冶金概论-炉外精炼通用课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,/,/13:34:00,*,第五章 炉外精炼(Secondary Refining),主要内容,5.1 炉外精炼的特点,5.2 精炼手段,5.3 炉外精炼方法,5.3.1 RH,5.3.2 LF,/,/13:34:00,2,钢中杂质元素,钢中杂质元素,是指O、S、P、H、N等非金属元素（对某些钢种也包含C）及有色金属（Pb、As、Sb、Bi、Cu、Sn等）。,这些溶解在钢中的元素用传统的炼钢方法是很难除去的，不能达到纯净钢要求的标准。,由于真空技术的应用，H所引起的白点问题已基本解决。,P除利用高磷生铁或冶炼超低碳钢种外，多数钢种能达到P0.03%水平。,/,/13:34:00,3,C虽是一般钢种的有益元素，但在某些特殊钢中可成为有害元素，因此，要求含量很低.,N在一般钢种中是有害元素，要求大力降低。,O和S是钢中必须大量除去的主要杂质(少数钢种，如易切削钢等例外:一般低硫钢的S0.025，有的甚至S0.01；中硫钢的S=0.040.09；高硫钢的S=0.10.3)。,钢实际上合金基体与非金属夹杂物组成的复合材料。,生产纯净钢必须进一歩大力降低钢中的wO和wS，达到510,-3,%以下。,/,/13:34:00,4,5.1 炉外精炼的定义及特点,炉外精炼,S.R.(Secondary Refining)：按传统工艺，将常规炼钢炉（转、电）中完成的精炼任务（四脱（S、P、C、O），二去（气体、夹杂），两调整（温度、成分），部分或全部地转移到钢包或其它容器中进行。,/,/13:34:00,5,炉外精炼的特点,任务、要求常规炼钢炉不能满足常规炉缺陷不足改进办法出现S.R,特点：,二次冶金。创造最佳环境，提高效率、解决难创造最佳条件和效率低的问题；,具备各种类型的搅拌，改善了动力学条件，解决了优越性不能发挥的问题；,具备浇注功能（钢包炉、容器）省略出钢过程，解决了已精炼钢水的再污染、工艺安排矛盾的问题。,/,/13:34:00,6,5.2 精炼手段,5.2.1 对精炼手段的要求,5.2.2 精炼手段定义,5.2.3 精炼手段的作用及代表方法,/,/13:34:00,7,对精炼手段的要求,主要要求：,独立性不是伴随其他冶金过程出现的一种现象,作用时间可控,作用强度可调,还有：,作用的能力重现性好,便于与其他精炼手段配合,操作方便、设备简单、基础投资和运行费用低,/,/13:34:00,8,精炼手段：,具有独立性、作用时间可控、作用强度可调的特定方法、措施,称为精炼手段。,炉外精炼共有5种精炼手段：,渣洗、真空、搅拌、加热、喷吹。,5.2.2 精炼手段定义,/,/13:34:00,9,精炼手段,功 能,代表方法,渣洗,脱S、脱O、去夹杂,同炉、异炉、混合VSR,真空,脱气、脱C、脱O,RH、DH,搅拌,净化、均匀成分，促进其他冶金反应,所有精炼方法,（除了渣洗）,加热,调温、保证精炼时间,LF,、SKF、CAS-OB、AOH,喷吹,高效加入反应剂,5.2.3 精炼手段的功能及代表方法,/,/13:34:00,10,精炼的作用及方法,/,/13:34:00,11,渣洗,渣洗法,是在出钢时利用钢流的冲击作用使钢包中的合成渣与钢液混合，精炼钢液。,/,/13:34:00,12,对反应容器中的钢液进行搅拌，是炉外精炼的最基本、最重要的手段。它采取某种措施给钢液提供动能，促使钢液在精炼反应器中对流运动。,钢液搅拌可改善冶金反应动力学条件，强化反应体系的传质和传热，加速冶金反应，均匀钢液成分和温度，有利于夹杂物聚合长大和上浮排除。,5.2.3.2 搅拌,/,/13:34:00,13,1、气体搅拌,气体搅拌主要用氩气，故又称氩气搅拌。向钢液吹入氩气可以用顶枪插入法，也可以用底部透气砖法。,实践证明，从底部通过透气砖吹入氩气，可充分发挥其搅拌作用，氩气利用率高,目前，大多数的吹氩搅拌均采用透气砖底吹法。,/,/13:34:00,14,2、电磁搅拌,对钢水施加一个交变磁场，当磁场以一定速度切割钢液时，会产生感应电势，这个电势可在钢液中产生感应电流，载流钢液与磁场的相互作用产生电磁力，从而驱动钢液运动，达到搅拌钢液的目的。,3、循环搅拌,典型的循环搅拌是钢液在循环流动的过程中实现搅拌，如RH与DH的搅拌方式，也有人称吸吐搅拌。,在RH精炼中，钢包内的搅拌是由真空室内钢液注流进入钢包中引起的。,/,/13:34:00,15,/,/13:34:00,16,/,/13:34:00,17,5.2.3.3真空,当冶金反应生成物为气体时，通过减小反应体系的压力即抽真空，可以使反应的平衡向着生成气态物质的方向移动。因此，在真空下，钢液将进一步脱气、脱碳及脱氧。,向钢液中吹入氩气，从钢液中上浮的每个小气泡都相当一个“小真空室”，气泡内的H,2,，N,2,及CO等分压接近于零，钢中的H、N以及碳氧反应产物CO将向小气泡中扩散并随之上浮排除。吹氩对钢液具有“气洗”作用。,例如，电弧炉冶炼不锈钢的返回吹氧法，在1873K下很难使C降至很低的数值。而在AOD法中，向钢液中吹入不断变换Ar/O,2,比例的气体，可以降低碳氧反应中产生的CO分压，从而使钢液的C含量达到超低碳水平。,采用专门的真空装置，将钢液置于真空环境中精炼，可以降低钢中气体、碳及氧含量。,常用的真空装置主要有VD、RH等。,/,/13:34:00,18,5.2.3.4 喷吹,喷吹法,是用载气（,Ar,）将精炼粉剂流态化，形成气固两相流，经过喷枪，直接将精炼剂送入钢液内部。,由于在喷吹法中精炼粉剂粒度小，进入钢液后，与钢液的接触面积大大增加。因此，可以显著提高精炼效果。,炉外精炼中钢液的精炼剂一类为以钙的化合物（,CaO,或,CaC,2,）为基的粉剂或合成渣，另一类为合金元素如,Ca,、,Mg,、,Al,、,Si,及稀土元素等。,将精炼剂加入钢液中，可起到脱硫、脱氧，去除夹杂物，夹杂物变性处理以及合金成分调整的作用。,/,/13:34:00,19,喂丝法,是将易氧化，密度小的合金元素置于低碳钢包裹线中，通过喂丝机将其送入钢液内部。,喂丝法的优点是，可防止易氧化的元素被空气和钢液面上的顶渣氧化，准确控制合金元素添加数量，提高和稳定合金元素的利用率；,添加过程无喷溅，避免了钢液再氧化；,精炼过程温降小；,设备投资少；,处理成本低。,/,/13:34:00,20,喷吹类型,反应剂,作 用,代表工艺,单一气体喷吹,Ar,O,2,净化、均匀,脱C,钢包底吹氩,VOD、RH-OB、RH-KTB,混合气体喷吹,Ar+O,2,H,2,O+O,2,脱C,脱C,AOD,CLU(法国、瑞典),喷 粉,脱硫剂,合金,变性剂,脱硫,合金化,控制夹杂物形态,TN、SL,SL,SL、TN,喂 丝,铝丝,包芯线：B、Ti,Re、Ca,脱氧,合金化,脱硫控制夹杂,WF,喷吹的功能及代表工艺,/,/13:34:00,21,喷吹工艺,/,/13:34:00,22,5.2.3.5 加热,钢液在进行炉外精炼时，由于有热量损失，造成温度下降。若炉外精炼方法具有加热升温功能，可避免高温出钢和保证钢液正常浇注，增加炉外精炼工艺的灵活性，精炼剂用量，钢液处理最终温度和处理时间均可自由选择，以获得最佳的精炼效果。,/13:34:01,23,常用的加热方法有电加热和化学加热。,电加热方式主要有电弧加热和感应加热。,电弧加热原理与电弧炉相似，采用石墨电极，通电后，在电极与钢液间产生电弧，依靠电弧的高温加热钢液。,由于电弧温度高，在加热过程中，需控制电弧长度及造好发泡渣进行埋弧加热，以防止电弧对耐火材料产生高温侵蚀。,化学加热是利用放热反应产生的化学热来加热钢液的。常用的方法有硅热法，铝热法和CO二次燃烧法。,化学加热需吹入氧气，与硅、铝、CO反应，才能产生热量。,/13:34:01,24,LF炉,/13:34:01,25,5.3 炉外精炼方法,5.3.1 RH,5.3.1.1 RH概述,5.3.1.2 RH工艺流程,5.3.1.3 RH的发展,5.3.1.4 RH的精炼功能,/13:34:01,26,5.3.1.1 RH概述,运用了真空、搅拌两种,精炼手段；,功能：脱气、成分的微调。,/13:34:01,27,5.3.1.2 RH工艺流程,准备工作；,装料；,钢包中测温取样；,钢包上升；,启动真空泵；钢液上升，上升管输入驱动气体；,RH循环处理钢水。,/13:34:01,28,/13:34:01,29,5.3.1.3 RH的发展,1 RH-OB,2 RH-KTB,3 RH-IJ、RH-PB,/13:34:01,30,1 RH-OB,1972年，新日铁的,室兰厂提出，吹氧脱,碳以精炼不锈钢。,特点：生产率高、,Cr收得率高。,/13:34:01,31,2 RH-KTB,日本川崎钢铁公司千叶厂开发,对RH进行如下改进：,顶部吹氧（垂直氧枪）；,插入管改为垂直圆筒形；,真空室高度；,增大上升管内径；,双管三管，两根上升，一根下降；,弥散型吹氩环改为数根不锈钢吹氩管（3mm），并装于上升管的两处（相距300450mm）。,/13:34:01,32,3 RH-IJ、RH-PB,RH-IJ（Injection）：上升管下方，向钢液深处喷粉，随钢流进入真空室；,RH-PB（Powder Blowing）：真空室下部增设喷吹管。,/13:34:01,33,5.3.1.4 RH精炼效果,（1）脱气效果好：,脱H至2ppm；,脱O（含碳镇静钢）2060ppm；,去氮：脱氮量不大，N100ppm，脱N 1020。,（2）净化钢液：纵向、横向机械性能均匀，提高延伸率，断面收缩和冲击韧性；,（3）提高合金收得率。,/13:34:01,34,5.3.2 LF（Ladle Furnace钢包炉）,5.3.2.1 LF精炼手段及功能,LF工艺设备及布置,5.3.2.3 生产工艺,5.3.2.4 精炼效果,/13:34:01,35,5.3.2.1 LF精炼手段及功能,LF精炼手段：,基本手段：加热、渣洗、搅拌,扩展手段：真空（LF-V）、喷吹（WF）,LF精炼功能：,脱硫、脱氧、调整钢液温度、成分微调,/13:34:01,36,5.3.2.2 LF工艺设备及布置,/13:34:01,37,/13:34:01,38,5.3.2.3 生产工艺,/13:34:01,39,在加热初期，采用低功率供电造渣；渣料熔化后，实现埋弧精炼，采用高功率供电。,连续加热1015分钟后，应停止加热25分钟，以便使钢液温度上下均匀，不致于造成渣面局部温度过高。,加热时间约为30分钟。升温速度控制在24/min。,（1）供电制度,/13:34:01,40,（2）吹氩制度,在一定的吹氩量下，采用大流量吹Ar，缩短处理时间，通常为100600NL/min。,吹氩原则为：,钢包到位后，采用中等吹Ar量，其作用是均匀成分和温度，以便进行取样测温；,化渣时，采用大流量吹Ar，目的快速化渣。,加合金时，采用大流量吹Ar，将炉渣吹开，目的是加速合金熔化，提高合金收得率。,通电时，采用小流量吹Ar，目的均匀温度又不引起大的液面波动。,/13:34:01,41,（3）造渣制度,造渣目的：精炼钢水、脱硫、脱氧、去夹杂；实现埋弧精炼，提高热效率，降低噪音，提高炉衬寿命；防止钢水二次氧化，提高合金收得率。,常用渣系：CaO-CaF,2,渣系；CaO-Al,2,O,3,渣系；炉渣碱度CaO/SiO,2,=46。,/13:34:01,42,（4）成分调整,对于那些易氧化元素，一般在LF还原气氛下加入。通常合金加入：,粗调：根据出钢钢水成分分析确定合金加入量。,细调：合金微调必须在白渣后进行，这时钢液中各元素已充分均匀和平衡，合金收得率稳定，易于命中目标。,/13:34:01,43,5.3.2.4 精炼