爐外精煉或鋼包冶金的含義

1、爐外精煉爐外精煉或鋼包冶金的含義:就是按傳統(tǒng)工藝，將在常規(guī)煉鋼爐中完成的精煉任務(wù)，如去除雜質(zhì)，成分和溫度的調(diào)整和均勻等任務(wù)，部分或全部地移到鋼包或其他容器中進行。因此，爐外精煉也稱二次精煉或鋼包冶金(SecondaryRefining/LadleMetallurgy)。爐外精煉的目的和手段爐外精煉的目的：在真空、惰性氣氛或可控氣氛的條件下進行深脫碳、脫硫、脫氧、除氣、調(diào)整成分(微合金化)和調(diào)整溫度并使其均勻化，去除夾雜物，改變夾雜物形態(tài)和組成等。鋼水爐外精煉是為適應(yīng)鋼的品種質(zhì)量的提高，生產(chǎn)新鋼種以及生產(chǎn)過程合理化，不可缺少的工序，成為現(xiàn)代煉鋼、連鑄生產(chǎn)中的重要環(huán)節(jié)。為了創(chuàng)造最佳的冶金反應(yīng)條件，

2、到目前為止，爐外精煉的基本手段有攪拌、渣洗、加熱、真空、噴吹等5種。鋼水精煉設(shè)備選擇的依據(jù)鋼種的質(zhì)量要求；連鑄機生產(chǎn)對鋼水的質(zhì)量要求；轉(zhuǎn)爐與連鑄機生產(chǎn)的作業(yè)協(xié)調(diào)要求。鋼包吹氬攪拌的作用鋼包吹氬攪拌是最基本也是最普通的爐外處理工藝。鋼包吹氬攪拌的作用是：均勻鋼水溫度。由于包襯吸熱和鋼包表面散熱，包襯周圍鋼水溫度較低，中心區(qū)域溫度較高，鋼包上、下部鋼水溫度較低，而中間溫度較高，這種溫度差異導(dǎo)致中間包澆注過程鋼水溫度前后期低，中期高。鋼包吹氬攪拌促使鋼包鋼水溫度穩(wěn)定均勻，有利于提高鑄坯內(nèi)部質(zhì)量，使結(jié)晶器內(nèi)坯殼生長均勻，避免開澆水口凍鋼斷流。均勻鋼水成分。出鋼是在鋼包內(nèi)加入大量的鐵合金，成分不均勻，吹

3、氬攪拌過程中可根據(jù)快速分析提供的鋼水成分而進行成分微調(diào)，以使鋼的成分控制范圍更窄，以確保鋼材性能均勻。促使夾雜物上浮，攪動的鋼水促使了鋼種非金屬夾雜物碰幢長大，上浮的氬氣泡能夠吸收鋼中的氣體，同時粘附懸浮與鋼水中的夾雜物并帶至鋼水表面被渣層所吸收。生產(chǎn)實踐表明，吹氬攪拌后鋼水氧含量有明顯降低，其降低幅度與脫氧程度有關(guān)，一般可降低20%以上，但脫氮效果不明顯，并要注意減少增氮。吹氬攪拌排除的夾雜物數(shù)量與鋼水液面上覆蓋渣層FeOt量有關(guān)，渣中的FeOt量越低，吹氬攪拌夾雜物排除的量越多。鋼包吹氬形式：底吹氬。底吹氬大多數(shù)是通過安裝在鋼包底部一定位置的透氣磚吹入氬氣。這種方法的優(yōu)點是均勻鋼水溫度、成

4、分和去除夾雜物的效果好，設(shè)備簡單，操作靈便，不需占用固定操作場地，可在出鋼過程或運輸途中吹氬。鋼包底吹氬攪拌還可與其他技術(shù)配套組成新的爐外精練方式。缺點是透氣磚有時易堵塞，與鋼包壽命不同步。頂吹氬。頂吹氬是通過吹氬槍從鋼包上部浸入鋼水進行吹氬攪拌，要求設(shè)立固定吹氬站，該法操作穩(wěn)定也可噴吹粉劑。但頂吹氬攪拌效果不如底吹。工作壓力、流量確定的一般原則：最小值的設(shè)定應(yīng)確保透氣磚或吹氬槍不被堵塞；最大值則以鋼包液面渣層不被大面積吹開，以免鋼水二次氧化。采用較大吹氬流量，叫強攪拌。預(yù)吹氬、加廢鋼調(diào)溫或調(diào)合金時采用強攪拌，以加速廢鋼、合金熔化，充分混合，保證鋼水成分、溫度均勻。其后的時間應(yīng)采用較小吹氬流量

5、進行弱攪拌，以促進夾雜物上浮，凈化鋼水。7經(jīng)過小流量較平穩(wěn)的弱攪拌，抑制了頂渣卷混，二次氧化等現(xiàn)象，氧化物夾雜總量比吹氬處理前大幅度降低，一般降低量可達45%大于20um勺夾雜物可從鋼水中被分離去除，因此要凈化鋼水，必須保證有足夠的弱吹氬時間。此外，需要脫硫時，則要用更大吹氬流量進行強攪拌，加速渣鋼界面反應(yīng)以利于脫硫。惰性氣體中的氬氣，不溶解于水，也不與任何元素發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，是一種十分理想的攪拌氣源，因此被普遍采用。從攪拌作用而言，氮氣與氬氣一樣，且氮氣更便宜，但在高溫下氮能溶解在鋼水中，其增氮量是隨溫度的升高及吹氮時間的延長而增多。當(dāng)溫度高于1575時，可使鋼中氮含量增加0.003%，影響鋼

6、的質(zhì)量，因而使用氮氣作為攪拌氣源受到了限制，僅有少量含氮鋼種可用吹氮氣攪拌，但還存在增氮不穩(wěn)定的問題。CAM和CAS-O法CA星成分調(diào)整密封吹量法，由日本發(fā)明，該工藝采用低吹氬強攪拌將液面渣層吹開，將下耐火材料制作的浸漬罩，浸漬深度為200mm在密封的浸漬罩內(nèi)迅速形成氬氣保護氣氛，可加入各種合金進行微合金化，合金吸收率高而穩(wěn)定，鋼的質(zhì)量有明顯改善。為了解決鋼加熱的問題，日本又在CASfe基礎(chǔ)上增設(shè)頂吹氧槍和加鋁粒設(shè)備，通過溶入鋼水內(nèi)的鋁氧化發(fā)熱，實現(xiàn)鋼水升溫，稱之為CAS-OB：藝，OBft是吹氧的意思。主要有鋼包及鋼包車、CASS漬罩及升降系統(tǒng)、。跳氧系統(tǒng)和鋁粒加入系統(tǒng)、合金加料系統(tǒng)、底吹氬

7、控制系統(tǒng)、計算機和自動化檢測控制系統(tǒng)等設(shè)備組成。CAS-OB工藝主要包括：吹氧升溫和終點溫度控制。吹氧過程連續(xù)加入鋁粒，合理控制加鋁量和吹氧量之比是避免鋼中GSi、M咻元素?zé)龘p和控制鋼中酸溶鋁含量的關(guān)鍵技術(shù)。一般每噸鋼水升溫1，鋁耗量為350-450g,升溫速度快。吹氬與夾雜物排除。采用加鋁升溫，鋁氧化生成大量A12O3夾雜，并可能使鋼中鋁含量升高。因此在加熱過程中，要精確控制加鋁量和吹氧量之比以及攪拌強度，升溫后要保證一定時間的弱吹氬攪拌，促進夾雜物上浮。合金微調(diào)。在CA&t理中補加合金進行鋼水成分的最終調(diào)整，實現(xiàn)窄成分控制。CA歐氮精煉法CAB!(CappedArgonBubbling)是

8、帶鋼包、蓋加合成渣吹氬精煉法，由日本新日鐵公司開發(fā)。對合成渣的要求是熔點低、流動性好、吸收夾雜能力強。吹氬時鋼液不與空氣接觸，避免二次氧化。上浮夾雜物被合成渣吸附和溶解，不會返回鋼中。鋼包有包蓋可大大減少降溫。合成渣處理鋼液，必須進行吹氬強攪拌，促進渣鋼間反應(yīng)，利于鋼液脫氧、脫硫及去除夾雜。LF爐LF爐(LadleFurnace)稱為鋼包爐(如圖8-2所示)，是20世紀(jì)70年代初由日本開發(fā)成功的，現(xiàn)已大量推廣應(yīng)用，成為當(dāng)代最主要的精煉設(shè)備。LF爐通過電弧加熱、爐內(nèi)還原氣氛、造白渣精煉、氣體攪拌等手段，強化熱力學(xué)和動力學(xué)條件，使鋼水在短時間內(nèi)達到脫氧、脫硫、合金化、升溫等綜合精煉效果。確保達到鋼

9、水成分精確，溫度均勻，夾雜物充分上浮凈化鋼水的目的，同時很好地協(xié)調(diào)煉鋼和連鑄工序，保證多爐連澆的順利進行。LF爐工藝的主要優(yōu)點：精煉能力強，脫氧、脫硫、凈化鋼水效果好，鋼的質(zhì)量顯著提高；適宜生產(chǎn)超低硫，超低氧鋼種。具有電弧加熱功能，熱效率高，升溫幅度大，溫度控制精度高。具備攪拌和合金化功能，易于實現(xiàn)窄成分控制，提高產(chǎn)品的穩(wěn)定性。采用渣鋼精煉工藝，精煉成本低。設(shè)備簡單，投資較少。LF爐的精煉功能：埋弧加熱。LF爐有3根石墨電極，加熱時電極插入渣層中進行埋弧加熱，因而輻射熱小，減少對包襯的損壞，熱效率高。上述反應(yīng)不僅提高了熔渣的還原性，而且還提高合金吸收率，生成C（RLF爐內(nèi)氣氛更具還原性。氬氣攪

10、拌。通過鋼包底吹氬氣攪拌加速鋼-渣之間的物質(zhì)傳遞，利于脫氧、脫硫反應(yīng)的進行，并促進夾雜物的上浮去除，特別是對Al2Q類型的夾雜物上浮去除更為有利。同時加速鋼水溫度和成分的均勻，達到精確地調(diào)整鋼水的成分。爐內(nèi)還原氣氛。鋼包與爐蓋密封起到隔絕空氣的作用，加之石墨電極氧化產(chǎn)生CCK體，爐內(nèi)形成了還原氣氛，鋼水在還原條件下進一步脫氧、脫硫及去除非金屬夾雜物，并避免增氮。白渣精煉。LF爐精煉的白渣是的還原渣。通過高堿度的還原渣，借助氬氣攪拌，實現(xiàn)有效的擴散脫氧、脫硫和去除非金屬夾雜物。LF爐的4大精煉功能互相滲透，互相促進。爐內(nèi)的還原氣氛，在加熱條件下的吹氬攪拌，提高了白渣的精煉能力，創(chuàng)造了一個理想的精

11、煉環(huán)境，從而使鋼的質(zhì)量顯著提高。LF爐脫氧和脫硫的原理LF爐可以采用沉淀與擴散脫氧相集合的脫氧方式。沉淀脫氧是直接向鋼水中加入脫氧劑進行脫氧，其制約因素是脫氧產(chǎn)物不易全部上浮到渣相中導(dǎo)致鋼水不純；擴散脫氧是根據(jù)分配定律，鋼水中氧向渣相中擴散，其脫氧的限制環(huán)節(jié)是渣-鋼界面?zhèn)髻|(zhì)慢。LF爐具有還原渣精煉和底吹氬強攪拌形成了良好的動力學(xué)條件，加大了擴散脫氧中渣-鋼間氧的傳輸速度和沉淀脫氧中脫氧產(chǎn)物的上浮速度，鋼水中的氧含量能將到很低的水平。當(dāng)溶解氧不變時，硫的分配系數(shù)隨（CaO的增加而增大，隨（FeQ、（SiO2）的增加而減少。脫氧程度對脫硫效果的影響很大，LF爐高堿度還原精煉渣脫氧效果良好，低氧活度

12、可增加熔渣的脫硫能力。（CaO含量高，（FeQ、（SiO2）含量低，對脫硫反應(yīng)十分有利，脫硫效率高。與硅相比，鋁具有較強的脫氧能力。一般鋁處理的鋼水，渣中（FeO+Mn）O的含量相當(dāng)?shù)?，脫硫也徹底。LF爐白渣精煉工藝的要點1）白渣出鋼，控制噸鋼水下渣量不大于5kg/t；2）鋼包渣改質(zhì)，控制鋼包渣堿度R2.5，渣中；3）白渣精煉，處理周期有限，白渣形成越早，精煉時間越長，精煉效果越好，一般采用CaO-Al2O3-SiO2系渣，保持熔渣良好的流動性和較高的渣溫，鋼包渣的最終控制成分列于表8-1。高堿度、低熔點、低氧化鐵的精煉渣能有效脫硫，吸收夾雜物，降低鋼中TO。4）控制LF爐內(nèi)為還原氣氛；5）良

13、好的底吹氬攪拌，保證爐內(nèi)既有較高的傳質(zhì)速度。鋼包噴粉是將參與合金反應(yīng)的粉劑，借助噴粉罐，由載流氣體混合形成粉氣流，并通過管道和有耐火材料保護的噴搶，將粉氣流直接導(dǎo)入鋼液之中。其主要優(yōu)點是：反應(yīng)界面大，反應(yīng)速度快；添加劑利用律高；由于有攪拌作用，為新形成的反應(yīng)產(chǎn)物創(chuàng)造了良好的浮離條件。鋼包噴粉的冶金效果：脫硫。一般脫硫、脫氧用硅鈣粉，成分為岫=54%,wcao=30%粒度小于1mm其中小于0.125mm50姒上，噴槍距包底250-300mm噴吹壓力為0.25-0.35MPa，噴吹時間為2-10min，供粉速率為7-10kg/min，氬氣流量為0.5-0.6m3/min。鋼中硫含量可以將到0.01

14、%以下，一般為0.005%，最低可達0.002%。凈化鋼液和控制夾雜物性態(tài)。噴吹鈣、鈣的合金或含鈣的化合物時，不僅降低鋼中夾雜的含量，還可以改變夾雜物的性態(tài)。噴鈣后，由于其脫氧、脫硫能力強，它能取代Mn舟的M并還原MnOFeQSiO2、Al2Q等氧化物夾雜。CaOfAl2O可形成低熔點的鋁酸鹽(12CaO7AdQ或CaOAl2Q),在鋼液中成球狀，易于上浮排除。由于夾雜物總量減少，特別是由群族狀A(yù)l2O3和長條狀Mn變成細小的圓球狀，因而鋼在不降低強度的條件下，顯著的提高塑性和沖擊韌性，并使鋼材的各向異性也得到顯著的改善。提高合金吸收率。噴入的合金粉劑能直接與鋼水接觸，有相當(dāng)大的接觸界面和相當(dāng)

15、長的接觸時間。特別是對于一些易氧化的元素，如硼、鈦、釩、鈣等，可避免它們在爐氣、爐渣中的燒損，使鋼水成分穩(wěn)定，對合金元素吸收率高。改善鋼水的可澆性。經(jīng)鈣處理的鋼水，流動性顯著提高，改善了鋼水的可澆性。由于CaOfAl2Q結(jié)合成低熔點鋁酸鈣(12CaO7A2lO3)在鋼水中呈球狀易上浮，避免了水口的堵塞。目前真空精煉設(shè)備與噴粉組合成新的精煉工藝，可進一步提高鋼水精煉效果。鋼包喂線喂線也稱喂絲，是20世紀(jì)70年代末在鋼包噴粉技術(shù)之后發(fā)展起來開的一種鋼包精煉技術(shù)，將Ca-Si、Ca-Al、硼鐵、鈦鐵、碳等合金或添加劑制成包芯線或純金屬線(如Al線)，通過機械的方法喂入鋼水深處，對鋼液進行脫氧、脫硫、

16、非金屬夾雜物變性處理和合金化等精煉處理，以提高鋼的純凈度，優(yōu)化產(chǎn)品的使用性能。在吹氬配合下的喂線技術(shù)除具有噴粉技術(shù)反應(yīng)速度快、效率高的優(yōu)點外，還消除了噴粉要求粉劑制備、輸送、防潮、防爆條件要求，設(shè)備投資、維護和運行費用大的缺點。喂線具有以下工藝特點：設(shè)備簡單，操作方便，占用場地較少；對鋼水?dāng)_動較小、熱損失小、減少了從大氣中的吸氧量和吸氮量；且均勻；喂線以一定速度進入鋼水深部，元素吸收率高而穩(wěn)定，脫氧效果好，對鋼的微量元素調(diào)整尤為方便。RH1空脫氣法和DHt空脫氣法RHI,即真空循環(huán)脫氣法，由原西德魯爾鋼鐵公司(Ruhrstahl)和海拉斯公司(Heraeus)聯(lián)合研制，斯目前廣泛應(yīng)用的一種真空

17、處理法。主體設(shè)備由真空室與抽氣裝置組成。真空室下部有吸取鋼水的上升管和排出鋼水的下降管。脫氣處理時，首先將兩根管插入鋼包內(nèi)液面以下150300mm抽真空時鋼水在大氣壓力作用下進入真空室。在上升管內(nèi)同時吹入氬氣，因鋼水內(nèi)充滿氬氣泡密度將少，鋼水向上流動進入真空室，氣體排除后鋼水密度增大而從下降管返回鋼包中。如此連續(xù)反復(fù)循環(huán)，使鋼水在真空室脫氣。DHt空處理法，由原西德的多特蒙德(Dortmund)和豪特爾(Horder)兩公司聯(lián)合研制，又稱提升脫氣法。這種裝置與RHF同，它采用一根浸漬管抽吸和放出鋼水，當(dāng)浸漬管插入鋼水，真空室抽真空，鋼水就上升到真空室中，然后下降鋼包或提升真空室，使脫氣后的鋼水

18、重返鋼包內(nèi)。如此多次處理，直至結(jié)束。目前DHt理法應(yīng)用較少。RH法適用于對含氫量嚴格要求的鋼種，主要是低碳薄板鋼，超低碳深沖鋼、厚板鋼、硅鋼、軸承鋼、重軌鋼等。RH-KTBI適用鋼種同RHS,多用于超低碳鋼、IF鋼及硅鋼的處理。RH-KTB/PB1增加鋼水脫硫功能，處理后可成產(chǎn)的超低硫鋼種。VEfe和VODfcVD(VacuumDegassing)精煉法是將轉(zhuǎn)爐、電爐的初煉鋼水置于真空室中，同時鋼包底部吹氬攪拌的一種真空處理法，可進行脫碳、脫氣、脫硫、去除雜質(zhì)、合金化和均勻鋼水溫度、成分等處理。其主要設(shè)備由真空系統(tǒng)、真空罐系統(tǒng)、真空罐蓋車及加料系統(tǒng)組成。適于生產(chǎn)各種合金結(jié)構(gòu)鋼、優(yōu)質(zhì)碳鋼和低合金

19、高強度鋼。在VDP上增加頂吹氧系統(tǒng)，構(gòu)成VOD爐，如圖8-10所示。此法可以完成真空吹氧脫碳的功能，適宜冶煉低碳鋼和低碳不銹鋼。VD真空處理依靠鋼包底部全程吹氬攪拌，目的是均勻鋼水的成分和溫度，促進真空脫氣、去硫、成分調(diào)整、夾雜物上浮，尤其是喂線后的軟吹氬更是去除鋼中氧化物夾雜的有效方法。與RHt空處理工藝相比，VD勺精煉強度受到鋼包凈空的嚴格制約。一般要求鋼包凈空為8001000mm若進行鋼液碳脫氧工藝時，鋼包凈空應(yīng)不小于900mm若實現(xiàn)吹氧脫碳工藝，則鋼包凈空為1.21.5m。ASEA-SKF煉爐和VAD1煉爐ASEA-SKF也稱桶式精煉爐，是瑞典公司研制的，它具有在鋼包內(nèi)對鋼液真空脫氣、電弧加熱、電磁攪拌的功能。VAD(VacuumArcDegassing)精煉爐是美國公司研制的，它具有電弧加熱、吹氬攪拌、真空脫氣、包內(nèi)造渣、合金化多種精煉功能。AOD1AO妒即氮氧脫碳法(ArgonOxygenDecarburization)，它是美國聯(lián)合碳化物公司的專利,AOD1的爐體類似氧氣轉(zhuǎn)爐，是一種常壓下的精煉設(shè)備。不銹鋼的