炉外精炼的基本原理
炉外精炼(课件).
一、炉外精炼的发展 二、炉外精炼理论与技术基础 三、CAS工艺 四、CAS系统设备 五、LF炉工艺 六、LF炉系统设备一 Nhomakorabea炉外精炼发展
1、炉外精炼概念 就是把常规炼钢炉（转炉、电炉）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。也称二次精 炼、二次炼钢、钢包冶金。（炼钢发展史：青铜器
(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%。钢中氧含量低，则能溶解的硫也低，故高碳钢、 低合金锰钢采用合成渣脱硫率高于低碳钢脱硫。
4、炉外精炼的任务和功能 炉外精炼的主要任务：
（1）承担初炼炉原有的部分功能，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，精确控制钢种成分； （3）精确控制钢水温度，满足连铸生产的要求； （4）进一步提高钢水纯净度，满足成品钢材性能要求
；
（5）作为炼钢与连铸间的缓冲，提高炼钢整体效率。
一般来说低熔点的精炼渣可以从渣的相图获得；在一定范围 内提高渣中SiO2、Al2O3、MgO尤其是CaF2的含量可以有效降低 熔点。此外加入其他成份对渣的熔点也有很大影响，如加入 Li2O、Na2O、K2O、BaO等也能降低渣的熔点。
C
Al2O3-CaO
（3）流动性：在相同的温度和混冲条件下，提高合 成渣的流动性，可以减少乳化渣滴的平均直径， 从而增大渣钢接触界面。在1600℃时，粘度最小 的渣(0.05~0.06Pa·s)的组成为（CaO＋MgO）：63 ～65％，MgO：4％～8％。 随着MgO含量的增加 ，渣的粘度急剧上升，当W(MgO)=25%时,粘度达 到0.7Pa·s。
第十一章 钢的炉外精炼
炉外精炼是近代炼钢技术发展的一个重要方向 炉内：熔化脱磷 炉外：脱C, S. O等 优点：钢液质量好 缩短炼钢时间 降低能耗
第节 概 述
一、炉外精炼的重要作用 1、提高钢的纯净度 清洁钢 采用惰性气体，或真空，避免了氧化脱氧、 夹杂物。 2、减少合金元素烧损 炉外加合金元素 没有氧化 3、为冶炼超低碳钢开辟了途径 可炼低碳C%<0.06%,超低碳C%<0.03%， 可生产工业纯铁，超低碳不锈钢。
图11-1 钢包吹氧示意图 1-氩气瓶 2-减压阀 3-耐压橡胶管 4-活接头 5-透气塞 6-钢包支架 7-钢液 8-炉渣
第三节 氩氧脱碳精炼法
AOD法如图 11-2 1、过程 1)先吹氧 脱碳 C+O→CO↑ FeO+C→CO↑+Fe 2)吹氩氧混合气体 降低CO分压，继续 脱碳 图11-2 AOD法精炼装置示意图 3)吹氩 脱氧、脱碳 1-加料、取样、出钢口 2-转轴 3-吹氧、氩用风口 FeO+C→CO↑+Fe C%可达0.03%，钢中H,N夹杂物可以彻底清除 2、应用 高强钢，超高强钢，超低碳不锈钢
第四节 真空氧氩脱碳精炼法
一、过程 图11-5 熔化钢液（1560 ℃ ） 钢包—真空罐— 抽真空—吹氧（上） 、氩（下）—调节成分 二、优点 1脱碳能力更强C%<0.01% 2清除钢液气体能力更强 节省氩气用量 只占VOD法的1/8~1/10 4设备较复杂、投资大
图11-5 VOD法精炼用的容器示意图 1-吹氧管（氧枪） 2-真空密封罩 3-真空管路 4-真空罐盖 5-真空罐 6-氩气管 7-钢包 8-透气砖 9-小车
第四节 真空氧氩脱碳精炼法
第五节 真空氧氩脱碳转炉精炼法
过程 图11-6 1、先进行氧化脱碳 2、盖上罩抽真空， 吹氩精炼
8-钢液的炉外精炼原理资料
8.1钢液的真空处理
1 真空冶金的一般规律——压力对化学平衡的影响 2 金属的真空脱氧 3 钢液的真空脱气
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1真空冶金的一般规律ห้องสมุดไป่ตู้ 压力对化学平衡的影响
（1）根据麦克斯韦关系式，吉布斯自由能随 压力的变化，决定于该物质在该温度下的摩 尔体积。
气体物质的摩尔体积大，压力的变化明显地 影响气态物质的吉布斯自由能。n摩尔气体在 温度不变而气体压力变动的情况下，吉布斯 自由能的变化关系可用下式表达。
8 钢液的炉外精炼原理
引言：炉外精炼的含义 8.1 钢液的真空处理
8.1引言：炉外精炼的含义
1 炉外精炼的含义 2 炉外精炼的方法 3 炉外精炼在要完成的任务 4 精炼手段
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1 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。 (1)初炼时炉料在氧化性气氛的炉内进行熔化、脱磷、脱碳、 去除杂质和主合金化，获得初炼钢水； (2)精炼则是将初炼的钢水在真空、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。
真空碳脱氧的动力学
（1）真空条件下碳的脱氧能力 在常压下进行冶炼时，碳的脱氧能力较 低，必须使用强脱氧剂进行终脱氧。碳 的脱氧产物是CO气体，在降低压力后， 平衡向产生CO气体方向移动，使碳的脱 氧能力提高。图8-1表示不同压力下碳的 脱氧能力与几种元素脱氧能力的比较。
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。
炉外精炼工艺技术
炉外精炼工艺技术炉外精炼是一种金属冶炼过程中常用的工艺技术，其目的是提高金属的纯度和质量。
相比于传统的炉内冶炼方法，炉外精炼技术更为高效、环保和灵活。
炉外精炼的基本原理是通过物理、化学和机械作用，将金属中的杂质和其他不纯物质去除，从而使金属变得更加纯净。
这种工艺技术可以应用在各种金属冶炼中，如钢铁冶炼、铝冶炼、铜冶炼等。
常见的炉外精炼方法包括真空处理、气体精炼和湿法精炼等。
真空处理是指在高真空环境中对金属进行处理，通过排除气体和其他杂质，从而提高金属的纯度。
气体精炼则利用特定气体（如氢气）与金属中的杂质发生反应，形成易挥发的化合物，从而将杂质从金属中分离出来。
湿法精炼则是利用溶剂、酸、碱等化学试剂，通过溶解和沉淀的过程，将杂质从金属中去除。
炉外精炼技术的应用使得金属冶炼过程更加灵活。
传统的炉内冶炼方法往往需要针对特定金属和合金开发相应的冶炼设备，而炉外精炼技术则可以适应多种金属的冶炼需求。
此外，炉外精炼还可以对金属进行组分调整，以满足不同规格和要求的产品生产。
与此同时，炉外精炼技术也有助于改善金属产品的质量。
通过去除杂质和其他不纯物质，金属的机械性能、化学性质和物理性能都能得到提高，从而使得金属产品更加耐用和可靠。
除了提高金属产品的质量外，炉外精炼技术还可以减少环境污染。
传统的炉内冶炼方法往往会产生大量的废气、废水和废渣，对环境造成严重的污染。
而炉外精炼技术则通过控制冶炼过程中的气体、液体和固体排放，使得废气减少、废水得到处理和回收、废渣变废为宝，从而实现了资源的循环利用和环境保护。
总之，炉外精炼工艺技术是一种高效、环保和灵活的金属冶炼方法。
它通过利用物理、化学和机械作用，对金属中的杂质和其他不纯物质进行去除，从而提高金属的纯度和质量。
这种技术的应用不仅可以改善金属产品的质量，还可以减少环境污染，实现资源的循环利用。
炉外精炼工艺技术是金属冶炼领域中的一项重要技术手段，它能够在金属冶炼过程中去除杂质和不纯物质，提高金属的纯度和质量。
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
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。
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
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
RH炉工作原理,主要功能
一、前言1、RH的历史与发展RH精炼全称为：RH真空循环脱气精炼法。
于1959年由德国人发明，其中RH为当时德国采用RH精炼技术的两个厂家的第一个字母。
真空技术在炼钢上开始应用起始于1952年，当时人们在生产含硅量在2%左右的硅钢时在浇注过程中经常出现冒渣现象，经过各种试验，终于发现钢水中的氢和氮是产生冒渣无法浇注或轧制后产生废品的主要原因，随之各种真空精炼技术开始出现，如真空铸锭法、钢包滴流脱气法、钢包脱气法等，从而开创了工业规模的钢水真空处理方法，特别是蒸汽喷射泵的出现，更是加速了真空炼钢技术的发展。
随着真空炼钢技术的开发与发展，最终RH和VD因为处理时间短、成本低、可以大量处理钢水等优点而成为真空炼钢技术的主流，70年代开始随着全连铸车间的出现，RH因为采用钢水在真空槽环流的技术从而达到处理时间短、效率高、能够与转炉连铸匹配的优点而被转炉工序大量采用。
RH从开始出现到现在40多年来，有多项关键性技术的出现，从而加速了RH精炼技术的发展。
2、RH系统概述RH系统设备是一种用于生产优质钢的钢水二次精炼工艺装备。
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。
被抽气体由热弯管经气体冷却器至真空泵系统排到厂房外。
钢水处理前，先将浸渍管浸入待处理的钢包钢水中。
当真空槽抽真空时，钢水表面的大气压力迫使钢水从浸渍管流入真空槽内。
与真空槽连通的两个浸渍管，一个为上升管，一个为下降管。
由于上升管不断向钢液吹入氩气，相对没有吹氩的下降管产生了一个较高的静压差，使钢水从上升管进入并通过真空槽下部流向下降管，如此不断循环反复。
在真空状态下，流经真空槽钢水中的氩气、氢气、一氧化碳等气体在钢液循环过程中被抽走。
同时，进入真空槽内的钢水还进行一系列的冶金反应，比如碳氧反应等;如此循环脱气精炼使钢液得到净化。
经RH处理的钢水优点明显:合金基本不与炉渣反应，合金直接加入钢水之中，收得率高;钢水能快速均匀混合;合金成分可控制在狭窄的范围之内;气体含量低，夹杂物少，钢水纯净度高;还可以用顶枪进行化学升温的温度调整，为连铸机提供流动性好、纯净度高、符合浇铸温度的钢水，以利于连铸生产的多炉连浇。
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。
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。
vd炉工艺
一、VD炉外精炼的目的：提高钢液纯净度改善钢液内在性能开发纯净钢和超纯净钢。
二、VD炉去气理论依据：气体在液体或固体铁中的溶解度与温度和外界气体分压力有关，当温度一定时气体溶解度和分压的平方根成正比，此即西韦特(Sievert)定律(也称平方根定律西华特定率)。
式中为常数。
当温度固定，气体分压减小，溶解度减小。
即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，从而达到降低钢液中气体含量。
三、VD炉外精炼的去气基本原理：为了去除钢液中的气体根据西韦特定率必须降低钢液气体分压。
VD炉一般采用五级蒸汽喷射泵工作使真空罐达到67Pa以下。
四、喷射泵工作原理：蒸汽喷射泵是以蒸汽为工作介质，从拉瓦尔喷嘴中喷射出高速蒸汽射流来携带气体，从而达到抽气的目的。
工作步骤为在第一级喷嘴中通入一定压力、一定流量的工作蒸汽，用来引射真空容器中的被抽气体，被抽气体和工作蒸汽的混合气体经第一级扩压器压缩进入第二级泵中；第二级泵再以一定流量的工作蒸汽来引射第一级泵排出的蒸汽与被抽气体的混合物（被抽气体），经扩压器压缩而被排到下一级。
在第二级泵中排出的混合物中包含有第一级、第二级的工作蒸汽和被抽气体，故在这种混合物中工作蒸汽的比例占有绝大部分，若继续排入第三级泵，则气体负荷过大，会使第三级泵工作蒸汽消耗量过大，提高了生产成本。
因此，在第二和第三级泵中间设置中间冷凝器，将混和物中的绝大部分蒸汽冷凝成水，由冷凝器回水管排入浊水池。
同样，三、四和四、五级泵之间也要设置冷凝器，最后将被抽气体由消音器排到大气中，所获得的真空通过第一级真空泵和盛放钢包罐体连接管道在罐体内获得并维持一定的真空度。
VD炉真空泵工作原理图：被抽气体连接罐体蒸汽冷却水冷凝器真空泵蒸汽蒸汽蒸汽蒸汽真空泵真空泵真空泵真空泵冷却水冷却水冷却水冷却水冷却水冷凝器冷凝器废气排空浊水池真 空 泵 工 作 示 意 图VD炉蒸汽喷射泵：五、VD炉设备概述：主要包括真空泵系统、蒸汽锅炉和自动化控制系统机械部分（1）液压站：为罐盖提升/主截止阀提供动力（2）循环水泵站：为冷凝器和浊水池提供动力自动化控制系统：由低压电源柜、罐盖车传动柜、PLC柜、主操作台和计算机操作台。
RH炉工作原理,主要功能
一、前言1、RH的历史与发展RH精炼全称为：RH真空循环脱气精炼法。
于1959年由德国人发明，其中RH为当时德国采用RH精炼技术的两个厂家的第一个字母。
真空技术在炼钢上开始应用起始于1952年，当时人们在生产含硅量在2%左右的硅钢时在浇注过程中经常出现冒渣现象，经过各种试验，终于发现钢水中的氢和氮是产生冒渣无法浇注或轧制后产生废品的主要原因，随之各种真空精炼技术开始出现，如真空铸锭法、钢包滴流脱气法、钢包脱气法等，从而开创了工业规模的钢水真空处理方法，特别是蒸汽喷射泵的出现，更是加速了真空炼钢技术的发展。
随着真空炼钢技术的开发与发展，最终RH和VD因为处理时间短、成本低、可以大量处理钢水等优点而成为真空炼钢技术的主流，70年代开始随着全连铸车间的出现，RH因为采用钢水在真空槽环流的技术从而达到处理时间短、效率高、能够与转炉连铸匹配的优点而被转炉工序大量采用。
RH从开始出现到现在40多年来，有多项关键性技术的出现，从而加速了RH精炼技术的发展。
2、RH系统概述RH系统设备是一种用于生产优质钢的钢水二次精炼工艺装备。
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。
被抽气体由热弯管经气体冷却器至真空泵系统排到厂房外。
钢水处理前，先将浸渍管浸入待处理的钢包钢水中。
当真空槽抽真空时，钢水表面的大气压力迫使钢水从浸渍管流入真空槽内。
与真空槽连通的两个浸渍管，一个为上升管，一个为下降管。
由于上升管不断向钢液吹入氩气，相对没有吹氩的下降管产生了一个较高的静压差，使钢水从上升管进入并通过真空槽下部流向下降管，如此不断循环反复。
在真空状态下，流经真空槽钢水中的氩气、氢气、一氧化碳等气体在钢液循环过程中被抽走。
同时，进入真空槽内的钢水还进行一系列的冶金反应，比如碳氧反应等;如此循环脱气精炼使钢液得到净化。
经RH处理的钢水优点明显:合金基本不与炉渣反应，合金直接加入钢水之中，收得率高;钢水能快速均匀混合;合金成分可控制在狭窄的范围之内;气体含量低，夹杂物少，钢水纯净度高;还可以用顶枪进行化学升温的温度调整，为连铸机提供流动性好、纯净度高、符合浇铸温度的钢水，以利于连铸生产的多炉连浇。
炉外精炼主要工艺
炉外精炼主要工艺炉外精炼是一种常用的金属冶炼工艺，主要用于提高金属的纯度和质量。
它通过在金属冶炼中引入气体或液体，将杂质和非金属物质从金属中去除，从而得到纯净的金属产品。
炉外精炼的主要工艺包括氧气吹炼、氩气吹炼、真空精炼等。
其中，氧气吹炼是最常用的一种工艺。
它通过将氧气注入炉内，加热金属熔体，使金属中的杂质氧化并从熔体中脱离出来。
氧气吹炼可以有效地去除金属中的硫、磷等杂质，提高金属的纯度。
氩气吹炼是另一种常用的炉外精炼工艺。
它与氧气吹炼类似，都是通过引入气体来去除金属中的杂质。
不同的是，氩气吹炼主要用于去除金属中的氧、氮等杂质。
在氩气吹炼过程中，金属熔体被加热至高温，然后通过注入氩气，将金属中的氧、氮等杂质吹除。
氩气吹炼可以提高金属的纯度和均匀性。
真空精炼是一种在低压条件下进行的炉外精炼工艺。
它通过将金属熔体置于真空环境中，利用高温下物质的蒸发，将金属中的杂质挥发掉。
真空精炼可以有效地去除金属中的气体、氧化物等杂质，提高金属的纯度和质量。
除了以上主要工艺外，炉外精炼还包括电渣重熔、渣化处理等工艺。
电渣重熔是通过电弧加热金属熔体，利用渣料的溶解和吸附作用，将金属中的杂质去除。
渣化处理是指在金属冶炼过程中，用特定的渣料对金属熔体进行处理，使杂质和非金属物质结合成渣，并将其从金属中分离出来。
炉外精炼工艺的应用范围广泛。
它可以用于钢铁冶炼、铜冶炼、铝冶炼等金属冶炼过程中。
在钢铁冶炼中，炉外精炼可以去除钢中的硫、磷、氧等杂质，提高钢的纯度和质量。
在铜冶炼中，炉外精炼可以去除铜中的氧、硫等杂质，提高铜的纯度和导电性能。
在铝冶炼中，炉外精炼可以去除铝中的气体、氧化物等杂质，提高铝的纯度和塑性。
炉外精炼是一种重要的金属冶炼工艺，可以提高金属的纯度和质量。
它的主要工艺包括氧气吹炼、氩气吹炼、真空精炼等。
这些工艺通过引入气体或液体，将金属中的杂质和非金属物质去除，从而得到纯净的金属产品。
炉外精炼广泛应用于钢铁、铜、铝等金属冶炼过程中，对提高金属的纯度和质量起到重要作用。
炉外精炼原理CAS-OB与IR-UT法
钢液送到中间包内，[N]为0.0022％。 ❖ ②中间包水口结瘤改善。两台铸机连浇炉数的统计表明，
CAS处理分别达56和100炉。 ❖ ③钢材质量提高。
5.7.2 CAS－OB法
CAS-OB法是CAS法的改进，增设顶氧枪。 为了快速补偿CAS法处理过程中的温降，在隔离罩内增设
5.7.2 CAS－OB法
1） 隔离罩(浸渍罩)
隔离罩的作用：隔离浮渣，形成无渣液面，并提供加
入微调合金空间，提高合金元素的收得率；容纳上浮的搅
拌氩气，提供氩气保护空间；为铝氧反应加热钢液提供反
应空间；收集和排出烟气（烟罩作用）。CAS-OB隔离罩
为锥形体。由钢板焊成，分上下两部分，上罩体内衬耐火
5.7.2 CAS－OB法
2）氧枪 一般在CAS-OB法中多采用惰性气体包围氧气流股的双
套管顶吹氧枪。常见吹氧枪为消耗型，用双层不锈钢管组 成。套管外涂高铝质耐火材料(A12O3≥90％)，套管间隙一 般为2~3mm。中心管吹氧，套管环缝吹氩气冷却，氩气量 大约占氧气量的10％左右。这种喷枪使氧气流股包围在隋性 气氛当中，形成了集中的吹氧点，在大的钢液面则形成低 氧分压区，从而抑制了钢液的氧化。操作中控制外管压力 和内管压力的比值在1.2～3.0之间能收到良好的效果。氧枪 的烧损速度大约为50mm／次，寿命为20-30次。
一般热吸收率可达80％以上。为获得较好的铁、锰、碳 元素烧损，需要保持比较多的与供氧相平衡的理论燃烧物数 量。
5.7.2 CAS－OB法
（2）CAS－OB的设备
● 底吹氩系统 ● 合金称量与加入系统 ● 氧枪升降与吹氧系统 ● 浸渍罩及其升降系统 ● 保温材料加入系统 ● 自动测温取样装置 ● 风动送样及光谱分析系统 ● 除尘系统
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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（H2、N2）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：LF炉可以采用沉淀与扩散脱氧相结合的脱氧方式。
沉淀脱氧是直接向钢水中加入脱氧剂进行脱氧，其制约因素是脱氧产物不易全部上浮到渣相中导致钢水不纯；扩散脱氧是根据分配定律，钢水中氧向渣相中扩散，其脱氧的限制环节是渣-钢界面传质慢。
LF炉具有还原渣精炼和底吹氩强搅拌形成了良好的动力学条件，加大了扩散脱氧中渣-钢间氧的传输速度和沉淀脱氧中脱氧产物的上浮速度，钢水中的氧含量能降到很低的水平。
脱硫的化学反应式为：
[FeS]+（CaO）=（CaS）+（FeO）
脱硫能力用分配系数LS表示：
LS=ω（S）/ω[S]
当溶解氧不变时，硫的分配系数随（CaO）的增加而增大，随（FeO）、（SiO2）的增加而减少。
脱氧程度对脱硫效果的影响很大，LF炉高碱度还原精炼渣脱氧效果良好，低氧活度可增加熔渣的脱硫能力。
（CaO）含量高，（FeO）、（SiO2）含量低，对脱硫反应十分有利，脱硫效率高。
与硅相比，铝具有较强的脱氧能力。
一般铝处理的钢水，渣中（FeO+MnO）的含量相当低，脱硫也彻底。
2炉外精炼技术的特点与功能
炉外精炼是指在钢包中进行冶炼的过程,是将真空处理、吹氩搅拌、加热控温、喂线喷粉、微合金化等技术以不同形式组合起来,出钢前尽量除去氧化渣,在钢包内重新造还原渣,保持包内还原性气氛。
炉外精炼的目的是降低钢中的Ｃ、Ｐ、Ｓ、Ｏ、Ｈ、Ｎ、等元素在钢中的含量,以免产生偏析、白点、大颗粒夹杂物,降低钢的抗拉强度、韧性、疲劳强度、抗裂性等性能。
这些工作只有在精炼炉上进行,其特点与功能如下:
1)可以改变冶金反应条件。
炼钢中脱氧、脱碳、脱气的反应产物为气体,精炼可以在真空条件下进行,有利于反应的正向进行,通常工作压力≥50Ｐａ,适于对钢液脱气。
2)可以加快熔池的传质速度。
液相传质速度决定冶金反应速度的快慢,精炼过程采用多种搅拌形式(气体搅拌、电磁搅拌、机械搅拌)使系统内的熔体产生流动,加速熔体内传热、传质的过程,达到混合均匀的目的。
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。
3炉外精炼技术在生产中的应用目前得到公认并被广泛应用的炉外精炼方法有:ＬＦ法、ＲＨ法、ＶＯＤ法。
3.1ＬＦ法(钢包精炼炉法)
它是1971年由日本大同钢公司发明的,用电弧加热,包底吹氩搅拌。
3.1.1工艺优点
1)电弧加热热效率高,升温幅度大,控温准确度可达±5℃;
2)具备搅拌和合金化的功能,吹氩搅拌易于实现窄范围合金成份控制,提高产品的稳定性;
3)设备投资少,精炼成本低,适合生产超低硫钢、超低氧钢。
3.1.2ＬＦ法的生产工艺要点
1)加热与控温ＬＦ采用电弧加热,热效率高,钢水平均升温1℃耗电0.5～0.8ｋＷ·ｈ,ＬＦ升温速度决定于供电比功率(ｋＶＡ/ｔ),而供电的比功率又决定于钢包耐火材料的熔损指数。
因采用埋弧泡沫渣技术,可减少电弧的热辐射损失,提高热效率10%～15%,终点温度的精确度≤±5℃。
2)采用白渣精炼工艺。
下渣量控制在≤5ｋｇ/ｔ,一般采用Ａｌ2Ｏ3-ＣａＯ-ＳｉＯ2系炉渣,包渣碱度Ｒ≥3,以避免炉渣再氧化。
吹氩搅拌时避免钢液裸露。
3)合金微调与窄成份范围控制。
据试验报道,使用合金芯线技术可提高金属回收率,齿轮钢中钛的回收率平均达到87.9%,硼的回收率达64.3%,钢包喂碳线回收率高达90%,ＺＧ30ＣｒＭｎＭｏＲＥ喂稀土线稀土回收率达到68%,高的回收率可实现窄成份控制。
3.1.3ＬＦ法在生产实践中的应用
2000年6月,鞍钢第一炼钢厂新建的连铸车间正式投产,精炼设备由两座ＬＦ钢包精炼炉,年处理钢水200万ｔ;一座ＶＤ钢水真空处理装置,年处理钢水80万ｔ组成。
ＬＦ炉最大升温速度为4℃,ＬＦ炉平均处理周期≤28ｍｉｎ;处理效果:平均[Ｈ]≤0.0002%;最低[Ｈ]≤0.0001%。
我国现有家重轨生产厂(攀钢、包钢、鞍钢和武钢)生产典型的工艺路线如下:ＬＤ→ＬＦ→ＶＤ→ＷＦ→ＣＣ,钢包吊到ＬＦ处理线的钢包车上后,由人工接通钢包底吹氩的快速接头,根据要求的钢水成分及温度确定物料的投入量(含喂丝)重轨钢含碳量较高,因而增碳显得很重要,转炉出钢时钢水含碳量控制为0.2%～0.3%(ｗｔ),炉后增碳至0.60%～0.65%(ｗｔ),在ＬＦ炉处理时再增0.10%～0.15%(ｗｔ)个碳至标准成份的中上限,经ＶＤ处理后即可达到钢种成分要求。
3.2ＲＨ法(真空循环脱气法)这种方法是1958年西德发明的,其基本原理是利用气泡将
钢水不断的提升到真空室内进行脱气、脱碳,然后回流到钢包中。
3.3ＶＯＤ法(真空罐内钢包吹氧除气法)
ＶＯＤ的特点ＶＯＤ法是1965年西德首先开发应用的,它是将钢包放入真空罐内从顶部的氧枪向钢包内吹氧脱碳,同时从钢包底部向上吹氩搅拌。
此方法适合生产超低碳不锈钢,达到保铬去碳的目的,可与转炉配合使用。
他的优点是实现了低碳不锈钢冶炼的必要的热力学和动力学的条件-高温、真空、搅拌。