炉外精炼的工艺技术发展
摘 要
随着科学技术的迅速发展，钢材性能和质量越来越被重视，钢材质量主要包括钢材的洁净度、均匀性能和高的精度。而各种炉外精炼方式恰是获得高纯度、高均匀性和高精度钢材的重要措施。本文首先论述了炉外精炼技术现状及发展趋势；其次，论述了炉外精炼工艺参数的优化；第三论述了低硫钢炉外精炼生产工艺，最后论述了在炉外精炼喂丝吹氩操作实践。
关键词：洁净度；均匀性；高精度；工艺参数优化；低硫钢；喂丝吹氩；
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目 录
摘 要 ........................................................................................................................................ 1 前 言 ........................................................................................................................................ 3 1 炉外精炼技术发展现状及发展趋势 .................................................................................. 5
1.1炉外精炼发展现状 ....................................................................................................... 5 1.2炉外精炼发展趋势 ....................................................................................................... 6 2 炉外精炼工艺参数优化 ...................................................................................................... 8
2.1 AHF精炼设备组成....................................................................................................... 8
2.1.1 AHF精炼装置的主要设备组成 ........................................................................ 8 2.1.2 AHF精炼化学升温装置的主要设备 ................................................................ 9 2.2 AHF精炼工艺参数优化............................................................................................... 9
2.2.1 钢包顶渣的最佳渣量及排渣工艺 .................................................................. 9 2.2.2 AHF浸渍罩尺寸及插入深度控制 ............................................................... 10 2.2.3 AHF升温设备及工艺参数 ........................................................................... 10 2.2.4 AHF钢水降温处理和成分调整 ................................................................... 11 2.3 AHF精炼结果 .......................................................................................................... 12 3 脱硫工艺技术发展 ............................................................................................................ 14
3.1吹氩对脱硫的影响 ..................................................................................................... 14 3.2钢包渣的组成控制 ..................................................................................................... 15 3.3精炼渣的渣系 ............................................................................................................. 17 3.4精炼渣化学成分对脱硫的影响 ................................................................................. 19 4 炉外精炼的喂线、吹氩操作 .............................................................................................. 22
4.1喂线-吹氩工艺参数的确定 ........................................................................................ 22 4.2试验对比 ..................................................................................................................... 23 4.3小结 ............................................................................................................................. 23 结 论 ...................................................................................................................................... 24 参 考 文 献 ............................................................................................................................ 25 致 谢 .................................................................................................................................. 26
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前 言
最近，随着时代的不断进步，炼钢炉容量不断扩大，超高功率电炉的普遍应用，直流电弧炉的出现，连续铸钢技术的迅速发展以及生产多种特殊钢和合金（超低碳不锈钢，超纯铁素体钢等）的需要，炼钢方法发生了巨大变化，由一步炼钢发展为两步炼钢，即炉内初炼和炉外精炼。炉外精炼技术之所以有了较为迅猛的发展，是由于其能够提高钢质量和产量，降低成本，改善劳动条件等优点。目前，全世界已有炉外精炼设备30余种，1100余台，我国拥有不同精炼设备40～50台。
为了增强在国内和国外市场上的竞争力，发展新的工艺是有必要的。这些工艺必须是经济的。目前，典型的炼钢炉是一个废钢熔化装置，在炼低合金钢的情况下，在炉中脱碳和脱磷以及升温到符合出钢要求，其全部精炼过程都是在钢包中进行的，进而提高了炼钢设备的生产能力。通过炉外精炼技术可冶炼出具有高质量特性的钢种满足实际需要，具体要求如下：
①精确控制成分以保证力学性能的稳定。
②减少钢中硫、磷含量以改善冲击性能、抗层状拉裂性能、热脆性，并能减少中心偏析和防止连铸坯的表面缺陷。
③减少钢中氧、氢、氮含量以减少超声波探伤缺陷、条状裂纹等，并且能改善钢材的制管性能。
④使用先进技术精炼钢液以满足对钢质量的各种特殊需要。例如，控制硫化物夹杂形态以防止轻质裂纹。
⑤控制夹杂物的形状以改善钢的深冲性能和钢的加工性能。 ⑥脱碳到极低程度，以提高钢的深冲性能、电磁性能和耐腐蚀性能。 ⑦防止钢水的二次氧化和重新吸气，以免炉外精炼的效果前功尽弃。
炉外精炼的产生和发展与国民经济的需要和科学技术的发展水平是分不开的。在很早以前，人们就产生了利用真空去除钢中气体的想法，如1860年英国贝赛迈尔就曾有过罐内钢桶去气的设想，1884年英国艾特肯也曾提出过提升法（类似DH法）；1932年捷克人科贝尔曾提出并实现了带盖钢桶去气法。但由于当时真空技术的发展水平低下，还制造不出抽气能力很大的真空泵，以上方法因规模太小并未很快地应用于生产。二次世界大战后，随着真空技术的发展和大型蒸汽喷射泵的研制成功，为钢液的大规模真空处理提供了条件。此后，大型生产性真空脱气设备相继被研究成功，并在发展中不断完
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善，增加了搅拌、加热、吹氧等装置，从而单纯的真空脱气设备转变成为成为灵活多样的各种炉外真空精炼设备。
在炉外精炼发展过程中，人们发现不仅靠真空可以降低钢中的气体，采用惰性气体降低有害气体的分压，也可以达到同样目的，由此发展了不同形式的非真空精炼法。
各种炉外精炼方法的工艺各异，其共同特点：有一个理想的精炼气氛条件，通常用真空、惰性气体和还原性气氛；搅动钢水，可采用电磁力搅拌，惰性气体搅拌或机械搅拌的方法；为补偿精炼过程的钢水温度损失，而采用加热设施，有电弧加热、等离子加热或增加钢水化学热等。
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1 炉外精炼技术发展现状及发展趋势
1.1炉外精炼发展现状
近年来，国外炉外精炼设备发展很快，主要为炉外精炼设备逐年增长。目前，国外炉外精炼设备的总数已超过1000座.随着对超低碳钢和超低硫磷钢的需要量越来越大，RH、 RH-0B 、RH-PB真空精炼设备将继续增加，现代化的转炉炼钢车间都采用这种精炼方法。AOD、VOD等主要用于精炼不锈钢的炉外精炼设备，其生产能力已完全可以满足生产不锈钢的需要。
从美国和加拿大发展情况来看，一是LF炉发展很快，在具有三种电弧加热功能的精炼炉中占有绝对优势；另一个是钢包精炼站发展很快。在炉外精炼设备发展中，连铸发展和要求钢水清洁度起了决定作用。由于美国和加拿大连铸比仍较低，其炉外精炼设备发展就占很大比重，而投资较少的LF炉相应也占了较大比重。从有关数据表明，不同种类的炉外精炼设备的发展是不同的，其中，发展速度最快的是LF、RH。1985年宝钢投产后，引进的RH、CAS、KIP正常投入生产，在线作业对提高产品质量，开发高水平的品种等方面起到了良好的示范作用。80年代后期，国产喂线机与包芯线喂线技术已在许多钢厂广泛使用。与之相对应的耐材挡渣扒渣等相关技术也得到了发展。
我国与1957年开始研制钢水真空处理技术，由于多种原因，这项技术没有得到推广。我国的真空装置大大低于世界先进水平。而真空处理钢比例约占2%，为日本的1/25。2004年，我国的钢产量预计达到27500×104t，生产效益在提高，钢材品种在扩大，成绩是巨大的。目前，我国已有VD、 RH、 ASEA-SKF、 VOD AOD 、LF CAS(CAS-OB)，钢包喷粉和喂线等多种炉外精炼装置。但利用率很低。钢的质量水平，与发达国家相比，差距是巨大的。我国炉外精炼技术的发展已有了相当的基础。
据不完全统计到1990末，我国已有不包括吹氩装置在内的各种炉外处理的设施132台，其中冶金系统115台，机电系统17台。冶金系统中，各类具有真空能力的装置28台，喷射冶金设备53台。冶金系统的吹氩精炼设备有近200台。自70年代末起，连铸用钢水基本上都经过吹氩处理。1990年全冶金系统不包括吹氩 喂丝的钢水精炼比为2.68%，经过几十年的科学实践，以及连铸生产的增长和大板坯连铸机投入生产，今后
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