RH、LF和VD炉外精炼技术

Ar精炼法：Gazal、CAB、AOD、CLU
脱气为主:钢包除气法、DH、RH
1)按精炼手段分类 真空精炼法
脱C、O、气为主:VOD、RH-OB、RH-PI
真空和加热法： ASEA-SKF、VAD、LF
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1） AOD、CLU、VOD、RHOB 和VODC适合冶炼低碳和超低碳 钢;
2)按精炼的主要用途分类
VD主要与电弧炉和LF配合，用于生产管线钢， [S] ＜ 10ppm ； [H] ＜ 1.5-2ppm ； [N] ＜ 40ppm；[O] ＜ 20ppm。
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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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基本原理
真空脱气
吹Ar精炼
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真空脱气
原 理： 基于H、N在钢液
测 温 取 样 装 置
加喂 料丝 系装 统置
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①供电系统
组 成：
电炉变压器和导电短 网组成，实现低电压大电 流输入至熔池；
参 数（150t）：
变压器功率：22MVA； 二次电压：335-315V； 三相交流：50Hz； 二次电流：48KA； 电极直径：457mm； 极心圆直径：750mm； 升温速度：2-4℃/min。
目的：
把传统的炼钢方法分为两步，即初炼+精炼。 初炼—在氧化性气氛下进行炉料的熔化、脱P、 脱C和合金化。精炼—在真空、惰性气体或可控 气氛的条件下进行深脱C、去气、脱氧、去夹杂 物和夹杂物变性处理，调整成分，控制钢水温度 等，从而优化工艺和产品结构、开发高附加值产 品、节能降耗、降低成本增加经济效益。
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④事故搅拌装置
作 用：
在透气砖不能工作情况 下，惰性气体通过顶枪吹入 钢包，进行事故搅拌；
结 构：
顶枪安装在支撑框架上， 支撑框架安装在炉盖侧面， 顶枪通过电动机和卷筒实现 上下；
参 数：
顶枪压力：0.6-1.6MPa； 流量（max）：600NL/min
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⑤测温取样装置
取样装置由固定 钢结构支撑，取样枪 插入钢包预定深度， 停留数秒后抽出。取 样枪可使用钢水取样 探头和测温热电偶， 也可使用测温和测氧 含量的混合型探头。
冶金概论 ------炉外精炼
主讲:冶金工程系 孙丽娜(教授)
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主要内容
一.概 述 二.RH、LF及VD法简介
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一、概 述
1.炉外精炼的概念和目的 2.炉外精炼的发展 3.炉外精炼的分类 4.炉外精炼的共同特点
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1.炉外精炼的概念及目的
概念：
炉外精炼就是将转炉（或电炉）中初炼的钢 水移到另一反应器中进行精炼的过程，也称二次 精炼。
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2) LF生产模拟
工部全景
生产模拟
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3) LF工艺原理
①脱 氧
②脱 硫
③去夹杂
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①脱 氧
目 的: 脱氧剂钢中选过择剩:氧与[C]反应产生气
泡脱,将氧造成元凝素固对组织氧不的致亲密;和 力
沉＞淀铁脱对F氧氧e-S的:i 和亲A和l 等力脱；氧 脱剂 与氧钢产中
物[O在]反钢应液,脱中氧的产溶物解上浮度,尽达到可脱能氧 小的 形；目态残的产留.生因钢,产故中物称在的沉钢淀脱液脱氧内氧元部.优以素点沉对:淀脱 钢氧 氧性产速能物度不成快为产,操非生作金坏简属单的夹,杂缺影;点响:部；分脱脱
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2.埋弧加热桶炉法（LF法）
1) LF概述 2) LF生产模拟 3) LF工艺原理 4) LF生产工艺 5) LF相关设备
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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。
喂丝操作：
Al 丝 在 成 分 调 整 时 喂 入 ， Si、Ca-Si丝在LF处理后喂入。 喂丝时弱吹Ar搅拌，可自动设 定也可手动。
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3.钢包真空脱气法（VD法）
1) VD概述 2) VD生产模拟 3) VD生产工艺 4) VD相关设备
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1) VD概述
20世纪50年代由德国首先应用，用于生产低 碳钢，可严格控制成分和温度。 具有以下功能： ①有效的脱气，减少[H]、[N]； ②脱氧，通过C+[O]=CO去除[O]； ③通过碱性顶渣去[S]； ④通过合金微调及吹Ar控制化学成分和温度； ⑤通过吹Ar使夹杂无聚集上浮。
2）桶炉，VAD（VHD）和LF具 备加热搅拌功能对温度控制灵活, 可去气、脱氧、去除夹杂和合金 化;
3）DH、RH,不同形式的流滴去 气法和真空吹Ar法,可脱除钢中气 体、氧和夹杂,但无加热设备,适 应于普通钢和中低合金钢的真空 脱气处理;
4）同炉渣洗法主要用于电炉出 钢过程中对钢水脱S、脱O和去除 夹杂。
扩氧散元脱素氧应在: 钢液中溶解快、
均末匀状并C加、经入S济渣i、中。M,与n等渣脱中氧（元Fe素O以）粉、
（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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②脱 硫
目 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）=
脱气后的钢液汇集在真空室 底部，在密度差的作用下不断地 从下降管回到钢包中。如此循环 多次，达到精炼钢液的目的。
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5) RH的主要功能与工艺参数
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.
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2）生产过程模拟
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3）RH设备简介
①真空室
②钢包车
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①真 空 室
结 构： 真空室由钢板焊接的
圆柱形容器，内砌耐火材 料 。 为 直 接 结 合 MgOCr2O3砖，一部分为MgOC砖。 功 能：
是脱气系统的重要组 成部分，有足够的容积， 保证钢水在真空脱气过程 中有较大的脱气表面，提 高脱气效果，同时在脱气 过程中热损失小。
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工艺参数:
①处理容量:钢包钢水重 量,≮30t;
②脱气时间:钢水在真空下脱 气的处理时间,20~30min;
③循环因数:钢包内的钢水通 过真空室的次数,等于5;
④循环流量:单位时间通过真 空室的钢水量;
⑤真空度:真空室内的压 力.RH处理67~134Pa,RHOB处理,20000~33000Pa
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⑥wenku.baidu.com料系统
组 成：
高位料仓皮带、储料 斗、溜槽和固定料槽；
动 作：
造渣材料和合金由上 位料仓经溜槽和固定料槽 进入钢包。
料仓共16个，分别为 铁合金、脱氧剂、造渣料 和增碳剂。
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⑦喂丝装置
目 的：
借助喂丝机将易氧化、易 挥发合金制成包芯线输入钢液， 达到脱氧、脱S等目的；
喂丝设备：
松卷装置、喂丝器、导向 系统构成；
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2.炉外精炼的发展
• 20世纪30年代 • 20世纪40年代 • 20世纪50年代 • 20世纪60,70年代 • 20世纪80年代
多的R（理包HD有（种精-HO循C形炼）BA环使渣高式）大泵真炉,S在钢理合在V,真发钢用C进,,问抽空；金低水O提真A空真展水高行D微S世速法真进升空处-空，质碱O调脱理真,蒸 用吹空 行、B广脱D量及度S）（空H氩度 脱泛汽 于温气；以合V,R、L处脱应度下 气基A喷 钢HF成提D理，处氧用R钢对 处础射 水H上、，
加合金时,采用大流量 吹Ar,加速合金熔化 , 提高 收得率;
通电时,采用小流量吹 Ar,均匀温度又不引起大的 液面波动.
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③造渣制度
目 的:
脱S、脱O、去夹杂； 提高炉衬寿命； 防止钢水二次氧化，提高合 金收得率。
基本制度:
渣料加入量8-10Kg/t; 分 批 加 入 , 出 钢 过 程 加 4050%,其余待化渣后分2-3次加入; 炉渣过稠加CaF2,炉渣过稀加 CaO.
（ （
VVODD））脱数AR,出,量气真钢SH现E；-包空,O减A合喷B吹少蓬、金粉氧了勃（包脱L杂发KF丝I碳VP展质线、、 ;
TN、SL）喂,喂丝丝法法、, 不氩氧同精功
•
20世纪90年代-今
炼（AOD）能等精. 炼设备的组 合使用;
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3.炉外精炼的分类
渣洗法：合成渣洗、同炉渣洗
常压下处理法
合金添加和喷粉法：弹丸发射法、喂丝法、 喷粉法
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。
脱气产物为气体， 向溶液中析出的脱氧 产物CO和吹Ar气泡内 扩散而一起去除。
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吹Ar精炼
通过钢包底部的 多孔塞将Ar 吹入钢液， Ar 在 上 升 中 形 成 小 气 泡，对H、N而言为真 空室，因此向其中扩 散并带走。此外，吹 Ar 利 于 去 除 夹 杂 、 均 匀成分和温度，避免 钢液二次氧化。
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①供电制度
初期低功率供电 造渣;泡沫渣造好后高 功率埋弧精炼;连续加 热10~15min后,停止加 热2~5min,使钢液温度 均匀,加热时间约 30min, 升 温 速 度 为 2-4 ℃ /min
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②吹氩制度
原 则:
钢包到位后,采用中等 吹Ar量,均匀成分和温度;
化渣时采用大流量吹 Ar以尽快化渣;
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4.炉外精炼方法的共同特点
• ①理想的精炼气氛条件，通常应用真空、 惰性气氛或还原气氛；
• ②搅动钢水，采用电磁力、惰性气体或机 械搅拌的方法；
• ③为补偿精炼过程的钢水温度损失，采用 加热设施有电弧加热、等离子加热或增加 钢水中的化学热等。
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二.RH、LF及VD法简介
RH 法 LF 法 VD 法
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②钢包及台车
炉 体： LF炉体为电弧炉
出钢用钢包； 钢包车：
钢板焊接结构， 由钢包支架、二台电 动机、电缆线、调速 器、防热罩构成。
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③炉盖提升装置
结 构：
炉盖主要用于保温， 保持还原气氛，减少电极 氧化。内圈为耐材，外圈 为水冷管；电极孔周围为 耐材和绝缘材料；
炉盖提升装置：
提升液压缸安装在立 柱下，液压缸外壳与炉盖 立柱相固定，可实现炉盖 升降。
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真空处理
工作顺序：
排气→连续压缩 →（ 6min 后 ） 达 设计 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；
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%
常用渣系：
CaO-CaF2；CaO-Al2O3； 碱度4-6
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④成分调整
粗 调： 根据电炉钢水成
分分析确定合金加入 量； 细 调：
在白渣后进行， 此时钢液中各元素充 分均匀和平衡，合金 收得率稳定，易于命 中目标。
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5) LF相关设备
供 电 系 统
钢 包 及 台 车
炉事 盖故 提搅 升拌 装装 置置
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1.真空循环脱气法（RH法）
1）RH的功能与特点 2）生产过程模拟 3）RH设备简介 4）RH过程工艺原理 5）RH的主要功能与工艺参数
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1）RH的功能与特点
以小部分钢水进入真空环境，经受真 空处理，在不同程度上增大了钢—气接触 面积，提高了精炼脱气效果。 特 点： ①脱气效果好； ②适用于大量的钢液处理； ③处理过程温降小； ④脱C能力强，适用于低碳钢的生产
（FeO）+（CaS） 条 件:
高碱度、还原气氛、 高温、大渣量
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③去 夹 杂
来 源：
脱氧产物、浇注及凝固 反应产物，混入熔渣及耐 材；
危 害：
破坏钢的组织连续性；
措 施：
减少外部带入；强化冶 炼；提高耐材质量；出钢 过程强化非金属夹杂排除
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4) LF生产工艺
供 电 制 度
吹
造
氩
渣
制
制
度
度
成 分 调 整
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②钢 包 车
功 能：
用钢包车将炼钢 车间的钢水送到浇注 工段；
沿铺设的宽轨铁 路线运行，是自行台 车，有两套直流电机 驱动的运行机构。
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4）RH过程生产工艺原理
当真空室抽真空后，插入管 插入钢液中，Ar经钢液加热膨胀， 形成向上流动的气泡，使上升管 内的钢液随之上升进入真空室。 气泡在真空室下突然膨胀，使钢 液溅成极细微粒呈喷泉状，增加 了钢液与真空接触面积，使钢液 充分脱气。