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1冶金概论------炉外精炼主讲:冶金工程系孙丽娜(教授)2主要内容一.概述二.RH、LF及VD法简介3一、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41.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。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。52.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•20世纪90年代-今使用高碱度合成渣进行脱S以提高钢水质量；在低真空度下对钢水进行脱气处理；大抽速蒸汽喷射泵问世,DH、RH真空法用于钢水脱气,减少了杂质数量；在真空脱气基础上，VOD、VAD、ASEA、LFV、RH-OB蓬勃发展;出现合金包丝线喂丝法,不同功能精炼设备的组合使用;多种形式发展，广泛应用的有循环真空处理（RH，RH-OB）,提升真空处理（DH）,合金微调及温度处理（CAS,CAS-OB）,LF钢包精炼炉,真空吹氩脱氧（VD）,真空吹氧脱碳（VOD）,钢包喷粉（KIP、TN、SL）,喂丝法、氩氧精炼（AOD）等.63.炉外精炼的分类1)按精炼手段分类常压下处理法真空精炼法真空和加热法：渣洗法：合成渣洗、同炉渣洗合金添加和喷粉法：弹丸发射法、喂丝法、喷粉法Ar精炼法：Gazal、CAB、AOD、CLU脱气为主:钢包除气法、DH、RH脱C、O、气为主:VOD、RH-OB、RH-PIASEA-SKF、VAD、LF72)按精炼的主要用途分类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。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;1）AOD、CLU、VOD、RHOB和VODC适合冶炼低碳和超低碳钢;84.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。9二.RH、LF及VD法简介RH法LF法VD法101.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111）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122）生产过程模拟133）RH设备简介①真空室②钢包车14①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MgO-Cr2O3砖，一部分为MgO-C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。15②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。164）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。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。175)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C-O反应剧烈,＞70%.脱气时间15~20min,[H]＜2ppm.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%18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,RH-OB处理,20000~33000Pa192.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201)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。212)LF生产模拟工部全景生产模拟223)LF工艺原理①脱氧②脱硫③去夹杂23①脱氧目的:钢中过剩氧与[C]反应产生气泡,将造成凝固组织不致密;沉淀脱氧:Fe-Si和Al等脱氧剂与钢中[O]反应,脱氧产物上浮,达到脱氧的目的.因产物在钢液内部以沉淀形态产生,故称沉淀脱氧.优点:脱氧速度快,操作简单,缺点:部分脱氧产物成为非金属夹杂;扩散脱氧:C、Si、Mn等脱氧元素以粉末状加入渣中,与渣中（FeO）、（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；脱氧剂选择:脱氧元素对氧的亲和力＞铁对氧的亲和力；脱氧产物在钢液中的溶解度尽可能小；残留钢中的脱氧元素对钢性能不产生坏的影响；脱氧元素应在钢液中溶解快、均匀并经济。24②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）=（FeO）+（CaS）条件:高碱度、还原气氛、高温、大渣量25③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264)LF生产工艺供电制度吹氩制度造渣制度成分调整27①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℃/min28②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;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.29③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40-50%,其余待化渣后分2-3次加入;炉渣过稠加CaF2,炉渣过稀加CaO.常用渣系：CaO-CaF2；CaO-Al2O3；碱度4-630④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。315)LF相关设备供电系统钢包及台车炉盖提升装置事故搅拌装置测温取样装置加料系统喂丝装置32①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。33②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。34③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。35④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/min36⑤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。37⑥加料系统组成：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。38⑦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；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。393.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401)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。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。412)VD生产模拟工部全景生产模拟423)VD生产工艺基本原理真空处理吹Ar制度43基本原理真空脱气吹Ar精炼44真空脱气原理：基于H、N在钢液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。45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。46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。47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；高真空处理时小流量吹Ar，防喷溅；喂丝时，小流量吹Ar，防止增[N]和二次氧化。484)VD相关设备加料系统自动测温装置喂丝设备真空罐盖台车真空罐49真空罐组成：钢板制成的圆桶、法兰、密封座和平板；典型参数：直径6000-7000mm高度6000-7000mm钢板壁厚20-40mm钢包距罐顶距离200-300mm。50真空罐盖台车罐盖：钢结构加工件，上设观察孔、工业电视孔、合金投料斗、托架、防热罩吊挂装置；台车：由型钢焊接的结构架和4个车轮组成，由电极驱动。51加料系统带真空阀门的真空料仓接受高位料仓辅助料，再把辅助料加入真空料仓，料仓布置在真空罐盖的上面并一起运动。阀门的开闭由汽缸操作。52自动测温装置其固定在真空罐台车上。取样枪插入预定深度，停留数秒，然后抽出，枪头使用探头及热电偶。53喂丝设备组成：松卷装置、喂丝机和导向装置构成；丝线直径：5-18mm喂丝速度：3-300m/min