炉外精炼工艺

VD工艺
以轴承钢冶炼为例
真空保持时间：真空启动后，工作压力达到 67 Pa时，保持时间≥15min。 真空保持期间调整氩气流量 70NL/min 左右，并 通过观察孔观察钢水沸腾情况，及时调整，保 持均匀沸腾。 终 脱 氧 后 解 除 真 空 、 开 盖 、 测 温 ， 软 吹 15 － 25min ，氩气流量 70-100NL/min 左右，控制渣 面微动为宜。 软吹结束后，测温、取样，加保温剂出钢，出 钢温度1530－1540℃。
3.1 LF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
工艺优点
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。
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； 升温装置： LF加热 CAS化学加热。
3 主要的精炼工艺
LF(Ladle Furnace process)； AOD(Argon-oxygen decaburizition process ); VOD (Vacuum oxygen decrease process) ; RH (Ruhrstahl Heraeus process); CAS-OB( Composition adjustments by sealed argon -oxygen blowing process) ； 喂线 (Insert thread) ； 钢包吹氩搅拌(Ladle argon stirring)； 喷粉( powder injection )。
4 典型精炼设备的功能
冶金效果
典型精炼方法达到的洁净度
5 洁净钢(pur源自文库ty steel)
60年代：[S]+[P]+[N]+[O]+[H]<900ppm； 70年代：[S]+[P]+[N]+[O]+[H]<800ppm；
80年代：[S]+[P]+[N]+[O]+[H]<600ppm；
现代转炉、电炉与连铸联系的纽带。
3.2 AOD 炉
目的： 主要是冶炼高质量的不锈钢(C<20ppm,S,P<50ppm) 使用更廉价的原料(采用高碳铬代低碳铬)； 使用情况：60－70％的不锈钢产量； 我国太钢有国内第一台AOD; 不锈钢的冶炼方法 电炉；电炉或转炉＋AOD；电炉或转炉＋VOD.
VD工艺
以轴承钢冶炼为例
冶炼工艺：UHP＋LF+VD（或RH）+CC： LF出钢后，扒渣（倒渣）2/3，渣层厚度应保
持40－70mm，扒渣时间<3min。 扒渣完毕 LF 钢包入 VD 处理工位，接通氩气， 调节流量 50 － 80NL/min ，同时测温、取样，加 入硅石2 kg/mm，调整炉渣碱度R=1 .2－1 .5。 测温、取样后VD加盖密封，抽真空。 真 空 泵 启 动 期 间 ， 调 整 氩 气 流 量 保 持 30 － 40NL/min。
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；
提高生产率的需要；
提高钢质量的需要； 满足不同钢种的特殊要求。
炉外精炼发展历程
20世纪30－40年代，合成渣洗、真空模铸 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) 60－70年代，高质量钢种的要求，产生了各种 精炼方法 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 21世纪，更高节奏及超级钢的生产。
RH真空工艺过程
出钢后，钢包测温取样； 下降真空室，插入深度为150200mm； 起动真空泵，一根插入管输入 驱动气体； 当真空室的压力降到26－ 10kpa后，循环加剧； 钢水上升速度为5m/s、下降速 度为1－2m/s； 气泡在钢液中将气体及夹杂带 出。
RH的发展
-OB (Oxygen Blowing)，真空室下部吹氧 -KTB (Kawasaki Top Blowing) 日本川崎，顶吹氧 -PB(Powder Blowing)，真空室下部喷粉脱P、S。
炉外精炼的内容
脱氧、脱硫 去气、去除夹杂 调整钢液成分及温度
2 炉外精炼的手段
渣洗 真空 搅拌 喷吹 最简单的精炼手段； 目前应用的高质量钢的精炼手段； 最基本的精炼手段； 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； 不能去除钢中气体； 必须将原炉渣去除； 同炉渣洗、异炉渣洗。
当碳合格时，停止吹氧，加大真空到100Pa以下，并加大 搅拌，进一步脱碳，钢液温度达到1670－1750℃；
加合金、微调成分、加铝吹氩搅拌几分钟后，破真空浇铸。
3.4 RH真空精炼
Ruhrstahl 公司和Heraeus公司1957年开发的。
也称钢液循环脱气法，将钢液提升到一容器内处 理。 主要冶炼高质量产品，如轴承钢、LF钢、硅钢、 不锈钢、齿轮钢等。
AOD工艺过程
炉料：废钢、不锈钢返回料、高碳铬铁、高碳镍 铁 吹炼过程温度及氩氧比的控制 分不同温度及碳含量控制吹炼氩氧比: O2：Ar=4:1(3:1)，C下降为0.2%、T＝1680℃； O2：Ar=2:1， C下降为0.1%、T＝1700℃； O2：Ar=1:2， C下降为0.02%、T＝1730℃； O2：Ar=1:3， C下降为0.01%、T＝1750℃；
3.5 CAS、CAS－OB精炼工艺
工艺优点： 钢液升温和精确控制钢水温度 促进夹杂物上浮，提高钢水纯净度 精确控制钢液成分，实现窄成分控制 均匀钢水成分和温度 与喂线配合，可进行夹杂物的变性处理 冶炼节奏快，适合转炉的冶炼节奏。
CAS－OB的冶炼效果
加热；升温速度5－6℃/min；
钢液成分：吹氧前后变化不大；
钢水洁净度：[O]基本不变，可降低
[N]含量。
3.6 喷粉工艺
效果最好投资及使用成本最低也是最不好掌握的 技术；可脱硫、脱磷、合金化、夹杂变性； 工艺参数： 喷枪插入深度；h=H(钢液深)-hc(喷入深)； 喷吹压力：大于钢液、炉渣及大气压； 喷吹时间：喷粉设备及钢液容纳粉剂的能力； 供料速度：设备能力及钢液化学反应速度； 载气能力与粉气比。
90年代：[S]+[P]+[N]+[O]+[H]<100ppm； 2000年代：[S]+[P]+[N]+[O]+[H]<50ppm。 洁净钢除[S]+[P]+[N]+[O]+[H]五大元素外， 随废钢量的增加。还包括Cu、Zr、Sn、Bi、Pb等 伴生元素。
洁净钢的定义
洁净钢是一个相对概念 某一杂质含量降低到什么水平决定于钢种和产品 用途 不同的年代，对洁净钢有不同的要求 有害元素降低程度决定于装备和工艺现代化水平。 高附加值产品对洁净度的要求是： T[O]要低<20ppm； 夹杂物数量要少；
RH工艺参数
处理容量：大炉子比小炉子好(50t以上)； 处理时间：钢包在真空位的停留时间τ； τ＝Tc/Vt Tc允许温降， Vt平均温降℃/min； 循环因数：C＝ω(t/min).t(min)/Q (ton) ω 循环流量、 t脱气时间、 Q处理容量 循环流量ω：主要由上升管与驱动气体流量决定； 真空度：60－100pa； 抽气能力。
1-电极；2-合金料斗；3-透气砖；4LF炉精炼原理 滑动水口 1-电极；2-合金料斗；3-透气砖；4滑动水口
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；
VOD 工艺
以冶炼超低碳不锈钢为例
初炼炉将碳控制在0.2－0.5％，P<0.03%以下； 钢液温度为1630℃；
初炼炉除渣后，将VOD钢包吊入真空室，接底吹氩，开始 抽真空，此时温度1550-1580℃;
当真空度达到13－20kpa时，开始吹氧脱碳；
碳含量降低的同时，提高真空度，保铬不氧化；
3.3 VD/VOD炉

VD 的功能仅是真空加搅拌， VOD 是Vacuum and stir and injection oxygen ； VD主要应用于轴承钢脱氧； VOD 主要用于不锈钢冶炼；
VD工艺
以轴承钢冶炼为例
轴承钢最重要的性能指标是疲劳寿命。 影响轴承钢寿命的重要指标是钢中氧含量，钢 中[O]控制在10ppm为好。 最好水平[O] ＝3－5ppm。国内10ppm左右。 控制钢中非金属夹杂物和碳化物级别。 GCr15是最常用轴承钢： %C：0.95-1.05 %Mn: 0.9-1.20 %Si:0.40-0.65 %Cr: 1.30-1.65 S,P<0.020
国内RH设备主要依靠进口。
RH工艺特点
①反应速度快，表观脱碳速度常数kC可达到 3.5min-1。 处理周期短，生产效率高，常与转炉配套使用。 ②反应效率高，钢水直接在真空室内进行反应，可 生 产 H≤0.5×10-6 ， N≤25×10-6 ， C≤10×10-6 的 超纯净钢。 ③可进行吹氧脱碳和二次燃烧进行热补偿，减少处 理温降； ④可进行喷粉脱硫，生产[S]≤5×10-6的超低硫钢。
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； 日本真空技术，真空度到1 torr； C<10ppm,H<1ppm,O<5ppm 中国真空技术，真空度到3 torr； C<20ppm,H<2ppm，O<15ppm。 新开发了脱硫功能：KTB 代表性装置：RH、VD、VOD。
夹杂物尺寸要小<50μm；夹杂物形态要合适。
洁净钢生产技术
初炼炉低氧钢精炼技术 出钢炉渣改质与预脱硫工艺 出钢挡渣技术与下渣检测 渣洗精炼工艺 夹杂物改性技术 Ca处理技术 超低碳钢冶炼技术 低N钢冶炼技术 夹杂物控制技术 钢水保护技术 无缺陷连铸坯生产工艺 连铸坯表面质量的控制 大型夹杂物的控制