作者：冶金材料系 冶金技术 2007210342 陈维 关键词：炉外精炼；LF；AOD；VOD； RH；CAS-OB 随着现代科学技术的发展和工农业对钢材质量要求的提高,钢厂普遍采用了炉外精炼工艺流程,它已成为现代炼钢工艺中不可缺少的重要环节。由于这种技术可以提高炼钢设备的生产能力,改善钢材质量,降低能耗,减少耐材、能源和铁合金消耗,因此,炉外精炼技术已成为当今世界钢铁冶金发展的方向。对于炉外精炼技术存在的问题及发展方向有必要进行探讨 一 炉外精炼技术简介
所谓炉外精炼，就是按传统工艺，将在常规炼钢炉中完成的精炼任务，如去除杂质(包括不需要的元素，气体和夹杂)，成分和温度的调整和均匀化等任务，部分或全部地移到钢包或其他容器中进行。因此，炉外精炼也称为二次精炼或钢包冶金。。
二 炉外精炼出现和发展的原因
随着科学技术的发展，对炼钢的生产率，钢的成本、钢的纯洁度以及使用性能，都提出了愈来愈高的要求。传统的炼钢设备和炼钢工艺难以满足用户越来越高的要求。
炉外精炼是近年来发展起来的一项炼钢新技术。转炉，电炉和平炉都可以配合各种各样的炉外精炼方法。目前，经炉外精炼的普通钢已占其总产量的60％，特殊钢的炉外精炼比已高达85％。 一种新技术的出现并得到迅速的发展，必然有其技术上和经济上的原因。炉外精炼法作为一项新技术也不例外。
炉外精炼技术出现和迅速发展的技术原因，除传统的炼钢工艺无法满足用户对钢材质量日益严格的要求外，传统工艺还难以适应炼钢领域所出现的一系列新技术。
三 国内外炉外精炼技术的发展历程和现状
随着炼钢技术的不断进步,炉外精炼在现代钢铁生产中已经占有重要地位,传统的生产流程(高炉→炼钢炉(电炉或转炉)→铸锭),已逐步被新的流程(高炉→铁水预处理→炼钢炉→炉外精炼→连铸)所代替。已成为国内外大型钢铁企业生产的主要工艺流程,尤其在特殊钢领域,精炼和连铸技术发展得日趋成熟。精炼工序在整个流程中起到至关重要的作用,一方面通过这道工序可以提高钢的纯净度、去除有害夹杂、进行微合金化和夹杂物变性处理;另一方
面,精炼又是一个缓冲环节,有利于连铸生产均衡地进行。 日本在20世纪70年代为了降低炼钢成本,提高钢的纯净度和质量,率先将炉外精炼技术应用于特殊钢生产中,随后西欧的钢铁企业也加入到推广和使用这项技术的行列中。80年代连铸技术发展迅速,原有的炼钢炉难以满足连铸的技术要求,更加促进了炉外精炼技术的发展,到1990年为止世界各主要工业国家拥有1000多台(套)炉外精炼设备。 我国早在20世纪50年代末,60年代中期就在炼钢生产中采用高碱度合成渣在出钢过程中脱硫冶炼轴承钢、钢包静态脱气等初步精炼技术,但没有精炼的装备。60年代中期至70年代有些特钢企业(大冶、武钢等)引进一批真空精炼设备。80年代我国自行研制开发的精炼设备逐渐投入使用(如LF炉、喷粉、搅拌设备),黑龙江省冶金研究所等单位联合研制开发了喂线机、包芯线机和合金芯线,完善了炉外精炼技术的辅助技术。现在这项技术已经非常成熟,以炉外精炼技术为核心的“三位一体”短流程工艺广泛应用于国内各钢铁企业,取得了很好的效果。初炼(电炉或转炉)→精炼→连铸,成了现代化典型的工艺短流程。 四 炉外精炼技术的特点与功能
炉外精炼是指在钢包中进行冶炼的过程,是将真空处理、吹氩搅拌、加热控温、喂线喷粉、微合金化等技术以不同形式组合起来,出钢前尽量除去氧化渣,在钢包内重新造还原渣,
保持包内还原性气氛。炉外精炼的目的是降低钢中的C、P秘鲁渔场
、S、O、H、N、等元素在钢中的含量,以免产生偏析、白点、大颗粒夹杂物,降低钢的抗拉强度、韧性、疲劳强度、抗裂性等性能。这些工作只有在精炼炉上进行,其特点与功能如下: 1 可以改变冶金反应条件。炼钢中脱氧、脱碳、脱气的反应产物为气体,精炼可以在真空条件下进行,有利于反应的正向进行,通常工作压力≥50Pa,适于对钢液脱气。 2可以加快熔池的传质速度。液相传质速度决定冶金反应速度的快慢,精炼过程采用多种搅拌形式(气体搅拌、电磁搅拌、机械搅拌)使系统内的熔体产生流动,加速熔体内传热、传质的过程,达到混合均匀的目的。 3可以增大渣钢反应的面积。各种精炼设备均有搅拌装置,搅拌过程中可以使钢渣乳化,合金、钢渣随气泡上浮过程中发生熔化、熔解、聚合反应,通常1吨钢液的渣钢反应面积为0.8～1.3mm2,当渣量为原来的6%时,钢渣乳化后形成半径为0.3mm的渣滴,反应界面会增大1000倍。微合金化、变性处理就是利用这个原理提高精炼效果。 4 可以在电炉(转炉)和连铸之间起到缓冲作用,精炼炉具有灵活性,使作业时间、温度控制较为协调,与连铸形成更加通畅的生产流程 五 炉外精炼的基本原理
1吹氩的基本原理：氩气是一种惰性气体，从钢包底部吹入钢液中，形成大量小气泡，其气泡对钢液中的有害气体（H2、N2）来说，相当于一个真空室，使钢中[H][N]进入气泡，使其含量降低，并可进一步除去钢中的[O]，同时，氩气气泡在钢液中上沲而引起钢液强烈搅拌，提供了气相成核和夹杂物颗粒碰撞的机会，有利于气体和夹杂物的排除，并使钢液的温度和成分均匀。
2 真空脱气的原理：钢中气体的溶解度与金属液上该气体分压的平方根成正比，只要降低该气体的分压力，则溶解在钢液中气体的含量随着降低。
3 LF炉脱氧和脱硫的原理：LF炉可以采用沉淀与扩散脱氧相结合的脱氧方式。沉淀脱氧是直接向钢水中加入脱氧剂进行脱氧，其制约因素是脱氧产物不易全部上浮到渣相中导致钢水不纯；扩散脱氧是根据分配定律，钢水中氧向渣相中扩散，其脱氧的限制环节是渣-钢界面传质慢。LF炉具有还原渣精炼和底吹氩强搅拌形成了良好的动力学条件，加大了扩散脱氧中渣-钢间氧的传输速度和沉淀脱氧中脱氧产物的上浮速度，钢水中的氧含量能降到很低的水平。
六 炉外精炼的任务
1降低钢中的硫、氧、氢、氮和非金属夹杂物含量，改变夹杂物形态，以提高钢的纯净度，
改善钢的机械性能；
2 深脱碳，在特定条件下把碳降到极低含量，满足低碳和超低碳钢的要求；
3 微调合金成分，将成分控制在很窄的范围内，并使其分布均匀，降低合金消耗，提高合金元素收得率；
4 将钢水温度调整到浇铸所需要的范围内，减少包内钢水的温度梯度。
七 炉外精炼的内容
脱氧、脱硫；去气、去除夹杂；调整钢液成分及温度。
八 炉外精炼的手段
渣洗：最简单的精炼手段；
真空：目前应用的高质量钢的精炼手段；
搅拌：最基本的精炼手段；
喷吹：将反应剂直接加入熔体的手段；
调温：加热是调节温度的一项常用手段；
九 主要的精炼工艺
LF；AOD；VOD； RH；CAS-OB；喂线；钢包吹氩搅拌；喷粉。
炉外精炼的种类是很多的，常用的有；AOD氩氧精炼法、CAB钢包密封吹氩搅拌法、CAS钢包密封吹氩、调整成分精炼法、DH真空提升脱气法、RH真空循环脱气法、VAD真空、搅拌、电弧加热精炼法、LF具有加热和搅拌功能的钢包精炼法、LFV带真空的LF炉、VD具有真空和搅拌功能的钢包精炼法、VOD真空吹氧脱碳法
1 LF炉
LF炉指一种利用钢包对钢水进行炉外精炼的设备
LF炉(LADLE FURNACE)即钢包精炼炉，是钢铁生产中主要的炉外精炼设备。它的主要任务是： ①脱硫 轴瓦②温度调节 ③精确的成分微调 ④改善钢水纯净度 回首黄土地⑤造渣 在霍夫曼降解LF炉生产中建立过程控制计算机系统，主要用来解决以下问题： ①实时接收生产计划，按照计划动态组织生产。 ②按照炉次对LF炉生产进行实时的数据跟踪。 ③通过冶金模型的计算，实现作业过程的优化，同时并向操作人员提供操作指导。 ④向下工序提供LF炉作业数据。 ⑤向工艺人员提供生产数据的历史追溯.
LF炉一般指钢铁行业中的精炼炉。 实际就是电弧炉的一种特殊形式。
LF 精炼炉
LF钢包精炼炉可供初炼炉（电炉、中频炉、AOD炉、转炉）钢水精炼、保温之用。是满足优钢、特钢生产和连铸、连轧的重要冶金设备。具有常压电弧加热、脱氧去气、吹氩搅拌、加料调整成分、测温、取样、脱磷脱硫等功能。
特 点：
采用三相电极三(单)支臂、水冷炉盖，具有电极旋转和平移钢包车两种结构，占地少，适于旧车间改造。可选钢包倾动机构，进行扒渣操作。
采用机械传动、PLC控制、液压或气动电极夹紧，水冷电缆设备简单，易于使用维护，可靠性高。
具有包底吹氩(氮)装置，可以人工(或机械)包顶加料，吹氧(辅助脱碳.脱磷)。
配合各种小型熔炼炉生产各种特殊钢，最小单炉处理钢水量 6-8T，单炉处理时间 25-35min。
2 AOD
AOD即氩氧脱碳精炼炉，是一项用于不锈钢冶炼的专有工艺。
AOD氩氧精炼炉设备组成： AOD炉体、 AOD悬架、 托圈、 AOD挡渣罩、 AOD底座、
轴承和轴承座、 倾炉系统驱动机构, AOD事故倾动驱动机构.
AOD法特点：
采用廉价高碳铬铁大幅度降低原料成本。 采用二步法炼钢，缩短了冶炼时间，提高了生产本。 采用AOD法冶炼的不锈钢，质量稳定。 AOD炉设备简单，基建投资小。 AOD法操作简单，可靠，并可稳定地实现过程自动控制。
3 VD/VOD炉
基本情况：VD 的功能仅是真空加搅拌，VOD 是Vacuum and stir and injection oxygen；VD主要应用于轴承钢脱氧；VOD 主要用于不锈钢冶炼；
设备用途：VD型钢包精炼炉可对钢水进行真空脱气处理及真空下合金成分微调及氩气搅拌。VOD型钢包精炼炉是在真空下吹氧、脱碳、真空除气、真空下合金成分微调，主要用于精炼超低碳不锈钢和电工纯铁等。
主要形式：VD/VOD型钢包精炼炉可采用单独工位，也可采用双工位，真空罐为高架式或地坑式布置，也可采用车载式，真空罐盖的移动方式可采取旋开式或车载移开式。
设备组成：VD/VOD型钢包精炼炉由真空罐、真空罐盖及罐盖提升机构、钢包、氧机构、真空加料装置、测温取样和观察系统、氧气系统、氩气系统、冷却水系统、真空泵系统等组成
4 rh精炼炉
Ruhrstahl 公司和Heraeus公司1957年开发的。也称钢液循环脱气法，将钢液提升到一容器内处理。
主要冶炼高质量产品，如轴承钢、LF钢、硅钢、不锈钢、齿轮钢等。
RH工艺特点
①反应速度快，表观脱碳速度常数kC洁净度检测可达到3.5min-1。处理周期短，生产效率高，常与转炉配套使用。②反应效率高，钢水直接在真空室内进行反应，可生产H≤0.5×10-6，峡江县N≤25×10-6，C≤10×10-6的超纯净钢。③可进行吹氧脱碳和二次燃烧进行热补偿，减少处理温降；④可进行喷粉脱硫，生产[S]≤5×10-6的超低硫钢。
RH工艺参数
处理容量：大炉子比小炉子好(50t以上)；
处理时间：钢包在真空位的停留时间τ；
抽气能力。
RH真空工艺过程
出钢后，钢包测温取样；
下降真空室，插入深度为150-200mm；
起动真空泵，一根插入管输入驱动气体；
当真空室的压力降到26－10kpa后，循环加剧；
钢水上升速度为5m/s、下降速度为1－2m/s；
气泡在钢液中将气体及夹杂带出。
5 CAS、CAS－OB精炼工艺
工艺优点：
钢液升温和精确控制钢水温度；促进夹杂物上浮，提高钢水纯净度； 精确控制钢液成分，实现窄成分控制；均匀钢水成分和温度；与喂线配合，可进行夹杂物的变性处理；冶炼节奏快，适合转炉的冶炼节奏。
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