炉外精炼知识点
(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
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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10
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%
炉外精练基本知识
炉 外 精 炼炉外精炼或钢包冶金的含义: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，成分和温度的调整和均匀等任务，部分或全部地移到钢包或其他容器中进行。
因此，炉外精炼也称二次精炼或钢包冶金（Secondary Refining /Ladle Metallurgy）。
炉外精炼的目的和手段炉外精炼的目的：在真空、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，不可缺少的工序，成为现代炼钢、连铸生产中的重要环节。
为了创造最佳的冶金反应条件，到目前为止，炉外精炼的基本手段有搅拌、渣洗、加热、真空、喷吹等5种。
钢水精炼设备选择的依据钢种的质量要求；连铸机生产对钢水的质量要求；转炉与连铸机生产的作业协调要求。
钢包吹氩搅拌的作用钢包吹氩搅拌是最基本也是最普通的炉外处理工艺。
钢包吹氩搅拌的作用是：均匀钢水温度。
由于包衬吸热和钢包表面散热，包衬周围钢水温度较低，中心区域温度较高，钢包上、下部钢水温度较低，而中间温度较高，这种温度差异导致中间包浇注过程钢水温度前后期低，中期高。
钢包吹氩搅拌促使钢包钢水温度稳定均匀，有利于提高铸坯内部质量，使结晶器内坯壳生长均匀，避免开浇水口冻钢断流。
均匀钢水成分。
出钢是在钢包内加入大量的铁合金，成分不均匀，吹氩搅拌过程中可根据快速分析提供的钢水成分而进行成分微调，以使钢的成分控制范围更窄，以确保钢材性能均匀。
促使夹杂物上浮，搅动的钢水促使了钢种非金属夹杂物碰幢长大，上浮的氩气泡能够吸收钢中的气体，同时粘附悬浮与钢水中的夹杂物并带至钢水表面被渣层所吸收。
生产实践表明，吹氩搅拌后钢水氧含量有明显降低，其降低幅度与脱氧程度有关，一般可降低20%以上，但脱氮效果不明显，并要注意减少增氮。
吹氩搅拌排除的夹杂物数量与钢水液面上覆盖渣层FeO含量有关，渣中的FeO含量越低，吹氩搅拌夹杂物排除的量越多。
第九章 炉外精炼
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。
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、 RH-PB、 RH-PTB和RH-MFB等。
9.3.4 带有加热装置的炉外精炼 ⑴ ASEA-SKF法(真空电磁搅拌＋电弧加热)： 将加热、搅拌、真空等综合在一起的一种炉外精炼法。工 工艺流程： 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，通过斜槽漏斗加入合金调整钢液成分，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。
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，减少非金属夹杂物，改变夹杂物形态，均 匀浇铸温度和微调成分等。
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。 目前普遍采用：预熔渣渣洗，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。 合成渣为CaO—Al2O3渣系。其熔点低于被渣洗钢液的熔 点，为1400℃以下；具有较好的流性。
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%。
11 炉外精炼
4）加热装置： 为了减少脱气过程中的钢液温降和防止喷溅钢液滴 粘结在真空室内壁上，真空室要进行预热，预热方 式可采用气体或液体燃料，通过预热孔喷入燃料燃 烧的方式，也可以采用插入电加热器的方式。 5）合金添加装置 合金添加装置安装在真空室的顶端，主要是一个密 封料斗。 合金可以预先加入料斗，也可以在脱气过程中加入 料斗，然后经过振动给料器加入真空室。
不同钢种适宜选择的工艺路线
② 铁水预处理→转炉→ LF→ RH-OB → CC新日铁 室兰厂 铁水预处理→转炉→ LF→ VOD → CC新日铁八幡厂 ③ 部分铁水→转炉MRP → VOD → LF(巴西)→ CC 50%废钢→EAF↑ 巴西阿谢西塔厂、南非伊斯 克、韩国浦项
7）超低磷硫超纯净钢
①铁水预处理→转炉→LF→喷粉→ RH-OB →喂线→ CC ②EAF→喷粉→ RH-OB →喂线→ CC
• 上升管吹入氩气，带动钢水流动，速度 高达5m/s；
• 在真空室内，钢水呈滴状与真空接触。 经脱气后的钢液汇集到真空室底部。经下 降管以1-2m/s的速度返回到钢包内。如此 反复循环n次后达到脱气目的；
RH原理图
RH法的设备
1）真空室：其形状如图所示，下部为钢液升降管，中部有加热 孔，上部有排气孔，连接真空泵，顶部为合金添加孔。真空室 的支撑方式有三种： ①真空室上、下回转；②真空室垂直升降；③真空室固定不动 2）钢包移动及升降装置 为了把钢包送到真空室下方，无论真空室垂直升降还是固定不 动式，都需要钢包移动台车，固定不动式的钢包台车还要有钢 包的液压升降装置，以便把升降管插入钢液内。从设备的维护、 操作的稳定性考虑，固定不动式较好（上海宝钢选用此种方 式）。 3）排气装置（真空泵） 通常使用蒸气喷射泵，排气能力要能保证在0.5mmHg压力下， 达到200～400Kg/h左右。
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。
第五章炉外精炼
38
（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。
3
4
§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
炉外精炼
RH-OB真空侧吹氧
特点
•过程温降20℃，是自然温降的一半。 •研究表明：投Al处理，必须保证足够的环流时间（7min） 才能有效的去除大部分氧化物夹杂。经RH-OB处理的钢液， 夹杂物多、尺寸大中间包内发现30-45μm的夹杂物，必须 经过一次轻处理（10min）才能去除由于升温产生的大型 夹杂物。钢液总氧量与氧化物含量存在线性关系。 •真空室内激烈的碳氧反应，产生钢流飞溅，在真空室槽壁 上沾附着大量冷钢，严重影响下一炉冶炼超低碳钢。
搅拌
目的：
加速反应的进行 均匀成分、温度
手段：
电磁搅拌 吹气搅拌
喷吹技术
喷吹实现脱碳、脱硫、脱氧、合金化、 控制夹杂物形态；
单一气体喷吹 VOD； 混合气体喷吹 AOD； 粉气流的喷吹 TN； 固体物加入 —喂线。
调温
提高生产率的需要； 保证连铸的顺利进行； 加热方法：
3)CAS和CAS—OB
CAS—密封吹Ar合金化
• •
CAS功能：
避免吹氩强度过高使钢液氧化。 合金收得率提高且稳定，成分微调。 均匀钢水成分和温度，且控制快速准确，操作 方便。 净化钢液，去除夹杂物，提高铸坯质量。 基建、设备投资少，操作费用低。
•
• •
CAS—OB
CAS—OB功能：
• • • •
•在真空室内，钢水呈滴状与真 空接触。
RH原理图
RH真空工艺过程
出钢后，钢包测温取样； 下降真空室，插入深度为150-200mm； 起动真空泵，一根插入管输入驱动气体； 当真空室的压力降到26－10kpa后，循环加剧； 钢水上升速度为5m/s、下降速度为1－2m/s； 气泡在钢液中将气体及夹杂带出。
炉外精炼复习专用资料
炉外精炼复习炉外精练对耐火材料提出新的挑战：•强力搅拌•真空•高温•特殊性能熔渣•钢水洁净度：对成分和夹杂物的特殊要求炉外精炼出现和发展原因：电炉炼钢的不足（脱S，还原渣有较强的脱硫能力，但炉内渣钢接触面积太小，脱硫能力未充分利用；脱【H】在氧化期【H】降低到2.5-3ppm，在还原期又回升；脱【O】在还原期【O】≤80ppm，终脱氧后【O】≤30ppm，出钢过程回升100-200ppm；新技术不能充分发挥超高功率电弧炉的作用）转炉炼钢的不足（温度成分不均匀，脱【C】一般出钢［C］≥0.04%，很难将［C］控制在≤0.02%下出钢，脱【O】一般出钢［O］≥500ppm，出钢合金化后［O］≥100ppm；脱【S】脱硫率为30%左右；若铁水［S］≤0.03%，出钢［S］≤0.02%；若铁水［S］0.002-0.005%，出钢［S］0.004-0.008%；脱【P】脱磷率≥90%，终点［P］0.010-0.015%，出钢过程中回磷）炉外精炼的作用和地位：1 提高质量、扩大品种的主要手段2 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3 炼钢－炉外精炼－连铸－热装轧制工序衔接4 连铸工艺快速发展的需要炉外精炼的经济合理性：1提高初炼炉的生产率2 缩短生产周期3 降低产品成本4 产品质量稳定与提高炉外精炼的任务1 钢水成分和温度的均匀化2 精确控制钢水成分、温度 3 脱氧、脱硫、脱磷、脱碳 4 去除钢中气体（氢、氮）及夹杂物 5 夹杂物形态、成分控制炉外精炼：是将在传统工艺的常规炼钢炉中完成的精炼任务：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。
因此，炉外精炼也称为二次精炼或钢包冶金。
炉外精炼分类：真空精炼法，非真空精炼法，渣洗精炼法炉外精炼采用的基本手段：1 渣洗2 真空3 搅拌4 加热5 喷吹渣洗：用合成渣来处理钢液。
渣洗工艺主要有：1)异炉渣洗；2)同炉渣洗；3)混合炼钢吹氩的一些方法：(1)钢包吹氩(2)SAB法，又称CAS法(3) CAB真空脱气的方法：(1)真空浇注，又称VC法(2) 真空室钢包脱气法(3)倒包法，又称SLD 法(4)出钢过程中的真空脱气，简称TD法(5)连铸在线真空脱气法(6)芬克尔法，在我国通常称为VD法(7)ISLD法(8)VSR法大吨位钢液的真空脱气方法：(1)DH法，我国又称提升脱气法或虹吸法。
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
炉外精炼课件
合金的喂入与喷粉 工艺示意图
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。
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。
三．添加精炼剂
炉外精炼中金属液的精炼剂一类为以钙的化合物 （CaO或CaC2）为基的粉剂或合成渣，另一类为合金 元素如Ca、Mg、Al、Si及稀土元素等。
将这些精炼剂加入钢液中，可起到脱硫、脱氧、去除 夹杂物、夹杂物变性处理以及合金成分调整的作用。
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。
钢包加热系统工艺示意图
1 炉外精炼概述
过滤：随着技术的进步出现的一种新的精炼手段，如利用 陶瓷过滤器将中间包内钢液中的氧化物夹杂等过滤掉。
○ EAF（EBT）（或BOF）—LF炉—RH—连铸
4. 不锈钢：EAF或BOF—VOD—（LF炉）—连铸
○ EAF或BOF—AOD—（LF炉）—连铸 ○ EAF或BOF—AOD —VOD—（LF炉）—连铸
常用的炉外精炼方法
2 真空处理的作用
钢液的真空处理的作用 钢液真空处理的目的是去除钢液内的气体和氧、夹杂物，是提高钢水质量
1 炉外精炼概述
一．3炉外处理的基本手段
炉外精炼的手段包括：搅拌、真空、添加精炼剂、 加热（调温）以及过滤。通过这几种精炼手段的 不同组合，为完成某种精炼任务创造最佳热力学 和动力学条件，构成功能不同的炉外精炼设备。
炉外精炼知识重点 打印版
1.炉外精炼的目的、任务及功能有哪些？1）目的：在真空、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。
2）炉外精炼的任务：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（氢氮）及夹杂；⑸夹杂物形态控制。
炉外精炼设备具备以下功能：①熔池搅拌功能，均匀钢水成分和温度，促进夹杂物上浮和钢渣反应；②钢水升温和控温功能，精确控制钢水温度，最大限度地减小包内钢水的温度梯度；③精炼功能，包括脱气、脱碳、脱硫、去除夹杂和夹杂物变性处理等；④合金化功能，对钢水实现窄成分控制，并使其分布均匀；⑤生产调节功能，均衡炼钢—连铸生产。
2.简述RH脱气过程：答：插入管插到钢液内，启动真空泵;随着压力的降低，钢液沿着两根插入管上升;向一根插入管1/3处吹入驱动气体；由于高温和低压的作用，气体的膨胀功推动钢液在上升管中快速提升，钢液呈喷泉状进入真空室；钢中气体在真空环境下被脱除；脱气后的钢液，在重力的作用下，经下降管返回钢包；不断循环若干次，以达到去气目的。
3.炉外精炼的搅拌方式有几种？工艺上有何不同特点？答：两种：吹氩搅拌和电磁搅拌⑴吹氩搅拌：优点：①气体入口正上方，流速最高，搅拌强烈，不受处理容量限制；②能去夹杂，能脱气；③设备投资较低。
局限性：①对大钢包包底四周有低流速的“死点”－死区，难以有效控制；②夹杂物的上浮排出不好，可能回磷、有二次氧化；3.电弧加热会增碳，不适于超低碳钢的精炼；④降温程度较大。
⑵电磁搅拌：优点：①搅拌强度比吹氩搅拌小，包内各点比前者搅拌均匀些、较弱些、无死角，且易控，可靠性较强；②夹杂物的上浮排出较好，回磷少、二次氧化少，适于纯洁度要求很高的钢；③电弧加热增碳少；④降温较小。
⑤运行操作简单、运行费用低。
局限性：①脱气不好。
②设备复杂、投资较高、运行维护工作量较大、技术要求高。
炉外精炼总结
主要功能
• （1）、脱氢、脱氮、脱碳 、脱氧。 • （2）、合金化、微调成分。 • （3）、 喷粉 深脱硫 。
•
(4)升温。——4C/min
特点
• 操作简便，处理量大，效率高，周期短。 • • 设备： • 真空室预热方式：
主要工艺参数
• 处理容量 • 处理时间 • 循环因素 • 循环流量
精炼工艺技术
钢液滴流脱气法
• 钢液以流束状注 入真空室内容器 中，在真空下完 成脱氧、脱碳、 脱氢、脱氮目的。 • 适于生产薄带 钢等精密部件钢 种。
真空提升脱气法 （DH法)
• Dortmund Horder
• 原理：借助真空室与钢 包之间的相对运动，将 钢液经吸嘴分批吸入真 空室内进行脱气处理。
特点
• 适用于大量钢液处理 、脱碳 合金合金化强。 • 可预热真空室，温降小。 • 不足：投资高，设备、操作复杂。脱氮差
真空下碳氧反应动力学
• （1）、CO气泡内的压力大大超过金属液 面上的气相中CO的分压。 • （2）、氧的传质是真空下脱氧反应速度 的限制性环节。 • • 氧的传质因素 ：气 液 相界面、钢液体积、钢液氧含量。
• 搅拌大幅提高脱氧效果。
碳作为脱氧剂还原剂发热剂的特点
• ？
钢液真空脱气
• 钢中气体主要为N和H • 1、控制脱气的限制性环节：扩散。 • • 2、 氮的扩散系数比氢小。 •
RH法发展趋势
• • • • 高效化 长寿化 多功能化 智能控制
• 本处理：p≤0.27kPa的真空处理。
• 轻处理：真空搅拌脱碳。
特点
• （1）、与连铸配合。 • (2)、适用范围广。
RH法发展
• • • • • • • • RH—O 铜质水冷氧枪向钢液表面强制脱碳。 RH—OB 与转炉配合 RH—IJ 喷粉技术（徐匡迪） RH—PB喷粉技术 RH-KTB 二次燃烧 RHKPB真空顶喷粉技术 RHMFB多功能喷嘴技术
炉外精炼打印版
名词解释：1炉外精炼：炉外精炼是将在常规炼钢炉中完成的精炼任务，如去除杂质，成分和温度的均匀化等任务，部分或全部的移到钢包或其他容器中进行。
因此，炉外精炼也成为二次精炼或钢包冶炼。
2铁水预处理：铁水兑入炼钢炉之前对其进行去除杂质元素或从铁水中回收有价值的元素的一种铁水处理工艺。
3渣洗：渣洗就是在出钢时利用钢流的冲击作用是钢包中的合成渣与钢液混合，精炼钢液。
4临界含碳量：吹氧脱碳的特征与钢液中含碳量有关。
当钢中的含碳量大于临界值时，脱碳的反应由氧的传递控制；当钢中含碳量小于临界值时碳原子向钢液气相界面的传递将成为脱碳速率的限制性环节，其中这个临界值就叫做临界含碳量。
5钢包炉：采用多种精炼手段，功能比较齐全的精炼方法和设备，通常统称为钢包炉。
6循环因素：循环因素又称循环次数，是指通过真空室钢液量与处理容量之比。
u=Wt/V7真空度：处于真空状态下的气体的稀薄程度称为真空度，通常用气体的压强来表示。
1炉外精炼的发展的主要原因是什么？主要目地、任务、技术特点原因：传统炼钢工艺无法满足用户对钢材质量日益严格的要求，传统工艺还难以适应炼钢领域所出现的一系列新技术目地：为了充分发挥超高功率技术的优越性，只有改革电炉炼钢工艺，使大部分精炼任务不再在炉内完成，尽量提高熔化时间占整个冶炼时间的比例。
任务：提高初炼炉的生产率；缩短生产周期；降低产品成本；产品质量的提高。
技术特点1二次精炼2创造较好的冶金反应的动力学条件3二次精炼的容器具有浇注的功能2炉外精炼对精炼手段有什么要求？要求1独立性2作用时间可以控制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3精炼手段种类及作用手段：1渣洗2真空3搅拌4加热5喷吹作用：脱S 脱O 去夹杂减轻二次氧化4合成渣的性能指标答：成分、熔点、流动性、表面张力、还原性5渣洗的精炼作用答：1合成渣的乳化和上浮2合成渣对钢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能力的影响答：在渣洗过程中，随着钢液温度下降，脱氧反应的平衡向脱氧方向移动，同时出钢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。
第7章炉外精炼
第七章 钢的炉外精炼7.1炉外精炼的定义炉外精炼一般是指把转炉、电弧炉中初炼的钢水移到另一个容器中(一般是钢包)，为得到比初炼更高的生产率、更高的质量，而进行的冶金操作。
也称为“二次精炼”。
炉外精炼的冶金操作一般包括：①脱硫；②脱碳；③脱氧（去除氧化物）④非金属夹杂物的形态控制；⑤脱气(包括氢、氮、氧)；⑥成分调整（合金化）；⑦钢水成分及温度的微调及均匀化；⑧脱磷。
为了进行上述的冶金操作，炉外精炼设备具有：①搅拌（气体、电磁力、机械）；②气氛调整（密闭）；③减压或真空；④渣成分调整（添加熔剂）；⑤加热（化学加热和电加热）；⑥添加合金；⑦喷入（粉体吹入）等功能。
表7.1是炉外精炼技术的发展和特点。
表7.1 炉外精炼技术的发展及特点名称技术特点开发年代合成渣渣洗 60%CaO＋40%Al2O3液渣冲混 30年代SAB,CAB,CAS 钢包加盖（罩），吹氩，加合金1974CAS-OB CAS基础上的Al-O2反应提温1983VID 钢包（钢流、出钢）真空脱气 50年代初DH 提升真空脱气1956RH 循环真空脱气1959RH-OB RH真空槽下部增加吹氧1972RH-KTB RH真空槽内顶吹氧1988VOD 真空下吹氧脱碳1965AOD Ar-O2混吹脱碳19681968VAD 低压下电弧加热，吹氩，钢包脱气ASEA-SKF 电磁搅拌，常压下电弧加热，钢1965包脱气LF 常压下埋弧加热，底吹氩1971喷粉（TN,SL）浸入式喷吹渣粉或合金粉 70年代初喂线高速喂入包芯线（合金料） 70年代初SRP 转炉双联-渣金逆流式铁水预处理1982炉外精炼一般可分为两大类：一是钢包处理型炉外精炼法，如RH、钢包喷粉和喂线、CAS 等；二是钢包精炼型炉外精炼炉，如VOD、LF 和AOD 炉等。
炉外精炼技术的特征见图7.1和炉外精炼的功能和工艺目标见表7.2、表7.3。
表7.2 主要精炼装置的功能 工 艺 加热 真空 搅拌合金调整渣精炼 吹氧精炼LF/VD ● ● 〇 ● ● ASEA-SKF ● ● 〇 ● ● VAD ● ● 〇 ● ● ● VOD 〇 ● 〇 〇 ● DH ● ● 〇 RH ● ● 〇 RH-OB 〇 ● ● 〇 〇 ● RH-KTB 〇 ● ● 〇 〇 ● RH-MFB 〇 ●●〇 ●注：：●－精炼功能强；〇－精炼功能弱。
第六章_炉外精炼1-43页-BD
②. 硫化物系夹杂物 钢中硫化物主要是 FeS（熔点1190℃）、MnS、 (Mn、 Fe)S 和 CaS 等 。 一般钢中硫化物的成分取决于钢中含锰量和含硫量的 比值。 锰比铁对硫有较大的亲合力，钢中加入锰时将优先形 成 MnS。 当形成纯 MnS （熔点1620℃）。 “热脆 ”为钢中 硫化物最大危害。 钢中Mn／S≥7时，可避免“热脆 ”。
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1、夹杂物对钢力学性能的影晌 钢中有非金属夹杂物存在时，由于它们与金属基体 的结合力较弱，加之有的夹杂物本身性脆，会不 同程度地降低钢的强度、塑性、冲击韧性、抗疲 劳性等力学性能。 A 夹杂物对钢强度的影响 通常认为，非金属夹杂物对金属材料的强度指标 ( 如抗拉强度、屈服强度 ) 影响不大。 对比实验发现 , 非金属夹杂物对钢强度的影响与其 颗粒大小密切相关 。 当夹杂物颗粒较大时 ( 如氧化铝颗粒超过 1 μ m 时 ), 会使钢的强度略有降低。 当夹杂物颗粒较小时 ( 如氧化铝颗粒小于 0.3 μ m 时 ), 弥散强化的作用会使钢的强度有所提高。
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4、接照夹杂物的尺寸大小分类 这种分类方法又称金相分类法 , 研究夹杂物对钢性 能的影响时常用。 钢中的非金属夹杂物 , 按其 尺寸大小不同可分为宏观夹杂、显微夹杂和超显 微夹杂三类。 A、 宏观夹杂 凡尺寸大于 100 μ m 的夹杂物叫宏观夹杂 , 又称 大型夹杂物。 这一类夹杂物用肉眼或放大镜即可观察到 , 主要是 混入钢中的外来夹杂物； 其次，钢液的二次氧化也是大型夹杂物的主要来源 。 因为研究发现在大气中浇注的钢中大型夹杂物的 数量明显多于氧气保护下浇注的钢 。 29
2
主要功能是： ①.在常压或真空条件下进一步脱氧及去除氧化夹杂；
②.进一步脱硫、脱气、深度脱碳；
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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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。
真空下碳的脱氧能力为什么达不到热力学计算的平均值？1）碳氧反应未达到平衡； 2）反应区的压力大于真空度； 3）真空下，碳脱化合物中的氧困难；4）耐材、炉渣、夹杂中氧化物可能向钢液供氧。
脱碳保铬的途径有：1、提高温度 2、降低PCO（降低PCO的方法有：真空法、稀释法、二者组合）稀土在钢中的主要作用为：净化、变质和合金化三大作用。
承轴钢不宜钙处理的原因：mCaO〃nAl2O3相比Al2O3对承轴钢疲劳寿命的危害更大。
RH的基本原理：脱气时将浸入管（上升管、下降管）插入钢水中，当真空室抽真空后钢液从两根管子内上升到压差高度。
根据气力提升泵的原理，从上升管下部约1/3处向钢液吹氩等驱动气体，使上升管的钢液内产生大量气泡核，钢液中的气体就会向氩气泡扩散，同时气泡在高温与低压的作用下，迅速膨胀，使其密度下降。
于是钢液溅成极细微粒呈喷泉状以约5m/s的速度喷入真空室，钢液得到充分脱气。
脱气后由于钢液密度相对较大而沿下降管流回钢包。
RH的主要设备：①真空室；
②浸入管（上升管、下降管）；③真空排气管道；④合金料仓；⑤循环流动用吹氩装置；⑥钢包（或真空室）升降装置；⑦真空室预热装置。
RH工艺参数：处理容量、脱气时间、循环流量、循环系数、真空度。
LF精炼手段：电弧加热、造高碱度还原渣LF的精炼功能： 1、埋弧加热功能 2、惰性气体保护功能 3、惰性气体搅拌功能 4、碱性白渣下精炼钢液的氩气吹炼简称AOD（氩气-氧气-脱碳），主要用于不锈钢的炉外冶炼上。
VAD法的缺点：电极密封问题难以解决是它的致命缺点，这个缺点导致VAD法不能得到很快的发展。
VOD法适合于生产C、N、O含量极低的超纯不锈钢和合金。
AOD法与VOD法相比较：因为AOD法虽然在非真空下冶炼，但操作自由，所以较多的钢厂选择了AOD法。
投资较少的LF发展最快，RH循环脱气装置精炼的钢水质量最具保证。
LF得到发展的原因：LF的设备与操作简单得多，而且投资几乎为AOD和ASEA-SKF法的一半。
洁净钢：指钢中非金属夹杂物（氧化物、硫化物）进行严格控制的钢种。
纯净钢：指除对钢中非金属夹杂物严格控制外，钢中其他杂质元素含量也少的钢种。
纯净钢的生产主要集中在两方面： 1、尽量减少钢中杂质元素的含量； 2、严格控制钢中的夹杂物，暴多夹杂物的数量、尺寸、分布、形状、类型。
硫是管线钢中影响钢的抗HIC能力和抗SSCC能力的主要元素。