120t區(qū)域精煉工藝3-16

一、爐外精煉采用的手段及其功能

1.渣洗渣洗是能適量脫硫、脫氧、去夾雜、提高鋼水純凈度的最簡(jiǎn)便的精煉手段。早在二十世紀(jì)30年代就已開(kāi)始應(yīng)用。渣洗工藝有一定的缺陷，如不能去除鋼中氣體，甚至可能增氮和造成二次氧化。為增強(qiáng)鋼渣反應(yīng)界面，應(yīng)使鋼、渣盡可能混勻、乳化，而為使乳化的合成渣盡可能上浮，又需要足夠的鎮(zhèn)靜時(shí)間。另外，渣洗效果精煉渣的性能影響非常大。盡管渣洗有上述缺陷，但由于其操作方便、簡(jiǎn)潔，與其他精煉手段綜合應(yīng)用，可以有效的脫硫、脫氧和吸附夾雜。應(yīng)用渣洗的爐外精煉方法有CAS、LF、VD等。10/21/202412.攪拌

攪拌是絕大部分爐外精煉方法都采用的基本手段。

冶金反應(yīng)的速率與鋼液被攪動(dòng)的程度有關(guān)，因?yàn)閿嚢杩梢詳U(kuò)大反應(yīng)界面，加快傳質(zhì)，改善動(dòng)力學(xué)條件，從而提高鋼—渣—?dú)獾姆磻?yīng)速度。爐外精煉方法，除了要?jiǎng)?chuàng)造最佳的熱力學(xué)條件外，還必須提供最佳的動(dòng)力學(xué)條件，因此攪拌幾乎成為各種爐外精煉的必選。

攪拌作為一種爐外精煉手段，攪拌強(qiáng)度、持續(xù)時(shí)間應(yīng)當(dāng)可以按精煉要求控制。

較早出現(xiàn)的攪拌方法，是利用鋼液本身的位能，依靠鋼液的沖擊，促使鋼水?dāng)噭?dòng)。

真空碳氧反應(yīng)產(chǎn)生的CO氣泡產(chǎn)生熔池?cái)嚢?，但攪拌?qiáng)度較弱，持續(xù)的時(shí)間也不可能太長(zhǎng)，精確控制也比較困難。

RH、DH等方法利用壓差造成部分鋼水位能差異，利用鋼液回流攪動(dòng)熔池，是一種簡(jiǎn)便可行的辦法。

單純的攪拌可以均勻成分、溫度，促進(jìn)夾雜物聚合、上浮。10/21/202423.真空

真空是爐外精煉中廣泛采用的手段。真空對(duì)有氣相參加，且反應(yīng)前后氣相分子數(shù)不同的反應(yīng)均產(chǎn)生影響，促使反應(yīng)向生成氣相多的方向進(jìn)行。

現(xiàn)在各種爐外精煉方法中，真空度通常有幾十帕，對(duì)于鋼液脫氣、碳脫氧、超低碳鋼脫碳等反應(yīng)均能起到作用。只要提高真空度，并若輔以吹氬、脫碳反應(yīng)或延長(zhǎng)真空脫氣時(shí)間，[H]含量可降到2ppm以下。

氮在鋼水中傳質(zhì)慢，同時(shí)由于鋼中固氮元素的影響，脫氮效率低一些，一般在20~30%。10/21/202434.噴吹

噴吹也稱噴射，是將反應(yīng)劑利用氣流直接加入冶金熔體中的一種爐外精煉方法。由于它簡(jiǎn)便、高效，所以也經(jīng)常作為一種精煉手段，組合到其他爐外精煉方法中。

噴吹技術(shù)利用氣體的攪拌作用增加了粉狀精煉劑和鋼液的接觸界面，顯著改善冶金反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)條件。因此可以實(shí)現(xiàn)快速脫硫、脫磷、脫氧，提高合金收得率，促使夾雜物變性等功能。

RH配備噴吹功能，可以進(jìn)行深脫硫，生產(chǎn)超低硫鋼。10/21/202445.喂線

喂線是通過(guò)喂線機(jī)將鈣、鋁、硅鈣、鋇系合金等制成的包芯線或鋁等金屬線高速加入到鋼液的方法。具有如下特點(diǎn)：

·合金收得率高；

·能解決特種合金的加入問(wèn)題；

·避免合金加入時(shí)的吸氮；

·投資費(fèi)用少，應(yīng)用范圍廣，操作簡(jiǎn)便。

喂線技術(shù)可單獨(dú)應(yīng)用。也可應(yīng)用到各種精煉方法中。目前各種爐外精煉方法中都添加了喂線設(shè)施，并且以推廣到中間包喂線、結(jié)晶器喂線。

采用不同的包芯線、金屬線，喂線技術(shù)可具有脫氧、脫硫、夾雜物變性、防止水口堵塞等功能。10/21/202456.升溫

加熱是調(diào)節(jié)鋼液溫度的一項(xiàng)常用手段。爐外精煉設(shè)備大多配備加熱手段。

采用電弧加熱的方法有LF等爐外精煉方法，有些DH、RH的真空室內(nèi)也設(shè)有電阻加熱。還采用化學(xué)熱法升溫，即利用加鋁（或碳、硅）吹氧氧化的化學(xué)熱，使鋼液升溫，如CAS—OB、RH—OB、VOD等。

10/21/20246二、LF精煉工藝10/21/20247LF工藝流程1.只經(jīng)LF處理的鋼水到處理位測(cè)溫、取樣、定氧吹氬加渣料喂線預(yù)加熱及補(bǔ)加渣料吹氬結(jié)束加保溫劑鋼水出站主加熱合金微調(diào)測(cè)溫、取樣、定氧到等待位10/21/202482.經(jīng)LF/VD(RH)處理的鋼水到處理位測(cè)溫、取樣、定氧吹氬加渣料預(yù)加熱及補(bǔ)加渣料吹氬結(jié)束鋼水出站主加熱合金微調(diào)測(cè)溫、取樣、定氧到等待位10/21/20249LF主要技術(shù)參數(shù)公稱容量：120t最大鋼水處理量：150t最小鋼水處理量：100t電極電流密度（國(guó)產(chǎn)電極）：27A/cm2電極直徑：450mm電極最大電流：45KALF變壓器功率（連續(xù)負(fù)載）：26MVA最大升溫速度：5℃/min10/21/202410LF爐主要設(shè)備LF設(shè)備主要包括：加熱電源、爐蓋、電極及控制裝置、鋼包車、鋼包、除塵系統(tǒng)、底吹攪拌裝置、加料系統(tǒng)。10/21/202411LF的作用提高生產(chǎn)能力降低出鋼溫度提高合金收得率均勻鋼水的成分和溫度精確控制鋼水的成分和溫度協(xié)調(diào)爐機(jī)節(jié)奏鋼水的脫硫和脫氧去除鋼中的夾雜物以及夾雜物的變性處理10/21/202412LF精煉工藝1.溫度控制工藝1.1埋弧加熱：減少吸氮；提高加熱效率。1.2加熱終了溫度確定：TLF終了=T中+ΔT1+ΔT2TLF終了-最后一次加熱結(jié)束后的鋼包鋼水溫度。T中-中間包標(biāo)準(zhǔn)溫度。ΔT1-過(guò)程溫降。ΔT2-補(bǔ)償溫度。10/21/2024132.還原渣精煉工藝LF爐利用白渣進(jìn)行鋼水精煉，實(shí)現(xiàn)鋼水脫氧、脫硫，去除夾雜，白渣精煉是LF爐工藝操作的核心，也是提高鋼水純凈度的重要保證。

目前LF精煉渣一般采用CaO-SiO2-Al2O3-MgO渣系

CaO主要來(lái)源于加入的石灰和初煉爐渣

SiO2和Al2O3主要來(lái)源于初煉爐渣、脫氧產(chǎn)物和耐火材料以及造渣料。

MgO來(lái)源于初煉爐渣、鋼包和爐蓋耐火材料。10/21/202414精煉渣的要求：

合適的成分

低的熔化溫度

低氧勢(shì)

合適的粘度

高堿度

適當(dāng)?shù)脑?0/21/202415要取得良好的精煉效果，控制好精煉渣的成分至關(guān)重要。對(duì)于LF處理來(lái)說(shuō)，主要要控制以下幾個(gè)方面：

適當(dāng)?shù)母邏A度：高堿度渣有利于脫氧、脫硫和吸附夾雜，但是隨著堿度的增加，渣的流動(dòng)性降低，降低了精煉反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)條件。同時(shí)，由于高堿度的精煉渣會(huì)形成點(diǎn)狀?yuàn)A雜，對(duì)軸承鋼等鋼種產(chǎn)生較大的影響，因此應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要控制適當(dāng)?shù)膲A度。

低SiO2含量：SiO2含量的增加，勢(shì)必增加石灰的加入量，造成消耗的增加和處理時(shí)間的延長(zhǎng)，同時(shí)SiO2含量過(guò)高時(shí)，在高溫和低氧勢(shì)的精煉處理過(guò)程中，易發(fā)生Si的還原，最終影響成分的精確控制或造成成分出格。10/21/202416適當(dāng)?shù)腁l2O3含量：在渣中的Al2O3含量低于30%時(shí)，增加其含量，可以增加渣的流動(dòng)性，改善動(dòng)力學(xué)條件，但是Al2O3含量過(guò)高，不利于夾雜物的吸附。

低氧勢(shì)：(FeO+MnO+Cr2O3)含量一般應(yīng)控制在2.0%以下，以保證脫氧、脫硫效果。

CaF2：螢石有利于化渣，但是對(duì)包襯的侵蝕嚴(yán)重，因此應(yīng)盡量減少其用量。

MgO：渣中的MgO含量增加，有利于提高鋼包壽命，但是隨著MgO含量的增加，渣子的流動(dòng)性變差，惡化了動(dòng)力學(xué)條件。

10/21/202417加熱工藝對(duì)精煉渣的要求要求高堿度精煉渣。高堿度精煉渣的導(dǎo)電性能良好，電弧穩(wěn)定，一般要求堿度≥2。確保埋弧加熱，提高熱電效率。控制適當(dāng)?shù)脑鼘雍穸?，渣層過(guò)薄，無(wú)法保證埋弧加熱，能耗增加，同時(shí)對(duì)鋼包內(nèi)襯的侵蝕加??；渣層過(guò)厚，用于渣料消耗的能耗增加，同時(shí)由于電極被渣層包覆，電極區(qū)域的溫度過(guò)程，將會(huì)發(fā)生如下反應(yīng)：CaO+3C→CaC2+CO從而使電極消耗增加。一般情況下，控制渣層厚度為電弧長(zhǎng)度的2倍左右為宜。10/21/2024183.LF脫氧沉淀脫氧Al+O→Al2O3擴(kuò)散脫氧Al+O2-→Al2O3Al2O3+CaO→(CaO)x(Al2O3)y10/21/202419一般情況下，脫氧結(jié)束后Mn/Si要＞3，保證生成的硅化物在鋼水中以液態(tài)存在。

脫氧產(chǎn)物應(yīng)有效的從熔池中上浮并被精煉渣所吸附。

自由氧含量比全氧含量更易降低。

精煉渣的特性能滿足脫氧的要求。10/21/202420對(duì)于全氧來(lái)說(shuō)，其去除速度主要取決于夾雜物的上浮速度和渣的吸附能力。攪拌時(shí)通過(guò)鋼液的流動(dòng)，促進(jìn)夾雜物的碰撞、聚合，直徑增大，利于上??；在攪拌條件下，夾雜物與乳化渣碰撞，被渣滴吸附，隨渣滴上浮排除。由于吸附夾雜，渣滴本身也長(zhǎng)大，上浮速度加快；氣體攪拌時(shí)，夾雜物吸附在氣泡上，隨氣泡上升并排除。由于Al2O3比硅化合物更容易通過(guò)碰撞、聚合長(zhǎng)大，因此更易去除。在精煉處理過(guò)程中，鋼水被渣中的FeO、MnO以及大氣中的氧二次氧化。10/21/2024214.Ca處理對(duì)于Al脫氧鎮(zhèn)靜鋼，鋼中夾雜物主要是固態(tài)Al2O3夾雜物，熔點(diǎn)高，不易去除。通過(guò)向鋼液中加入鈣合金或高CaO渣料，將鋼中固態(tài)的Al2O3轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)的鋁酸鈣球形夾雜，易于從鋼液中排除。殘余的夾雜物對(duì)鋼材性能的影響也比固態(tài)Al2O3小。同時(shí)，含CaO很高的夾雜物中S的平衡濃度很高，可以吸附大量的S，當(dāng)其溫度降低時(shí)，CaS析出，生成復(fù)合夾雜物，該夾雜物為球形，熔點(diǎn)高，軋制時(shí)狀態(tài)不變形。Ca處理必須在精煉處理結(jié)束后進(jìn)行。喂入Ca線的速度要適當(dāng)。喂線速度受鋼水溫度、鋼帶厚度、熔池深度等方面的影響，同時(shí)應(yīng)考慮鋼帶表面鋼水冷凝層厚度的影響?？刂粕傻腿埸c(diǎn)的鋁酸鈣夾雜。為了避免生產(chǎn)大量的CaS，應(yīng)控制鋼中的S含量。喂入CaSi線后，將會(huì)還原Si、Mn等元素。10/21/2024225.吹氬攪拌工藝均勻成分均勻溫度擴(kuò)散脫氧脫硫夾雜物去除10/21/202423吸氣LF處理過(guò)程中的吸氣主要由于氣體分子在電弧的高溫作用下，產(chǎn)生氣體分子電離，同時(shí)在高溫區(qū)域氣體的溶解度增加，易造成吸氣。由于在攪拌過(guò)程中造成鋼水液面裸露，發(fā)生吸氣以及二次氧化現(xiàn)象。處理時(shí)間越長(zhǎng)，吸氣越嚴(yán)重。應(yīng)保證埋弧加熱，減少吸氣量。10/21/202424三、VD工藝10/21/202425VD工藝流程鋼水到站測(cè)溫、定氧、定氫吹氬抽真空保真空吹氬結(jié)束喂線加保溫劑破真空測(cè)溫、取樣、定氧、定氫出站10/21/202426VD主要技術(shù)參數(shù)真空泵抽真空能力：370kg/h（67Pa）抽真空時(shí)間（無(wú)預(yù)排空條件下）：≤5min工作真空度：67Pa極限真空度：26.7PaVD蒸汽消耗：12.1t/h蒸汽溫度：≥190℃蒸汽鍋爐能力：19t/h破真空時(shí)間：2min10/21/202427VD爐主要設(shè)備VD爐主要設(shè)備有：真空罐、真空系統(tǒng)、真空罐蓋車、底吹系統(tǒng)、加料系統(tǒng)等。10/21/202428VD的作用均勻鋼水溫度和鋼水成分。真空脫氣。協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)爐連鑄生產(chǎn)節(jié)奏。鋼水深脫氧、脫硫。去除鋼水中夾雜。夾雜物變性處理。成分微調(diào)。10/21/202429VD精煉工藝1.真空脫氣一般來(lái)講，脫氣過(guò)程可分為三個(gè)環(huán)節(jié)：由液相向氣—液界面?zhèn)髻|(zhì)；在氣—液界面上的化學(xué)反應(yīng)；由氣—液界面向氣相傳質(zhì)。10/21/202430在真空過(guò)程中，氣—液界面的化學(xué)反應(yīng)十分迅速；由于氣相的分壓很低，由氣—液界面向氣相傳質(zhì)的速度液很快。所以液相傳質(zhì)是鋼液脫氣中的限制性環(huán)節(jié)。

當(dāng)鋼液中存在CO或Ar氣泡時(shí)，產(chǎn)生脫氣反應(yīng)。這些氣泡中氫、氮的分壓接近于零，在氣液界面處產(chǎn)生[H]＝1/2H2和[N]＝1/2N2的反應(yīng)，H2和N2進(jìn)入CO或Ar氣泡，隨之上浮排除。CO或Ar氣泡的數(shù)量越多，停留時(shí)間越長(zhǎng)，脫氣效果越好。同時(shí)脫氣速度與氣體在鋼中含量有關(guān)，氣體含量少時(shí)，脫氣效果不明顯。

真空條件下，氣相分壓大幅度減少，攪拌更加強(qiáng)烈，[H]、[N]反應(yīng)界面增大，提高了氣—液間的傳質(zhì)系數(shù)。10/21/202431真空狀態(tài)下，脫氫效果與以下因素有關(guān)：

☆初始含量：初始含量越低，達(dá)到最終含量的處理時(shí)間越短。鋼液中初始含量并不取決于大氣中的氫分壓，鋼液中〔H〕主要是空氣中水蒸氣和原材料中水分帶入的。

☆處理時(shí)間：處理時(shí)間越長(zhǎng)，最終〔H〕含量越低，但是當(dāng)〔H〕含量降低到一定程度，隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，最終〔H〕含量變化不大。因?yàn)榇藭r(shí)鋼水靜壓力和傳質(zhì)速度是其限制環(huán)節(jié)。

☆真空度：真空度提高，氣相中氫分壓降低，有利于脫氫反應(yīng)。

☆吹氬攪拌：通過(guò)吹氬攪拌，相應(yīng)增加了氣液反應(yīng)界面；提高了熔池內(nèi)傳質(zhì)速度；氬氣泡上浮時(shí)，溶解在鋼中的〔H〕會(huì)以原子的形式進(jìn)入氬氣泡，氬氣泡相當(dāng)于一個(gè)個(gè)微小的真空室。

☆表面活性元素：〔O〕、〔S〕等表面活性元素含量的降低，有利于〔H〕原子通過(guò)氣液界面。10/21/202432真空脫氮：

氮在鋼液中以兩種形態(tài)存在：自由氮原子和結(jié)合氮（如AlN等）。由于鋼液中和氮原子結(jié)合力強(qiáng)的元素（Al、Ti、V等）的存在，因此真空脫氮效果較差。

增加真空脫氮速度應(yīng)采取以下措施：

☆降低初始含量：鋼液中溶解的〔N〕主要來(lái)源于轉(zhuǎn)爐吹煉過(guò)程、出鋼過(guò)程、LF精煉過(guò)程中加入的原材料帶入和大氣中氮?dú)馊芙膺M(jìn)入鋼水中。因此應(yīng)控制原材料和大氣中進(jìn)入鋼水中的〔N〕。

☆提高真空度：提高真空度可以降低氣相中氮分壓，從而降低鋼中氮的平衡壓力。

☆降低鋼中表面活性元素〔S〕、〔O〕的含量有利于脫氮反應(yīng)的進(jìn)行。

☆吹氬攪拌及CO氣泡攪拌。10/21/202433四、RH工藝10/21/202434RH工藝流程鋼水到站測(cè)溫、定氧、定氫吹氬真空處理成分調(diào)整吹氬結(jié)束喂線加保溫劑破真空測(cè)溫、取樣、定氧、定氫出站10/21/202435RH爐主要設(shè)備RH的設(shè)備主要包括：能源介質(zhì)系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)、鋼包臺(tái)車系統(tǒng)、真空槽車系統(tǒng)、真空排氣系統(tǒng)、合金加料系統(tǒng)、頂槍系統(tǒng)、（噴粉系統(tǒng)）、(預(yù)熱槍系統(tǒng))、耐材修砌烘烤系統(tǒng)、真空槽維護(hù)系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、三電控制系統(tǒng)和輔助設(shè)備等。10/21/202436RH的作用升溫。調(diào)整鋼水溫度和鋼水成分。真空脫氣。真空脫氧和真空脫碳。協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)爐和連鑄生產(chǎn)節(jié)奏。去除鋼水中夾雜。夾雜物變性處理。10/21/2024371.鋼水循環(huán)原理EH△BBP2P110/21/202438RH鋼液的循環(huán)原理類似于“氣泡泵”的作用，當(dāng)兩個(gè)浸漬管插入到鋼液一定深度時(shí)，啟動(dòng)真空泵，真空室被抽真空，由于真空室內(nèi)外的壓力差，鋼液從兩個(gè)浸漬管上升到與壓力差相等的高度，即循環(huán)高度B，與此同時(shí)，上升管提升氣體由于受熱膨脹以及壓力由P1降到P2而引起的等溫膨脹，使上升管內(nèi)鋼液與氣體的混合物密度降低，從而驅(qū)動(dòng)鋼液上升進(jìn)入真空室內(nèi)，使真空室內(nèi)的平穩(wěn)狀態(tài)被打破，為保持平穩(wěn)，一部分鋼液從下降管回到鋼包中，就這樣鋼水受到壓力差和提升氣體的作用不斷從上升管涌入到真空室內(nèi)，并經(jīng)下降管回到鋼包中，周而復(fù)始，實(shí)現(xiàn)鋼液的循環(huán)。10/21/2024392.提高環(huán)流量的方法森辛治公式Q:RH環(huán)流量，t/minG:環(huán)流氣體流量(m3/min);d:環(huán)流管內(nèi)徑(m);p1,p2分別表示大氣和真空室內(nèi)壓力(Pa)10/21/202440增加循環(huán)管的截面積

增加提升氣體流量

提高真空度

增加提升氣體的進(jìn)入高度10/21/2024413.RH脫氣從理論上講，RH真空精煉過(guò)程中是具有脫氮能力，但是由于鋼中氮的擴(kuò)散速度很慢，在鋼中氮含量很低的情況下，RH真空精煉過(guò)程中脫氮是很困難的，有時(shí)甚至由于RH真空室漏氣或提升氣體氬氣不純而增氮。在RH真空處理過(guò)程中調(diào)整氮含量的方法是在RH精煉過(guò)程中添加增氮?jiǎng)?，或采用氮?dú)庾鳛樘嵘龤怏w，提高RH真空精煉過(guò)程中的氮分壓來(lái)增加鋼中的氮含量。而通過(guò)提升氣體來(lái)增氮還可以提高鋼中氮含量的控制精度。10/21/2024424.真空脫碳碳、氧反應(yīng)原理RH真空脫碳時(shí)，［C］、［O］反應(yīng)生產(chǎn)CO氣體，降低真空槽中的CO分壓使［C］、［O］反應(yīng)向生成CO氣體的方面進(jìn)行。其反應(yīng)的平衡常數(shù)為從熱力學(xué)來(lái)講主要是以下幾個(gè)方面：1.CO的分壓；2.[%C],[%O]的濃度10/21/202443真空脫碳速度

RH內(nèi)的脫碳速度取決于兩個(gè)基本過(guò)程：

1.鋼包內(nèi)的混勻過(guò)程，主要取決于鋼水量和環(huán)流量

2.真空室內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)和混勻過(guò)程

在低碳區(qū)，碳的傳質(zhì)是反應(yīng)的限制環(huán)節(jié)：

kc=60/［W(1/Q+1/αkcρ］

在高碳低氧區(qū)，氧的傳質(zhì)