铁水预处理与炉外精炼铁水预处理与炉外精炼铁水预处理与炉外精炼铁水预处理与炉外精炼 讲座讲座苗木池主讲苗木池主讲铁水预处理与炉外精炼综述铁水预处理与炉外精炼综述铁铁水水预预处处理理与与钢钢水水炉炉外外精精炼炼是是2020世世纪纪5050年年代代迅迅速速发发展展起起来来的的两两项项重重要要钢钢铁铁冶冶炼炼工工艺艺技技术术，铁铁水水预预处处理理设设备备包包括括高高炉炉铁铁水水的的炉炉外外预预脱脱硫硫、脱脱硅硅、脱脱磷磷处处理理，为为转转炉炉提提供供优优质质铁铁水水；经经过过转转炉炉初初炼炼的的钢钢液液再再进进入入钢钢包包或或专专用用容容器器内内进进一一步步精精炼炼（称称炉炉外外精精炼炼或或二二次次冶冶炼炼），调调整整和和均均匀匀钢钢液液的的调调质质和和成成分分，去去除除钢钢中中的的气气体体、有有害害元元素素和和非非金金属属夹夹杂杂物物等等，达达到到洁洁净净钢钢液液、提提高高钢钢水水质质量的目的。量的目的。铁水预处理是指：铁水预处理是指：在高炉出铁沟槽、铁水输送罐、鱼雷罐车、铁水包甚在高炉出铁沟槽、铁水输送罐、鱼雷罐车、铁水包甚至预处理用转炉中，预先脱除铁水中的硅、磷、硫，对一些特殊成分至预处理用转炉中，预先脱除铁水中的硅、磷、硫，对一些特殊成分( (如如钒、钛、高磷铁水中的磷钒、钛、高磷铁水中的磷) )进行富集预处理，并除去这些元素与化合物高进行富集预处理，并除去这些元素与化合物高含量的炉渣；含量的炉渣；炉外精炼是指：炉外精炼是指：在转炉或电炉内初炼的钢液倒入钢包或专用容器内进行在转炉或电炉内初炼的钢液倒入钢包或专用容器内进行脱氧、脱硫、脱碳、去气、去除非金属夹杂物和调整钢液成分及温度以脱氧、脱硫、脱碳、去气、去除非金属夹杂物和调整钢液成分及温度以达到进一步冶炼目的的炼钢工艺。即将在常规炼钢炉中完成的精炼任务，达到进一步冶炼目的的炼钢工艺。即将在常规炼钢炉中完成的精炼任务，如去除杂质如去除杂质( (包括不需要的元素、气体和夹杂包括不需要的元素、气体和夹杂) )、调整和均匀成分和温度、调整和均匀成分和温度的任务，部分或全部地移到钢包或其他容器中进行。把一步炼钢法变为的任务，部分或全部地移到钢包或其他容器中进行。把一步炼钢法变为二步炼钢法，国外也称之为二次精炼二步炼钢法，国外也称之为二次精炼(Secondary Refining)(Secondary Refining)、二次炼钢、二次炼钢(Secondary steelmaking)(Secondary steelmaking)和钢包冶金和钢包冶金(Ladle Metallurgy)(Ladle Metallurgy)。初炼时炉料。初炼时炉料在氧化性气氛的炉内进行溶化、脱磷、脱碳、去除夹杂物和主合金化，在氧化性气氛的炉内进行溶化、脱磷、脱碳、去除夹杂物和主合金化，获得初炼钢液；精炼则是将初炼的钢液在真空、惰性气体或还原性气氛获得初炼钢液；精炼则是将初炼的钢液在真空、惰性气体或还原性气氛的容器内进行脱气、脱氧、脱硫、去除夹杂物和成分微调等。可提高钢的容器内进行脱气、脱氧、脱硫、去除夹杂物和成分微调等。可提高钢的质量，缩短冶炼时间、优化工艺过程并降低生产成本。的质量，缩短冶炼时间、优化工艺过程并降低生产成本。铁水预处理与炉外精炼的产生和发展铁水预处理与炉外精炼的产生和发展半世纪以来迅速发展的钢铁冶金重要技术半世纪以来迅速发展的钢铁冶金重要技术；洁净钢的生产是现代科学技术的发展和现洁净钢的生产是现代科学技术的发展和现 代工业的需要；代工业的需要；提高生产率的需要；提高生产率的需要；满足不同钢种的特殊要求满足不同钢种的特殊要求。转炉炼钢、连铸、炉外精炼和超高功率电转炉炼钢、连铸、炉外精炼和超高功率电 弧炉是现代钢铁生产四大关键技术弧炉是现代钢铁生产四大关键技术所谓洁净钢所谓洁净钢,通常指非金属夹杂物通常指非金属夹杂物(主要是各类氧化物和硫化物主要是各类氧化物和硫化物) 含量少的钢。含量少的钢。也有人认为也有人认为,洁净钢是指钢中洁净钢是指钢中S , P ,H ,O ,N 含量极低的钢。含量极低的钢。一一铁水预处理铁水预处理铁铁水水预预处处理理是是指指铁铁水水进进入入转转炉炉之之前前的的进进行行的的脱脱硫硫、脱脱硅硅、脱脱磷磷预预处处理理（简简称称铁铁水水三三脱脱处处理理）和和特特殊殊铁铁水水的的提提钒钒、提提铌铌、提提钨钨预预处处理理（简简称称铁铁 水水三三提提处处理理）图图P3P3 随着炼钢工艺的不断完善和材料工艺对钢铁产品质量的严格要求，铁水预处随着炼钢工艺的不断完善和材料工艺对钢铁产品质量的严格要求，铁水预处理逐步形成钢铁冶金的重要环节，我国的宝钢、武钢、鞍钢、攀钢、唐钢、首理逐步形成钢铁冶金的重要环节，我国的宝钢、武钢、鞍钢、攀钢、唐钢、首钢等也都采用了铁水与脱硫处理，宝钢和太钢还采用了三脱处理。攀钢、包钢、钢等也都采用了铁水与脱硫处理，宝钢和太钢还采用了三脱处理。攀钢、包钢、承钢等共生矿资源综合利用，广泛应用了三提处理，以提取钒、铌、钨为主要承钢等共生矿资源综合利用，广泛应用了三提处理，以提取钒、铌、钨为主要目的。目的。传传统统的的转转炉炉生生产产工工艺艺流流程程已已逐逐步步被被现现代代化化钢钢铁铁生生产产工工艺艺流流程程所所替替代代，既既高高炉炉炼炼铁铁- -铁铁水水预预处处理理- -转转炉炉冶冶炼炼- -炉炉外外精精炼炼- -连连铸铸连连轧轧或或连连铸铸- -铸铸坯坯热热送送直直接接轧轧制制。这这已已成为国内外大型钢铁企业技术改造后的普遍模式。成为国内外大型钢铁企业技术改造后的普遍模式。铁铁水水预预处处理理目目的的针针对对炼炼钢钢而而言言，主主要要是是使使其其中中的的硫硫、磷磷、硅硅含含量量降降低低到到要要求求范范围围，以以简简化化炼炼钢钢过过程程提提高高钢钢的的质质量量。铁铁水水预预处处理理按按需需要要可可以以分分别别在在炼炼铁铁工工序序和和炼钢工序的设备内，如铁水沟、鱼雷罐、铁水包或专用冶金炉内进行。炼钢工序的设备内，如铁水沟、鱼雷罐、铁水包或专用冶金炉内进行。铁水预处理原理与方法铁水预处理原理与方法铁铁水水预预处处理理是是在在原原则则不不外外加加热热源源的的情情况况下下，利利用用处处理理剂剂活活性性物物质质与与铁铁水水中中待待脱脱除除元素进行快速反应，形成稳定的渣相而和铁水分离的过程。元素进行快速反应，形成稳定的渣相而和铁水分离的过程。铁水预处理脱硫反应为：铁水预处理脱硫反应为：S+M=(Ms)S+M=(Ms)或或 式中：式中：S+Mo=(Ms)+O MS+Mo=(Ms)+O M指金属脱硫剂中金属元素（如指金属脱硫剂中金属元素（如MgMg、S+Mc=(Ms)+C CaS+Mc=(Ms)+C Ca、Ca-SiCa-Si） MoMo金属氧化物脱硫剂（如金属氧化物脱硫剂（如CaOCaO）; ; Mc Mc金属碳化物脱硫剂（如金属碳化物脱硫剂（如CaCCaC2 2）铁水预处理脱硅、脱磷反应为：铁水预处理脱硅、脱磷反应为：SiSi2O2O（SiOSiO2 2）4/5P 4/5P 2O2O2/52/5（P P2 2O O5 5）铁水预处理工艺方法有：铁水预处理工艺方法有：铁水沟连续处理方法；铁水沟连续处理方法；铁水罐喷吹法；铁水罐喷吹法；机械搅拌法；机械搅拌法；专用炉法。专用炉法。预脱硫技术的发展和现状预脱硫技术的发展和现状早早期期预预处处理理工工艺艺方方法法机机械械搅搅拌拌法法，由由于于喷喷射射冶冶金金技技术术的的发发展展（喷喷粉粉）广广泛泛用用于于铁铁水水预预处处理理。预预处处理理脱脱硫硫剂剂，早早期期使使用用CaOCaO为为基基本本原原料料，但但由由于于CaOCaO基基脱脱硫硫剂剂产产生生的的脱脱硫硫渣渣流流动动性性差差，无无法法正正常常使使用用扒扒渣渣设设备备难难以以适适应应（现现已已能能生生产产各各种种型型号号的的气气动动和和液液动动扒扒渣渣机机，预预计计研研制制出出新新设设备备：真真空空吸吸渣渣及及技技术术与与装装备备）现现在在预预处处理理脱脱硫硫剂剂广广泛泛采采用用镁镁基基脱脱硫硫剂剂，特特点点：减减少少金金属属损损失失，冶冶金金效效果果好好，生生产产效效益益高高，钢钢铁铁厂厂首首选材料。选材料。我我国国铁铁水水预预处处理理技技术术起起步步较较早早，但但发发展展较较慢慢，与与主主要要产产钢钢国国家家相相比比，预预处处理理较较低低，技技术术不不成成熟熟等等一一系系列列问问题题，并并在在一一定定程程度度上上影影响了洁净钢的生产。响了洁净钢的生产。CaCCaC2 2基基脱脱硫硫剂剂由由于于成成本本高高，运运输输和和使使用用中中需需要要建建设设复复杂杂的的安安全全系系统统，正正逐逐渐渐失失去去它它的的地地位位，镁镁基基脱脱硫硫剂剂已已成成为为主主导导产产品品，另另外外，大大型型企企业业中中将将逐逐渐渐改改变变在在鱼鱼雷雷罐罐中中进进行行铁铁水水预预处处理理的的思思路路，主主要要转向铁水包脱硫或专用转炉脱硫。转向铁水包脱硫或专用转炉脱硫。铁铁水水预预处处理理在在八八十十年年代代以以前前是是进进行行预预脱脱硫硫处处理理，八八十十年年代代以以后后开开始始发发展展为为三三脱脱( (脱脱硅硅、脱脱磷磷、脱脱硫硫) )处处理理。我我国国目目前前大大型型钢钢厂厂已已广广泛开展预脱硫处理。泛开展预脱硫处理。铁水预处理容器的选择铁水预处理容器的选择根据铁水预处理容器的选择，脱硫工艺可分为：根据铁水预处理容器的选择，脱硫工艺可分为： 混铁车喷吹法混铁车喷吹法 铁水罐法铁水罐法 铁水包法铁水包法 发展趋势：发展趋势： 采用铁水包作为铁水脱硫预处理的容器采用铁水包作为铁水脱硫预处理的容器铁水预处理与纯净钢生产实践铁水预处理与纯净钢生产实践n高炉铁水高炉铁水常规常规( (轻轻) )脱硫脱硫(S(S 0.02%) 0.02%)复吹转炉复吹转炉( (脱磷、脱碳、脱磷、脱碳、升温升温) )钢水精炼钢水精炼( (脱氧、去气体、去夹杂脱氧、去气体、去夹杂) )普通钢水，此即普通钢水，此即常规常规流程流程( (生产普通钢种生产普通钢种) )。n高高炉炉铁铁水水深深度度脱脱硫硫(S(S 0.005%)0.005%)复复吹吹转转炉炉( (脱脱磷磷、脱脱碳碳、升升 温温 ) )钢钢 水水 精精 炼炼 ( (脱脱 硫硫 、 去去 气气 体体 、 去去 夹夹 杂杂 ) )低低 硫硫 钢钢 水水(S(S 0.005%)0.005%)，此即，此即纯净钢流程纯净钢流程。n其其 中中 生生 产产 超超 低低 硫硫 钢钢 (S(S 0.002%)0.002%)， 铁铁 水水 则则 要要 深深 脱脱 硫硫 至至SS 0.002%0.003%0.002%0.003%。铁水水预脱硫扒脱硫扒碴设备及工及工艺流程流程 1)1)宝钢混铁车顶喷脱硫设备及工艺流程宝钢混铁车顶喷脱硫设备及工艺流程: :见图见图P4P4、P5P5 宝宝钢钢混混铁铁车车顶顶喷喷脱脱硫硫设设备备(TDS)(TDS)自自19851985年年9 9月月2020日日投投入入试试生生产产后后，实实际际情情况况表表明明，这这种种预预处处理理方方法法具具有有处处理理能能力力大大，设设备备利利用用率率高高，能能够够生生产产低低硫铁水等优点，其主要设备如图硫铁水等优点，其主要设备如图P5P5所示。所示。 脱脱硫硫作作业业在在鱼鱼雷雷式式铁铁水水罐罐车车内内进进行行，以以氮氮气气为为载载流流气气体体，采采用用顶顶喷喷法法将将脱脱硫硫剂剂(CaC2，CaO)喷喷入入铁铁水水。脱脱硫硫操操作作室室内内装装有有CRT显显示示装装置置，能能传传送送及及显显示示有有关关混混铁铁车车铁铁水水脱脱硫硫所所需需的的各各种种信信息息，例例如如混混铁铁车车车车号号，高高炉炉炉炉号号，出出铁铁号号，估估计计出出铁铁量量、铁铁水水成成分分(Si、Mn，P、S)和和铁铁水水温温度度，以以及及收收集集和和管管理理脱脱硫硫作作业业中中的的有有关关数数据据。为为了了远远距距离离监监视视脱脱硫硫过过程程，尚尚设设有有工业电视工业电视 。2）首钢混铁车和铁水包脱硫扒渣设备）首钢混铁车和铁水包脱硫扒渣设备及工艺流程及工艺流程: :首钢第三炼钢厂工艺流程：首钢第三炼钢厂工艺流程：铁水包水包喷镁脱硫装置脱硫装置1 1座，座，鱼雷罐雷罐铁水水喷粉脱硫粉脱硫设备1 1套套 主要设备主要设备该厂脱硫设备为国产设备，主要包括：供气系统、供料系统、喷枪系统、夹钳装该厂脱硫设备为国产设备，主要包括：供气系统、供料系统、喷枪系统、夹钳装置、喷枪维修设备、电控系统、仪表及检测系统、扒渣机和铁水罐倾翻车等。其置、喷枪维修设备、电控系统、仪表及检测系统、扒渣机和铁水罐倾翻车等。其中，喷枪系统与除尘烟道和防尘罩集结于一体，可以在水平轨道上移动到喷吹工中，喷枪系统与除尘烟道和防尘罩集结于一体，可以在水平轨道上移动到喷吹工位及待机工位，设计比较灵活。位及待机工位，设计比较灵活。主要工艺参数主要工艺参数铁水包喷镁脱硫设计的主要工艺参数为：铁水包喷镁脱硫设计的主要工艺参数为：(1)(1)储料系统储料系统罐体有效容积：罐体有效容积：5 m5 m罐体工作压力：罐体工作压力：1 MPa1 MPa最大装料量：最大装料量：5 000 kg5 000 kg(2)(2)喷吹系统喷吹系统喷吹罐有效容积：喷吹罐有效容积：0 06 m6 m喷镁速度的调节精度：喷镁速度的调节精度：-I-0-I-03 kg3 kgminmin喷镁速度喷镁速度( (无级可调无级可调) )：1 118 kg18 kgminmin喷吹氮气压力：喷吹氮气压力：0 06 MPa6 MPa最大装料量：最大装料量：500 kg500 kg(3)(3)铁水包铁水包容量：容量：80 t80 t净高：净高：400400600 mm600 mm(4)(4)喷枪系统喷枪系统喷枪气化室最大直径：喷枪气化室最大直径：700 mm700 mm喷枪长度：喷枪长度：8985 mm8985 mm 喷枪系系统采用采用组装式气化室装式气化室喷枪，重，重约1 17t7t，长约8 89 m9 m，气化室最大直径，气化室最大直径700 mm700 mm，喷枪升降行程升降行程为15 m15 mminmin，升降力，升降力为100 kN100 kN，实现了了喷枪触底的瞬触底的瞬间驱动装置立即停机并自装置立即停机并自动升高升高200 mm200 mm，喷吹自吹自动重新开始。重新开始。 工艺流程：工艺流程：装装有有高高炉炉铁铁水水的的260 260 t t铁铁水水鱼鱼雷雷罐罐运运至至第第三三炼炼钢钢厂厂一一90 90 t t铁铁包包一一脱脱硫硫间间一一喷喷镁镁脱脱硫硫一一捞捞渣渣( (原原采采用用气气动动扒扒渣渣机机，因因铁铁损损大大而而改改为为回回转转式式捞捞渣渣机机) )一一140 140 t t天天车车吊吊一一至炉前兑铁。至炉前兑铁。脱硫应用条件和技术参数：若铁水初始硫含量不大于脱硫应用条件和技术参数：若铁水初始硫含量不大于0030 ，能满足品种质，能满足品种质量需要，就不进行脱硫，必要时只进行捞渣处理；当初始硫含量不小于量需要，就不进行脱硫，必要时只进行捞渣处理；当初始硫含量不小于0040时，冶炼低硫钢时就必须进行铁水脱硫；当冶炼纯铁、钢帘线时，需要入炉时，冶炼低硫钢时就必须进行铁水脱硫；当冶炼纯铁、钢帘线时，需要入炉铁铁水硫含量不大于水硫含量不大于0005 ，则必须进行深脱硫处理。，则必须进行深脱硫处理。首钢第二炼钢厂采用乌克兰单吹颗粒镁脱硫技术，建有首钢第二炼钢厂采用乌克兰单吹颗粒镁脱硫技术，建有2座铁水脱硫站，其设计能力为座铁水脱硫站，其设计能力为年处理铁水年处理铁水330万万t，该工艺具有脱硫率高、综合成本低、操作简便和易于过程控制等，该工艺具有脱硫率高、综合成本低、操作简便和易于过程控制等优点，因此受到越来越多的冶金同行的认可。优点，因此受到越来越多的冶金同行的认可。工艺技术参数工艺技术参数第二炼钢厂单吹颗粒镁脱硫工艺技术参数如下：第二炼钢厂单吹颗粒镁脱硫工艺技术参数如下：( (1)脱硫剂为脱硫剂为 0516 mm的球状钝化颗粒镁，其镁含量不小于的球状钝化颗粒镁，其镁含量不小于 92 (粒度大于粒度大于3 mm不规则针状钝化颗粒镁的含量小于不规则针状钝化颗粒镁的含量小于8)； (2)喷吹气体为惰性气体喷吹气体为惰性气体N ，供氮压力为，供氮压力为0610 MPa，流量，流量120140 m h；颗粒镁喷吹强度为；颗粒镁喷吹强度为614 kgmin；(3)铁水重量为铁水重量为185215 t，温度为，温度为1 250 1 400 oC；(4)铁水包净空不小于铁水包净空不小于400 mm ；(5)喷枪端部距包底高度为喷枪端部距包底高度为200250 mm。铁水脱硫预处理效果铁水脱硫预处理效果首钢首钢二二.炉外精炼炉外精炼 一一. .炉外精炼的主要目的和任务炉外精炼的主要目的和任务1 1）降降低低钢钢中中氧氧、硫硫、氢氢、氮氮和和非非金金属属夹夹杂杂物物含含量量，改改变变夹夹杂杂物物形形态态，以提高钢的纯净度，改善钢的机械性能。以提高钢的纯净度，改善钢的机械性能。 2 2）深深脱脱碳碳，满满足足低低碳碳或或超超低低碳碳钢钢的的要要求求。在在特特定定条条件件下下，把把碳碳脱脱到到极低的水平。极低的水平。 3 3）微微调调合合金金成成分分，把把合合金金成成分分控控制制在在很很窄窄的的范范围围内内，并并使使其其分分布布均均匀，尽量降低合金的消耗，以提高合金收得率。匀，尽量降低合金的消耗，以提高合金收得率。4 4）调调整整钢钢水水温温度度到到浇浇注注所所要要求求的的范范围围内内，最最大大限限度度地地减减小小包包内内钢钢水水的温度梯度。的温度梯度。 二、炉外精炼的手段二、炉外精炼的手段渣渣洗洗：获获得得洁洁净净钢钢并并能能适适当当进进行行脱脱氧氧、脱脱硫硫的的最最简简便便的的精精炼炼手手段段。将将事事先先配配好好( (在在专专门门炼炼渣渣炉炉中中赔赔炼炼) )的的合合成成渣渣倒倒入入钢钢包包内内，借借出出钢钢时时钢钢流流的的冲冲击击作作用用，使使钢钢液液与合成渣充分混合，从而完成脱氧、脱硫和去除夹杂等精炼任务。与合成渣充分混合，从而完成脱氧、脱硫和去除夹杂等精炼任务。真真空空：将将钢钢水水置置于于真真空空室室内内，由由于于真真空空作作用用使使反反应应向向生生成成气气相相方方向向移移动动，达达到到脱脱气、脱氧、脱碳等的目的。是炉外精炼中广泛应用的一种方法。气、脱氧、脱碳等的目的。是炉外精炼中广泛应用的一种方法。搅搅拌拌：通通过过搅搅拌拌扩扩大大反反应应界界面面，加加速速反反应应过过程程，提提高高反反应应速速度度。搅搅拌拌方方法法：吹吹氩氩搅拌，电磁搅拌。搅拌，电磁搅拌。加加热热：调调节节钢钢水水温温度度的的一一项项重重要要手手段段，使使炼炼钢钢与与连连铸铸更更好好地地衔衔接接。加加热热方方法法：电电弧加热，化学热法。弧加热，化学热法。喷喷吹吹：将将反反应应剂剂加加入入钢钢液液内内的的一一种种手手段段，喷喷吹吹的的冶冶金金功功能能取取决决于于精精炼炼剂剂的的种种类类。它们完成脱碳、脱硫、脱氧、合金化和控制夹杂物形态等精炼任务。它们完成脱碳、脱硫、脱氧、合金化和控制夹杂物形态等精炼任务。过过滤滤：随随着着技技术术的的进进步步出出现现的的一一种种新新的的精精炼炼手手段段，如如利利用用陶陶瓷瓷过过滤滤器器将将钢钢中中的的氧氧化物夹杂等过滤掉。化物夹杂等过滤掉。三、炉外精炼方法的分类三、炉外精炼方法的分类1 1、渣洗法、渣洗法1)1)合成渣洗法合成渣洗法(Perrin(Perrin法法 19331933年法国开发年法国开发) )2)2)同炉渣洗法（电炉上普遍采用）同炉渣洗法（电炉上普遍采用）3)3)混合炼钢混合炼钢2 2、吹氩及真空、吹氩及真空1)1)钢包吹氩钢包吹氩2)2)CASCAS法（法（CAS-OBCAS-OB法法）3)3)真空吹氩（真空吹氩（VDVD）4)4)真空脱气真空脱气5)5)DHDH法法6)6)RHRH法法3 3、低碳钢液的精炼、低碳钢液的精炼1)VOD1)VOD法法2)AOD2)AOD法法3 RH-OB3 RH-OB法法 (OB-Oxygen Blowing)(OB-Oxygen Blowing)4)CLU4)CLU法法（法法国国的的克克勒勒索索- -卢卢瓦瓦尔尔(Crousol-loire)(Crousol-loire)公公司司与与瑞瑞典典的的乌乌德德霍霍尔尔姆姆(Uddeholms)(Uddeholms)公司联合研制）公司联合研制）4 4、钢包精炼炉、钢包精炼炉1) ASEA-SKF1) ASEA-SKF法（瑞典两家研制公司的缩写）法（瑞典两家研制公司的缩写）2) VAD2) VAD法法 (Vacuum Arc Degassing)(Vacuum Arc Degassing)3) 3) LF(V)LF(V)法法 (Ladle Furnace)(Ladle Furnace)5 5、固定料的添加方法、固定料的添加方法1) 1) 喷射冶金喷射冶金 (TN(TN、SLSL等等) )2) 2) 喂丝法喂丝法 (Wire Feeding)(Wire Feeding) 炉外精炼法示意图炉外精炼法示意图 四、炉外精炼主要装置工艺目标和功能四、炉外精炼主要装置工艺目标和功能炉外精炼方法的选择炉外精炼方法的选择 炉外精炼方法的选择主要取决于生产的钢种。不同产品对炉外精炼的功能炉外精炼方法的选择主要取决于生产的钢种。不同产品对炉外精炼的功能有不同的要求，例如有不同的要求，例如各种产品对精炼功能的一般要求：各种产品对精炼功能的一般要求：厚板钢：脱氢、脱硫、减少氧化物夹杂；厚板钢：脱氢、脱硫、减少氧化物夹杂；钢轨：脱氢；钢轨：脱氢；薄板：脱碳、脱氧；薄板：脱碳、脱氧；管材：脱硫、减少夹杂物；管材：脱硫、减少夹杂物；弹簧钢：减少氧化物夹杂；弹簧钢：减少氧化物夹杂；轴承钢：脱氧、减少氧化物夹杂、脱硫、改变硫化物形态；轴承钢：脱氧、减少氧化物夹杂、脱硫、改变硫化物形态；硅钢：脱碳、脱氢、微调成分；硅钢：脱碳、脱氢、微调成分；不锈钢：脱碳保铬、脱氢、减少夹杂物、降低成本不锈钢：脱碳保铬、脱氢、减少夹杂物、降低成本 主要的精炼工艺主要的精炼工艺wLF(Ladle Furnace process)LF(Ladle Furnace process)；wAOD(Argon-oxygen decaburizition process );AOD(Argon-oxygen decaburizition process );wVOD (Vacuum oxygen decrease process) ; VOD (Vacuum oxygen decrease process) ; wRH (Ruhrstahl Heraeus process);RH (Ruhrstahl Heraeus process);wCAS-OB( Composition adjustments by sealed argon -oxygen CAS-OB( Composition adjustments by sealed argon -oxygen blowing process) blowing process) ；w喂线喂线 (Insert thread) (Insert thread) ； w钢包吹氩搅拌钢包吹氩搅拌(Ladle argon stirring)(Ladle argon stirring)；w喷粉喷粉( powder injection )( powder injection )。钢包吹氩钢包吹氩(Ladle argon stirring)(Ladle argon stirring)钢包吹氩是目前国内外采用最广泛的一种炉外精炼方法，目前我国的转炉配连钢包吹氩是目前国内外采用最广泛的一种炉外精炼方法，目前我国的转炉配连铸的车间，一般都配有钢包吹氩设施。钢包吹氩是一种成本较低而又操作简便铸的车间，一般都配有钢包吹氩设施。钢包吹氩是一种成本较低而又操作简便的钢水炉外处理措施，通过吹氩搅拌钢液，驱动钢液自下而上运动，均匀钢液的钢水炉外处理措施，通过吹氩搅拌钢液，驱动钢液自下而上运动，均匀钢液的成分和湿度，氩气泡在上升过程中吸附钢液中溶解的气体和非金属夹杂物并的成分和湿度，氩气泡在上升过程中吸附钢液中溶解的气体和非金属夹杂物并将其排出液面。这对于保证连铸的正常浇注非常重要，所以一般钢厂都规定连将其排出液面。这对于保证连铸的正常浇注非常重要，所以一般钢厂都规定连铸钢水必须经过吹氩处理。铸钢水必须经过吹氩处理。 1 1）钢包吹氩对去氢的作用：）钢包吹氩对去氢的作用：为了达到预定的去氢效果，通常把至少必需的吹氩量称为去氢临界供氩量，钢为了达到预定的去氢效果，通常把至少必需的吹氩量称为去氢临界供氩量，钢液中的氢在高温下扩散很快，钢液沸腾时气泡中氩的分压力与钢液中的氢之间液中的氢在高温下扩散很快，钢液沸腾时气泡中氩的分压力与钢液中的氢之间的关系服从西华特定律。的关系服从西华特定律。 钢包吹氩去氧的作用：钢包吹氩去氧的作用：如果钢液未完全脱氧，钢液中有相当数量的溶解氧时，那么吹氩还可以脱除部如果钢液未完全脱氧，钢液中有相当数量的溶解氧时，那么吹氩还可以脱除部分钢中的溶解氧，起到脱氧和脱碳的作用。分钢中的溶解氧，起到脱氧和脱碳的作用。 吹氩时间：一般吹氩时间：一般5 51515分钟，与钢包容量和钢种有关，时间不宜太长，否则温分钟，与钢包容量和钢种有关，时间不宜太长，否则温降过大，也不宜太短。吹氩时间不够，碳氧反应未能充分进行，非金属夹杂降过大，也不宜太短。吹氩时间不够，碳氧反应未能充分进行，非金属夹杂物和气体不能有效排除，吹氩效果不显著。物和气体不能有效排除，吹氩效果不显著。 真空吹氩脱气法真空吹氩脱气法VD/VODVD/VOD炉炉这这种种方方法法是是美美国国芬芬克克尔尔（FinklFinkl）19581958公公司司年年首首先先提提出出来来的的，所所以以也也叫叫芬芬克克尔尔法法，在我国一般简称为在我国一般简称为VD(Vacuum Degassing)VD(Vacuum Degassing)法。法。wVD VD 的功能仅是真空加搅拌，的功能仅是真空加搅拌，wVOD VOD 是是Vacuum and stir and injection oxygenVacuum and stir and injection oxygen；wVDVD主要应用于轴承钢脱氧；主要应用于轴承钢脱氧；wVOD VOD 主要用于不锈钢冶炼；主要用于不锈钢冶炼；VDVD法特点法特点: :钢钢包包脱脱气气法法只只有有钢钢包包上上部部一一层层钢钢液液与与真真空空作作用用，所所以以脱脱气气效效果果差差。而而VDVD法法的的精精炼炼手手段段是是吹吹氩氩搅搅拌拌与与真真空空相相结结合合，真真空空状状态态下下吹吹氩氩搅搅拌拌钢钢液液，一一方方面面增增加加了了钢钢液液与与真真空空的的接接触触界界面面积积；另另一一方方面面从从包包底底上上浮浮的的氩氩气气泡泡吸吸收收钢钢液液内内溶溶解解的的气气体体，加加强强了了真真空空脱脱气气效效果果，脱脱氢氢率率可可达达到到424278%78%，同同时时上上浮浮的的氩氩气气泡泡还还能能沾沾附附夹夹杂杂物物，促使夹杂物从钢液中排除。使钢的纯净度提高，清除钢的白点和发纹缺陷。促使夹杂物从钢液中排除。使钢的纯净度提高，清除钢的白点和发纹缺陷。工艺过程：工艺过程：将将钢钢包包座座入入真真空空窒窒内内，接接通通吹吹氩氩管管吹吹氩氩搅搅拌拌，测测温温取取样样，再再盖盖上上真真空空盖盖，启启动动真真空空泵泵，大大约约101015min15min后后可可达达到到工工作作真真空空度度（0.10.11mmHg1mmHg），在在真真空空下下保保持持10min10min左左右右，达达到到脱脱气气、去去夹夹杂杂、均均匀匀成成分分和和温温度度的的作作用用，整整个个精精炼炼时间约时间约30min30min，吹氩搅拌贯穿整个精炼过程。，吹氩搅拌贯穿整个精炼过程。精炼效果精炼效果（1 1）脱脱氧氧：经经VDVD法法精精炼炼后后钢钢中中全全氧氧含含量量在在121227ppm27ppm之之间间，溶溶解解氧氧含含量量一一般为般为7 715ppm15ppm，溶解氧的脱除率平均为，溶解氧的脱除率平均为82%82%。（2 2）脱氢：脱氢率平均）脱氢：脱氢率平均55%55%，氢含量为，氢含量为2.34ppm2.34ppm。（3 3）温度均匀：处理前不同部位的温差为，处理后为。）温度均匀：处理前不同部位的温差为，处理后为。（4 4）夹夹杂杂物物形形态态有有了了根根本本改改善善：以以往往造造成成废废品品的的主主要要质质量量问问题题“点点状状”不变形夹杂现已消失。不变形夹杂现已消失。（5 5）脱硫：）脱硫：VDVD法因缺少加热手段，精炼过程不能造新渣脱硫，脱硫率只法因缺少加热手段，精炼过程不能造新渣脱硫，脱硫率只有有20%20%左右。左右。 CASCASOBOB法法1 1、CASCAS法法：CASCASComposition Composition adjustment adjustment by by sealed sealed argon argon bubblingbubbling，即即密密封封吹吹氩氩微微调调合合金金成成分分。这这是是日日本本新新日日铁铁公公司司八八幡幡技技术术研研究究所所19751975年年开开发发的的炉炉外外精炼技术。精炼技术。这这种种方方法法是是在在以以往往的的钢钢包包底底吹吹氩氩均均匀匀钢钢液液成成分分和和温温度度功功能能的的基基础础上上，在在钢钢液液面面上上插插入入一一个个隔隔离离罩罩，憋憋开开炉炉渣渣，铁铁合合金金从从隔隔离离罩罩上上面面加加入入，不不与与炉炉渣渣接接触触。直直接接加加入入到到钢钢液液内内，并并在在底底吹吹氩氩搅搅拌拌下下，微微调调合合金金成成分分。提提高高了了合合金金收收得得率率。此此外外，这这种种方方法法还还有有利利于于消消除除钢钢中中的的大大型型夹夹杂杂物物，以以较较低低的的成成本本获获得得纯纯净净的钢水。的钢水。CASCAS法法的的设设备备：钢钢包包底底吹吹氩氩系系统统；隔隔离离罩罩（或或浸浸渍渍罩罩）及及其其升升降降机机构构，隔隔离离罩罩由由罩罩体体和和浸浸入入部部分分组组成成，浸浸入入部部分分用用高高铝铝耐耐火火水水泥泥浇浇铸铸而而成成；合合金金料料加加入入系系统统，有有合合金金料料仓仓，电电磁磁振振动动给给料料器器，电电子子衡衡量量装装置置，输送皮带；还有测温取样和割渣装置。输送皮带；还有测温取样和割渣装置。精精炼炼工工艺艺过过程程是是：氩氩气气通通过过安安装装在在包包底底的的弥弥散散型型透透气气砖砖吹吹入入钢钢液液进进行行搅搅拌拌，在在上上升升的的气气液液两两相相区区的的流流股股作作用用下下，钢钢液液沸沸腾腾，氩氩气气流流股股上上方方的的钢钢液液表表面面凸凸起起，将将熔熔渣渣向向周周围围推推开开，当当裸裸露露的的钢钢液液表表面面积积相相当当于于隔隔离离罩罩面面积积时时降降下下隔隔离离罩罩，插插入入裸裸露露的的钢钢液液内内，罩罩内内呈呈密密封封状状态态，钢钢液液面面无无炉炉渣渣覆覆盖盖，加加上上吹吹氩氩使使罩罩内内充充满满氩氩气气，形形成成相相对对的的惰惰性性气气氛氛，保保持持氩氩气气正正压压，调调整整成成分分用用的的铁铁合合金金从从罩罩的的顶顶部部加加入入不不经经过过炉渣，因此合金收得率高，且稳定，成分迅速均匀，并可精确调整成分。炉渣，因此合金收得率高，且稳定，成分迅速均匀，并可精确调整成分。与与常常规规吹吹氩氩搅搅拌拌处处理理钢钢水水比比较较，处处理理7 78 8分分钟钟，钢钢中中总总氧氧量量由由100ppm100ppm可可降降到到40ppm40ppm以以下下，处处理理后后钢钢中中非非金金属属夹夹杂杂物物明明显显减减少少，尤尤其其4040以以上上的的大大型型夹夹杂杂物物可可减减少少50%50%；20204040的夹杂物可减少的夹杂物可减少1/21/21/31/3，大大改善钢的质量。，大大改善钢的质量。2 2、CASCASOBOB法：法：为为了了快快速速补补偿偿CASCAS法法处处理理过过程程中中的的温温降降，在在隔隔离离罩罩上上再再加加一一支支氧氧枪枪对对钢钢水水进进行吹氧（同时加铝），称为行吹氧（同时加铝），称为CASCASOBOB法（法（OBOBOxygen blowingOxygen blowing）。）。1.CAS1.CASOBOB的设备组成：的设备组成：底吹氩系统；合金称量与加入系统；底吹氩系统；合金称量与加入系统；氧枪升降与吹氧系统；浸渍罩升降系统；氧枪升降与吹氧系统；浸渍罩升降系统；保温材料加入系统；自动测温取样；保温材料加入系统；自动测温取样；风动送样及光谱分析系统；除尘系统。风动送样及光谱分析系统；除尘系统。2.2.特特点点：CASCASOBOB法法在在吹吹氧氧的的同同时时，不不断断通通过过隔隔离离罩罩向向钢钢液液内内加加入入铝铝（或或硅硅铁铁），利利用用铝铝或或硅硅氧氧化化的的化化学学热热对对钢钢水水加加热热。吹吹氧氧时时有有少少量量的的锰锰、碳碳、铁铁元元素素被被氧氧化化，升升温温速速度度为为5 510/min10/min。如如宝宝钢钢最最大大升升温温速速度度可可达达13/min13/min。当当出出钢钢温温度度低低时时或或浇浇注注温温度度低低时时，经经吹氧处理，可以不回炉再冶炼。吹氧处理，可以不回炉再冶炼。CASCASOBOB法法对对钢钢水水加加热热调调温温的的目目的的是是为为了了转转炉炉与与连连铸铸更更好好地地协协调调配配合合。钢钢包包处处理理站站起起缓缓冲冲站站作作用用，为为连连铸铸中中间间包包内内的的钢钢水水提提供供准准确确的的目标温度而创造条件。目标温度而创造条件。真空循环脱气法真空循环脱气法RHRH法是德国鲁尔钢铁公司（法是德国鲁尔钢铁公司（Ruhrstahl ARuhrstahl AG G）和海拉斯公司（）和海拉斯公司（HeraeusHeraeus）两家）两家公司公司5757年共同发明的，故简称年共同发明的，故简称RHRH法。第一台法。第一台RHRH设备设备5959年在西德年在西德Thyssn(Thyssn(蒂森蒂森) )公司的公司的HattingenHattingen厂建成。厂建成。主要冶炼高质量产品，如轴承钢、主要冶炼高质量产品，如轴承钢、LFLF钢、硅钢、不锈钢、齿轮钢等。钢、硅钢、不锈钢、齿轮钢等。RHRH法可分为轻处理和本处理。轻处理就是充分发挥法可分为轻处理和本处理。轻处理就是充分发挥RHRH具有的搅拌、脱碳功能，具有的搅拌、脱碳功能，在低真空条件下对未脱氧钢水进行短时间处理，同时将钢水温度，成分调整在低真空条件下对未脱氧钢水进行短时间处理，同时将钢水温度，成分调整到适于连铸条件的工艺。而本处理处理时间长，主要是实现深脱碳的目的到适于连铸条件的工艺。而本处理处理时间长，主要是实现深脱碳的目的 。RHRH真空工艺过程真空工艺过程w出钢后，钢包测温取样；出钢后，钢包测温取样；w下降真空室，插入深度为下降真空室，插入深度为150-200mm150-200mm；w起动真空泵，一根插入管输入驱动气体；起动真空泵，一根插入管输入驱动气体；w当真空室的压力降到当真空室的压力降到262610kpa10kpa后，循环加剧；后，循环加剧；w钢水上升速度为钢水上升速度为5m/s5m/s、下降速度为、下降速度为1 12m/s2m/s；w气泡在钢液中将气体及夹杂带出气泡在钢液中将气体及夹杂带出RHRH真空工艺过程真空工艺过程w出钢后，钢包测温取样；出钢后，钢包测温取样；w下降真空室，插入深度为下降真空室，插入深度为150-200mm150-200mm；w起动真空泵，一根插入管输入驱动气体；起动真空泵，一根插入管输入驱动气体；w当真空室的压力降到当真空室的压力降到262610kpa10kpa后，循环后，循环加剧；加剧；w钢水上升速度为钢水上升速度为5m/s5m/s、下降速度为、下降速度为1 12m/s2m/s；w气泡在钢液中将气体及夹杂带出气泡在钢液中将气体及夹杂带出RHRH法的脱气工作原理法的脱气工作原理 钢钢液液脱脱气气在在一一个个砌砌有有耐耐火火材材料料内内衬衬的的真真空空室室内内进进行行，真真空空室室下下部部有有两两个个用用耐耐火火材材料料制制成成的的并并可可插插入入钢钢液液内内的的管管子子，一一根根为为钢钢液液上上升升管管，另另一一根根为为下下降降管管。当当进进行行真真空空脱脱气气处处理理时时，将将这这两两根根管管子子插插入入钢钢液液内内，启启动动真真空空泵泵将将真真空空室室抽抽成成真真空空，钢钢液液便便从从两两根根管管子子中中上上升升到到压压差差相相等等的的高高度度（所所谓谓的的循循环环高高度度）。为为了了使使钢钢液液循循环环，同同时时从从上上升升管管的的三三分分之之一一处处吹吹入入驱驱动动气气体体（一一般般为为氩氩气气），上上升升管管内内瞬瞬间间产产生生大大量量的的气气泡泡核核，由由于于气气泡泡受受热热膨膨胀胀和和压压力力降降低低而而使使体体积积成成百百倍倍的的增增大大；又又由由于于氩氩气气泡泡内内的的氢氢气气和和氮氮气气的的压压力力为为零零，所所以以钢钢液液内内的的气气体体向向氩氩气气泡泡内内扩扩散散，膨膨胀胀的的气气体体驱驱动动钢钢液液上上升升，以以约约5m/s5m/s的的速速度度成成喷喷泉泉状状喷喷入入真真空空室室。经经脱脱气气后后的的钢钢液液汇汇集集到到真真空空室室底底部部。经经下下降降管管以以1-2m/s1-2m/s的的速速度度返返回回到到钢钢包包内内。未未经经脱脱气气的的钢钢液液又又不不断断的的从从上上升升管管进进入入真真空空室室脱脱气气。如如此此反反复复循循环环n n（2-2-4 4次）次后达到脱气目的，脱气过程结束。次）次后达到脱气目的，脱气过程结束。钢包精炼炉钢包精炼炉LF炉炉(LADLE FURNACE)即钢包精炼炉。即钢包精炼炉。w最常用的精炼方法最常用的精炼方法w取代电炉还原期取代电炉还原期w解决了转炉冶炼优钢问题解决了转炉冶炼优钢问题w具有加热及搅拌功能具有加热及搅拌功能w脱氧、脱硫、合金化脱氧、脱硫、合金化工艺优点工艺优点l精炼功能强，适宜生产超低硫、超低氧钢；精炼功能强，适宜生产超低硫、超低氧钢；l具备电弧加热功能，热效率高，升温幅度大，温度控制精度高；具备电弧加热功能，热效率高，升温幅度大，温度控制精度高；l 具备搅拌和合金化功能，易于实现窄成分控制，提高产品的稳定性；具备搅拌和合金化功能，易于实现窄成分控制，提高产品的稳定性；l 采用渣钢精炼工艺，精炼成本较低；采用渣钢精炼工艺，精炼成本较低；l设备简单，投资较少设备简单，投资较少