、钙等。
这些合金元素可以与钢水中的硫结合，从而降低钢水中的硫含量，提高钢材的质量。
钢水连铸工艺钢水连铸是钢材生产中的一项重要工艺，通过将炉外精炼处理后的钢水连续铸造成坯料、板材等形状的半成品。
钢水连铸可以有效提高生产效率，减少钢材的能耗和生产成本。
连铸机连铸机是实现钢水连铸的设备，通常由结晶器、浇铸机、冷却装置等组成。
在连铸机中，经过炉外精炼处理的钢水被连续铸造成各种形状的半成品，如板材、方坯等。
在连铸过程中，钢水经过结晶器冷却凝固，逐渐形成坯料，然后通过浇铸机进行切割成指定长度的板材。
冷却装置可以控制板材的温度和结晶组织，保证最终产品的质量。
连铸优势钢水连铸具有生产周期短、成品质量高、生产过程环保等优势。
同时，连铸还可以减少人工操作，提高生产效率，是现代钢铁制造中不可或缺的工艺。
结语通过炉外精炼和钢水连铸工艺，钢铁制造厂可以生产出高品质、高效率的钢材产品，满足市场需求。
钢的炉外精炼
但是基本上都是CaO-Al O 渣系，其中CaO含量大 都波动在45％－46％的范围，而Al O 的变动范围 较宽。
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渣洗合成渣的选择
1）成分。为了取得最佳的精炼效果，要求合成 渣具备相应的物理化学性质，而炉渣成分是 炉渣物理化学性质的决定性因素。
2）熔点。在钢包内用合成渣精炼钢液时，一般 都应用液态渣，因此渣的熔点应当低于被渣 洗钢液的熔点。
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〇
〇
〇
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主要精炼装置的工艺目标
工艺
LF/VD AOD VOD ASEA-SKF VAD DH RH VD LF WF RH-OB/PB RH-KTB RH-MFB CaO粉 铝氧化 铝氧化 铝氧化 ● ● ● ● ● ● 〇 〇 电热 CaO CaO CaO主要辅助原料CaO升温方法
脱气 电热 吹氧 铝热 电热 电热 ● ● ● ● ● ● ● C 〇 ● ● 〇 〇 〇 P 〇
电磁搅拌——利用电磁感应的原理使钢液产生运动。要使钢
液能够产生电磁感应，靠近电磁感应搅拌线圈的部分钢包壳 应由奥氏体不锈钢制造。 五十年代以来，一些大吨位的电弧炉采用了电磁搅拌，以促 进诸如脱硫、脱氧等精炼反应的进行，保证熔池内温度及成 分的均匀。各种炉外精炼方法中，SKF采用了电磁搅拌，美 国的ISLD也采用了电磁搅拌。 电磁搅拌主要有以下作用： （1）均匀钢包温度和成分； （2）加速金属与熔渣之间的反应； （3）在搅拌处理过程中，Al、C、Mn含量可以调整到规定范围； （4）该工艺成本低，操作简单，处理时间短，热损失小； （5）电磁搅拌可以将非金属夹杂分离，提高钢液洁净度。
3）流动性。用作渣洗的合成渣，要求有较好的流动 性，这样增大渣钢接触界面。
LF工艺讲义解析
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五、钙处理工艺
1、钙处理目的 改变钢水中脱氧产物 Al2O3的形态,可确保在炼钢温度下的铝酸盐呈液态. 1、Als较低时，钙处理生成低熔点的2Ca.Al2O3.SiO2 在低碳低硅钢喂入Si-Ca线主要目的是脱氧和形成低熔点的球状夹杂物以改 善钢水可浇性 中高碳钢喂入Si-Ca线主要目的是改变钢水中氧化物夹杂形态,提高钢水洁净 度. 2、Als较高时，钙处理保持适当的Ca/Al比，在含铝冷镦钢中喂入Ca-Fe线，使 钢水中含有一定的活性Ca，并使生成物的成分在3CaO.Al2O3与CaO.Al2O3范围 内，最好生成低熔点的12CaO.7Al2O3 2、钙处理的包芯线种类: Si-Ca线; Si-Ca-Ba线 Fe-Ca线 Al-Ca线等.
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3、典型钢种SWRCH6A的钙处理工艺 含铝冷镦钢如SWRCH6A等主要的脱氧产物是Al2O3簇 状夹杂物，这种夹杂物熔点高，在连铸温度下呈固体，很容 易在中间包水口处聚集引起堵塞，导致钢水下不来； 在钢坯 中的簇状Al2O3夹杂物在轧制过程中会被破碎沿轧制方向延 续分布成长串状夹杂物，造成严重缺陷，因而必须进行Ca处 理将其转换成液态的铝酸钙12CaO.7Al2O3，其熔点为 1450℃,在炼钢温度下成为液态,容易上浮,就不会产生堵水口 事故。 湘钢炼钢厂通过喂入CaFe 线来改变夹杂物形态， 喂入量根据出LF炉的Als含量确定，保证Ca%/Als%>0.075， 喂完后软吹5分钟以上，确保夹杂物的充分上浮，改善钢水的 可浇性。
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3)可以增大渣钢反应的面积。各种精炼设备均有搅 拌装置,搅拌过程中可以使钢渣乳化,合金、钢渣随气泡 上浮过程中发生熔化、熔解、聚合反应,通常1吨钢液的 渣钢反应面积为0.8～1.3mm2,当渣量为原来的6%时, 钢渣乳化后形成半径为0.3mm的渣滴,反应界面会增大 1000倍。微合金化、变性处理就是利用这个原理提高 精炼效果。 4)可以在电炉(转炉)和连铸之间起到缓冲作用,精炼 炉具有灵活性,使作业时间、温度控制较为协调,与连铸 形成更加通畅的生产流程。
炉外精炼知识点
所谓炉外精炼，就是把常规炼钢炉初炼的钢液倒入钢包或专用容器内，进行脱氧、脱硫、脱碳、去气、去除非金属杂物并调整钢液成分及温度，以达到进一步冶炼目的的炼钢工艺。
炉外精炼的任务： 1、降低钢中氧、硫、氢、氮和非金属杂物含量，改变夹杂物形态，以提高钢的纯净度，改善钢的力学性能。
2、深脱碳，满足低碳或超低碳钢的要求。
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，提高合金的收得率。
4、调整钢液温度到浇筑所要求的温度范围内，最大限度地减小包内钢液的温度梯度。
5、作为炼钢与连铸的缓冲，提高炼钢车间的整体效率。
炉外精炼设备的功能有：熔池搅拌功能、钢水升温和控温功能、精炼功能、合金化功能、生产调节功能。
炉外精炼法所采用的精炼手段与功能：书上炉外精炼P4 目前合成渣系主要是CaO-Al2O3碱性渣系，化学成分大致为：50%~55%CaO、40%~45% Al2O3、≤5% SiO2、＜1% FeO。
（选择题）保护渣的基本成分是由CaO-SiO2-Al2O3系组成的。
要求渣洗完成的精炼任务决定了渣洗所用的熔渣都是高碱度（R＞2）、低w（FeO），一般w（FeO）＜1%。
搅拌的方法有：气体搅拌、电磁搅拌、机械搅拌和重力引起的搅拌，其中气体搅拌用得最多，电磁搅拌次之。
钢包吹氩的主要作用有：调温、混匀、净化。
炉外精炼过程中，加热的主要方法是电弧加热，以及后来发展起来的化学加热，即所谓的化学热法。
炉外精炼所用的真空只对脱气、碳脱氧、脱碳、去夹杂等反应产生较为明显的影响。
决定脱气效果的是传质系数和比表面积。
13钢液脱氮效果差的原因：1、氮的扩散系数低，而且氮的原子半径较大，所以真空处理时，脱氮速度缓慢。
2、气-钢表面积大部分被钢中表面活性元素硫、氧所吸附，因此氮的扩散速率小，氮在钢中溶解度高。
3、大气含氮78%，钢液易吸氮，钢中氮与合金元素生成氮化物处于溶解状态。
所以钢液脱氮实际效果很差。
炉外精炼介绍
炉外精炼介绍炉外精炼技术20 世纪炼钢技术中的革新，主要是纯氧顶吹转炉炼钢法和连续铸钢法。
由于这些实用技术的采用，炼钢生产率飞速提高。
炉外精炼技术是设置在转炉和连续铸钢间的连接工序，这一技术的实用化，大大提高并完善亨利贝塞麦发明的液态炼钢法。
要提高铸钢生产的质量和产量，同样离不开冶金冶炼技术的发展。
炉外精炼技术就是铸件生产中的适用技术之一。
1炉外精炼技术的功能①脱氢、②脱氧、③脱碳、④脱硫、⑤非金属夹杂物的形态控制、⑥成分调整（添加合金）、⑦钢液成分及温度的微调及均匀化、⑧脱氮、⑨脱磷。
针对上述功能，衍生出LF 法、VD法、VOD法、RH法、SKF'法等炉外精炼设备。
但对于各生产厂家具体使用哪种精炼设备，他们会综合考虑冶炼的钢种、生产量、粗/ 精炼的组合等，选择最适合的炉外精练法。
2电炉加钢包精炼炉双联工艺法简介目前，电弧炉炼钢是铸钢件生产中最广泛的炼钢方法之一。
这种方法是利用电弧产生的高温和热能熔化固体炉料，实现冶炼的目的。
在电弧炉炼钢中为了清除钢液中的气体和夹杂物，通常通过脱碳反应形成钢液沸腾，对钢液激烈氧化。
在下一步为了去除钢液中残余的氧，又需要对钢液进行脱氧，因此产生大量的夹杂物，这是电弧炉炼钢难以解决的矛盾。
为了解决这一问题，经过冶金工作者多年努力，摸索出双联工艺法方案。
即将原电弧炉炼钢的两大期-- 氧化期及还原期分别放在电弧炉和钢包精炼中进行，各自独立操作，以达到提高钢液的冶炼质量，提高生产率的目的。
下面是双联工艺法的工艺流程：电炉加料-- 熔化-- 氧化-- 升温-- 出钢--LF 炉接钢液-- 精炼还原-- 微调成分，调整温度-- 出钢-- 喂丝-- 钢液测温-- 钢液浇注。
3双联工艺法的产品质量0.0l%对几个采用双联工艺法的铸钢厂产品质量跟踪：①气体含量：[H]3.5ppm ，[O]40ppm，[N]80ppm；②杂质含量：内。
4材料性能屈服强度增加7%~1l%；抗拉强度增加3%~6%，冲击韧度增加20%一45%；断面收缩率、伸长率基本无变化。
炉外精炼.doc
炉外精炼的定义是什么？钢液的炉外精炼是把一般炼钢炉中要完成的精炼任务，如脱硫、脱氧、除气、去除非金属夹杂物、调整钢的成分和钢液温度等，炉外的“钢包”或者专用的容器中进行。
这样就把原来的炼钢工艺分成两步进行：第一，在一般炼钢炉中进行熔化和初炼，称为初炼炉；第二，在钢包或专用的精炼容器中进行精炼。
这些“钢包”或者专用的容器称为精炼炉。
炉外精炼的形式有哪些？炉外精炼按真空、非真空和其他进行分类、概括起来可分为：(1)真空精炼法真空吹氩法(Finkl法和Gazid法，美国、法国1958-1963年开发)真空电磁搅拌去气法(ISID法，美国1962年开发)钢包精炼炉法(ASEA-SKF法，瑞典1965年开发)真空电弧加热精炼法(Finkl-VAD法，美国1962年开发)埋弧加热钢包精炼法(L-F法，日本1971年开发)真空吹氧脱碳精炼法(VOD法，西德1965年开发)强搅拌真空吹氧脱碳精炼法(SSVOD法，日本1977年开发)转炉真空吹氧脱碳法(VODK法，西德1976年开发)(2)非真空精炼法氩氧炉脱碳精炼法(AOD法，美国1968年开发)气氧炉脱碳精炼法(CLU法，法国和瑞典1973年开发)钢包吹氩法(GAIAL法，加拿大1950年开发)密封吹氩法(SAB法，日本1965年开发)带盖钢包吹氩法(CAB法，日本1965年开发)(3)其他精炼法法国钢铁研究法(IRSID法，法国1963年开发)蒂森法(TN法，西德1974年开发)氏兰法(SL喷粉法，瑞典1976年开发)弹丸发射法(ABS法，日本1973年开发)喂丝加添法(WF法，日本1967年开发)合成渣洗法(RERRIN法，法国1933年开发)同炉渣洗法LF炉外精炼法的发展过程有哪些？1971年日本特殊钢（现大同特殊钢）公司开发并实际应用LF炉外精炼法，其后在世界上许多国家和地区的公司得到应用。
LF精炼法的发展，是使其功能能适应电炉生产率飞速提高和用户对高质量、高可靠的要求。
炉外精炼
LF炉
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炉工艺操作
电炉EBT出钢，出钢过程加合金、加渣料(石灰、 萤石等2%)，底吹氩、通电升温、化渣，10分钟 取样分析，加渣料(1％)，测温取样，加合金看 脱氧，准备出钢。
炉外精炼技术
郭海生主讲
炉外精炼
炉外精炼就是将转炉或电炉初炼的钢 水移到另一反应器进行精炼的过程，也称 二次精炼 太钢的二次精炼设备主要有：AOD、LF、 VOD、K-、惰性气氛或可控气氛的条件 下进行深脱碳、脱硫、脱氧、除气、调整 成分(微合金化)和调整温度并使其均匀化， 去除夹杂物，改变夹杂物形态和组成等。 钢水炉外精炼是为适应钢的品种质量的提 高，生产新钢种以及生产过程合理化，为 连铸对钢水成分、温度、纯净度和时间等 衔接的严格要求，不可缺少的工序，成为 现代炼钢、连铸生产中的重要环节。
AOD工艺过程
炉料：废钢、不锈钢返回料、高碳铬铁、高碳镍 铁 吹炼过程温度及氩氧比的控制 分不同温度及碳含量控制吹炼氩氧比: O2：Ar=4:1(3:1)，C下降为0.2%、T＝1680℃； O2：Ar=2:1， C下降为0.1%、T＝1700℃； O2：Ar=1:2， C下降为0.02%、T＝1730℃； O2：Ar=1:3， C下降为0.01%、T＝1750℃；
CLU
GOR
底部
底部
O2、H2O(蒸汽)、N2、 O2、N2、Ar Ar
O2、N2、Ar、碳氢 化合物 O2、N2、Ar
1
1.3~1.5
AOD-VCR
VOD/SSVOD
侧部
底部
O2、N2、Ar
O2、Ar O2
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
平炉： 平炉炼钢自1864年法国人P..马丁利用有蓄热室 的火焰炉 ， 用废钢、生铁成功地炼出钢 液起，直到1960年一直是世 界上的主要炼钢方法 ，从60 年代起平炉逐渐被氧气转炉 和电炉炼钢所代替。
1.2 炉外精炼的任务
1）降低钢中氧、硫、氢、氮和非金属夹杂物含量，改变夹 杂物形态，以提高钢的纯净度，改善钢的力学性能。 2）深脱碳，满足低碳或超低碳钢的要求。 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，最大限度地 减小包内钢液的温度梯度。 5）作为炼钢与连铸间的缓冲，提高炼钢车间整体效率。
固态渣： 将固体的合成渣料在出钢前或在出钢过程中 加入钢包中。 固态渣分为： 机械混合渣、烧结渣
机械混合渣：直接将一定比例和粒度原材料 进行人工或机械混合，或者直接将原材料按 比例加入钢包内。 有点：便宜，方便 缺点：熔化速度慢、成分不均匀、易吸潮。
烧结渣： 将原来按一定比例和粒度混合后，在低于原 料熔点的情况下加热，使原料烧结在一起的 过程。 优点：混合均匀、稳定 缺点：密度小，气孔多，易吸气。
2）浮动塞挡渣 将挡渣物制成上为倒锥体下为棒状的塞。由 于其形状接近于漏斗形，可配合出钢时的钢 水流，故比挡渣球效率高。出钢时用专用机 械将挡渣塞吊置在出钢口上方，缓缓加到钢 水面上。挡渣塞能堵住出钢口而阻挡炉渣流 出。
3）气动吹气挡渣塞 4）虹吸出港口挡渣 5）偏心炉底出钢 优点： 1）可实现无渣出钢，易与炉外精炼配合 2）钢流短，无散流，缩短出钢时间，减少了钢水 二次氧化 3）减少了耐火材料的消耗
精炼概述
炉外精炼的任务
精确控制化学成分以保证机械性能的稳定 减少钢中[P]、[S]含量以改善冲击性能、抗层状
拉裂性能、热脆性，并能减少偏析和防止连铸坯 的表面缺陷 减少[O]、[H]、[N]含量以减少超声探伤的缺陷、 条状裂纹等，并能改善钢材的制管性能 控制夹杂物的形态以洗精炼：通过渣钢反应实现对钢水的提纯精炼。主要用 于钢水脱氧、脱硫和去除钢中夹杂物等方面。
真空精炼：真空条件下实现钢水提纯精炼。工作压力≤50Pa， 使用于钢液脱气、脱碳和用碳脱氧等反应过程。
熔池搅拌：向反应体系提供一定能量，促使该系统内的熔 体产生流动，加速熔体内传热、传质过程，达到混匀的效果。 主要有气体搅拌、电磁搅拌和机械搅拌三种方法。
炉外精炼的工艺特点
有一个理想的精炼气氛条件，通常是应用真空、惰性气 体或还原性气氛
搅动钢水，可采用电磁力，惰性气体或机械搅拌的方法 为补偿精炼过程中钢水的温度损失，采用加热设施有电
弧加热，等离子加热或增加钢水中化学热等。 ➢ 炉外精炼一般可分为两类： • 钢包处理型，如DH、RH • 钢包精炼型，如VOD、LF
由于新技术的应用，经济效益大增。日本企业在广泛采 用精炼后，吨钢能耗下降，而钢材的收得率大幅提高。
炉外精炼技术的发展与现状
我国于1957年开始研制钢液真空处理技术，由于多种原 因，这项技术没有得到推广。我国真空装置为日本的1/3， 且大大低于世界平均水平，而真空处理钢比例约占2%， 为日本的1/25。目前我国的钢产量已跃居世界第一，生 产效益也在提高，钢材品种扩大。已有的精炼装置包括 VD、RH、ASEA-SKF、VOD、AOD、LF、CAS （CAS-OB），钢包喷粉和喂丝等多种炉外精炼装置， 但利用率很低。钢的质量水平，与发达国家相比，差距 是巨大的。炉外精炼技术在我国是方兴未艾，正处于发 展之中。
转炉钢水的炉外精炼技术.
不同炉外精炼工艺组合特点
• LD+渣洗+喂线 • LD+CAS-OB • LD+LF • LD+RH • LD+CAS-OB+LF • LD+LF+RH • LD+LF+VD
炉外精炼工艺路线优化
• 普通长材 • 板带钢
热轧 冷轧
• 中厚板 • 线材、型材
典型钢种冶炼
• 管线钢 • IF钢 • 船板钢 • SPHC钢 • 硬线钢 • 轴承钢
2、氩气搅拌主要是促进夹杂物上浮和大型夹杂物 的破碎。一般前期由于B和D类夹杂物的大量生 成，一般颗粒较大或成链状，大氩气搅拌可以加 速夹杂的破碎和上浮，后期采取弱搅拌，减少二 次氧化和夹杂的持续上浮。
3、喂线主要是喂CaSi线对Al2O3夹杂形态进行改 变使不规则的链状夹杂变成球状夹杂从而有利于 去除和减少对钢质的影响
夹杂物分类
• 按化学成分分类 • 按夹杂物的来源分类 • 按夹杂物的颗粒大小分类 • 按加工时夹杂物的变形性能来分类
夹杂物去除机理及途径分析
夹杂物控制关键
控制夹杂物的原则：首先减少夹杂物产生，然后尽 可能将产生的夹杂物去除，最后对无法完全去除 的夹杂物进行形态改变，减少对钢质的影响。
1、造高碱度还原渣主要是为了充分对钢水脱氧和 对夹杂物进行吸附，减少夹杂物的产生，一般碱 度超过4.0，夹杂将会减少。
炉外精炼技术的发展趋势
• 多功能化，高效率、高精炼比、高真空比，生产 精品、高附加值产品开发
• 多适应性，力求最佳经济成本 • 自动化控制 • 耐火材料优化 • 成为构建洁净钢生产平台最重要基础环节
转炉钢水的炉外精炼
• 转炉钢水的特点 • 炉外精炼用耐火材料 • 钢包知识 • 炉外精炼原理与手段 • 精炼功能：脱氧、脱硫、夹杂物控制等
炉外精炼
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。
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第一章钢水炉外精炼概述
一炉外精炼的产生原因
1 普通炼钢炉（转炉、电炉）冶炼出来的钢液难以满足对钢的质量（如钢的纯净度）越来越高的要求。
2 为了提高生产率，缩短冶炼时间，把炼钢的一部分任务移到炉外完成。
3 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。
二炉外精炼的概念
所谓炉外精炼，就是将在转炉或电炉内初炼的钢液倒入钢包或专用容器内进行脱氧、脱硫、脱碳、去气、去除非金属夹杂物和调整钢液成分及温度以达到进一步冶炼目的的炼钢工艺，即将常规炼钢炉中完成的精炼任务，如去除夹杂（包括不需要的元素、气体和夹杂）、调整成分和温度的任务，部分或全部地移到钢包或其他容器中进行，变一步炼钢法为二步炼钢，即把传统的炼钢过程分为初炼和精炼两步进行。
（国外也称之为二次精炼、二次炼钢、二次冶金和钢包冶金。
）
三国外、国内炉外精炼的发展过程
1 国外的发展
⑴1933年法国派林应用专门配制的高碱度合成渣，在出钢过程中对钢液进行渣洗脱硫，这是炉外精炼技术的萌芽。
⑵1950年联邦德国用真空处理脱除钢中的氢以防止产生“白点”。
⑶1956~1959年，研究成功钢液真空提升脱气（DH）法和钢液真空循环（RH）法。
⑷1965年以来，真空电弧加热脱气（V AD）炉、真空吹氧脱碳（VOD）炉和氩氧精炼（AOD）炉以及喂线（WF）法和LF钢包炉、钢包喷粉法等先后出现。
⑸20世纪90年代，已发展成几十种炉外精炼方法，世界各国的炉外精炼设备已超过500台。
上世纪七十年代以前，炉外精炼主要用于电炉车间的特殊钢生产，目前在转炉炼钢中也得到了极大在推广和应用。
2 国内的发展
⑴我国炉外精炼技术的开发应用始于上世纪50年代中后期，当时利用高碱度合成渣在出钢过程中对钢液脱硫冶炼轴承钢，之后用VD法和DH法冶炼电工硅钢，特殊钢厂引进了一批真空精炼设备，钢液吹氩精炼也在首钢等企业首先投入了生产应用。
⑵20世纪80年代是我国炉外精炼技术发展奠定基础的时期，对我国钢铁工业生产优化起了重要作用。
在此期间，LF钢包精炼炉、合金包芯线喂丝设备与技术、钢液的喷射冶金精炼技术得到了初步的发展；宝钢引进了现代化的大型RH装置，在开发高质量的钢材品种和优化钢铁生产中发挥了重要作用。
⑶20世纪90年代以来，我国炉外精炼技术也随着连铸生产的增长和对钢铁产品质量日益严格的要求，得到了迅速的发展，炉外精炼技术的开发及在生产中的应用呈现出系统化、规范化、优质化的良好的发展势头。
3 炉外精炼在炼钢生产中的重要地位和作用
⑴炉外精炼在炼钢生产中的地位
①炉外精炼是现代炼钢生产的四大关键技术之一（另三项为：氧气顶吹转炉炼钢、连铸和超高功率电弧炉）。
②炉外精炼从最初用于生产特殊钢和优质钢，到后来推广扩大到普通钢的生产，是提高钢液质量的重要环节。
③炉外精炼已成为炼钢工艺中必不可少的环节，它是连接连铸的桥梁，在协调炼钢和连铸的生产中起到缓冲作用。
⑵炉外精炼在炼钢生产中的作用
将经过转炉初炼的钢液在真空、惰性气体或还原性气氛的容器内进行脱气、脱氧、脱硫、去除夹杂物和成分微调等。
炉外精炼可提高钢的质量，缩短冶炼时间，优化工艺过程并降低生产成本。
四炉外精炼的主要目的和任务
炉外精炼的目的和任务是统一的。
它要在严格控制条件下完成下列任务：
⑴降低钢中氧、硫、氢、氮和非金属夹杂物含量，改变夹杂物形态，以提高钢的纯净度，改善钢的机械性能。
⑵深脱碳，满足低碳或超低碳钢的要求。
⑶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。
⑷调整钢液温度到浇铸所要求的温度范围内，最大限度地减小包内钢液的温度梯度。
完成上述任务就能达到提高质量、扩大品种、降低消耗和成本、缩短冶炼时间、提高生产率、协调好炼钢和连铸生产的配合等目的。
五炉外精炼的手段
目前炉外精炼的手段有渣洗、真空、搅拌、喷吹和加热五种。
采用一种或几种不同手段的不同组合，就形成了某一种精炼方法。
1 渣洗：获得洁净钢液并能适当进行脱氧、脱硫和去除夹杂物的最简便的精炼手段。
是将事先配好的合成渣倒入钢包内，借出钢时钢流的冲击作用，使钢液与合成渣混合，从而完成脱氧、脱硫和去除夹杂等精炼任务。
2 真空：将钢液置于真空室内，由于真空作用使反应向生成气相方向移动，达到脱气、脱氧、脱碳等目的。
3 搅拌：通过搅拌扩大反应界面，加速反应物质的传递过程，提高反应速度。
分为吹气搅拌和电磁搅拌。
4 加热：调节钢液温度的一项重要手段，使炼钢与连铸更好地衔接。
分为电弧加热法和化学加热法。
5 喷吹：用气体作载体将反应剂加入金属液内的一种手段。
喷吹的冶金功能取决于精炼剂的各类，它能完成不同程度的脱硫、脱氧、合金化和控制夹杂物形态等精炼任务。
六各种炉外精炼方法的工艺与设备的共同技术特点
1 具有二次精炼功能。
实践证明，以单一的冶金设备完成多项冶金任务是不合理，也是不经济的，如果把各项冶金任务分散到一些专门的精炼设备中去完成，即保留常规炼钢设备的某些优势，如超高功率电弧炉熔化废钢的优势，氧气转炉脱碳和脱磷的优势，电弧炉脱硫的优势等；而在二次精炼的过程中，发挥各种精炼方法的技术优势，进一步完成脱碳、脱氧、脱硫，去除气体和夹杂，调整温度和成分等项冶金任务，则从冶炼过程中看，在提高钢液质量，缩短冶炼周期，降低生产成本等方面更为合理。
2 创造良好的冶炼反应的热力学和动力学条件。
通过各种加热精炼手段补偿精炼过程中的温度损失，使得需要在高温下的脱硫等反应得以顺利进行。
炼钢过程中的各种冶金反应，多数是在高温下进行的多相反应，通常化学反应本身进行较快，而反应物传递到反应界面和生成物脱离反应界面较慢，成为限制冶金反应速率的因素。
通过搅拌、喷吹等手段提高浓度梯度，增大反应界面，使各种冶金反应得以顺利进行。
3 多数精炼容器具有直接浇注功能。
精炼容器具有浇注功能，可以在精炼后直接进行浇注，避免再次出钢，防止精炼后的钢水再次氧化和吸气，浇注过程中钢包配合滑动水口的使用，可以避免精炼好的钢液再污染。