RH、LF和VD爐外精煉技術(shù)

1、1冶金概論 -爐外精煉主講:冶金工程系孫麗娜(教授)2主要內(nèi)容一一. .概概 述述二二.RH.RH、LFLF及及VDVD法簡介法簡介3一、概 述1.爐外精煉的概念和目的2.爐外精煉的發(fā)展3.爐外精煉的分類4.爐外精煉的共同特點41.爐外精煉的概念及目的概念：概念： 爐外精煉就是將轉(zhuǎn)爐（或電爐）中初煉的鋼水移到另一反應(yīng)器中進行精煉的過程，也稱二次精煉。目的：目的： 把傳統(tǒng)的煉鋼方法分為兩步，即初煉+精煉。初煉在氧化性氣氛下進行爐料的熔化、脫P、脫C和合金化。精煉在真空、惰性氣體或可控氣氛的條件下進行深脫C、去氣、脫氧、去夾雜物和夾雜物變性處理，調(diào)整成分，控制鋼水溫度等，從而優(yōu)化工藝和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、開

2、發(fā)高附加值產(chǎn)品、節(jié)能降耗、降低成本增加經(jīng)濟效益。52.爐外精煉的發(fā)展 20世紀30年代 20世紀40年代 20世紀50年代 20世紀60,70年代 20世紀80年代 20世紀90年代-今使用高堿度合成渣進行脫S以提高鋼水質(zhì)量；在低真空度下對鋼水進行脫氣處理；大抽速蒸汽噴射泵問世,DH、RH真空法用于鋼水脫氣,減少了雜質(zhì)數(shù)量；在真空脫氣基礎(chǔ)上，V O D 、 V A D 、A S E A 、 L F V 、RH-OB蓬勃發(fā)展;出現(xiàn)合金包絲線喂絲法,不同功能精煉設(shè)備的組合使用;多種形式發(fā)展，廣泛應(yīng)用的有循環(huán)真空處理（RH，RH-OB）,提升真空處理（DH）,合金微調(diào)及溫度處理（CAS,CAS-OB

3、）,LF鋼包精煉爐,真空吹氬脫氧（ V D ） , 真 空 吹 氧 脫 碳（VOD）,鋼包噴粉（KIP、TN、SL）,喂絲法、氬氧精煉（AOD）等.63.爐外精煉的分類1)1)按精煉手段分類按精煉手段分類常壓下處理法真空精煉法真空和加熱法：渣洗法：合成渣洗、同爐渣洗合金添加和噴粉法：彈丸發(fā)射法、喂絲法、 噴粉法Ar精煉法：Gazal、CAB、AOD、CLU脫氣為主:鋼包除氣法、DH、RH脫C、O、氣為主:VOD、RH-OB、RH-PIASEA-SKF、VAD、LF72)按精煉的主要用途分類按精煉的主要用途分類3）DH、RH,不同形式的流滴去氣法和真空吹A(chǔ)r法,可脫除鋼中氣體、氧和夾雜,但無加熱

4、設(shè)備,適應(yīng)于普通鋼和中低合金鋼的真空脫氣處理;4）同爐渣洗法主要用于電爐出鋼過程中對鋼水脫S、脫O和去除夾雜。2）桶爐，VAD（VHD）和LF具備加熱攪拌功能對溫度控制靈活,可去氣、脫氧、去除夾雜和合金化;1） AOD、CLU、VOD、RHOB和VODC適合冶煉低碳和超低碳鋼;84.爐外精煉方法的共同特點爐外精煉方法的共同特點 理想的精煉氣氛條件，通常應(yīng)用真空、惰性氣氛或還原氣氛； 攪動鋼水，采用電磁力、惰性氣體或機械攪拌的方法； 為補償精煉過程的鋼水溫度損失，采用加熱設(shè)施有電弧加熱、等離子加熱或增加鋼水中的化學(xué)熱等。9二二.RH.RH、LFLF及及VDVD法簡介法簡介101.真空循環(huán)脫氣法（

5、RH法）1）RH的功能與特點2）生產(chǎn)過程模擬3）RH設(shè)備簡介4）RH過程工藝原理5）RH的主要功能與工藝參數(shù)111）RH的功能與特點 以小部分鋼水進入真空環(huán)境，經(jīng)受真空處理，在不同程度上增大了鋼氣接觸面積，提高了精煉脫氣效果。特特 點：點：脫氣效果好；適用于大量的鋼液處理；處理過程溫降??；脫C能力強，適用于低碳鋼的生產(chǎn)122）生產(chǎn)過程模擬133）RH設(shè)備簡介14真真 空空 室室結(jié)結(jié) 構(gòu)：構(gòu)： 真空室由鋼板焊接的圓柱形容器，內(nèi)砌耐火材料 。 為 直 接 結(jié) 合 M g O -Cr2O3磚，一部分為MgO-C磚。功功 能：能： 是脫氣系統(tǒng)的重要組成部分，有足夠的容積，保證鋼水在真空脫氣過程中有較大

6、的脫氣表面，提高脫氣效果，同時在脫氣過程中熱損失小。15鋼鋼 包包 車車功功 能：能： 用鋼包車將煉鋼車間的鋼水送到澆注工段； 沿鋪設(shè)的寬軌鐵路線運行，是自行臺車，有兩套直流電機驅(qū)動的運行機構(gòu)。164）RH過程生產(chǎn)工藝原理 當真空室抽真空后，插入管插入鋼液中，Ar經(jīng)鋼液加熱膨脹，形成向上流動的氣泡，使上升管內(nèi)的鋼液隨之上升進入真空室。氣泡在真空室下突然膨脹，使鋼液濺成極細微粒呈噴泉狀，增加了鋼液與真空接觸面積，使鋼液充分脫氣。 脫氣后的鋼液匯集在真空室底部，在密度差的作用下不斷地從下降管回到鋼包中。如此循環(huán)多次，達到精煉鋼液的目的。175) RH的主要功能與工藝參數(shù)功功 能能: :脫H:對完全

7、脫氧鋼液脫氫效率 60%,對未完全脫氧鋼液,由于C-O反應(yīng)劇烈,70%.脫氣時間1520min,H2ppm.脫N:N易形成N-化物,脫氮效率010%;脫O:O0.0020.005%脫碳:對初始C有要求,處理15min,可使C0.002%;脫S:效率5075%;減少非金屬夾雜:改善鋼水純凈度;成分微調(diào):合金元素控制精度為0.0030.010%18工藝參數(shù)工藝參數(shù): :處理容量:鋼包鋼水重量, 30t;脫氣時間:鋼水在真空下脫氣的處理時間,2030min;循環(huán)因數(shù):鋼包內(nèi)的鋼水通過真空室的次數(shù),等于5;循環(huán)流量:單位時間通過真空室的鋼水量;真空度:真空室內(nèi)的壓力.RH處理67134Pa,RH-OB

8、處理,2000033000Pa192.埋弧加熱桶爐法（LF法）1) LF概述2) LF生產(chǎn)模擬3) LF工藝原理4) LF生產(chǎn)工藝5) LF相關(guān)設(shè)備201) LF概述 LF是日本大同制鋼公司于1971年開發(fā)，特點是將電弧爐煉鋼還原期任務(wù)移到專用的鋼包內(nèi)進行。在利用電弧加熱鋼水的同時，向鋼液內(nèi)吹入惰性氣體（Ar），以實現(xiàn)在非氧化性氣氛下精煉，從而達到鋼液脫硫、脫氧、去氣、去夾雜物的效果。經(jīng)LF處理的鋼水，鋼中O10-30ppm、N20ppm、H1.5-2.5ppm。212) LF生產(chǎn)模擬工部全景工部全景生產(chǎn)模擬生產(chǎn)模擬223) LF工藝原理23脫脫 氧氧目目 的的: : 鋼中過剩氧與C反應(yīng)產(chǎn)生氣

9、泡,將造成凝固組織不致密;沉淀脫氧沉淀脫氧: : Fe-Si和Al等脫氧劑與鋼中O反應(yīng),脫氧產(chǎn)物上浮,達到脫氧的目的.因產(chǎn)物在鋼液內(nèi)部以沉淀形態(tài)產(chǎn)生,故稱沉淀脫氧.優(yōu)點:脫氧速度快,操作簡單,缺點:部分脫氧產(chǎn)物成為非金屬夾雜;擴散脫氧擴散脫氧: : C、Si、Mn等脫氧元素以粉末狀加入渣中,與渣中（FeO）、（MnO）、（Fe2O3）及O在鋼渣界面進行反應(yīng),使O降低，脫氧產(chǎn)物直接溶于渣中,不污染鋼液；脫氧劑選擇脫氧劑選擇: : 脫氧元素對氧的親和力鐵對氧的親和力；脫氧產(chǎn)物在鋼液中的溶解度盡可能??；殘留鋼中的脫氧元素對鋼性能不產(chǎn)生壞的影響；脫氧元素應(yīng)在鋼液中溶解快、均勻并經(jīng)濟。24脫脫 硫硫目目

10、 的的: : S在鋼中產(chǎn)生”熱脆”并降低鋼的抗腐蝕性、延展性和韌性；原原 理理: :（FeS）+（CaO）=（FeO）+（CaS）條條 件件: : 高堿度、還原氣氛、高溫、大渣量25去去 夾夾 雜雜來來 源：源： 脫氧產(chǎn)物、澆注及凝固反應(yīng)產(chǎn)物，混入熔渣及耐材；危危 害：害： 破壞鋼的組織連續(xù)性；措措 施：施： 減少外部帶入；強化冶煉；提高耐材質(zhì)量；出鋼過程強化非金屬夾雜排除264) LF生產(chǎn)工藝27供電制度供電制度 初期低功率供電造渣;泡沫渣造好后高功率埋弧精煉埋弧精煉;連續(xù)加熱1015min后,停止加熱25min,使鋼液溫度均 勻 , 加 熱 時 間 約30min,升溫速度為2-4 /min

11、28吹氬制度吹氬制度原原 則則: : 鋼包到位后,采用中等吹A(chǔ)r量,均勻成分和溫度; 化渣時采用大流量吹A(chǔ)r以盡快化渣; 加合金時,采用大流量吹A(chǔ)r,加速合金熔化,提高收得率; 通電時,采用小流量吹A(chǔ)r,均勻溫度又不引起大的液面波動.29造渣制度造渣制度目目 的的: : 脫S、脫O、去夾雜； 提高爐襯壽命； 防止鋼水二次氧化，提高合金收得率?；局贫然局贫? : 渣料加入量8-10Kg/t; 分批加入,出鋼過程加40-50%,其余待化渣后分2-3次加入; 爐渣過稠加CaF2,爐渣過稀加CaO.常用渣系：常用渣系： CaO-CaF2；CaO-Al2O3； 堿度4-630成分調(diào)整成分調(diào)整粗粗 調(diào)

12、：調(diào)： 根據(jù)電爐鋼水成分分析確定合金加入量；細細 調(diào)：調(diào)： 在白渣后進行，此時鋼液中各元素充分均勻和平衡，合金收得率穩(wěn)定，易于命中目標。315) LF相關(guān)設(shè)備32供電系統(tǒng)供電系統(tǒng)組組 成：成： 電爐變壓器和導(dǎo)電短網(wǎng)組成，實現(xiàn)低電壓大電流輸入至熔池；參參 數(shù)數(shù)（150t）： 變壓器功率：22MVA； 二次電壓：335-315V； 三相交流：50Hz； 二次電流：48KA； 電極直徑：457mm； 極心圓直徑：750mm； 升溫速度：2-4/min。33鋼包及臺車鋼包及臺車爐爐 體：體： LF爐體為電弧爐出鋼用鋼包；鋼包車：鋼包車： 鋼板焊接結(jié)構(gòu)，由鋼包支架、二臺電動機、電纜線、調(diào)速器、防熱罩構(gòu)成

13、。34爐蓋提升裝置爐蓋提升裝置結(jié)結(jié) 構(gòu)：構(gòu)： 爐蓋主要用于保溫，保持還原氣氛，減少電極氧化。內(nèi)圈為耐材，外圈為水冷管；電極孔周圍為耐材和絕緣材料；爐蓋提升裝置：爐蓋提升裝置： 提升液壓缸安裝在立柱下，液壓缸外殼與爐蓋立柱相固定，可實現(xiàn)爐蓋升降。35事故攪拌裝置事故攪拌裝置作作 用：用： 在透氣磚不能工作情況下，惰性氣體通過頂槍吹入鋼包，進行事故攪拌；結(jié)結(jié) 構(gòu)：構(gòu)： 頂槍安裝在支撐框架上，支撐框架安裝在爐蓋側(cè)面，頂槍通過電動機和卷筒實現(xiàn)上下；參參 數(shù)：數(shù)： 頂槍壓力：0.6-1.6MPa； 流量（max）：600NL/min36測溫取樣裝置測溫取樣裝置 取樣裝置由固定鋼結(jié)構(gòu)支撐，取樣槍插入鋼包預(yù)

14、定深度，停留數(shù)秒后抽出。取樣槍可使用鋼水取樣探頭和測溫熱電偶，也可使用測溫和測氧含量的混合型探頭。37加料系統(tǒng)加料系統(tǒng)組組 成：成： 高位料倉皮帶、儲料斗、溜槽和固定料槽；動動 作：作： 造渣材料和合金由上位料倉經(jīng)溜槽和固定料槽進入鋼包。 料倉共16個，分別為鐵合金、脫氧劑、造渣料和增碳劑。38喂絲裝置喂絲裝置目目 的：的： 借助喂絲機將易氧化、易揮發(fā)合金制成包芯線輸入鋼液，達到脫氧、脫S等目的；喂絲設(shè)備：喂絲設(shè)備： 松卷裝置、喂絲器、導(dǎo)向系統(tǒng)構(gòu)成；喂絲操作：喂絲操作： Al絲在成分調(diào)整時喂入，Si、Ca-Si絲在LF處理后喂入。喂絲時弱吹A(chǔ)r攪拌，可自動設(shè)定也可手動。393.鋼包真空脫氣法（

15、VD法）1) VD概述2) VD生產(chǎn)模擬3) VD生產(chǎn)工藝4) VD相關(guān)設(shè)備401) VD概述 20世紀50年代由德國首先應(yīng)用，用于生產(chǎn)低碳鋼，可嚴格控制成分和溫度。具有以下功能：具有以下功能： 有效的脫氣，減少H、N； 脫氧，通過C+O=CO去除O； 通過堿性頂渣去S； 通過合金微調(diào)及吹A(chǔ)r控制化學(xué)成分和溫度； 通過吹A(chǔ)r使夾雜無聚集上浮。 VD主要與電弧爐和LF配合，用于生產(chǎn)管線鋼，S10ppm；H 1.5-2ppm；N 40ppm；O 20ppm。412) VD生產(chǎn)模擬工部全景工部全景生產(chǎn)模擬生產(chǎn)模擬423) VD生產(chǎn)工藝43基本原理基本原理44真空脫氣真空脫氣原原 理：理： 基于H、N

16、在鋼液中溶解服從平方根定律，當VD抽真空時，真空室內(nèi)壓力降低，使H、N隨之降低，達到去除目的。 脫氣產(chǎn)物為氣體，向溶液中析出的脫氧產(chǎn)物CO和吹A(chǔ)r氣泡內(nèi)擴散而一起去除。45吹吹A(chǔ)rAr精煉精煉 通過鋼包底部的多孔塞將Ar吹入鋼液， Ar在上升中形成小氣泡，對H、N而言為真空室，因此向其中擴散并帶走。此外，吹A(chǔ)r利于去除夾雜、均勻成分和溫度，避免鋼液二次氧化。46真空處理真空處理工作順序：工作順序： 排氣連續(xù)壓縮（6min后）達設(shè)計真空度保持達到VD處理要求反抽氣破壞真空。47吹吹A(chǔ)rAr制度制度 鋼包到工位即吹A(chǔ)r，不吹破渣面，防止透氣磚堵塞； 加合金采用大流量吹A(chǔ)r，吹開渣面，使合金直接進入鋼液，提高收得率； 高真空處理時小流量吹A(chǔ)r，防噴濺； 喂絲時，小流量吹A(chǔ)r，防止增N和二次氧化。484) VD相關(guān)設(shè)備49真空罐真空罐組組 成：成： 鋼板制成的圓桶、法蘭、密封座和平板；典型參數(shù)：典型參數(shù)： 直徑 6000-7000mm 高度 6000-7000mm 鋼板壁厚 20-40mm 鋼包距罐頂距離 200-300mm。50真空罐蓋臺車真空罐蓋臺車罐罐 蓋：蓋： 鋼結(jié)構(gòu)加