炉外精炼复习题答案完整版
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1 概述
1 名词解释:长流程短流程炉外精炼
长流程:以氧气转炉炼钢工艺为中心的钢铁联合企业生产流程
短流程:以电炉炼钢工艺为中心的小钢厂生产流程
炉外精炼:凡是在熔炼炉(如转炉、电炉)以外进行的,旨在进一步扩大品种提高钢的质量、降低钢的成本所采用的冶金过程统称为炉外精炼。
2 转炉炼钢和电弧炉炼钢的不足之处有哪些(07级A)
电炉炼钢的不足
(1)还原渣有较强的脱硫能力,但炉内渣钢接触面积太小,脱硫能力不能充分利用。
氧化期出钢[S]%~%
(2)在氧化期H降低到~3ppm,在还原期又回升至5~7ppm
(3)在还原期O≤80ppm,终脱氧后O≤30ppm,出钢过程100~200ppm
(4)不能充分发挥超高功率电弧炉的作用
转炉炼钢的不足
(1)温度成分不均匀
(2)一般出钢[C]≥%,很难将[C]控制在≤%下出钢
(3)一般出钢[O]≥500ppm,出钢合金化后[O]≥100ppm
(4)脱硫率为30%左右;
若铁水[S]≤%,出钢[S]≤%;
若铁水[S],出钢[S]脱磷率≥90%,终点[P],出钢过程中回磷
(6)氧化性渣FeO≥15%
3 炉外精炼的作用和地位经济合理性有哪些
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
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 产品质量提高
炉外精炼的任务炉外精炼的三个特点对精炼手段的有哪些要求(07级A 炉外精炼的任务
1 钢水成分和温度的均匀化
2 精确控制钢水成分和温度
3 脱氧脱硫脱磷脱碳
4 去除钢中气体(氢氮)及夹杂物
5 夹杂物形态控制
炉外精炼的三个特点
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
对精炼手段的要求
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
5 炉外精炼有哪5个基本手段并简述其作用(06级)
1 渣洗:快速脱硫,脱氧以及去除夹杂
2 真空:对钢液的脱气,用碳脱氧,超低碳钢种的脱硫等反应产生影响
3 搅拌:可以均匀成分和温度,促进夹杂的上浮
4 加热:调节被精炼钢液温度,避免钢液回炉的救急措施
5 喷吹:喷吹是将反应剂加入冶金熔体的一种手段
6 CAS CAS-OB VD AOD VOD LF LFV的英文全称
CAS :Composition Adjustment by Scalded Argon Bubbling
CAS-OB:Composition Adjustment by Scalded Argon Bubbling-Oxygen Blowing VD:Vacuum Degassing
AOD(Argon Oxygen Decarburization
VOD(Vacuum Oxygen Decarburization
LF(Ladel Furnace)
LFV:Ladel Furnace Vacuum Degassing
2 炉外精炼理论基础
1 名词解释:异炉渣洗同炉渣洗混合炼钢搅拌流态化技术非金
属夹杂的变性处理
异炉渣洗:用专用炼渣炉炼渣,出钢时钢液冲进事先盛有液渣的钢包内
同炉渣洗:液渣和钢液同一炉炼制
混合炼钢:在一座电炉中按普碳钢的工艺冶炼半成品钢液,在另一座电炉中熔化合金和造还原渣,出钢混冲
同化:渣洗工艺所用熔渣均是氧化物熔体,而夹杂大都也是氧化物,所以被渣吸附的夹杂比较容易熔解于渣滴中,这种熔化过程称为同化
搅拌:就是向流体系统供应能量,使该系统内产生运动。
可采用喷吹气体、电磁感应或机械等方法
流态化技术:使固体粉粒获得流动能力的技术称为流态化技术。
非金属夹杂的变性处理 :就是向钢液喷入某些固体熔剂,即变性剂,如硅钙、稀土合金等,改变存在于钢液中的非金属夹杂物的性质,达到消除或减小它们对钢性质的不利影响,以及改善钢液的可浇注性,保证连铸工艺操作顺利进行。
性状,因而改善钢液的浇注性能和钢的质量。
AOD精炼法是氩氧脱碳法(argon oxygen decarburization)的简称。
在精炼不锈钢时,它是在标准大气压力下向钢水吹氧的同时,吹入惰性气体(Ar,N2),通过降低CO分压,达到假真空的效果,从而使碳含量降到很低的水平,并且抑制钢中铬的氧化。
分类:异炉渣洗,同炉渣洗,混合炼钢,固体渣渣洗,预熔渣渣洗
预熔渣的优点:
(1)成分均匀,性能稳定;
(2)储存时不易吸水;
(3)成渣均匀,速度快;
(4)粉尘少,对环境污染小;
(5)有较强的吸附钢中非金属夹杂物的能力;
(6)综合脱硫率高。
3 渣洗用合成渣应考虑哪5个指标什么渣系渣洗的精炼作用有哪些(07级A)
渣洗用合成渣考虑指标
1)成分
2)熔点
3)流动性
4)表面张力
5)还原性
用于渣洗的合成渣一般为CaO-Al2O3系、CaO-SiO2-Al2O3系、CaO-SiO2-CaF2系
作用:(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) 去除夹杂
(5) 脱硫
4 搅拌方法有哪些(07级A)吹氩搅拌有哪三个效果
搅拌方法:机械搅拌,重力,大气压力,重力大气压力,喷吹气体,电磁搅拌吹氩搅拌效果:
1)调温:主要是冷却钢液。
对于开浇温度有比较严格要求的钢种或浇注方法,
用吹氩的办法将钢液温度降低到规定的要求。
2)混匀:在钢包底部适当位置安放气体喷入口,可使钢包中的钢液产生环流,
用控制气体流量的方法来控制钢液的搅拌强度。
实践证明,这种搅拌方法可促使钢液的成分和温度迅速地趋于均匀。
3)净化:搅动的钢液增加了钢中非金属夹杂碰撞长大的机会。
上浮的氩气泡
不仅能够吸收钢中的气体,还会粘附悬浮于钢液中的夹杂,把这些粘附的夹杂带至钢液表面被渣层所吸收。
5 加热方法有哪些(07级)燃料燃烧的缺点
加热方法:燃料燃烧,电阻加热,电弧加热,化学热法
燃料燃烧的缺点:(1)由于燃烧的火焰是氧化性的,而炉外精炼时总是希望钢液处在还原性气氛下,这样钢液加热时,必然会使钢液和覆盖在钢液面上的精炼渣的氧势提高,不利于脱硫、脱氧精炼反应的进行;
(2)用氧化性火焰预热真空室或钢包炉会使其内衬耐火材料处于氧化、还原反
复交替作用下,从而使内衬的寿命降低;
(3)真空室或钢包炉内衬上不可避免会粘上一些残钢,当使用氧化性火焰预热
时,这些残钢的表面会被氧化,而在下一炉精炼时,这些被氧化的残钢就成为被精炼钢液二次氧化氧的来源之一;
(4)火焰中的水蒸气分压将会高于正常情况下的水蒸气分压,特别是燃烧含有
碳氢化合物的燃料时,这样将增大被精炼钢液增氢的可能性;
(5)燃料燃烧之后的大量烟气(燃烧产物),使得这种加热方法不便于与其他精
炼手段(特别是真空)配合使用。
包芯线表观质量要求:
1)铁皮接缝的咬合程度若铁皮接缝咬合不牢固,将使芯线在弯卷打包或
开卷矫直使用时产生粉剂泄温,或在贮运过程中被空气氧化。
2)外壳表面缺陷包覆铁皮通常是厚度为的低碳带钢,在生产或贮运中易
被擦伤或锈蚀,导致芯料被氧化。
3)断面尺寸均匀程度芯线断面尺寸误差过大将使喂线机工作中的负载变
化过大,喂送速度不均匀,影响添加效果。
包芯线内部质量要求:
1)质量误差单位长度的包芯线的质量相差过大,将使处理过程无法准确控制
实际加入量。
用作包覆的铁皮厚度和宽度、在生产芯线时芯料装入速度的均匀程度,以及粉料的粒度变化都将影响质量误差。
一般要求质量误差小于%。
2)填充率单位长度包芯线内芯料的质量与单位包芯线的总质量之比表示包芯
线的填充率。
它是包芯线质量的主要指标之一。
通常要求较高的填充率。
它表明外壳铁皮薄芯料多,可以减少芯线的使用量。
填充率大小受包芯线的规格、外壳的材质和厚薄、芯料的成份等因素影响。
3)压缩密度包芯线单位容积内添加芯料的质量。
压缩密度过大将使生产包芯
线时难于控制其外部尺寸。
反之,在使用时因内部疏松芯料易脱落浮在钢液面上,结果降低了其使用效果。
4)化学成份包芯线的种类由其芯料决定。
芯料化学成份准确稳定是获得预定
冶金效果的保证。
7 炉外精炼有哪5个基本手段并简要说明其作用(06级B)
1 渣洗:快速脱硫,脱氧以及去除夹杂
2 真空:对钢液的脱气,用碳脱氧,超低碳钢种的脱硫等反应产生影响
3 搅拌:可以均匀成分和温度,促进夹杂的上浮
4 加热:调节被精炼钢液温度,避免钢液回炉的救急措施
5 喷吹:喷吹是将反应剂加入冶金熔体的一种手段
3 炉外精炼工艺
1
CO 的炉内煤气再燃烧成CO2的工艺技术。
2 出钢渣洗时一般预熔渣的加入量是多少(07级A)
3 钢包吹氩的作用吹氩方式有哪两种气体搅拌强度为Nm3/t·min。
(07级A)
4 CAS-OB的工作原理升温速度可达到℃/min。
CAS-OB工艺的工作原理是在一个密闭、惰性、无渣的环境下,通过铝的氧化反应放热使钢水升温,并在此惰性气氛下加入合金。
在所有炉外处理设备中,CAS-OB的升温速度最快,可达到6~12℃/min
5 AOH和CAS-OB工艺上有什么区别(06级B)
6 LF工艺特点白渣精炼工艺的要点有哪些(06级A)
LF的工艺优点
❖精炼功能强,适宜生产超低硫、超低氧钢;
❖具有电弧加热功能,热效率高,升温幅度大,温度控制精度高;
❖具备搅拌和合金化功能,易于实现窄成分控制,提高产品的稳定性;
❖采用渣钢精炼工艺,精炼成本低;
❖设备简单,投资较少。
白渣精炼工艺
出钢挡渣,控制下渣量≤5kg/t;
◆钢包渣改质,控制包渣R≥,w(TFe+MnO)≤%;
◆白渣精炼,一般采用Al2O3-CaO-SiO2系炉渣,控制包渣碱度R≥4,渣中w
(TFeO+MnO)≤1%,保证脱硫、脱氧效果;
◆控制LF内气氛为弱氧化性,避免炉渣再氧化;
◆适当搅拌,避免钢液面裸露,并保证熔池内具有较高的传质速度。
(1) 加热与温度控制
(2) 白渣精炼工艺
(3) 合金微调与窄成分控制
不足之处:
8 开发RH的目的RH的基本工艺原理RH-OB、PB、KTB、PTB、MFB的主要特征和功能是什么画出示意图(06级A)
主要目的:钢水脱氢,防止钢中白点。
基本工艺原理是利用气泡将钢水不断地提升到真空室内进行脱气、脱碳等反应,然后回流到钢包中
表不同RH装置设备
铁1985年中国
宝钢负担,提高了转炉作业率,降低了脱氧铝耗。
缺点:RH-OB喷嘴寿命低,降低了RH设备的作业率,喷溅严重,RH真空室易结瘤,辅助作业时间处长,要求增加RH真空泵的能力
RH-KTB 1986年日本
川崎(1)转炉出钢终点碳由(200~300)×10-6,提高到(400~500)×10-6,并且KTB吹氧脱碳时,产生的CO气体二次燃烧,放出热量补偿了RH处理过程的温度损失。
可降低转炉出钢温度23℃。
(2)与RH-OB真空吹氧法吹氧脱碳相比,RH-KTB吹氧脱碳时产生的喷溅减少,真空室结冷钢现象减少,减少了RH-OB工艺中Ar 气的消耗,使用灵活,操作简便。
处理效果:w[H]<×10-6;w[N]<40×10-6;w[O]<30×10-6;
w[C]<20×10-6
RH-PB 1987年新日
铁
脱氧、脱硫(w[S]≤10×10-6),而且还可以用来冶炼超低磷钢。
具有喷粉功能,依靠载气将粉剂通过OB喷嘴吹入钢液。
RH 真空室下部两个喷嘴,可以利用切换阀门改变成吹氧方式,通过加铝可使钢水升温,速度达8~10℃/min。
同时还具有良好的去氢效果,不会影响传统的RH真空脱气的能力,不吸氮。
RH-PTB 1994年日本
住友(1)用水冷顶枪进行喷粉,粉剂输送较流畅,喷嘴不易堵塞;不使用耐火材质的浸入式喷粉枪,操作成本较低;无钢水阻力,载气耗量小。
(2)喷粉速度为100~130kg/min,约喷吹10min。
(3)钢中碳可降到30×10-6,硫可降到5×10-6。
处理效果:w[H]<×10-6;w[N]<40×10-6;w[O]<30×10-6;
w[C]<20×10-6
RH-MFB 1992年日本新日铁
其冶金功能与KTB精炼技术相近,另外可喷吹铁矿石粉以加速脱碳,可加铝吹氧升温(通过铝燃烧发热来加热钢水),还可在精炼过程中吹入一定量的天然气使之燃烧达到加热钢水的目的。
处理效果:w[H]<×10-6;w[N]<40×10-6;w[O]<30×10-6;
w[C]<20×10-6
9 画出CAS-OB和RH-OB的示意图,比较其特征和功能(10分)
CAS-OB
RH-OB真空精炼工艺技术,利用RH-OB真空吹氧法进行强制脱碳、加铝吹氧升高钢水温度、生产铝镇静钢等技术,从而减轻了转炉负担,提高了转炉作业率,降低了脱氧铝耗。
➢(1)钢液升温和精确控制钢水温度。
在所有炉外处理设备中,CAS-OB的升温速度最快,可达到6~12℃/min,升温幅度可达到100℃,钢水处理终点温度的波动≤±5℃;
➢ (2)促进夹杂物上浮,提高钢水洁净度。
采用CASS-OB法对钢水进行加热(升温<100℃),可控制钢中酸溶
铝≤%(质量分数),钢水T.O含量降低20%~40%;
➢(3)精确控制钢液成分,实现窄成分控制。
CAS处理中Al、Si、Mn等合金的收得率稳定,并可提高合金收得率20%~50%,实现对钢液成分的精确控制;
➢ (4)均匀钢水成分和温度;
➢ (5)与喂线配合,可进行夹杂物的变性处理
4 炉外处理与炉外精炼用耐材
1名词解释:
耐火材料:一般是指耐火度在1580℃以上的材料
2 耐材如何分类
耐火材料的分类
形态:定形耐火材料耐火砖、耐火隔热砖
不定形耐火材料耐火泥、浇注料、可塑料、喷补料、捣打料、涂料、
轻质浇注料、陶瓷纤维
材料:氧化物系耐火材料
非氧化物系耐火材料
氧化物和非氧化物系复合耐火材料
2 炉外精炼对耐材有哪些要求钢包的工作条件请画图并说明钢包各部位应选用什么样的耐材(07级A)
要求耐火材料不仅具有稳定的化学成分,而且要密度高。
气孔率低,抗炉渣侵蚀与钢液的冲刷能力强,基本上没有残余收缩,在高温下有适度的膨胀,不污染钢液,砖的外形尺寸要精确等。
砖衬的寿命长,成本低是炉外精炼发展的基本条件。
因此,新型优质耐火材料的开发、应用,必然促进铁水预处理和炉外精炼技术的发展。
➢1)一般精炼温度1600-1700℃,甚至1700℃;
➢ 2)高温下的真空,真空度可达66P;
➢ 3)电弧加热时,距电弧最近处的包衬将局部过热;
➢ 4)熔渣成分和碱度变化范围大
➢ 5)钢液(包括炉渣)在钢包内停留时间长,LF处理 60min
➢ 6)钢液、熔渣、气流强烈冲刷以及电弧辐射;
➢ 7)严重的热震和间歇式工作的温度剧变等。
❖(1)钢包渣线采用优质镁钙碳砖,将渣线寿命从现在的40次提高到80次,使渣线与包壁耐火砖寿命同步。
❖(2)罐底永久层采用3层高铝砖砌筑,易造成钢水高静压下的层间夹钢,今后将采用耐火浇铸料整体浇铸成型。
❖(3)在热态下对钢包工作层侵蚀严重的部位进行喷涂修补,提高热罐周转
率。
❖(4)对包底工作层进行综合砌筑,冲击区耐火砖加高至250mm,非冲击区工作层厚度仍为230mm。
❖(5)提高上水口砖和水口座砖寿命,使其与包底寿命同步,减少罐底挖补次数。
3 从铁水运载容器到连铸过程中,所使用了哪些耐材(提示:铁水罐(鱼雷罐)、喷枪、搅拌浆、转炉、钢包、RH真空室和插入管、中包)(07级A)
5 炉外精炼方法的选择和发展趋势
1 钢包和AOD的特点
2 当前炉外处理技术主要发展趋势(06级A)
当前炉外处理技术主要发展趋势
◆(1)铁水、钢液全部进行处理。
炉外处理设备全部在线运行。
◆(2)向组合多功能精炼站的方向发展,并已形成了一些较常用的多功能处理模式:
1)以钢包吹氩为核心,加上与喂线、喷粉、化学加热、合金成分微调
等一种或多种技术相结合的精炼站,用于转炉一连铸生产衔接。
2)以真空处理装置为核心,并与上述技术中一种或几种技术复合的精炼站,
也主要与转炉一连铸生产相衔接;
3)以钢包炉(LF)为核心,与上述技术及真空处理等一种或几种技术相
复合的精炼,主要用于电弧炉一连铸生产衔接。
4)鱼雷罐车或铁水包等铁水运载容器逐渐向转炉型的预炼炉方向发展
的铁水预处理(脱硫或三脱——脱硅、脱磷、脱硫)技术。
5)以AOD为主体,包括VOD、转炉顶底复吹在内的不锈钢精炼技术。
◆ (3)根据产品质量、工艺和市场要求,不同类型的工厂对炉外处理的选择也初步形成了一些模式;
1)生产板带类钢材的大型联合企业,一般有两种类型的精炼站,即以
CAS-OB吹氩精炼为核心的复合精炼,或以真空处理为核心的组合精炼。
同时也应该配有铁水预处理站。
2)生产棒线材为主的30t及以下的中小转炉厂,通常配有钢包吹氩、
喂线、合金成分微调综合精炼站,并注意钢液温度补偿。
3)电炉钢厂根据产品选择的炉外处理模式
——生产不锈钢板、带、棒线,通常采用AOD炉,有的还设有LF炉或VOD 炉。
——非不锈钢类的合金钢厂,一船设LFV多功能复合精炼装置。
——普碳钢和低合金钢生产厂,多数设LF炉为核心的多功能精炼装置,或吹氩喂线装置。
3 炉外精炼还有那些问题尚待解决(06级A)
6 洁净钢
1
洁净钢通常指非金属夹杂物(主要是各类氧化物和硫化物)含量少的钢;或者说是钢中S、P、O、H、N含量极低的钢。
4 现阶段炉外精炼对钢中有害元素(硫磷氧氮氢)和碳含量的控制达到了什么水平,并请进行评价对优质洁净钢提出下列要求:
C:6×10-6%(指薄板);
N:14×10-6%;
S:1×10-6 %;
O:5×10-6%;
P:8×10-6 %;
H:×10-6%;
5 从长流程(铁水预处理至连铸),分析生产洁净钢采取的主要技术措施
(1)铁水预处理
铁水预处理时实行三脱(脱硫、脱磷、脱硅),使用三脱铁水炼钢,可以减少钢渣量,从而减少出钢时的带渣量,同时可降低炼钢终点钢水和钢渣的氧化性。
(2)高铁水比炼钢
日本、中国台湾的一些钢铁厂采用全铁水炼钢,减少废钢用量,控制增氮源,降低钢的[N]含量。
◆ (3) 转炉炼钢氧控制技术
①顶底复合吹炼工艺;
②增加吹炼后期底吹惰性气体量,增强搅拌;
③由于RH工艺不断改进,炼钢终点钢水的[C]含量由%%提高到%%;
④提高终点命中率,多次吹与一次到位的钢水[O]含量大不一样。
因此,应尽可能减少再吹;
⑤出钢时防止下渣,如果带入钢包的渣过多,由于钢包内钢水的对流作用,会使Al2O3夹杂物增多。
(4)对钢包内炉渣的改性处理
❖①出钢时向钢水流加石灰,稠化炉渣;
❖②出钢后立即向钢包内加入炉渣改性剂;
❖③也可在RH处理后,再次向钢包内添加炉渣改性剂;
❖④将炉渣的(TFe)降低到4%左右,甚至2%;
❖⑤炉渣改性剂一般由石灰或CaCO3和金属铝组成。
(5) RH真空处理
钢水经RH真空处理,钢水的[C]含量可降至20-30ppm。
RH处理结束时,钢水的总氧含量可降低30-50 ppm。
因此,能最大限度地去除钢中非金属夹杂物。
6)保护浇注
加强钢水包与长水口之间的密封;
大包滑动水口开启引流成功率要高;
长水口浸入式开浇;
中间包使用前用氩气清扫;
保证中间包内钢水高度高于临界高度,防止出现漩涡下渣,这与铸坯总氧含量有关;
中间包使用碱性覆盖剂,使钢水隔绝空气,保温和吸收上浮的Al2O3夹杂,以减少冷轧板的缺陷。
(7)防止结晶器坯壳卷渣
减少浸入式水口钢水偏流(因堵塞等原因引起);
保护渣的粘度不能太低;
优化浸入式水口参数;
钢水液面控制;
电磁制动不仅用于高速连铸,生产洁净钢时也要用,以减少废品量。
防止铸坯皮下气泡
(8)盛钢容器耐火材料
包衬耐火材料对冶炼洁净钢具有十分重要的意义,采用碱性或中性包衬可大大降低耐火材料氧化物向钢水的供氧速度和数量。
在冶炼超低碳钢时,耐材中碳和SiO2的含量要加以控制。
保护渣增碳也不容忽视。