钢液炉外精炼工艺113页-BD

钢液炉外精炼工艺1炉外精炼的产生•半世纪以来迅速发展的钢铁冶金重要技术；•提高生产率、降低生产成本；代替电炉还原期、缓冲、温度调整•提高钢质量；去除钢种的有害元素及气体，S、O、N、H、C等；成分调整；夹杂物去除及控制•满足不同钢种的特殊要求，扩大品种（转炉）。炉外精炼发展历程•20世纪30－40年代，合成渣洗、真空模铸1933年，法国佩兰（R.Perrin)应用高碱度合成渣，对钢液进行“渣洗脱硫”—现代炉外精练技术的萌芽；•50年代，大功率蒸汽喷射泵技术的突破，发明了钢包提升脱气法(DH)及循环脱气法(RH)–1935年H.Schenck确定大型钢锻件中的白点缺陷是由氢引起的-氢脆。–1950年，德国BochumerVerein(伯施莫尔-威林）真空铸锭。–1953年以来，美国的10万千瓦以上的发电厂中，都发现了电机轴或叶片折损的事故。–1954年，钢包真空脱气。–1956年，真空循环脱气（DH、RH）。炉外精炼发展历程60－70年代，高质量钢种的要求，产生了各种精炼方法60、70年代是炉外精炼多种方法分明的繁荣时期与60年代起纯净钢生产概念的提出、连铸生产工艺稳定和连铸品种扩大的强烈要求密切相关此时，炉外精炼正式形成了真空和非真空两大系列不同功能的系统技术，同时铁水预处理技术也得到迅速发展，它和钢水精炼技术前后呼应，经济分工，形成系统的炉外处理技术体系，使钢铁生产流程的优化重组基本完成炉外精炼发展历程这个时期，还基本奠定了吹氩技术作为各种炉外精炼技术基础的地位和作用这一时期发展的技术：VOD－VAD、ASEA－SKF、RH－OB、LF、喷射冶金技术（SL、TN、KTS、KIP）、合金包芯线技术、加盖和加浸渍罩的吹氩技术（SAB、CAB、CAS）80－90年代，连铸的发展，连铸坯对质量的要求及炼钢炉与连铸的衔接RH－KTB、RH－MFP、RH－OB；RH－IJ（真空深脱磷），RH－PB、WPB（真空深脱硫）、V－KIP、SRP脱磷21世纪，更高节奏及超级钢的生产。我国90年代炉外处理技术成果我国90年代四项突出炉外处理技术成果（1）钢水真空处理综合精炼技术开发与应用（2）镁质铁水脱硫技术和转炉铁水预处理技术开发与应用（3）适于中小钢包钢水精炼技术的开发与生产应用的发展（4）中间包以镁－钙－锆系材料及流场优化为中心的中间包冶金技术的开发应用再与钢包精炼炉吹氩、喂丝等基本技术相结合近几年内炉外处理技术的重点发展方向（1）以转炉作为主要手段的全量铁水预处理不仅会大大提高铁水预处理的生产效率，还将为现有冶金设备的功能优化重组开辟新的方向（2）中间包冶金及钢水凝固过程的精炼技术将逐渐显示其对最终钢铁产品质量优化的重要意义（3）电磁冶金技术对炉外处理技术的发展将起到积极推动作用（4）钢铁生产固体原料预处理技术研究近几年内炉外处理技术的重点发展方向（5）我国中小型钢厂炉外处理技术将会有重大突破性进展（6）配套同步发展辅助技术，包括冶炼炉、精炼炉准确的终点控制技术和工序衔接技术智能化炉外精炼的内容•脱氧、脱硫、脱H、脱N•去气、去除夹杂、夹杂物改性•调整钢液成分及温度炉外精炼作用和地位提高冶金产品质量，扩大钢铁生产品种不可缺少的手段；是优化冶金生产工艺流程，进一步提高生产效率、节能强耗、降低生产成本的有力手段保证炼钢－连铸－连铸坯热送热装和直接轧制高温连接优化的必要工艺手段优化重组的钢铁生产工艺流程中独立的，不可替代的生产工序2炉外精炼的手段•渣洗最简单的精炼手段；•真空目前应用的高质量钢的精炼手段；•搅拌最基本的精炼手段；•喷吹将反应剂直接加入熔体的手段；•调温加热是调节温度的一项常用手段。合成渣洗•根据要求将各种渣料配置成满足某种冶金功能的合成炉渣；•通过在专门的炼渣炉中熔炼，出钢时钢液与炉渣混合，实现脱硫及脱氧去夹杂功能；•使渣和钢充分接触，通过渣-钢之间的反应，有效去除钢中的硫和氧（夹杂物）；•不能去除钢中气体；•必须将原炉渣去除；•同炉渣洗、异炉渣洗。真空处理•脱气的主要方法提高真空度可将钢中C、H、O降低；真空处理日本真空技术，真空度到1torr；C10ppm,H1ppm,O5ppm中国真空技术，真空度到3torr；C20ppm,H2ppm，O15ppm。新开发了脱硫功能：KTB代表性装置：RH、VD、VOD。搅拌目的：加速反应的进行均匀成分、温度手段：电磁搅拌吹气搅拌喷吹技术•喷吹实现脱碳、脱硫、脱氧、合金化、控制夹杂物形态；•单一气体喷吹VOD；•混合气体喷吹AOD；•粉气流的喷吹TN；•固体物加入喂线。升温工艺•提高生产率的需要；•保证连铸的顺利进行；•加热方法：–电加热：电弧加热、感应加热、等离子加热等–化学热•升温装置：–LF加热–CAS化学加热–OB3主要的精炼工艺•LF(LadleFurnaceprocess)；•AOD(Argon-oxygendecaburizitionprocess);•VOD(Vacuumoxygendecreaseprocess);•RH(RuhrstahlHeraeusprocess);•CAS-OB(Compositionadjustmentsbysealedargon-oxygenblowingprocess)；•喂线(Insertthread)；•钢包吹氩搅拌(Ladleargonstirring)；•喷粉(powderinjection)。3.1LF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炉精炼原理1-电极；2-合金料斗；3-透气砖；4-滑动水口1-电极；2-合金料斗；3-透气砖；4-滑动水口精炼功能强，适宜生产超低硫、超低氧钢；具备电弧加热功能，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，精炼成本较低；设备简单，投资较少。工艺优点LF炉生产流程常规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。•一般30－50分钟，电耗50－80kwh/t；•现代转炉、电炉与连铸联系的纽带。LF炉精炼的主要工艺内容（1）加热与温度控制LF炉采用电弧加热，加热效率一般60％，高于电炉升温热效率。吨钢水平均升温1℃耗电0.5～0.8kWh。升温速度决定于供电比功率（kVA/t），供电比功率的大小又决定于钢包耐材的熔损指数。通常LF炉的供电比功率为150～200kVA/t，升温速度可达3～5℃/min，采用埋弧泡沫技术可提高加热效率10％～15％。采用计算机动态控制终点温度可保证控制精度5℃。LF炉精炼的主要工艺内容（2）白渣精炼工艺利用白渣进行精炼，实现脱硫、脱氧、生产超低硫和低氧钢。白渣精炼是LF炉工艺操作的核心：出钢挡渣，控制下渣量5kg/t钢包渣改质，控制R2.5，渣中w(TFe+MnO)3.0％白渣精炼，一般采用Al2O3-CaO-SiO2系炉渣，控制R4，渣中w(TFe+MnO)1.0％控制炉内气氛为弱氧化性，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。LF炉精炼的主要工艺内容（3）合金微调于窄成分控制在线建立快速分析设施，保证分析相应时间3min精确估算钢水重量和合金收得率钢水脱氧良好，实现白渣精炼计算机在线准确计算各种合金加入量，保证钢水成分的准确性与稳定性。LF炉精炼遇到的问题LF是目前使用最高的精炼设备LF原为解决ARF生产周期长，与ARF搭配效果最佳现转炉生产流程也常采用LF精炼生产周期不匹配，LF炉负担太大，造还原渣以及脱硫时间不够减少转炉出钢下渣量、加强脱氧、LF精炼渣优化。首钢80tLF辅助工艺装备的应用三炼钢厂3座公称容量为80t的氧气顶吹转炉，两座LF钢包精炼炉，一座VD真空脱气装置，3台8流方坯连铸机、1台4流全自动矩形坯品种铸机。有2条从铁水脱硫—转炉冶炼—LF精炼（VD炉真空脱气）--品种连铸机的优质钢生产线。随着冶炼品种比例的不断增大，因LF处理周期偏长等因素，成为了限制性环节，品种与规模、产量与质量之间的矛盾也十分突出。树立LF精炼是一项系统工程的思想，合理整合精炼系统，有效配置主辅设备。在LF系统装配喂线机、电极接换平台、电极下滑平台车、定氧仪、定氢仪和增压泵吹氩系统等装备，实现工艺设备合理配置，优化工艺过程。目前LF的生产能力在保证上述2条优质钢生产线的同时，还为新改造的3#品种铸机提供部分钢水，并不断提高产品质量，品种钢产量由1995年的几千吨逐年增加，2003年品种钢产量为134.16万吨，占总产量的44.52%，2004年品种钢产量为172.5万吨，占总产量的56.37％。首钢80tLF辅助工艺装备的应用主要工艺设备及参数意大利达涅利公司引进的双工位LF钢包精炼炉2座，变压器额定功率为14MVA，最大电极工作电流46KA，电极直径φ400mm，电弧长度60～90mm加热炉盖由水冷排管式炉盖和预制式中心小炉盖组成，电极极心圆直径达到φ700mm，钢水升温速率3～5℃/min在加热炉盖上设置了加料孔、喂线孔、检查样门、取样孔盖和除尘孔等每座LF炉配有：3台双孔喂线机；钢包采用2块狭缝式底部透气砖；1台定氧仪和1台定氢仪首钢80tLF辅助工艺装备的应用喂线机的应用为配合LF的精炼，应用喂线技术将钢液脱氧、脱硫、增碳、易氧化元素合金化、夹杂物变性、成分微调所需的材料制成线状物（实心线或包芯线），藉用喂线机的机械力量将其以一定的速度穿越钢渣面达到钢液深部的一种精炼技术。每座LF配有3台双孔喂线机，其主要特性参数见表1。可双孔同时喂，也可单孔喂。分布在双座包工位和在线加热位，在线加热位的喂线机主要用于喂S线，钙铝铁、硅钙钡或硅钙包芯线，产生的烟尘由包盖除尘系统排出；双座包工位的喂线机主要用于喂Al线和含Ti、B或C的包芯线，各种喂线使用情况见表2。首钢80tLF辅助工艺装备的应用喂线效果喂线机设备简单、投资少、工艺安全可靠、钢液降温少、无环境污染等优点，提高了合金元素的收得率，微调成分，缩短LF在加热位的时间和精炼周期，从而降低钢的成本，提高了钢的质量。如精炼冷墩钢ML15Al时，用喂Al线代替人工加铝粒调成分Al时，可节约铝30%以上，然后喂CaSi包芯线处理，可使钢中脆性的Al2O3夹杂变性，生成低熔点的易于上浮的钙铝酸盐夹杂，有利于净化钢水，减少水口堵塞，提高钢的质量。首钢80tLF辅助工艺装备的应用电极接换平台和电极下滑平台车的应用LF在连续生产过程中，电极不断消耗，需要进行下滑电极和接换电极操作，打乱了LF的正常操作，影响其产品质量。改造前：下滑电极操作采用空钢包上加钢板作为下滑电极平台，由天车将该平台吊至钢包车上，需要10-15min左右。接换电极操作是用天车吊电极在电极备用装置上接好电极，需要20-30min。在每座LF增设电极下滑平台车和接换电极平台等设备改造，改造后可以灵活掌握下滑电极与接换电极时机，减轻了天车的负担，缩短下滑与接换电极操作的时间，接换或下滑1根电极只需要2～3min。同时软吹氩时间也得到了延长，由过去的软吹氩时间8～10min延长至10～15min,保证夹杂物有充分上浮的时间,提高了产品质量。如LF常炼品种硬线80#钢改造前后主要指标对比见表3。首钢80tLF辅助工艺装备的应用LF精炼80#改造前后主要指标对比首钢80tLF辅助工艺装备的应用定氧仪和定氢仪的应用定氧设备型号为Multi-Labcelox，能测出钢水中的溶解氧量，有利于确定脱氧剂的加入量而改进脱氧操作。如齿轮钢20CrMnTiH在LF精炼前进行定氧操作，要求控制氧活度≤10ppm，精炼过程调Ti前定氧，要求控制氧活度≤8ppm，提高了TiFe中Ti的收得率，目前全氧含量达到≤25ppm的好水平。首钢80tLF辅助工艺装备的应用定氧仪和定氢仪的应用