武科大-第五章?tīng)t外精煉(SecondaryRefining)

第五章?tīng)t外精煉(SecondaryRefining)爐外精煉的定義及特點(diǎn)爐外精煉S.R.(SecondaryRefining)：按傳統(tǒng)工藝，將常規(guī)煉鋼爐（轉(zhuǎn)、電）中完成的精煉任務(wù)（四脫（S、P、C、O），二去（氣體、夾雜），兩調(diào)整（溫度、成分）），部分或全部地轉(zhuǎn)移到鋼包或其它容器中進(jìn)行精煉的過(guò)程。在日本、歐洲先進(jìn)的鋼鐵生產(chǎn)國(guó)家,爐外精煉比超過(guò)90%，其中真空精煉比超過(guò)50%,有些鋼廠已達(dá)到100%。

/22:10:4709:48:112日本軸承鋼質(zhì)量好的根本原因就是在爐外精煉上大下功夫。日本山陽(yáng)鋼廠對(duì)不同氧含量的軸承鋼進(jìn)行疲勞試驗(yàn)證明，當(dāng)鋼中[0]由30ppm降到15ppm時(shí)，疲勞壽命增加5倍；降到10PPm，則提高15倍；降到5PPm，可提高30倍。由此可以看出，保證鋼材有高的純凈度是提高內(nèi)在質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。而爐外精煉就是為了解決科學(xué)技術(shù)發(fā)展對(duì)鋼材質(zhì)量的要求不斷提高而提出來(lái)的。/22:10:4709:48:113爐外精煉的特點(diǎn)特點(diǎn)：①選擇一個(gè)理想的精煉氣氛條件，通常采用真空、惰性氣氛或還原性氣氛；②對(duì)鋼液進(jìn)行攪拌，可采用電磁感應(yīng)、惰性氣流或機(jī)械方法攪拌；③鋼液加熱，在精煉過(guò)程中通常采用電弧加熱、埋弧加熱、等離子加熱或增加化學(xué)熱等。/22:10:4709:48:114手段：工藝操作主要包括真空處理，吹氬氣，吹氧，電磁攪拌，加入渣料、脫氧劑和合金元素，電弧加熱等。實(shí)際操作時(shí)主要采用其中一種和幾種組合操作制度。/22:10:4709:48:115精煉的作用及方法/22:10:4709:48:116/22:10:4709:48:117/22:10:4709:48:118/22:10:4709:48:119（1）渣洗渣洗法是在出鋼時(shí)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。精確控制爐渣成分,通過(guò)渣—鋼反應(yīng)實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼水的提純精煉。主要用于鋼水脫氧、脫硫和去除鋼中夾雜物。/22:10:4709:48:1110對(duì)反應(yīng)容器中的鋼液進(jìn)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(dòng)能，促使鋼液在精煉反應(yīng)器中對(duì)流運(yùn)動(dòng)。鋼液攪拌可改善冶金反應(yīng)動(dòng)力學(xué)條件，強(qiáng)化反應(yīng)體系的傳質(zhì)和傳熱，加速冶金反應(yīng)，均勻鋼液成分和溫度，有利于夾雜物聚合長(zhǎng)大和上浮排除。（2）攪拌/22:10:4709:48:1111a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(shí)踐證明，從底部通過(guò)透氣磚吹入氬氣，可充分發(fā)揮其攪拌作用，氬氣利用率高目前，大多數(shù)的吹氬攪拌均采用透氣磚底吹法。/22:10:4709:48:1112/22:10:4709:48:1113/22:10:4709:48:1114b電磁攪拌

對(duì)鋼水施加一個(gè)交變磁場(chǎng)，當(dāng)磁場(chǎng)以一定速度切割鋼液時(shí)，會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，這個(gè)電勢(shì)可在鋼液中產(chǎn)生感應(yīng)電流，載流鋼液與磁場(chǎng)的相互作用產(chǎn)生電磁力，從而驅(qū)動(dòng)鋼液運(yùn)動(dòng)，達(dá)到攪拌鋼液的目的。/22:10:4709:48:1115/22:10:4709:48:1116c循環(huán)攪拌典型的循環(huán)攪拌是鋼液在循環(huán)流動(dòng)的過(guò)程中實(shí)現(xiàn)攪拌，如RH（真空循環(huán)脫氣法）與DH（真空提升脫氣法）的攪拌方式，也有人稱吸吐攪拌。在精煉中，鋼包內(nèi)的攪拌是由真空室內(nèi)鋼液注流進(jìn)入鋼包中引起的。/22:10:4709:48:1117/22:10:4709:48:1118(3)真空當(dāng)冶金反應(yīng)生成物為氣體時(shí)，通過(guò)減小反應(yīng)體系的壓力即抽真空，可以使反應(yīng)的平衡向著生成氣態(tài)物質(zhì)的方向移動(dòng)。因此，在真空下，鋼液將進(jìn)一步脫氣、脫碳及脫氧。/22:10:4709:48:1119向鋼液中吹入氬氣，從鋼液中上浮的每個(gè)小氣泡都相當(dāng)于一個(gè)“小真空室”，氣泡內(nèi)的H2，N2及CO等分壓接近于零，鋼中的[H]、[N]以及碳氧反應(yīng)產(chǎn)物CO將向小氣泡中擴(kuò)散并隨之上浮排除。吹氬對(duì)鋼液具有“氣洗”作用。/22:10:4709:48:1120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(shù)值。而在AOD（氬氧精煉法）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(yīng)中產(chǎn)生的CO分壓，從而使鋼液的[C]含量達(dá)到超低碳水平。/22:10:4709:48:1121（4）噴吹噴吹法是用載氣（Ar）將精煉粉劑流態(tài)化，形成氣固兩相流，經(jīng)過(guò)噴槍，直接將精煉劑送入鋼液內(nèi)部的方法。由于在噴吹法中精煉粉劑粒度小，進(jìn)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。/22:10:4709:48:1122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(diào)整的作用。/22:10:4709:48:1123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(guò)喂絲機(jī)將其送入鋼液內(nèi)部。喂絲法的優(yōu)點(diǎn)：a可防止易氧化的元素被空氣和鋼液面上的頂渣氧化，準(zhǔn)確控制合金元素添加數(shù)量，提高和穩(wěn)定合金元素的利用率；（5）喂絲/22:10:4709:48:1124b添加過(guò)程無(wú)噴濺，避免了鋼液再氧化；C精煉過(guò)程溫降??；d設(shè)備投資少；e處理成本低。/22:10:4709:48:1125噴吹的功能及代表工藝/22:10:4709:48:1126噴吹工藝TN噴粉鋼包精煉法WF喂絲法/22:10:4709:48:1127（6）加熱鋼液在進(jìn)行爐外精煉時(shí)，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(shí)間均可自由選擇，以獲得最佳的精煉效果。/22:10:4709:48:1128/22:10:4709:48:1129常用的加熱方法有電加熱和化學(xué)加熱。電加熱方式主要有電弧加熱和感應(yīng)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(chǎn)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(guò)程中，需控制電弧長(zhǎng)度及造好發(fā)泡渣進(jìn)行埋弧加熱，以防止電弧對(duì)耐火材料產(chǎn)生高溫侵蝕。/22:10:4709:48:1130化學(xué)加熱是利用放熱反應(yīng)產(chǎn)生的化學(xué)熱來(lái)加熱鋼液的。常用的方法有硅熱法，鋁熱法和CO二次燃燒法?；瘜W(xué)加熱需吹入氧氣，與硅、鋁、CO反應(yīng)，才能產(chǎn)生熱量。/22:10:4709:48:1131LF爐（具有加熱和攪拌功能的鋼包精煉法）/22:10:4709:48:1132爐外精煉方法

1RH（1）RH概述（2）RH工藝流程（3）RH的發(fā)展（4）RH的精煉功能

/22:10:4709:48:1133RH概述運(yùn)用了真空、攪拌兩種精煉手段；功能：脫氣、成分的微調(diào)。/22:10:4709:48:1134原理：通過(guò)真空室抽成真空，使鋼水從兩根管內(nèi)上升到壓差高度約1.5m時(shí)從上升管下部三分之一處吹入Ar作為驅(qū)動(dòng)氣體，使上升管內(nèi)的鋼水中充滿氣泡，Ar經(jīng)高溫鋼水加熱，加之鋼中氣體向Ar氣泡內(nèi)擴(kuò)散，使其體積迅速膨脹，膨脹的氣泡使上升管內(nèi)的鋼水密度變小，氣泡帶動(dòng)鋼水上升，當(dāng)鋼水進(jìn)入真空室時(shí)．流速高達(dá)5m／s，Ar氣泡在真空下突然膨脹，鋼水呈雨滴狀噴起，大大增加了脫氣表面積，加速了鋼液脫氣過(guò)程，/22:10:4709:48:1135脫氣后的鋼水進(jìn)入下降管，因其比重相對(duì)較大，以1—2m／s的速度返回鋼包中如此周而復(fù)始多次循環(huán)．鋼水順次進(jìn)入真空室，在真空下完成脫氣過(guò)程。/22:10:4709:48:1136RH工藝流程①準(zhǔn)備工作；②裝料；③鋼包中測(cè)溫取樣；④鋼包上升；⑤啟動(dòng)真空泵；鋼液上升，上升管輸入驅(qū)動(dòng)氣體；⑥RH循環(huán)處理鋼水。/22:10:4709:48:1137/22:10:4709:48:1138RH精煉效果

（1）脫氣效果好：脫H至2ppm；脫O（含碳鎮(zhèn)靜鋼）20～60ppm；去氮：脫氮量不大，[N]<50ppm，沒(méi)效果；[N]>100ppm，脫N10～20％。（2）凈化鋼液：縱向、橫向機(jī)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。/22:10:4709:48:1139RH設(shè)備簡(jiǎn)介①真空室②鋼包車/22:10:4709:48:1140①真空室結(jié)構(gòu)：真空室由鋼板焊接的圓柱形容器，內(nèi)砌耐火材料。為直接結(jié)合MgO-Cr2O3磚，一部分為MgO-C磚。功能：