炉外精炼钢包炉精炼法

炉外精炼钢包炉精炼法--ASEA-SKF法，VAD法，LF及LF(V)法2019年9月31日CollegeofMetallurgy&Energy6.1ASEA-SKF法6.2VAD法6.3LF法及LFV法6.钢包炉精炼法CollegeofMetallurgy&Energy采用多种精炼手段，因而功能比较齐全的炉外精炼方法和设备，通常称之为钢包精炼炉。钢包炉精炼法的一个突出特点是具有加热手段，可以在钢包内对钢液进行加热。所以为完成精炼任务的吸热以及在精炼过程中的散热损失，均可通过加热而得到补偿，使钢包炉在钢液温度和精炼时间长短方面不再依赖于初炼炉的出钢温度。钢包炉通常都具有搅拌、加热、造渣等三种以上（如真空）的精炼手段。并且这些手段都是可以独立控制的。6.钢包炉精炼法CollegeofMetallurgy&Energy钢包炉精炼功能特点：①具有良好的脱气条件。一般都具有真空或搅拌条件，钢包底吹氩气搅拌或电磁搅拌。真空和钢液内上浮的氩气泡为脱气提供了良好的热力学条件；氩气泡上浮过程中对钢液的搅拌（或电磁搅拌）作用和不断地更新气－液相界面又为脱气创造了良好的动力学条件。②能够准确地调整钢液温度。加热钢液时，通过调节输入功率来控制钢液的升温速度。此外精炼过程中钢包内衬充分蓄热，这样在浇注过程中钢液降温缓慢，能保持在规定的温度范围内。③钢液的成分均匀稳定。因为搅拌贯穿整个精炼过程，所以成分均匀稳定。CollegeofMetallurgy&Energy④可以加渣料造还原渣精炼，充分地脱氧，脱硫，精炼低硫钢种。⑤优越的合金化条件。由于具有加热手段，精炼过程中的合金加入量原则上不受限制。可以把钢液成分控制在较窄的规格范围内。钢包炉精炼法在不同程度上都可以完成脱氧，脱气，脱碳，脱硫，提高纯净度，合金化等项任务。典型的钢包炉精炼法有三种：ASEA-SKF法，VAD法，LF及LF(V)法。CollegeofMetallurgy&Energy6.1钢包加热电磁搅拌精炼法（ASEA-SKF法）1965年建成，由瑞典通用电器公司（ASEA）与瑞典滚珠轴承公司（SKF）合作开发。ASEA-SKF钢包精炼炉具有电磁搅拌、真空脱气、电弧加热和渣洗精炼等功能，如图6-1所示。可以进行脱气，脱氧，脱碳，加热，去除夹杂物，调整合金成分等操作。CollegeofMetallurgy&Energya－炉盖旋转式；b－钢包移动式1－钢包；2－搅拌器；3－电极盖；4－真空盖图6-3ASEA-SKF炉布置方式CollegeofMetallurgy&Energy电磁感应搅拌器图6-4搅拌器位置和钢液流动状态示意图6.1钢包加热电磁搅拌精炼法（ASEA-SKF法）CollegeofMetallurgy&Energy6.2真空电弧加热脱气法（VAD法）VAD:VacuumArcDegassing（真空、电弧加热、脱气）。VAD精炼法具有真空脱气、真空下电弧加热、吹氩搅拌、造渣精炼多种冶金功能。VAD与ASEA-SKF法所不同的是：①用氩气搅拌，而不是用电磁搅拌，搅拌更激烈，为了保持真空脱气的沸腾时间，钢包上部留有较大的自由空间；②真空盖上设有可在真空下添加合金及熔剂的双钟式漏斗，以便连续加料时不破坏真空度；③真空盖上还增设了电弧加热装置，设备的关键部位是上下移动的石墨电极与真空盖之间的密封技术，采用了望远镜式的双套筒系统，套筒用抗磁材料制成，并用水冷却。CollegeofMetallurgy&Energy1－真空室；2－底吹氩系统；3－钢包；4－电弧加热系统；5－合金加料系统；6－抽真空装置；图6-6VAD法设备示意图CollegeofMetallurgy&EnergyCollegeofMetallurgy&Energy6.3钢包炉精炼法（LF(V)法）LF(V)：LadleFurnace(Vacuum)。是钢包炉的缩写。无真空工位的叫LF法，带有真空工位的叫LFV法。LFV法是在ASEA-SKF法和VAD法等方法基础上的改进设备，这三种方法统称为钢包精炼炉。此法是把电弧炉的还原精炼原样移到钢水包中操作。将电弧埋入钢液面以上的熔渣层中加热钢液，吹氩搅拌，在还原气氛下造渣精炼，亦称为埋弧桶炉法。目前，LF炉是国内普及程度最高的炉外精炼手段。CollegeofMetallurgy&Energy6.3钢包炉精炼法（LF(V)法）CollegeofMetallurgy&EnergyCollegeofMetallurgy&Energy6.3.1LF精炼技术的产生与发展LF(LadleFurnace)精炼技术的研究始于1968年，当时发现用电弧炉预造还原渣、钢渣混出、钢包吹氩处理，还原精炼效果显著，因此进行了以省略电弧炉还原期为目的的有电弧加热功能的钢包精炼技术的开发。1971年，日本大同特殊钢厂第一台钢包精炼炉(LF)投入使用)。1973年，新日铁八幡制铁所在转炉厂设置LF。6.3钢包炉精炼法（LF(V)法）CollegeofMetallurgy&Energy电炉无渣出钢及转炉挡渣出钢技术的发展，为LF精炼技术的发展与完善起到了巨大的推动作用。但是在实际生产中要实现电弧炉的无渣出钢及转炉的少渣出钢相当困难，因此出现了目前电炉流程及转炉流程普遍采用的出钢后对下渣改性处理工艺，即：电弧炉或转炉出钢+钢内渣改性(加铝、加渣料、加Ca-Si或加改渣剂)+LF精炼6.3钢包炉精炼法（LF(V)法）CollegeofMetallurgy&Energy电弧炉发展的第一阶段是包括熔化、氧化、还原的传统型电弧炉。第二阶段是由于电弧炉炉型(出钢槽式电弧炉)的原因，为避免氧化渣污染钢液及发挥钢渣脱氧、脱硫的作用，在电弧炉内必须造好还原渣，钢渣混出，由LF来完成进一步还原精炼的任务。第三阶段是由于无渣出钢技术的开发，还原期全部由LF精炼来完成，也即形成了现代电弧炉炼钢流程EAF+LF+CC的形式。6.3钢包炉精炼法（LF(V)法）CollegeofMetallurgy&EnergyLF用于转炉流程生产特殊钢，淘汰了过去用炼钢方法来区别钢质量的方式，确立了“初炼：电炉或转炉)+LF精炼+连铸”的生产多品种、高质量钢的思想。LF技术开发成功后，向多功能方向发展，1981年在日本钢管福山制铁所开发了NK-AP法，即插入式喷枪代替透气砖进行气体搅拌法，1987年开发了有喷吹设备和真空设备的LF法。由于LF设备结构简单，具有多种冶金功能和使用中的灵活性，精炼效果显著，具有较高的圣济效益，成为钢铁生产流程中的重要设备。6.3钢包炉精炼法（LF(V)法）CollegeofMetallurgy&Energy我国于1979年设计了第—台40tLF／V型钢包炉，从此50t以下的LF纷纷被各钢厂使用，但大型LF还是依靠进口，如1993年天津无缝钢管公司从Danmeg引进的150tLF、1994年大冶特殊稠股份有限公司第四炼钢厂引进Danieli的60tLF。当时冶金部组织了由大冶特殊钢股份有限公司。冶金自动化研究院、北京科技大学、钢铁研究总院等单位组成的攻关组，进行国家“八五”重点科技(攻关)项目“钢包精炼技术”(编号6—3)的研究工作，在包括钢液温度控制、成分控制及洁净度控制方面取得了很好的效果，形成了具有自主知识产权的LF精炼技术。6.3钢包炉精炼法（LF(V)法）CollegeofMetallurgy&Energy2019年宝钢集团上海浦钢公司建成了一台国产三相三臂式100tLF／VD，表明我国已具备了设计制造大型LF的能力，一年后宝钢集团上海五钢公司投产了一台三相电缆吊挂式100tLF／VD，它是没有横臂结构的新型导电结构方式的钢包炉。2019年武钢一炼钢厂建成了一台三相单臂式l00tLF／VD，这样经过多年努力我国钢包炉设计技术和装备水平基本与进口相当，可以替代进口钢包炉。据不完全充计，我国已拥有大小LFl20台以上。表1—1所示为国内部分大型LF有关情况，包括LF的炉容、变压器、电极直径、升温速度、处理周期等。CollegeofMetallurgy&EnergyLF钢包精炼炉按加热方式可分为交流钢包炉、直流钢包炉以及等离子枪加热钢包炉。等离子枪加热钢包炉：三相交流等离子钢包炉，由于没有电极造成的增碳，有利于生产高洁净度的极低碳钢。新日铁广烟制铁所使用的是三相交流等离子的PLF法。6.3钢包炉精炼法（LF(V)法）CollegeofMetallurgy&EnergyLF炉的功能:炉内还原性气氛，底吹氩气搅拌，大气压下采用石墨电极埋弧加热，高碱度合成渣精炼，微调合金成分。但是没有脱气能力。因此LF炉常与VD炉配合使用，构成LF(V)。LFV法可以完成的任务：脱气，脱氧，脱硫，去夹杂，加热钢水，微调成分等。6.3钢包炉精炼法（LF(V)法）CollegeofMetallurgy&EnergyLF炉由于其冶金功能齐全，结构简单，操作方便，投资少等优点，已经成为我国纯净钢的主要炉外精炼方法之一。在炉外精炼中占主导地位，大大地提高了我国的炉外精炼比。LF精炼可提高钢液的纯净度及满足连铸对钢液成分及温度的要求，成为炼钢与连铸间匹配的主要设备。LF法既可以与转炉或电弧匹配。6.3钢包炉精炼法（LF(V)法）CollegeofMetallurgy&Energy6.3.1LF炉的设备组成LF炉是以电弧加热和造渣精炼为主要技术特征的炉外精炼方法，LF炉主要设备包括炉体（钢包）、电弧加热系统、合金与渣料加料系统、底吹氩搅拌系统、喂线系统、炉盖及冷却水系统(有的没有冷却系统)、除尘系统、测温取样系统、钢包车控制系统等，如图6-9所示。按照供电方式分为交流钢包炉和直流钢包炉，目前国内多数炉是使用交流钢包炉。6.3钢包炉精炼法（LF(V)法）CollegeofMetallurgy&Energy1－电极；2－合金料仓；3－透气转；4－滑动水口图6-9LF设备示意图CollegeofMetallurgy&EnergyCollegeofMetallurgy&EnergyCollegeofMetallurgy&EnergyCollegeofMetallurgy&Energy钢包是LF工艺系统的主体设备，这种钢包的上口有水冷法兰盘，通过密封橡皮圈与炉盖密封，以防止空气的侵入。当钢包用于真空处理时，还要求其外壳用钢板按气密焊接条件焊成。钢包底部有浇钢用的滑动水口及距炉壁r/2~r/3(r钢包内半径)处设有吹氩用的透气砖。精炼过程中氩气流量根据不同工位和钢包容量等决定。氩气流量高可达3~4L／min.t，以达到搅拌钢液的目的。包衬为镁碳砖或者镁铬砖、镁铝尖晶石、高铝砖、锆铬砖，根据精炼钢种的工艺要求，采用综合砌砖法。LF炉炉体CollegeofMetallurgy&EnergyCollegeofMetallurgy&EnergyLF炉钢包内熔池深度H与熔池直径D之比H／D是钢包设计时必须要考虑的因素。钢包炉的H／D数值影响钢液搅拌效果，钢渣接触面积，包壁渣线带的热负荷，包衬寿命及热损失等。一般精炼炉的熔池深度H都比较大,H／D为0.9～1.3。从钢液面至钢包口的距离称为钢包炉的自由空间，对非真空处理用的钢包，自由空间的高度小一些，对非真空处理的钢包，自由空间一般为500-600mm，真空处理的钢包一般800—1200mm有的甚至达1500mm或更高。日本不同容量LF炉的H/D值列于表6-10。CollegeofMetallurgy&EnergyLF炉容量，t20306015050实际装入量，t13/2318/3360100/15045/50外径，mm22002400260039002924内径D，mm16761948207031642430总高，mm23002500315043303040内高，mm20192195274040002770熔池深H，mm12601402234027541348H/D（在额定容量时）0.750.721.130.870.49C