1、1冶金概論(giln) -爐外精煉主講:冶金(yjn)工程系孫麗娜(教授)共五十四頁2主要(zhyo)內容一.概 述二.RH、LF及VD法簡介(jin ji)共五十四頁3一、概 述1.爐外精煉的概念和目的2.爐外精煉的發展(fzhn)3.爐外精煉的分類4.爐外精煉的共同特點共五十四頁41.爐外精煉的概念(ginin)及目的概念： 爐外精煉就是將轉爐（或電爐）中初煉的鋼水移到另一反應器中進行精煉的過程，也稱二次精煉。目的： 把傳統的煉鋼方法分為兩步，即初煉+精煉。初煉在氧化性氣氛下進行爐料的熔化、脫P、脫C和合金化。精煉在真空、惰性氣體或可控氣氛的條件下進行深脫C、去氣、脫氧、去夾雜物和夾雜物變

2、性處理，調整成分，控制鋼水溫度等，從而優化工藝(gngy)和產品結構、開發高附加值產品、節能降耗、降低成本增加經濟效益。共五十四頁52.爐外精煉(jnglin)的發展20世紀(shj)30年代20世紀40年代20世紀50年代20世紀60,70年代20世紀80年代20世紀90年代-今使用高堿度合成渣進行脫S以提高鋼水質量；在低真空度下對鋼水進行脫氣處理；大抽速蒸汽噴射泵問世,DH、RH真空法用于鋼水脫氣,減少了雜質數量；在真空脫氣基礎上，VOD、VAD、ASEA、LFV、RH-OB蓬勃發展;出現合金包絲線喂絲法,不同功能精煉設備的組合使用;多種形式發展，廣泛應用的有循環真空處理（RH，RH-OB

3、）,提升真空處理（DH）,合金微調及溫度處理（CAS,CAS-OB）,LF鋼包精煉爐,真空吹氬脫氧（VD）,真空吹氧脫碳（VOD）,鋼包噴粉（KIP、TN、SL）,喂絲法、氬氧精煉（AOD）等.共五十四頁63.爐外精煉(jnglin)的分類1)按精煉(jnglin)手段分類常壓下處理法真空精煉法真空和加熱法：渣洗法：合成渣洗、同爐渣洗合金添加和噴粉法：彈丸發射法、喂絲法、 噴粉法Ar精煉法：Gazal、CAB、AOD、CLU脫氣為主:鋼包除氣法、DH、RH脫C、O、氣為主:VOD、RH-OB、RH-PIASEA-SKF、VAD、LF共五十四頁72)按精煉(jnglin)的主要用途分類3）DH、

4、RH,不同(b tn)形式的流滴去氣法和真空吹Ar法,可脫除鋼中氣體、氧和夾雜,但無加熱設備,適應于普通鋼和中低合金鋼的真空脫氣處理;4）同爐渣洗法主要用于電爐出鋼過程中對鋼水脫S、脫O和去除夾雜。2）桶爐，VAD（VHD）和LF具備加熱攪拌功能對溫度控制靈活,可去氣、脫氧、去除夾雜和合金化;1） AOD、CLU、VOD、RHOB和VODC適合冶煉低碳和超低碳鋼;共五十四頁84.爐外精煉方法(fngf)的共同特點理想(lxing)的精煉氣氛條件，通常應用真空、惰性氣氛或還原氣氛；攪動鋼水，采用電磁力、惰性氣體或機械攪拌的方法；為補償精煉過程的鋼水溫度損失，采用加熱設施有電弧加熱、等離子加熱或增

5、加鋼水中的化學熱等。共五十四頁9二.RH、LF及VD法簡介(jin ji)RH 法LF 法VD 法共五十四頁101.真空循環(xnhun)脫氣法（RH法）1）RH的功能與特點2）生產過程模擬3）RH設備簡介4）RH過程工藝原理5）RH的主要(zhyo)功能與工藝參數共五十四頁111）RH的功能(gngnng)與特點 以小部分鋼水進入真空環境，經受真空處理(chl)，在不同程度上增大了鋼氣接觸面積，提高了精煉脫氣效果。特 點：脫氣效果好；適用于大量的鋼液處理；處理過程溫降小；脫C能力強，適用于低碳鋼的生產共五十四頁122）生產(shngchn)過程模擬共五十四頁133）RH設備(shbi)簡介真

6、空室鋼包車(bo ch)共五十四頁14真 空 室結 構： 真空室由鋼板焊接的圓柱形容器，內砌耐火材料。為直接結合MgO-Cr2O3磚，一部分為MgO-C磚。功 能： 是脫氣系統的重要(zhngyo)組成部分，有足夠的容積，保證鋼水在真空脫氣過程中有較大的脫氣表面，提高脫氣效果，同時在脫氣過程中熱損失小。共五十四頁15鋼 包 車功 能： 用鋼包車將煉鋼車間的鋼水(gngshu)送到澆注工段； 沿鋪設的寬軌鐵路線運行，是自行臺車，有兩套直流電機驅動的運行機構。共五十四頁164）RH過程(guchng)生產工藝原理 當真空室抽真空后，插入管插入鋼液中，Ar經鋼液加熱膨脹，形成向上流動的氣泡，使上升管

7、內的鋼液隨之上升進入真空室。氣泡在真空室下突然膨脹，使鋼液濺成極細微粒呈噴泉狀，增加了鋼液與真空接觸面積，使鋼液充分脫氣。 脫氣后的鋼液匯集在真空室底部，在密度差的作用下不斷(bdun)地從下降管回到鋼包中。如此循環多次，達到精煉鋼液的目的。共五十四頁175) RH的主要(zhyo)功能與工藝參數功 能:脫H:對完全脫氧鋼液脫氫效率60%,對未完全脫氧鋼液,由于C-O反應劇烈,70%.脫氣時間1520min,H2ppm.脫N:N易形成N-化物,脫氮效率010%;脫O:O0.0020.005%脫碳:對初始C有要求,處理15min,可使C0.002%;脫S:效率5075%;減少非金屬夾雜:改善鋼水

8、純凈度;成分(chng fn)微調:合金元素控制精度為0.0030.010%共五十四頁18工藝參數:處理容量:鋼包鋼水重量,30t;脫氣時間:鋼水在真空下脫氣的處理時間,2030min;循環因數:鋼包內的鋼水通過真空室的次數,等于5;循環流量:單位時間通過真空室的鋼水量(shu lin);真空度:真空室內的壓力.RH處理67134Pa,RH-OB處理,2000033000Pa共五十四頁192.埋弧加熱(ji r)桶爐法（LF法）1) LF概述2) LF生產模擬3) LF工藝原理4) LF生產工藝5) LF相關(xinggun)設備共五十四頁201) LF概述(i sh) LF是日本大同制鋼公司

9、于1971年開發，特點是將電弧爐煉鋼還原期任務移到專用的鋼包內進行。在利用電弧加熱鋼水的同時，向鋼液內吹入惰性氣體（Ar），以實現(shxin)在非氧化性氣氛下精煉，從而達到鋼液脫硫、脫氧、去氣、去夾雜物的效果。經LF處理的鋼水，鋼中O10-30ppm、N20ppm、H1.5-2.5ppm。共五十四頁212) LF生產(shngchn)模擬工部(n b)全景生產模擬共五十四頁223) LF工藝(gngy)原理脫 氧脫 硫去夾雜(jiz)共五十四頁23脫 氧脫氧劑選擇: 脫氧元素對氧的親和力鐵對氧的親和力；脫氧產物在鋼液中的溶解度盡可能?。粴埩翡撝械拿撗踉貙︿撔阅?xngnng)不產生壞的影響

10、；脫氧元素應在鋼液中溶解快、均勻并經濟。共五十四頁24脫 硫目 的: S在鋼中產生”熱脆”并降低鋼的抗腐蝕性、延展性和韌性；原 理:（FeS）+（CaO）=（FeO）+（CaS）條 件: 高堿度、還原(hun yun)氣氛、高溫、大渣量共五十四頁25去 夾 雜來 源： 脫氧產物、澆注及凝固反應(fnyng)產物，混入熔渣及耐材；危 害： 破壞鋼的組織連續性；措 施： 減少外部帶入；強化冶煉；提高耐材質量；出鋼過程強化非金屬夾雜排除共五十四頁264) LF生產工藝供電制度吹氬制度造渣制度成分調整共五十四頁27供電(n din)制度 初期低功率供電造渣;泡沫渣造好后高功率埋弧精煉;連續加熱1015

11、min后,停止(tngzh)加熱25min,使鋼液溫度均勻,加熱時間約30min,升溫速度為2-4 /min共五十四頁28吹氬制度(zhd)原 則: 鋼包到位后,采用中等吹Ar量,均勻成分和溫度(wnd); 化渣時采用大流量吹Ar以盡快化渣; 加合金時,采用大流量吹Ar,加速合金熔化,提高收得率; 通電時,采用小流量吹Ar,均勻溫度又不引起大的液面波動.共五十四頁29造渣制度(zhd)目 的: 脫S、脫O、去夾雜； 提高爐襯壽命； 防止鋼水二次氧化，提高合金收得率?；局贫? 渣料加入(jir)量8-10Kg/t; 分批加入,出鋼過程加40-50%,其余待化渣后分2-3次加入; 爐渣過稠加Ca

12、F2,爐渣過稀加CaO.常用渣系： CaO-CaF2；CaO-Al2O3； 堿度4-6共五十四頁30成分(chng fn)調整粗 調： 根據電爐鋼水成分分析確定合金加入量；細 調： 在白渣后進行，此時鋼液中各元素(yun s)充分均勻和平衡，合金收得率穩定，易于命中目標。共五十四頁315) LF相關(xinggun)設備供電系統鋼包及臺車爐蓋提升裝置事故攪拌裝置測溫取樣裝置加料系統喂絲裝置共五十四頁32供電系統(n din x tn)組 成： 電爐變壓器和導電短網組成，實現低電壓大電流輸入至熔池；參 數（150t）： 變壓器功率：22MVA； 二次電壓：335-315V； 三相交流(jioli

13、)：50Hz； 二次電流：48KA； 電極直徑：457mm； 極心圓直徑：750mm； 升溫速度：2-4/min。共五十四頁33鋼包(gngbo)及臺車爐 體： LF爐體為電弧爐出鋼用鋼包；鋼包車： 鋼板焊接結構，由鋼包支架、二臺(r ti)電動機、電纜線、調速器、防熱罩構成。共五十四頁34爐蓋提升(tshng)裝置結 構： 爐蓋主要(zhyo)用于保溫，保持還原氣氛，減少電極氧化。內圈為耐材，外圈為水冷管；電極孔周圍為耐材和絕緣材料；爐蓋提升裝置： 提升液壓缸安裝在立柱下，液壓缸外殼與爐蓋立柱相固定，可實現爐蓋升降。共五十四頁35事故(shg)攪拌裝置作 用： 在透氣磚不能工作情況下，惰性氣

14、體(duxng q t)通過頂槍吹入鋼包，進行事故攪拌；結 構： 頂槍安裝在支撐框架上，支撐框架安裝在爐蓋側面，頂槍通過電動機和卷筒實現上下；參 數： 頂槍壓力：0.6-1.6MPa； 流量（max）：600NL/min共五十四頁36測溫取樣(qyng)裝置 取樣裝置由固定鋼結構支撐(zh chng)，取樣槍插入鋼包預定深度，停留數秒后抽出。取樣槍可使用鋼水取樣探頭和測溫熱電偶，也可使用測溫和測氧含量的混合型探頭。共五十四頁37加料(ji lio)系統組 成： 高位料倉皮帶、儲料斗、溜槽和固定料槽；動 作： 造渣材料(cilio)和合金由上位料倉經溜槽和固定料槽進入鋼包。 料倉共16個，分別為

15、鐵合金、脫氧劑、造渣料和增碳劑。共五十四頁38喂絲裝置(zhungzh)目 的： 借助喂絲機將易氧化、易揮發合金制成包芯線輸入鋼液，達到(d do)脫氧、脫S等目的；喂絲設備： 松卷裝置、喂絲器、導向系統構成；喂絲操作： Al絲在成分調整時喂入，Si、Ca-Si絲在LF處理后喂入。喂絲時弱吹Ar攪拌，可自動設定也可手動。共五十四頁393.鋼包(gngbo)真空脫氣法（VD法）1) VD概述2) VD生產(shngchn)模擬3) VD生產工藝4) VD相關設備共五十四頁401) VD概述(i sh) 20世紀50年代由德國首先應用，用于生產低碳鋼，可嚴格控制成分和溫度。具有以下(yxi)功能：

16、 有效的脫氣，減少H、N； 脫氧，通過C+O=CO去除O； 通過堿性頂渣去S； 通過合金微調及吹Ar控制化學成分和溫度； 通過吹Ar使夾雜無聚集上浮。 VD主要與電弧爐和LF配合，用于生產管線鋼，S10ppm；H 1.5-2ppm；N 40ppm；O 20ppm。共五十四頁412) VD生產(shngchn)模擬工部(n b)全景生產模擬共五十四頁423) VD生產工藝基本原理真空(zhnkng)處理吹Ar制度(zhd)共五十四頁43基本原理真空(zhnkng)脫氣吹Ar精煉(jnglin)共五十四頁44真空(zhnkng)脫氣原 理： 基于H、N在鋼液中溶解服從平方根定律，當VD抽真空時，真

17、空室內壓力降低，使H、N隨之降低，達到去除目的。 脫氣產物(chnw)為氣體，向溶液中析出的脫氧產物(chnw)CO和吹Ar氣泡內擴散而一起去除。共五十四頁45吹Ar精煉(jnglin) 通過鋼包底部的多孔塞將Ar吹入鋼液， Ar在上升中形成小氣泡，對H、N而言為真空室，因此向其中擴散并帶走。此外，吹Ar利于去除夾雜、均勻(jnyn)成分和溫度，避免鋼液二次氧化。共五十四頁46真空(zhnkng)處理工作順序： 排氣連續(linx)壓縮（6min后）達設計真空度保持達到VD處理要求反抽氣破壞真空。共五十四頁47吹Ar制度(zhd) 鋼包到工位即吹Ar，不吹破渣面，防止透氣磚堵塞； 加合金采用大

18、流量吹Ar，吹開渣面，使合金直接進入鋼液，提高收得率； 高真空處理(chl)時小流量吹Ar，防噴濺； 喂絲時，小流量吹Ar，防止增N和二次氧化。共五十四頁484) VD相關(xinggun)設備加料系統自動測溫裝置喂絲設備真空罐蓋臺車真空罐共五十四頁49真空(zhnkng)罐組 成： 鋼板制成的圓桶、法蘭、密封(mfng)座和平板；典型參數： 直徑 6000-7000mm 高度 6000-7000mm 鋼板壁厚 20-40mm 鋼包距罐頂距離 200-300mm。共五十四頁50真空(zhnkng)罐蓋臺車罐 蓋： 鋼結構加工件，上設觀察孔、工業電視孔、合金(hjn)投料斗、托架、防熱罩吊掛裝置；臺 車： 由型鋼焊接的結構架和4個車輪組成，由電極驅動。共五十四頁51加料(ji lio)系統 帶真空閥門的真空料倉接受高位料倉輔助料，再把輔助料加入(jir)真空料倉，料倉布置在真空罐蓋的上面并一起運動。閥門的開閉由汽缸操作。共五十四頁52自動(zdng)測溫裝置 其固定在真空罐臺車上。取樣槍插入預定深度，停留數秒(sh mio)，然后抽出，槍頭使用探頭及熱電偶。共五十四頁53喂絲設備(shbi)組 成： 松卷裝置、喂絲機和導向裝置構成；絲線直徑(zhjng)：5-18mm喂絲速度：3-300m/min共五十四頁內容摘要1。大抽速蒸汽噴射