第五章爐外精煉(SecondaryRefining),2020/5/6/06:54:58,2,主要內容,5.1爐外精煉的特點5.2精煉手段5.3爐外精煉方法5.3.1RH5.3.2LF,2020/5/6/06:54:58,3,鋼中雜質元素,鋼中雜質元素是指O、S、P、H、N等非金屬元素（對某些鋼種也包含C）及有色金屬（Pb、As、Sb、Bi、Cu、Sn等）。這些溶解在鋼中的元素用傳統的煉鋼方法是很難除去的，不能達到純凈鋼要求的標準。由于真空技術的應用，H所引起的白點問題已基本解決。P除利用高磷生鐵或冶煉超低碳鋼種外，多數鋼種能達到P0.03%水平。,2020/5/6/06:54:58,4,C雖是一般鋼種的有益元素，但在某些特殊鋼中可成為有害元素，因此，要求含量很低.N在一般鋼種中是有害元素，要求大力降低。O和S是鋼中必須大量除去的主要雜質(少數鋼種，如易切削鋼等例外:一般低硫鋼的S0.025，有的甚至S0.01；中硫鋼的S=0.040.09；高硫鋼的S=0.10.3)。鋼實際上合金基體與非金屬夾雜物組成的復合材料。生產純凈鋼必須進一歩大力降低鋼中的wO和wS，達到510-3%以下。,2020/5/6/06:54:58,5,5.1爐外精煉的定義及特點,爐外精煉S.R.(SecondaryRefining)：按傳統工藝，將常規煉鋼爐（轉、電）中完成的精煉任務（四脫（S、P、C、O），二去（氣體、夾雜），兩調整（溫度、成分），部分或全部地轉移到鋼包或其它容器中進行。,2020/5/6/06:54:58,6,爐外精煉的特點,任務、要求常規煉鋼爐不能滿足常規爐缺陷不足改進辦法出現S.R特點：二次冶金。創造最佳環境，提高效率、解決難創造最佳條件和效率低的問題；具備各種類型的攪拌，改善了動力學條件，解決了優越性不能發揮的問題；具備澆注功能（鋼包爐、容器）省略出鋼過程，解決了已精煉鋼水的再污染、工藝安排矛盾的問題。,2020/5/6/06:54:58,7,5.2精煉手段,5.2.1對精煉手段的要求5.2.2精煉手段定義5.2.3精煉手段的作用及代表方法,2020/5/6/06:54:58,8,5.2.1對精煉手段的要求,主要要求：獨立性不是伴隨其他冶金過程出現的一種現象作用時間可控作用強度可調還有：作用的能力重現性好便于與其他精煉手段配合操作方便、設備簡單、基礎投資和運行費用低,2020/5/6/06:54:58,9,精煉手段：具有獨立性、作用時間可控、作用強度可調的特定方法、措施稱為精煉手段。爐外精煉共有5種精煉手段：渣洗、真空、攪拌、加熱、噴吹。,5.2.2精煉手段定義,2020/5/6/06:54:58,10,5.2.3精煉手段的功能及代表方法,2020/5/6/06:54:58,11,精煉的作用及方法,2020/5/6/06:54:58,12,5.2.3.1渣洗,渣洗法是在出鋼時利用鋼流的沖擊作用使鋼包中的合成渣與鋼液混合，精煉鋼液。,2020/5/6/06:54:58,13,對反應容器中的鋼液進行攪拌，是爐外精煉的最基本、最重要的手段。它采取某種措施給鋼液提供動能，促使鋼液在精煉反應器中對流運動。鋼液攪拌可改善冶金反應動力學條件，強化反應體系的傳質和傳熱，加速冶金反應，均勻鋼液成分和溫度，有利于夾雜物聚合長大和上浮排除。,5.2.3.2攪拌,2020/5/6/06:54:58,14,1、氣體攪拌氣體攪拌主要用氬氣，故又稱氬氣攪拌。向鋼液吹入氬氣可以用頂槍插入法，也可以用底部透氣磚法。實踐證明，從底部通過透氣磚吹入氬氣，可充分發揮其攪拌作用，氬氣利用率高目前，大多數的吹氬攪拌均采用透氣磚底吹法。,2020/5/6/06:54:58,15,2、電磁攪拌對鋼水施加一個交變磁場，當磁場以一定速度切割鋼液時，會產生感應電勢，這個電勢可在鋼液中產生感應電流，載流鋼液與磁場的相互作用產生電磁力，從而驅動鋼液運動，達到攪拌鋼液的目的。3、循環攪拌典型的循環攪拌是鋼液在循環流動的過程中實現攪拌，如RH與DH的攪拌方式，也有人稱吸吐攪拌。在RH精煉中，鋼包內的攪拌是由真空室內鋼液注流進入鋼包中引起的。,2020/5/6/06:54:58,16,2020/5/6/06:54:58,17,2020/5/6/06:54:58,18,5.2.3.3真空,當冶金反應生成物為氣體時，通過減小反應體系的壓力即抽真空，可以使反應的平衡向著生成氣態物質的方向移動。因此，在真空下，鋼液將進一步脫氣、脫碳及脫氧。向鋼液中吹入氬氣，從鋼液中上浮的每個小氣泡都相當一個“小真空室”，氣泡內的H2，N2及CO等分壓接近于零，鋼中的H、N以及碳氧反應產物CO將向小氣泡中擴散并隨之上浮排除。吹氬對鋼液具有“氣洗”作用。例如，電弧爐冶煉不銹鋼的返回吹氧法，在1873K下很難使C降至很低的數值。而在AOD法中，向鋼液中吹入不斷變換Ar/O2比例的氣體，可以降低碳氧反應中產生的CO分壓，從而使鋼液的C含量達到超低碳水平。采用專門的真空裝置，將鋼液置于真空環境中精煉，可以降低鋼中氣體、碳及氧含量。常用的真空裝置主要有VD、RH等。,2020/5/6/06:54:58,19,5.2.3.4噴吹,噴吹法是用載氣（Ar）將精煉粉劑流態化，形成氣固兩相流，經過噴槍，直接將精煉劑送入鋼液內部。由于在噴吹法中精煉粉劑粒度小，進入鋼液后，與鋼液的接觸面積大大增加。因此，可以顯著提高精煉效果。爐外精煉中鋼液的精煉劑一類為以鈣的化合物（CaO或CaC2）為基的粉劑或合成渣，另一類為合金元素如Ca、Mg、Al、Si及稀土元素等。將精煉劑加入鋼液中，可起到脫硫、脫氧，去除夾雜物，夾雜物變性處理以及合金成分調整的作用。,2020/5/6/06:54:58,20,喂絲法是將易氧化，密度小的合金元素置于低碳鋼包裹線中，通過喂絲機將其送入鋼液內部。喂絲法的優點是，可防止易氧化的元素被空氣和鋼液面上的頂渣氧化，準確控制合金元素添加數量，提高和穩定合金元素的利用率；添加過程無噴濺，避免了鋼液再氧化；精煉過程溫降小；設備投資少；處理成本低。,2020/5/6/06:54:58,21,噴吹的功能及代表工藝,2020/5/6/06:54:58,22,噴吹工藝,2020/5/6/06:54:58,23,5.2.3.5加熱,鋼液在進行爐外精煉時，由于有熱量損失，造成溫度下降。若爐外精煉方法具有加熱升溫功能，可避免高溫出鋼和保證鋼液正常澆注，增加爐外精煉工藝的靈活性，精煉劑用量，鋼液處理最終溫度和處理時間均可自由選擇，以獲得最佳的精煉效果。,2020/5/6/06:54:58,24,常用的加熱方法有電加熱和化學加熱。電加熱方式主要有電弧加熱和感應加熱。電弧加熱原理與電弧爐相似，采用石墨電極，通電后，在電極與鋼液間產生電弧，依靠電弧的高溫加熱鋼液。由于電弧溫度高，在加熱過程中，需控制電弧長度及造好發泡渣進行埋弧加熱，以防止電弧對耐火材料產生高溫侵蝕。化學加熱是利用放熱反應產生的化學熱來加熱鋼液的。常用的方法有硅熱法，鋁熱法和CO二次燃燒法。化學加熱需吹入氧氣，與硅、鋁、CO反應，才能產生熱量。,2020/5/6/06:54:58,25,LF爐,2020/5/6/06:54:58,26,5.3爐外精煉方法5.3.1RH,5.3.1.1RH概述5.3.1.2RH工藝流程5.3.1.3RH的發展5.3.1.4RH的精煉功能,2020/5/6/06:54:58,27,5.3.1.1RH概述,運用了真空、攪拌兩種精煉手段；功能：脫氣、成分的微調。,2020/5/6/06:54:58,28,5.3.1.2RH工藝流程,準備工作；裝料；鋼包中測溫取樣；鋼包上升；啟動真空泵；鋼液上升，上升管輸入驅動氣體；RH循環處理鋼水。,2020/5/6/06:54:58,29,2020/5/6/06:54:58,30,5.3.1.3RH的發展,1RH-OB2RH-KTB3RH-IJ、RH-PB,2020/5/6/06:54:58,31,1RH-OB,1972年，新日鐵的室蘭廠提出，吹氧脫碳以精煉不銹鋼。特點：生產率高、Cr收得率高。,2020/5/6/06:54:58,32,2RH-KTB,日本川崎鋼鐵公司千葉廠開發對RH進行如下改進：頂部吹氧（垂直氧槍）；插入管改為垂直圓筒形；真空室高度；增大上升管內徑；雙管三管，兩根上升，一根下降；彌散型吹氬環改為數根不銹鋼吹氬管（3mm），并裝于上升管的兩處（相距300450mm）。,2020/5/6/06:54:58,33,3RH-IJ、RH-PB,RH-IJ（Injection）：上升管下方，向鋼液深處噴粉，隨鋼流進入真空室；RH-PB（PowderBlowing）：真空室下部增設噴吹管。,2020/5/6/06:54:58,34,5.3.1.4RH精煉效果,（1）脫氣效果好：脫H至2ppm；脫O（含碳鎮靜鋼）2060ppm；去氮：脫氮量不大，N100ppm，脫N1020。（2）凈化鋼液：縱向、橫向機械性能均勻，提高延伸率，斷面收縮和沖擊韌性；（3）提高合金收得率。,2020/5/6/06:54:58,35,5.3.2LF（LadleFurnace鋼包爐）,5.3.2.1LF精煉手段及功能5.3.2.2LF工藝設備及布置5.3.2.3生產工藝5.3.2.4精煉效果,2020/5/6/06:54:58,36,5.3.2.1LF精煉手段及功能,LF精煉手段：基本手段：加熱、渣洗、攪拌擴展手段：真空（LF-V）、噴吹（WF）LF精煉功能：脫硫、脫氧、調整鋼液溫度、成分微調,2020/5/6/06:54:58,37,5.3.2.2LF工藝設備及布置,2020/5/6/06:54:58,38,2020/5/6/06:54:58,39,5.3.2.3生產工藝,2020/5/6/06:54:58,40,在加熱初期，采用低功率供電造渣；渣料熔化后，實現埋弧精煉，采用高功率供電。連續加熱1015分鐘后，應停止加熱25分鐘，以便使鋼液溫度上下均勻，不致于造成渣面局部溫度過高。加熱時間約為30分鐘。升溫速度控制在24/min。,（1）供電制度,2020/5/6/06:54:58,41,（2）吹氬制度,在一定的吹氬量下，采用大流量吹Ar，縮短處理時間，通常為100600NL/min。吹氬原則為：鋼包到位后，采用中等吹Ar量，其作用是均勻成分和溫度，以便進行取樣測溫；化渣時，采用大流量吹Ar，目的快速化渣。加合金時，采用大流量吹Ar，將爐渣吹開，目的是加速合金熔化，提高合金收得率。通電時，采用小流量吹Ar，目的均勻溫度又不引起大的液面波動。,2020/5/6/06:54:58,42,（3）造渣制度,造渣目的：精煉鋼水、脫硫、脫氧、去夾雜；實現埋弧精煉，提高熱效率，降低噪音，提高爐襯壽命；防止鋼水二次氧化，提高合金收得率。常用渣系：CaO-CaF2渣系；CaO-Al2O3渣系；爐渣堿度CaO/SiO2=46。,2020/5/6/06:54:58,43,（4）成分調整,對于那些易氧化元素，一般在LF還原氣氛下加入。通常合金加入：粗調：根據出鋼鋼水成分分析確定合金加入量。細調：