RH、LF和VD爐外精煉技術(shù)

1、1冶金概論 -爐外精煉主講:冶金工程系孫麗娜(教授)2主要內(nèi)容一一. .概概 述述二二.RH.RH、LFLF及及VDVD法簡(jiǎn)介法簡(jiǎn)介3一、概 述1.爐外精煉的概念和目的2.爐外精煉的發(fā)展3.爐外精煉的分類(lèi)4.爐外精煉的共同特點(diǎn)41.爐外精煉的概念及目的概念：概念： 爐外精煉就是將轉(zhuǎn)爐（或電爐）中初煉的鋼水移到另一反應(yīng)器中進(jìn)行精煉的過(guò)程，也稱(chēng)二次精煉。目的：目的： 把傳統(tǒng)的煉鋼方法分為兩步，即初煉+精煉。初煉在氧化性氣氛下進(jìn)行爐料的熔化、脫P(yáng)、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(jìn)行深脫C、去氣、脫氧、去夾雜物和夾雜物變性處理，調(diào)整成分，控制鋼水溫度等，從而優(yōu)化工藝和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、開(kāi)

2、發(fā)高附加值產(chǎn)品、節(jié)能降耗、降低成本增加經(jīng)濟(jì)效益。52.爐外精煉的發(fā)展 20世紀(jì)30年代 20世紀(jì)40年代 20世紀(jì)50年代 20世紀(jì)60,70年代 20世紀(jì)80年代 20世紀(jì)90年代-今使用高堿度合成渣進(jìn)行脫S以提高鋼水質(zhì)量；在低真空度下對(duì)鋼水進(jìn)行脫氣處理；大抽速蒸汽噴射泵問(wèn)世,DH、RH真空法用于鋼水脫氣,減少了雜質(zhì)數(shù)量；在真空脫氣基礎(chǔ)上，V O D 、 V A D 、A S E A 、 L F V 、RH-OB蓬勃發(fā)展;出現(xiàn)合金包絲線(xiàn)喂絲法,不同功能精煉設(shè)備的組合使用;多種形式發(fā)展，廣泛應(yīng)用的有循環(huán)真空處理（RH，RH-OB）,提升真空處理（DH）,合金微調(diào)及溫度處理（CAS,CAS-OB

3、）,LF鋼包精煉爐,真空吹氬脫氧（ V D ） , 真 空 吹 氧 脫 碳（VOD）,鋼包噴粉（KIP、TN、SL）,喂絲法、氬氧精煉（AOD）等.63.爐外精煉的分類(lèi)1)1)按精煉手段分類(lèi)按精煉手段分類(lèi)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(fā)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、LF72)按精煉的主要用途分類(lèi)按精煉的主要用途分類(lèi)3）DH、RH,不同形式的流滴去氣法和真空吹A(chǔ)r法,可脫除鋼中氣體、氧和夾雜,但無(wú)加熱

4、設(shè)備,適應(yīng)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(guò)程中對(duì)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(duì)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;84.爐外精煉方法的共同特點(diǎn)爐外精煉方法的共同特點(diǎn) 理想的精煉氣氛條件，通常應(yīng)用真空、惰性氣氛或還原氣氛； 攪動(dòng)鋼水，采用電磁力、惰性氣體或機(jī)械攪拌的方法； 為補(bǔ)償精煉過(guò)程的鋼水溫度損失，采用加熱設(shè)施有電弧加熱、等離子加熱或增加鋼水中的化學(xué)熱等。9二二.RH.RH、LFLF及及VDVD法簡(jiǎn)介法簡(jiǎn)介101.真空循環(huán)脫氣法（

5、RH法）1）RH的功能與特點(diǎn)2）生產(chǎn)過(guò)程模擬3）RH設(shè)備簡(jiǎn)介4）RH過(guò)程工藝原理5）RH的主要功能與工藝參數(shù)111）RH的功能與特點(diǎn) 以小部分鋼水進(jìn)入真空環(huán)境，經(jīng)受真空處理，在不同程度上增大了鋼氣接觸面積，提高了精煉脫氣效果。特特 點(diǎn)：點(diǎn)：脫氣效果好；適用于大量的鋼液處理；處理過(guò)程溫降?。幻揅能力強(qiáng)，適用于低碳鋼的生產(chǎn)122）生產(chǎn)過(guò)程模擬133）RH設(shè)備簡(jiǎn)介14真真 空空 室室結(jié)結(jié) 構(gòu)：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 M g O -Cr2O3磚，一部分為MgO-C磚。功功 能：能： 是脫氣系統(tǒng)的重要組成部分，有足夠的容積，保證鋼水在真空脫氣過(guò)程中有較大

6、的脫氣表面，提高脫氣效果，同時(shí)在脫氣過(guò)程中熱損失小。15鋼鋼 包包 車(chē)車(chē)功功 能：能： 用鋼包車(chē)將煉鋼車(chē)間的鋼水送到澆注工段； 沿鋪設(shè)的寬軌鐵路線(xiàn)運(yùn)行，是自行臺(tái)車(chē)，有兩套直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的運(yùn)行機(jī)構(gòu)。164）RH過(guò)程生產(chǎn)工藝原理 當(dāng)真空室抽真空后，插入管插入鋼液中，Ar經(jīng)鋼液加熱膨脹，形成向上流動(dòng)的氣泡，使上升管內(nèi)的鋼液隨之上升進(jìn)入真空室。氣泡在真空室下突然膨脹，使鋼液濺成極細(xì)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地從下降管回到鋼包中。如此循環(huán)多次，達(dá)到精煉鋼液的目的。175) RH的主要功能與工藝參數(shù)功功 能能: :脫H:對(duì)完全

7、脫氧鋼液脫氫效率 60%,對(duì)未完全脫氧鋼液,由于C-O反應(yīng)劇烈,70%.脫氣時(shí)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(duì)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:改善鋼水純凈度;成分微調(diào):合金元素控制精度為0.0030.010%18工藝參數(shù)工藝參數(shù): :處理容量:鋼包鋼水重量, 30t;脫氣時(shí)間:鋼水在真空下脫氣的處理時(shí)間,2030min;循環(huán)因數(shù):鋼包內(nèi)的鋼水通過(guò)真空室的次數(shù),等于5;循環(huán)流量:單位時(shí)間通過(guò)真空室的鋼水量;真空度:真空室內(nèi)的壓力.RH處理67134Pa,RH-OB

8、處理,2000033000Pa192.埋弧加熱桶爐法（LF法）1) LF概述2) LF生產(chǎn)模擬3) LF工藝原理4) LF生產(chǎn)工藝5) LF相關(guān)設(shè)備201) LF概述 LF是日本大同制鋼公司于1971年開(kāi)發(fā)，特點(diǎn)是將電弧爐煉鋼還原期任務(wù)移到專(zhuān)用的鋼包內(nèi)進(jìn)行。在利用電弧加熱鋼水的同時(shí)，向鋼液內(nèi)吹入惰性氣體（Ar），以實(shí)現(xiàn)在非氧化性氣氛下精煉，從而達(dá)到鋼液脫硫、脫氧、去氣、去夾雜物的效果。經(jīng)LF處理的鋼水，鋼中O10-30ppm、N20ppm、H1.5-2.5ppm。212) LF生產(chǎn)模擬工部全景工部全景生產(chǎn)模擬生產(chǎn)模擬223) LF工藝原理23脫脫 氧氧目目 的的: : 鋼中過(guò)剩氧與C反應(yīng)產(chǎn)生氣

9、泡,將造成凝固組織不致密;沉淀脫氧沉淀脫氧: : Fe-Si和Al等脫氧劑與鋼中O反應(yīng),脫氧產(chǎn)物上浮,達(dá)到脫氧的目的.因產(chǎn)物在鋼液內(nèi)部以沉淀形態(tài)產(chǎn)生,故稱(chēng)沉淀脫氧.優(yōu)點(diǎn):脫氧速度快,操作簡(jiǎn)單,缺點(diǎn):部分脫氧產(chǎn)物成為非金屬夾雜;擴(kuò)散脫氧擴(kuò)散脫氧: : C、Si、Mn等脫氧元素以粉末狀加入渣中,與渣中（FeO）、（MnO）、（Fe2O3）及O在鋼渣界面進(jìn)行反應(yīng),使O降低，脫氧產(chǎn)物直接溶于渣中,不污染鋼液；脫氧劑選擇脫氧劑選擇: : 脫氧元素對(duì)氧的親和力鐵對(duì)氧的親和力；脫氧產(chǎn)物在鋼液中的溶解度盡可能?。粴埩翡撝械拿撗踉貙?duì)鋼性能不產(chǎn)生壞的影響；脫氧元素應(yīng)在鋼液中溶解快、均勻并經(jīng)濟(jì)。24脫脫 硫硫目目

10、 的的: : S在鋼中產(chǎn)生”熱脆”并降低鋼的抗腐蝕性、延展性和韌性；原原 理理: :（FeS）+（CaO）=（FeO）+（CaS）條條 件件: : 高堿度、還原氣氛、高溫、大渣量25去去 夾夾 雜雜來(lái)來(lái) 源：源： 脫氧產(chǎn)物、澆注及凝固反應(yīng)產(chǎn)物，混入熔渣及耐材；危危 害：害： 破壞鋼的組織連續(xù)性；措措 施：施： 減少外部帶入；強(qiáng)化冶煉；提高耐材質(zhì)量；出鋼過(guò)程強(qiáng)化非金屬夾雜排除264) LF生產(chǎn)工藝27供電制度供電制度 初期低功率供電造渣;泡沫渣造好后高功率埋弧精煉埋弧精煉;連續(xù)加熱1015min后,停止加熱25min,使鋼液溫度均 勻 , 加 熱 時(shí) 間 約30min,升溫速度為2-4 /min

11、28吹氬制度吹氬制度原原 則則: : 鋼包到位后,采用中等吹A(chǔ)r量,均勻成分和溫度; 化渣時(shí)采用大流量吹A(chǔ)r以盡快化渣; 加合金時(shí),采用大流量吹A(chǔ)r,加速合金熔化,提高收得率; 通電時(shí),采用小流量吹A(chǔ)r,均勻溫度又不引起大的液面波動(dòng).29造渣制度造渣制度目目 的的: : 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。基本制度基本制度: : 渣料加入量8-10Kg/t; 分批加入,出鋼過(guò)程加40-50%,其余待化渣后分2-3次加入; 爐渣過(guò)稠加CaF2,爐渣過(guò)稀加CaO.常用渣系：常用渣系： CaO-CaF2；CaO-Al2O3； 堿度4-630成分調(diào)整成分調(diào)整粗粗 調(diào)

12、：調(diào)： 根據(jù)電爐鋼水成分分析確定合金加入量；細(xì)細(xì) 調(diào)：調(diào)： 在白渣后進(jìn)行，此時(shí)鋼液中各元素充分均勻和平衡，合金收得率穩(wěn)定，易于命中目標(biāo)。315) LF相關(guān)設(shè)備32供電系統(tǒng)供電系統(tǒng)組組 成：成： 電爐變壓器和導(dǎo)電短網(wǎng)組成，實(shí)現(xiàn)低電壓大電流輸入至熔池；參參 數(shù)數(shù)（150t）： 變壓器功率：22MVA； 二次電壓：335-315V； 三相交流：50Hz； 二次電流：48KA； 電極直徑：457mm； 極心圓直徑：750mm； 升溫速度：2-4/min。33鋼包及臺(tái)車(chē)鋼包及臺(tái)車(chē)爐爐 體：體： LF爐體為電弧爐出鋼用鋼包；鋼包車(chē)：鋼包車(chē)： 鋼板焊接結(jié)構(gòu)，由鋼包支架、二臺(tái)電動(dòng)機(jī)、電纜線(xiàn)、調(diào)速器、防熱罩構(gòu)成

13、。34爐蓋提升裝置爐蓋提升裝置結(jié)結(jié) 構(gòu)：構(gòu)： 爐蓋主要用于保溫，保持還原氣氛，減少電極氧化。內(nèi)圈為耐材，外圈為水冷管；電極孔周?chē)鸀槟筒暮徒^緣材料；爐蓋提升裝置：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(shí)現(xiàn)爐蓋升降。35事故攪拌裝置事故攪拌裝置作作 用：用： 在透氣磚不能工作情況下，惰性氣體通過(guò)頂槍吹入鋼包，進(jìn)行事故攪拌；結(jié)結(jié) 構(gòu)：構(gòu)： 頂槍安裝在支撐框架上，支撐框架安裝在爐蓋側(cè)面，頂槍通過(guò)電動(dòng)機(jī)和卷筒實(shí)現(xiàn)上下；參參 數(shù)：數(shù)： 頂槍壓力：0.6-1.6MPa； 流量（max）：600NL/min36測(cè)溫取樣裝置測(cè)溫取樣裝置 取樣裝置由固定鋼結(jié)構(gòu)支撐，取樣槍插入鋼包預(yù)

14、定深度，停留數(shù)秒后抽出。取樣槍可使用鋼水取樣探頭和測(cè)溫?zé)犭娕?，也可使用測(cè)溫和測(cè)氧含量的混合型探頭。37加料系統(tǒng)加料系統(tǒng)組組 成：成： 高位料倉(cāng)皮帶、儲(chǔ)料斗、溜槽和固定料槽；動(dòng)動(dòng) 作：作： 造渣材料和合金由上位料倉(cāng)經(jīng)溜槽和固定料槽進(jìn)入鋼包。 料倉(cāng)共16個(gè)，分別為鐵合金、脫氧劑、造渣料和增碳劑。38喂絲裝置喂絲裝置目目 的：的： 借助喂絲機(jī)將易氧化、易揮發(fā)合金制成包芯線(xiàn)輸入鋼液，達(dá)到脫氧、脫S等目的；喂絲設(shè)備：喂絲設(shè)備： 松卷裝置、喂絲器、導(dǎo)向系統(tǒng)構(gòu)成；喂絲操作：喂絲操作： Al絲在成分調(diào)整時(shí)喂入，Si、Ca-Si絲在LF處理后喂入。喂絲時(shí)弱吹A(chǔ)r攪拌，可自動(dòng)設(shè)定也可手動(dòng)。393.鋼包真空脫氣法（

15、VD法）1) VD概述2) VD生產(chǎn)模擬3) VD生產(chǎn)工藝4) VD相關(guān)設(shè)備401) VD概述 20世紀(jì)50年代由德國(guó)首先應(yīng)用，用于生產(chǎn)低碳鋼，可嚴(yán)格控制成分和溫度。具有以下功能：具有以下功能： 有效的脫氣，減少H、N； 脫氧，通過(guò)C+O=CO去除O； 通過(guò)堿性頂渣去S； 通過(guò)合金微調(diào)及吹A(chǔ)r控制化學(xué)成分和溫度； 通過(guò)吹A(chǔ)r使夾雜無(wú)聚集上浮。 VD主要與電弧爐和LF配合，用于生產(chǎn)管線(xiàn)鋼，S10ppm；H 1.5-2ppm；N 40ppm；O 20ppm。412) VD生產(chǎn)模擬工部全景工部全景生產(chǎn)模擬生產(chǎn)模擬423) VD生產(chǎn)工藝43基本原理基本原理44真空脫氣真空脫氣原原 理：理： 基于H、N

16、在鋼液中溶解服從平方根定律，當(dāng)VD抽真空時(shí)，真空室內(nèi)壓力降低，使H、N隨之降低，達(dá)到去除目的。 脫氣產(chǎn)物為氣體，向溶液中析出的脫氧產(chǎn)物CO和吹A(chǔ)r氣泡內(nèi)擴(kuò)散而一起去除。45吹吹A(chǔ)rAr精煉精煉 通過(guò)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(duì)H、N而言為真空室，因此向其中擴(kuò)散并帶走。此外，吹A(chǔ)r利于去除夾雜、均勻成分和溫度，避免鋼液二次氧化。46真空處理真空處理工作順序：工作順序： 排氣連續(xù)壓縮（6min后）達(dá)設(shè)計(jì)真空度保持達(dá)到VD處理要求反抽氣破壞真空。47吹吹A(chǔ)rAr制度制度 鋼包到工位即吹A(chǔ)r，不吹破渣面，防止透氣磚堵塞； 加合金采用大流量吹A(chǔ)r，吹開(kāi)渣面，使合金直接進(jìn)入鋼液，提高收得率； 高真空處理時(shí)小流量吹A(chǔ)r，防噴濺； 喂絲時(shí)，小流量吹A(chǔ)r，防止增N和二次氧化。484) VD相關(guān)設(shè)備49真空罐真空罐組組 成：成： 鋼板制成的圓桶、法蘭、密封座和平板；典型參數(shù)：典型參數(shù)： 直徑 6000-7000mm 高度 6000-7000mm 鋼板壁厚 20-40mm 鋼包距罐頂距離 200-300mm。50真空罐蓋臺(tái)車(chē)真空罐蓋臺(tái)車(chē)罐罐 蓋：蓋： 鋼結(jié)構(gòu)加