真空精炼发展

weiweiwln 2008-02-12 17:06
浅谈炉外精炼技术
刘敬龙 金恒阁 刘世坚 祝凯
(1．齐齐哈尔北兴特殊钢有限公司； 2．黑龙江省冶金研究所)
摘要介绍了炉外精炼技术的发展历程，LF、HR、VOD三种精炼方法的基本特点及国内外应用情况，提出并探讨了
炉外精炼技术需解决的问题和发展方向。
关键词炉外精炼
S 皿’LE DIsCUSSIoN oN E姗RNAI RE 玎 G TEIaHNoLoGY
Liu Jinglongl Jin Hengge2 Liu Shijian2 Zhu Kai
(1．Qiqihaer Beixing Special Steel Co．，Ltd；2．Heilongjiang Metallurgical Institute)
AIIS31L~CT This paper briefly introduces the technological development，the basic characters of LF、HR 、VOD，and metallurgi—
cal efects ．The problem to be resolved and the trend of development on the external refining technology were pror~,ed ．
KEY W ORD external refining
0 引言
随着现代科学技术的发展和工农业对钢材质量
要求的提高，钢厂普遍采用了炉外精炼工艺流程，它
已成为现代炼钢工艺中不可缺少的重要环节。由于
这种技术可以提高炼钢设备的生产能力，改善钢材
质量，降低能耗，减少耐材、能源和铁合金消耗，因
此，炉外精炼技术已成为当今世界钢铁冶金发展的
方向。对于炉外精炼技术存在的问题及发展方向有
必要进行探讨。
1 国内外炉外精炼技术的发展历程和现状
随着炼钢技术的不断进步，炉外精炼在现代钢
铁生产中已经占有重要地位，传统的生产流程(高炉
一炼钢炉(电炉或转炉)一铸锭)，已逐步被新的流程
(高炉一铁水预处理一炼钢炉一炉外精炼一连铸)所
代替。已成为国内外大型钢铁企业生产的主要工艺
流程，尤其在特殊钢领域，精炼和连铸技术发展得日
趋成熟。精炼工序在整个流程中起到至关重要的作
用，一方面通过这道工序可以提高钢的纯净度、去除
有害夹杂、进行微合金化和夹杂物变性处理；另一方
面，精炼又是一个缓冲环节，有利于连铸生产均衡地
进行。
日本在20世纪70年代为了降低炼钢成本，提
高钢的纯净度和质量，率先将炉外精炼技术应用于
特殊钢生产中，随后西欧的钢铁企业也加入到推广
和使用这项技术的行列中。据资料报道，日本早在
1985年精炼率达到65．9％ ，1989年上升到73．4％ ，
特殊钢的精炼率达到94％ ，新建电炉短流程钢厂
100％采用炉外精炼技术。80年代连铸技术发展迅
速，原有的炼钢炉难以满足连铸的技术要求，更加促
进了炉外精炼技术的发展，到1990年为止世界各主
要工业国家拥有1000多台(套)炉外精炼设备_】J。
我国早在20世纪50年代末，6o年代中期就在
炼钢生产中采用高碱度合成渣在出钢过程中脱硫冶
炼轴承钢、钢包静态脱气等初步精炼技术，但没有精
炼

的装备。6o年代中期至70年代有些特钢企业
(大冶、武钢等)引进一批真空精炼设备。80年代我
国自行研制开发的精炼设备逐渐投入使用(如LF
炉、喷粉、搅拌设备)，黑龙江省冶金研究所等单位联
合研制开发了喂线机、包芯线机和合金芯线，完善了
炉外精炼技术的辅助技术。
现在这项技术已经非常成熟，以炉外精炼技术
为核心的“三位一体”短流程工艺广泛应用于国内各
钢铁企业，取得了很好的效果。初炼(电炉或转炉)
一精炼一连铸，成了现代化典型的工艺短流程。
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、0、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
联系人：金恒阁，高级工程师，黑龙江．哈尔滨(150040)，黑龙江省冶金研究所； 收稿日期：2Oo4—3—2
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· 8· 河南冶金 2OO4年第2期
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 J。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0．8～1．3咖n2，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。
3．1 LF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-t-5cI=；
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。
3．1．2 LF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 cI=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≤-t-5cI=。
2)采用白渣精炼工艺。下渣量控制在≤5kg／t，
一般采用 o3一CaO—sio3 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【0一引。
3．1．3 LF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4cI=，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：IJ)_+LF Ⅵ 一
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l 。
3．2 RH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。
3．2．1 RH法的优点
1)反应速度快。真空脱气周期短，一般10分钟
可以完成脱气操作，5分种能完成合金化及温度均
匀化，可与转炉配合使用。
2)反应效率高。钢水直接在真空室内反应，钢
中可达到[H]≤1．0×10一 ，[N]≤25×10一 ，[C]≤
10×10～ ，的超纯净钢。
3)可进行吹氧脱碳和二次燃烧热补偿，减少精
炼过程的温降。
3．2．2 RH法工艺参数[8 J
1)RH循环量。循环量是指单位时间内通过上
升管或下降管的钢水量，单位是t／rain。有关资料给
出的计算公式为：
Q：0．OO2×D_。l·5·G0-一一，
式中： 循环流

量，t／rain；
DIl— — 上升管直径，cm；
G—一上升管内氩气流量，L／rain。
2)循环因数。他是指在RH处理过程中通过真
空室的钢水与处理量之比，其公式为：
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2O04年第2期 河南冶金 ·9·
u=W‘t／V
式中：f广一循环因数，次；
广循环量，t／rain；
卜循环时间，min；
、广一一钢包容量，t。
3)供氧强度与含碳量的关系。向RH内吹氧可
以提高脱碳速度，即RH—OB法。当[c]／[O]>0．
66时钢包内氧的传质速度决定脱碳速度，其计算公
式为：
Qo2=27．3×Q．[C]
式中：Qn—— 氧气强度，Nm3／rain；
钢水循环量，t／rain；
[C]— — 含碳量，Nlm3／t。
3．2．3 RH法在生产实践中的应用
日本的山阳钢厂将LF与RH配合生产轴承钢
形成EF—LF—RH—CC轴承钢生产线，钢中总氧量
达到5．8×10一。LF—RH法首先利用LF炉将钢水
升温，利用LF搅拌和渣精炼功能进行还原精炼，是
钢水脱硫和预脱氧，然后将钢水送入RH中进行脱
氢和二次脱氧。经过这样处理大大的提高了钢水的
清洁度，同时钢水的温度达到连铸需要的温度Is]。
宝钢炉外精炼设备有RH—OB、钢包喷粉装置、
CAS精炼装置，RH—OB的冶炼效果较理想，脱氢率
为50％ ～70％，脱氮率为20％ ～40％，一般情况下，
经RH—OB处理后[H]≤2．5×10一，[C]≤30×
10一，去除钢中非金属夹杂物一般能达到70％ ，钢
中总氧量≤25×10一，而且在RH中合金处理可以
提高合金的收得率和控制的精确度，[c]、[si]、
[Mn]的控制精度能达到±0．01％，铝的精确度可达
到1．5×10。。，取得了较好的炉外精炼效果[ 。
3．3 VOD法(真空罐内钢包吹氧除气法)
3．3．1 VOD的特点
VOD法是1965年西德首先开发应用的，它是将
钢包放人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一高温、真空、搅拌。
3．3．2 VOD法在生产实践中的应用
20世纪90年代初，上海大隆铸锻厂从德国莱
宝(1eybold)公司进口1台15tVODC的关键设备和技
术软件。采用电炉初炼钢水经VODC炉外精炼的工
艺方法，精炼了超低碳不锈钢、中低合金钢和碳钢，
取得了很好的冶金效果，钢中非金属夹杂物减少，氢
含量小于3×10 氧含量小于6．5×10～，不锈钢中
铬回收率达98％ ～99％，精炼后的钢具有十分优越
的性能。VODC精炼工艺成熟，控制容易，适应中小
型钢厂和铸钢厂的多钢种、小吨位精炼生产需要，
对发展铸钢行业的精炼生产会起到很大积极作用，
具有广阔的发展前景加。
抚

顺特殊钢有限公司有30t VOD炉，采用EAF
+VOD技术精炼不锈钢，可使[H]≤2．58×10一，T
[O]≤41．9×10一，铬回收率达到99．5％，脱硫率
64．2％ ，精炼高碳铬轴承钢T[O]≤ 12．13×
10一[93。
4 发展炉外精炼技术需解决的问题及发展方向
炉外精炼技术已经应用40年，对提高钢的纯净
度、精确控制成分含量及细化组织结构等方面都起
了重要作用，使冶炼成本大幅降低，同时提高了钢的
品质和性能。但在发展的过程中也出现了一些问
题，有待于解决，使这项技术更加完美。
1)实现炉外精炼工艺的智能化控制，根据来料
钢水的各种技术参数，利用信息技术，制定最佳的精
炼工艺方案，并通过计算机控制各精炼工序。精炼
工位配备快速分析设备，实现数据网络化，减少热停
等待时间
2)炉外处理设备将实现“多功能化”。在水钢精
炼设备中将渣洗精炼、真空冶金、搅拌工艺以及加热
控温功能全部组合起来，实现精炼，以满足超纯净钢
生产的社会需求。
3)开发高纯度、高密度、高强度的优质碱性耐火
材料，以适应不同精炼炉的需要，注重产品质量的稳
定性。耐火材料的使用条件应尽可能与炉渣相适
应，最大限度地降低侵蚀速度。要根据精炼设备的
实际情况形成不同层次的配套材料，研究开发保温
和修补技术，提高炉衬的使用寿命。
4)减少精炼过程的污染排放，精炼过程会产生
大量废气，其中含soz、Pb、金属氧化物、悬浮颗粒
等，在真空脱气冷却水中含有固态悬浮物、Pb、zn
等，这些污染物须经企业内部的相关处理，把污染程
度降低到符合排放标准后再排放，加强环境保护意
识。
5 结束语
炉外精炼技术是一项提高产品质量，降低生产
成本的先进技术，是现代化炼钢工艺不可缺少的重
要环节，具有化学成分及温度的精确控制、夹杂物排
除、顶渣还原脱S、Ca处理、夹杂物形态控制、去除
H、O、C、S等杂质、真空脱气等冶金功能。只有强化
每项功能的作用，才能发挥炉外精炼的优势，生产出
高品质纯净钢种。 (下转第12页)
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· 12· 河南冶金 2004年第2期
从表4的试验数据可以看出：
1)在反应温度、单体配比相同情况下，复合吸水
材料吸水倍数随选尾矿用量比率增大而降低；选尾
矿的合理加入量应在50％ ～70％之间；
2)A、B两种单体配比不同，也会影响吸水倍数，
单体配比中A的加入量应大于或等于B的加入量；
3)实验温度直接关系到反应速度，同时涉及到
反应完全与否。
4．2 利用选尾矿生产复合吸水材料的技术经济分
析
由于选尾矿的加人大大降低了复合吸水材料的
原料成本，从而显著降

低了产品的生产成本，生产成
本不到8000元／t，而高分子吸水材料的生产成本较
高，成本都在15000 t以上。因此，利用选尾矿生
产复合吸水材料经济可行，具有良好的推广应用前
景。
5 结论
1)用铝土矿选尾矿生产复合吸水材料的制备工
艺简单可行，尾矿利用率可高达50％以上；
2)产品吸水性能好，且生产成本低廉，主要是原
材料成本比普通高分子吸水材料降低50％ ～60％
左右；
3)为选尾矿综合利用开辟一条具有较高经济附
加值的应用新途径；
4)复合吸水材料合成工艺不产生三废，不污染
环境，而且生产工艺流程简单，生产设备投资少等。
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1n
(上接第9页)
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19(4)：14
简单了点


黄山老妖怪 2009-03-09 01:36
炉外精炼作为转炉、电炉炼钢的缓冲和提高钢水质量的关键环节
能够有效改善钢水的成分，提高钢材质量


jaws9527 2009-03-15 21:36
工艺路线：
钢水进站一钢包车到LF精炼位一测温取样一
送电、加渣料、造还原渣一调整钢水成分一测温取样
一成分温度合格一喂线一软搅拌一钢包到LF炉起
吊位一加保温剂一吊包一宽板坯连铸机
LF脱硫技术的分析
从热力学和动力学方面对LF深脱硫工艺的分
来看。大渣量、高碱度、适当高的钢水温度、较低的
炉渣氧化性

、良好的吹氩搅拌以及钢水钙处理是钢
水深脱硫的有利条件。
1 脱硫反应 ·
对于铝镇静钢来说，脱硫基本反应为：
3(c~o)+2[ ]+3Er~s]=3(( )+(Ah )+3[Fe]
2 渣量对脱硫效果的影响
适当增加渣量，可以增加渣中CaO含量，稀释
渣中CaS浓度，可以加快脱硫速率，但渣量过大会使
炉渣过厚，影响钢渣界面反应，在实际生产过程中，
转炉出钢下渣过多，会使钢中氧含量增加，影响造白
渣的过程，从而恶化脱硫条件降低脱硫效率。因此，
在生产实践中转炉出钢下渣量要求小于30ram。
冶炼低碳低硫钢种，转炉出钢硫平均达到
0．018％ ，要求成品硫小于0．005％，脱硫率大于
80％
3 碱度的控制
实测炉渣的碱度影响炉渣的熔化温度、粘度和
脱硫能力。该渣系炉渣碱度R=(CaO+MgO)／
(AI O +SiO )。渣系的粘度与(CaO+MgO)含量
的关系，：当(MgO+CaO)含量
超过70％ 时，炉渣粘度急剧升高。
4.生产实践表明，钢水温度低于1560℃ 时，脱硫
速率明显降低；钢水温度高于1560~C时，渣料熔化
快。因此，要求转炉钢水进站温度要大于1560℃ ，
渣料熔化速度快，流动性好，脱硫速度快。
5 炉渣氧化性
LF精炼炉在白渣下脱硫和合金微调，因此炉渣
脱氧是造白渣操作的关键，LF炉采用铝粒脱氧。炉
渣中氧含量与硫分配比关系如图3，由图可知，氧含
量越低脱硫效果越好。
6炉渣碱度与脱硫的分配比IJs的关系当碱度为2．5—3．5时，炉渣具有最大
的脱硫能力，但是炉渣碱度过高会增加粘度而不利
于脱硫，因此，本渣系选择碱度为2．6左右。
结论
1)通过控制CaO—SiO2一AI20 一Mgo渣系的
碱度和AI 0，含量，可降低炉渣的理论熔点，改善炉
渣流动性，得到碱度在2．6左右，流动性良好的渣，
适于深脱硫。
2)降低渣中FeO的含量是实现快速深脱硫的
关键环节，转炉工序应采取措施尽量减少下渣量，挡
渣出钢，LF炉在最短时间内造好白渣，为实现快速
深脱硫创造良好的条件。
3)在LF处理过程中，各环节吹氩搅拌强度的
控制对脱硫效果有很大的影响，因此，合理控制吹氩
强度也是快速深脱硫工艺的关键所在。