炉外精炼发展历程

我国炉外精练技术的发展前景和趋势分析我国炉外精炼技术是冶金行业中一项重要的技术，它是指在冶炼过程中，将粗炼钢液通过炉外装置进行再处理，以提高钢液的质量和温度，减少杂质含量，从而得到更加优质的成品钢材。

随着我国工业化进程的加快和环保意识的提高，炉外精炼技术的发展前景和趋势备受关注。

一、炉外精炼技术的发展历程炉外精炼技术起源于20世纪60年代，当时主要应用于日本、美国等发达国家的钢铁企业。

最早的炉外精炼设备是气吹精炼炼钢炉（LD炉），它利用氧气吹入炉内，通过氧气的化学作用来脱除炼钢过程中产生的杂质和非金属夹杂物，提高成品钢的质量。

而后，随着技术的不断进步和创新，我国也开始引进和发展炉外精炼技术，并在80年代成功开发了自己的炉外精炼装置。

目前，我国的炉外精炼技术已经取得了长足的进步，主要体现在以下几个方面：1. 技术水平不断提升。

我国的炉外精炼技术已经从最初的气吹精炼炼钢炉（LD炉）发展到了RH、VOD、Ladle Furnace等多种不同类型的炉外精炼设备，每一种设备都具有自己的特点和优势，可以满足不同钢种的精炼需求。

2. 炉外精炼技术与自动化技术相结合。

随着我国制造业的智能化升级，炉外精炼技术也在不断引入自动化设备和智能控制系统，以提高生产效率和产品质量。

利用先进的传感技术和控制系统，可以实现对炉外精炼过程的精准监测和控制，确保精炼过程的稳定和可控性。

3. 绿色环保技术的应用。

在炉外精炼过程中，会产生大量的废气和废渣，而这些废气和废渣的排放会对环境造成严重的污染。

在炉外精炼技术的发展中，我国也加大了对绿色环保技术的研发和应用力度，致力于减少废物排放，提高资源利用率。

1. 技术持续创新。

随着科技的不断进步和需求的不断增长，炉外精炼技术将会继续进行技术升级和改造，以适应不同类型钢材的精炼要求。

未来，我国的炉外精炼技术有望实现更高效、更节能、更绿色的发展。

2. 非金属夹杂物的去除技术。

随着精细化钢铁品种的增多，我国的炉外精炼技术将更加注重去除非金属夹杂物的工艺研究和应用，以满足高端产品对钢材质量的严格要求。

LF精炼知识1.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Bochumer Verein (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）。

♦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。

♦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。

2.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3.LF精炼工艺优点●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。

炉外精炼的基本原理：（1）吹氩的基本原理：氩气是一种惰性气体，从钢包底部吹入钢液中，形成大量小气泡，其气泡对钢液中的有害气体来说，相当于一个真空室，使钢中[H][N]进入气泡，使其含量降低，并可进一步除去钢中的[O]，同时，氩气气泡在钢液中上沲而引起钢液强烈搅拌，提供了气相成核和夹杂物颗粒碰撞的机会，有利于气体和夹杂物的排除，并使钢液的温度和成分均匀。

（2）真空脱气的原理：钢中气体的溶解度与金属液上该气体分压的平方根成正比，只要降低该气体的分压力，则溶解在钢液中气体的含量随着降低。

（3）LF炉脱氧和脱硫的原理：炉外精炼的任务：炉外精炼是把由炼钢炉初炼的钢水倒入钢包或专用容器内进一步精炼的一种方法，即把一步炼钢法变为二步炼钢法。

炉外精炼可以完成下列任务：（1）降低钢中的硫、氧、氢、氮和非金属夹杂物含量，改变夹杂物形态，以提高钢的纯净度，改善钢的机械性能；（2）深脱碳，在特定条件下把碳降到极低含量，满足低碳和超低碳钢的要求；（3）微调合金成分，将成分控制在很窄的范围内，并使其分布均匀，降低合金消耗，提高合金元素收得率；将钢水温度调整到浇铸所需要的范围内，减少包内钢水的温度梯度。

RH真空循环脱气法LF具有加热和搅拌功能的钢包精炼法处理过程：用钢包车将钢包送入处理位，使真空室下降或使钢包提升，以便使吸嘴浸入钢包内的钢液以下500mm。

然后启动真空泵。

由于真空室内压力下降，钢包内钢水被吸入真空室中。

由于吸嘴中的一个喷入氩气，另一个没有，钢水便开始反复循环。

这时就可采取各种处理措施，例如脱气、吹氧、化学成分及温度调整等。

处理结束时使系统破真空。

随后退出吸嘴，将钢包送至后处理位置或交接位置。

冶金效果：在短时间就可达到较低的碳(<15ppm)、氢(<1.5ppm)、氧含量(<40ppm)；仅有略微的温度损失；不用采取专门的渣对策；可准确调整化学成分，Al，Si等合金收得率在90～97％。

汽车钢板以及电工钢等是RH钢生产的典型产品。

RH精炼工艺培训教材2009年04月目录第一章炉外精炼概况 4 1.1、炉外精炼技术的发展历程 4 1.2、国内炉外精炼技术的发展 6 1.3、炉外精炼技术的发展前景 10 1.4、各国主要炉外精炼方法和装备 12 第二章 RH工作原理 13 2.1、RH法工作原理 13 2.2、RH法钢液运动特性 16 2.3、RH法的特征参数 16 第三章 RH生产工艺 19 3.1、真空冶金基础 20 3.2、RH处理目的及功能 22 3.3、RH处理模式 23 3.4、RH脱氢 24 3.5、RH脱碳 27 3.6、RH对[N]的控制 29 3.7、RH轻处理工艺 31 3.8、RH夹杂物去除 31 第四章 RH作业指导 32 4.1、RH温度管理 32 4.2、RH合金化与成分调整 354.3、RH环流气控制 37 4.4、吹氧化学升温计算 38 4.5、强制脱碳吹氧量计算 39第一章炉外精炼概况随着科学技术的发展，对炼钢的生产率、钢的成本、钢的纯净度以及使用性能，都提出了越来越高的要求。

传统的炼钢设备和炼钢工艺难以满足用户越来越高的要求。

20世纪60年代，在世界范围内，传统的炼钢方法发生了根本性的变化，即由原来单一设备初炼及精炼的一步炼钢法，变成由传统炼钢设备初炼，然后在炉外精炼的二步炼钢法。

因此，炉外精炼也称为二次精炼。

炉外精炼技术是指在冶炼炉（转炉，电炉）生产钢水的基础上，以更加经济、有效的方法，改善钢水的物理与化学性能的冶金技术。

它包括：在钢水包中，对钢水的温度、成分、气体、有害元素与夹杂进行进一步的调整、净化，达到洁净、均匀、稳定的目的；在中间包中促进气体与夹杂上浮，稳定全浇铸过程的钢水温度（也称中间包冶金）；在结晶器中去除钢中夹杂，促进形核，均匀结晶。

因此，经济有效的炉外精炼技术，不仅是钢铁产品最终质量保证的最重要的基础，也使生产流程变得时间更短、更能有效衔接匹配，从而更加高效化、紧凑化。

炉外精炼技术的发展摘要随着科学技术的迅速发展，钢材性能和质量越来越被重视，钢材质量主要包括钢材的洁净度、均匀性能和高的精度。

而各种炉外精炼方式恰是获得高纯度、高均匀性和高精度钢材的重要措施。

本文论述了炉外精炼技术过去的发展，现状及发展趋势，应用以及未来炉外精炼技术发展所面临的几个主要问题。

前言最近，随着时代的不断进步，炼钢炉容量不断扩大，超高功率电炉的普遍应用，直流电弧炉的出现，连续铸钢技术的迅速发展以及生产多种特殊钢和合金（超低碳不锈钢，超纯铁素体钢等）的需要，炼钢方法发生了巨大变化，由一步炼钢发展为两步炼钢，即炉内初炼和炉外精炼。

炉外精炼技术之所以有了较为迅猛的发展，是由于其能够提高钢质量和产量，降低成本，改善劳动条件等优点。

为了增强在国内和国外市场上的竞争力，发展新的工艺是有必要的。

这些工艺必须是经济的。

目前，典型的炼钢炉是一个废钢熔化装置，在炼低合金钢的情况下，在炉中脱碳和脱磷以及升温到符合出钢要求，其全部精炼过程都是在钢包中进行的，进而提高了炼钢设备的生产能力。

通过炉外精炼技术可冶炼出具有高质量特性的钢种满足实际需要，具体要求如下：①精确控制成分以保证力学性能的稳定。

②减少钢中硫、磷含量以改善冲击性能、抗层状拉裂性能、热脆性，并能减少中心偏析和防止连铸坯的表面缺陷。

③减少钢中氧、氢、氮含量以减少超声波探伤缺陷、条状裂纹等，并且能改善钢材的制管性能。

④使用先进技术精炼钢液以满足对钢质量的各种特殊需要。

例如，控制硫化物夹杂形态以防止轻质裂纹。

⑤控制夹杂物的形状以改善钢的深冲性能和钢的加工性能。

⑥脱碳到极低程度，以提高钢的深冲性能、电磁性能和耐腐蚀性能。

⑦防止钢水的二次氧化和重新吸气，以免炉外精炼的效果前功尽弃。

炉外精炼的产生和发展与国民经济的需要和科学技术的发展水平是分不开的。

在很早以前，人们就产生了利用真空去除钢中气体的想法，如1860年英国贝赛迈尔就曾有过罐内钢桶去气的设想，1884年英国艾特肯也曾提出过提升法（类似DH法）；1932年捷克人科贝尔曾提出并实现了带盖钢桶去气法。

1、转炉炼钢转炉炼钢（converter steelmaking）是以铁水、废钢、铁合金为主要原料，不借助外加能源，靠铁液本身的物理热和铁液组分间化学反应产生热量而在转炉中完成炼钢过程。

转炉按耐火材料分为酸性和碱性，按气体吹入炉内的部位有顶吹、底吹和侧吹；按气体种类为分空气转炉和氧气转炉。

碱性氧气顶吹和顶底复吹转炉由于其生产速度快、产量大，单炉产量高、成本低、投资少，为目前使用最普遍的炼钢设备。

转炉主要用于生产碳钢、合金钢及铜和镍的冶炼。

转炉炼钢-正文一种不需外加热源，主要以液态生铁为原料的炼钢方法。

转炉炼钢法的主要特点是：靠转炉内液态生铁的物理热和生铁内各组分（如碳、锰、硅、磷等）与送入炉内的氧进行化学反应所产生的热量，使金属达到出钢要求的成分和温度。

炉料主要为铁水和造渣料（如石灰、石英、萤石等），为调整温度，可加入废钢以及少量的冷生铁块和矿石等。

转炉按炉衬的耐火材料性质分为碱性（用镁砂或白云石为内衬）和酸性（用硅质材料为内衬）;按气体吹入炉内的部位分为底吹、顶吹和侧吹;按吹炼采用的气体，分为空气转炉和氧气转炉。

酸性转炉不能去除生铁中的硫和磷，须用优质生铁，因而应用范围受到限制。

碱性转炉适于用高磷生铁炼钢，曾在西欧得到较大发展。

空气吹炼的转炉钢，因含氮量高，质量不如平炉钢，且原料有局限性，又不能多配废钢，未能像平炉那样在世界范围内广泛采用。

1952年氧气顶吹转炉问世，逐渐取代空气吹炼的转炉和平炉，现在已经成为世界上主要炼钢方法。

简史1856年，英国贝塞麦(H.Bessemer)发明了底吹酸性转炉炼钢法，以后被称为贝塞麦转炉炼钢法。

从此开创了大规模炼钢的新时代。

1879年英国托马斯(S.G.Thomas)创造了碱性转炉炼钢法。

造碱性渣除磷,适用于西欧丰富的高磷铁矿的冶炼，一般称托马斯转炉炼钢法。

1891年，法国特罗佩纳(Tropenas)创造了侧面吹风的酸性侧吹转炉炼钢法，曾在铸钢厂得到应用。

用氧气代替空气的优越性早被认识，但因未能获得大量廉价的工业纯氧，长期未能实现。

LF炉是70年代初期在日本发展起来的精炼设备。

由于它设备简单，投资费用低，操作灵活和精炼效果好而成为冶金行业的后起之秀，在日本得到了广泛的利用和发展，从1971年第一台LF炉开始到1989年己发展到42台，所产钢量超过1000万吨，全世界1989年己有LF炉68台。

LF炉精炼主要是在钢桶内造白渣，在低氧的气氛中(氧含量为5%)，由桶底吹氢气进行搅拌并由石墨电极对经过初炼炉的钢水加热而精炼。

由于氢气搅拌加速了渣一钢之间的化学反应，用电弧加热进行温度补偿，可以保证较长的精炼时间，从而可使钢中的氧，硫含量降低(大约为10ppm)，夹杂物按ASTM评级为0-0.1级。

LF炉可以与电炉配合，以取代电炉的还原期，还可以与氧气转炉(LD)配合，生产优质合金钢。

此外，LF炉还是连铸车间，特别是合金连铸生产线上不可缺少的控制成分，温度，及保存钢水的设备。

因此，LF炉的出现形成了LD-LF-RH-CC(连铸)新的生产优质钢的联合生产线。

在这种联合生产线上钢的还原精炼主要是靠LF炉来完成的。

估计采用这种方法生产的特殊钢，其产量将进一步增加。

LF炉由钢包，炉盖，电极和电极加热系统组成。

通过安装在钢包底部的透气砖吹入氢气对钢液进行搅拌以加速钢一渣之间的反应。

炉盖的作用是封闭精炼室以保持室内的还原气氛。

在炉盖上装有电极加热系统，在钢桶底部装有滑动水口以进行浇注。

LF炉采用真空系统对钢液进行脱气。

真空系统可以是专门与LF炉配套的，也可以采用其它的设备如RIJ或DH与之双联，对钢液进行脱气处理。

LF炉是将电弧加热、吹氢搅拌、渣精炼等工艺移至钢包中进行。

因此，就其完成精炼任务的本质而言，可以说是将电弧炉的还原期移到了钢包中，其精炼过程类似电炉冶炼的还原期。

LF炉往往与转炉、连铸相配合，能适应大部分钢种对精炼项目的要求。

由于LF法具有多种冶金功能和使用中的灵活性，在普钢厂也得到了广泛的应用。

目前LF炉精炼技术是在钢铁冶金方面发展最快的工艺方法之一。

钢包精炼炉LF(Ladle Furnace)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。

1971I年，日本大同特殊钢厂第一台钢包精炼炉(LF)投人使用。

1973年，新日铁八幡制铁所在转炉厂设置了LF。

目前电炉流程及转炉流程普遍采用的出钢后变渣处理工艺，即:电弧炉或转炉出钢→LF精炼(加铝、加渣料、加Ca-Si或加改渣剂)→铸造LF设置在电弧炉炼钢厂，减少了电弧炉还原时间，最终取消了电弧炉的还原期.缩短了电弧炉的冶炼周期，提高了电弧炉的生产率，同时在一定时间内为连铸提供符合温度、成分及洁净度要求的钢液，保证了电弧炉+ LF 精炼+连铸工艺的顺行，使电弧炉发展成为可以用普通废钢和生铁生产普通钢种的高效率的短流程炼钢方式，而不再仅仅是生产高质量钢种的设备。

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。

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.即擦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。

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，具有较高的经济效益，成为钢铁生产流程中的重要设备。

LF快速造白渣工艺分析LF炉精炼是炉外精炼的主要方法之一，其关键在于快速造白渣。