炉外精炼基本方法与工艺分析

炉外精炼基本方法与工艺分析
【摘要】随着科学技术的发展，工农业对于钢材的质量提出了更高的要求。

炉外精炼工艺是钢厂普遍采用的精炼工艺流程。

为了提高钢的纯净度，对于炉外精炼工艺技术的研究不断地研究和开发，以在生产成本降低的条件下，提高炉精炼工艺技术和设备的路基，以推进炉外精炼流程符合实际生产工艺的要求。

本论文针对炉外精炼基本方法与工艺进行分析。

【关键词】炉外精炼；纯净钢；工艺分析
在现今的钢铁冶金发展进程中，炉外精炼已经成为了确保钢铁质量和实用性的重要途径。

鉴于炉外精炼是初炼技术的深加工和精加工，因此其是决定成品钢水质量的关键。

从技术的角度而言，炉外精炼质量决定于两个方面，即炉外精炼工艺和炉外技术操作流程，其中确保钢材质量的关键为炉外精炼工艺，只有该工艺具备了先进性、科学性和实践可行性等特点，才能够符合精炼要求。

一、炉外精炼的冶金功能
（一）炉外精炼设备的工艺与设计
炉外精炼设备的作用在于，可以通过这种高效的工艺技术和设备提炼出纯净钢以及超纯净钢。

那么，炉外精炼设备就需要满足各项条件才能够完成质量要求。

1.炉外精炼设备可以改善热力学条件
在进行炉外精炼的过程中，所出现的冶金化学反应需要满足一定的热力学条件。

比如，在冶炼钢铁的过程中，会发生脱碳反应和脱气反应，反应物以气体的形式存在。

为了促进反应物的继续进行，需要采取技术措施将气相压力降低，以促进真空度的提高。

2.炉外精炼设备可以加速冶金化学反应
不同的精炼设备，所采用的搅拌方式也会有所不同。

随着熔池传递速度逐渐加快，液相传质的存在在一定程度上限制了冶金反应速度。

在熔池搅拌的过程中强化技术性，以促进混合均匀，从而提高了化学反应速度。

3.炉外精炼设备可以增加渣钢反应面积，实现加速反应
炉外精炼设备在技术设计上采用了更为先进的工艺，包括搅拌、喷粉等等工艺，在渣钢反应面积增大的条件下，可以乳化钢渣，所形成的颗粒气泡逐渐上覆，发生相互的碰撞和聚合的反应，从而使反应速度显著提高。

4，炉外精炼设备配有加热功能，可以对反应条件精确控制
炉外精炼设备在设计上配备有加热功能，可以满足不同的加热需求。

通过精确控制反应温度，并均匀钢水成分，可以实现成分上的微调。

这种精确控制条件下所实现的化学反应，可以促进各种冶金反应更为趋向于平衡状态。

5.完善在线检测设备
采用炉外精炼设备，在精炼的过程中可以实现设备的智能化控制，以保证产品的精炼质量。

为了提高产品质量，要确保精炼的控制精度和终点的命中率。

（二）炉外精炼设备的冶金功能
1.炉外精炼设备的冶金功能
炉外精炼设备具有熔池搅拌功能，这项操作可以钢水的温度以及其中所包含的成分更为均匀，以确保所生产出来的钢材质量更为均匀。

炉外精炼设备的提纯精炼功能，在对于钢水提纯的过程中，主要采用钢渣反应的方法和喷射冶金的方法以及真空冶炼的方法，将钢水中的杂质去除，包括钢水中所夹杂的硫、磷、氮、碳、氢、氧等等都会得到有效的清除。

炉外精炼设备的控制温度功能可以对钢水中的成分进行微调，以使钢水的质量符合规定的产品标注。

此外，在钢材的生产阶段，炉外精炼设备还具有良好的生产调节功能，可以促进炼钢和连铸生产的均衡性。

2.炉外精炼设备的精炼方法
采用渣洗精炼的方法，主要采用钢水的脱氧、脱硫，将钢水中的杂质去除，以将炉渣的成分控制在精确的状态。

可见，钢水的提纯是通过渣钢的反应来实现的。

采用真空精炼的方法，对于钢水的提纯精炼是在真空的环境条件下进行的。

如果要对于钢液进行脱碳、脱氧和脱气，设备的工作压力环境要超过50帕。

熔池搅拌的作用是加速熔体的流动。

通过向该系统内输入一定的能量，以对流的方式促进熔体内的导热速度，促进传质过程，通常采用机械搅拌、气体搅拌以及电磁搅拌的方式以实现钢液的均匀混合。

采用真喷射冶金的方法是为了增大熔池反应面积。

将固体颗粒反应物通过载体喷入到熔池的深处，使熔池内出现强烈的反应。

上浮的固体颗粒熔化或溶解的过程中，就会在固-液反应的作用下，以获得良好的精炼效果。

多炉炉外精炼设备在加热和温度的控制上，为了避免在炉外精炼的过程中出现降温的现象，可以采用脱碳二次燃烧加热的方法、电弧加热的方法以及化学加热的方法，以将水的反应温度和终点温度控制好，多炉炉外精炼设备可以根据需要采用不同的加热功能。

各种炉外精炼设备的冶金功能比较见下表。

二、炉外精炼基本方法
具体而言，炉外精炼工艺常用的基本方法包括四类，即搅拌、添加物料、真空或者稀释、加热。

炉外精炼的搅拌法包括电磁搅拌法、吹Ar法和注入式搅拌法三种。

炉外精炼的添加物料法包括喷粉法、合成渣法和射粒射弹法三种方法。

炉外精炼的真空或者稀释法包括静态钢水脱气、钢流真空脱气、钢液分批真空脱机和稀释法四种方法。

炉外精炼的加热法包括电热法、吹氧法两种。

（一）炉外精炼搅拌法
二十世纪40年代，对于炉外精炼搅拌法的实验研究结果表明：要实现钢液的成分均匀，温度均衡化，可以将Ar吹入到钢液中，而且能起到脱氧的作用。

工业发达国家运用这种搅拌方法，不但提高钢材，而且还会使非金属夹杂物降低。

进入到二十世纪60年代，电磁搅拌法普遍采用。

此外，注入式搅拌在工业生产中被采纳，在钢包中注入钢液，应用了机械搅拌原理实现炉外精炼。

（二）添加物料法
1.喷粉法
进入到二十世纪60年代末期，将碱土金属碳化钙和硅化钙吹入到钢包的钢液当中，这就是蒂森公司所提出的TN法。

进入到70年代，一种新的喷粉法被研制出来，其是将碳化钙和硅化钙吹入到钢包的钢液当中的同时，还能够将合金粉和钙系的粉末喷入其中，此为SL法。

从原理上而言，喷粉法就是将炼钢剂、合成渣剂、增碳剂吹入到钢液中。

采用喷粉法，不但能够获得良好的脱氧效果和脱硫效果，而且还能够使夹杂形态得以改善，采用喷粉的方法还可以对于钢液的成分进行调整。

2.合成渣法
合成渣法就是在钢包中注入固态或者液态的合成渣，然后借助中间包向该包内注入钢水的动能，使钢与渣之间充分融合，形成乳性溶液，使钢渣的反应面积增大。

在反应的过程中，在炉渣中注入硫和氧后，钢液中所夹杂的杂物上浮，使钢液清洁。

3.真空与稀释类
真空与稀释类的基本原理，是将氢气、氮气以及一氧化碳等等的气相压力降低。

真空度是真空处理技术中的关键因素，要求不可以超过70巴。

稀释法的技
术参数为氧气与稀释气体纸币。

比如，钢液处于低含碳量状态下，使用氩进行稀释的时候，就要求氧气与氩之间的比例界定在1：3与1：2之间。

4，加热类
在炉外精炼的过程中，对于钢液进行加热，可以增加精炼工艺的灵活性。

采用加热法可以提高运用的自由度，无论是添加剂的使用，还是精炼工艺处理时间以及对于温度的要求，都存在着一定的独立性，并可以根据自身的需要自由选择。

三、炉外精炼工艺
炉外精炼工艺的各项基本方法，可以按照不同形式的组合以满足产品的特殊要求，以产生更多的精炼工艺。

按照设备的目的、功能的不同，可以将炉外精炼工艺划分为四种，即处于常压环境下的炉外精炼，不带有升温装置；真空炉外精炼，不带有升温装置；带有升温装置的炉外精炼；不锈钢精炼法。

（一）处于常压环境下的炉外精炼，不带有升温装置其所采用的是吹氛搅拌的方法，将物料添加到钢液中。

这种炉外精炼设备操作简单，而且投资少，费用低。

特别是对于转炉炼钢来讲，能够在扩大品种、提高质量方面获得良好的效果。

（二）真空炉外精炼，不带有升温装置相比较于基本的炉外精炼方法，还采用了“真空”设计。

相比较于第一种方法，这种炉外精炼操作费较高。

但是从经济的角度而言，其可以在短时间内获得显著效果。

特别是对于大型钢锭、优质钢的生产非常有利。

（三）带有升温装置的炉外精炼相比较于不带有升温装置的炉外精炼，带有升温装置的炉外精炼费用较高，而且具有很高的操作费用。

但是，其在精炼功能上具有其他精炼方法所不可比拟的优势。

比如在宇航用钢、耐热钢以及轴承钢的生产上，其精炼功能足以，满足各项特殊要求。

（四）不锈钢精炼法不锈钢精炼法在炼钢行业中具有划时代性。

采用这种炼钢法，不但可以提高生产质量，而且成本较低，所生产出来的不锈钢具有广泛的应用价值。

结论
综上所述，对于特殊钢企业而言，要维持企业的生存和发展，就需要不断地实现技术上的冶金技术的创新。

鉴于钢铁冶金质量是维持企业进步的生命线，就要采用炉外精炼技术，提供钢液的纯净度，在降低能源消耗的同时，使钢材的质量得以改善。

参考文献
[1]耿振伟.抚钢30t电炉—炉外精炼工艺优化研究[D].东北大学，2010.
[2]段宏韬，张红文.炉外精炼加热方法能源利用效率分析[J].节能技术，2012（04）.
[3]Wang L T，Zhang Q Y，Peng S H. Mathematical model for growth and removal of inclusion in a multi-tuyere ladle during gas-stirring[J].ISIJ Int，2005.45（03）.
[4]Zhang，L，B Rietow，BG Thomas，et al. Large inclusions in plain-carbon steelingots cast by bottom teeming[J]，ISIJ International，2006.46（05）.
[5]B HYoon，K H Heo，J S Kim，et al. Improvement of steel cleanliness by controlling slag composition[J].Ironmaking and Steelmaking，2003. 30（02）.
[6]刘浏.炉外精炼工艺技术的发展[J].炼钢，2001.17（04）.。