武科大-第五章爐外精煉(SecondaryRefining)

第五章爐外精煉(SecondaryRefining)爐外精煉的定義及特點爐外精煉S.R.(SecondaryRefining)：按傳統(tǒng)工藝，將常規(guī)煉鋼爐（轉(zhuǎn)、電）中完成的精煉任務(wù)（四脫（S、P、C、O），二去（氣體、夾雜），兩調(diào)整（溫度、成分）），部分或全部地轉(zhuǎn)移到鋼包或其它容器中進行精煉的過程。在日本、歐洲先進的鋼鐵生產(chǎn)國家,爐外精煉比超過90%，其中真空精煉比超過50%,有些鋼廠已達到100%。

/22:10:4709:48:112日本軸承鋼質(zhì)量好的根本原因就是在爐外精煉上大下功夫。日本山陽鋼廠對不同氧含量的軸承鋼進行疲勞試驗證明，當(dāng)鋼中[0]由30ppm降到15ppm時，疲勞壽命增加5倍；降到10PPm，則提高15倍；降到5PPm，可提高30倍。由此可以看出，保證鋼材有高的純凈度是提高內(nèi)在質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。而爐外精煉就是為了解決科學(xué)技術(shù)發(fā)展對鋼材質(zhì)量的要求不斷提高而提出來的。/22:10:4709:48:113爐外精煉的特點特點：①選擇一個理想的精煉氣氛條件，通常采用真空、惰性氣氛或還原性氣氛；②對鋼液進行攪拌，可采用電磁感應(yīng)、惰性氣流或機械方法攪拌；③鋼液加熱，在精煉過程中通常采用電弧加熱、埋弧加熱、等離子加熱或增加化學(xué)熱等。/22:10:4709:48:114手段：工藝操作主要包括真空處理，吹氬氣，吹氧，電磁攪拌，加入渣料、脫氧劑和合金元素，電弧加熱等。實際操作時主要采用其中一種和幾種組合操作制度。/22:10:4709:48:115精煉的作用及方法/22:10:4709:48:116/22:10:4709:48:117/22:10:4709:48:118/22:10:4709:48:119（1）渣洗渣洗法是在出鋼時利用鋼流的沖擊作用使鋼包中的合成渣與鋼液混合，精煉鋼液。精確控制爐渣成分,通過渣—鋼反應(yīng)實現(xiàn)對鋼水的提純精煉。主要用于鋼水脫氧、脫硫和去除鋼中夾雜物。/22:10:4709:48:1110對反應(yīng)容器中的鋼液進行攪拌，是爐外精煉的最基本、最重要的手段。它采取某種措施給鋼液提供動能，促使鋼液在精煉反應(yīng)器中對流運動。鋼液攪拌可改善冶金反應(yīng)動力學(xué)條件，強化反應(yīng)體系的傳質(zhì)和傳熱，加速冶金反應(yīng)，均勻鋼液成分和溫度，有利于夾雜物聚合長大和上浮排除。（2）攪拌/22:10:4709:48:1111a氣體攪拌氣體攪拌主要用氬氣，故又稱氬氣攪拌。向鋼液吹入氬氣可以用頂槍插入法，也可以用底部透氣磚法。實踐證明，從底部通過透氣磚吹入氬氣，可充分發(fā)揮其攪拌作用，氬氣利用率高目前，大多數(shù)的吹氬攪拌均采用透氣磚底吹法。/22:10:4709:48:1112/22:10:4709:48:1113/22:10:4709:48:1114b電磁攪拌

對鋼水施加一個交變磁場，當(dāng)磁場以一定速度切割鋼液時，會產(chǎn)生感應(yīng)電勢，這個電勢可在鋼液中產(chǎn)生感應(yīng)電流，載流鋼液與磁場的相互作用產(chǎn)生電磁力，從而驅(qū)動鋼液運動，達到攪拌鋼液的目的。/22:10:4709:48:1115/22:10:4709:48:1116c循環(huán)攪拌典型的循環(huán)攪拌是鋼液在循環(huán)流動的過程中實現(xiàn)攪拌，如RH（真空循環(huán)脫氣法）與DH（真空提升脫氣法）的攪拌方式，也有人稱吸吐攪拌。在精煉中，鋼包內(nèi)的攪拌是由真空室內(nèi)鋼液注流進入鋼包中引起的。/22:10:4709:48:1117/22:10:4709:48:1118(3)真空當(dāng)冶金反應(yīng)生成物為氣體時，通過減小反應(yīng)體系的壓力即抽真空，可以使反應(yīng)的平衡向著生成氣態(tài)物質(zhì)的方向移動。因此，在真空下，鋼液將進一步脫氣、脫碳及脫氧。/22:10:4709:48:1119向鋼液中吹入氬氣，從鋼液中上浮的每個小氣泡都相當(dāng)于一個“小真空室”，氣泡內(nèi)的H2，N2及CO等分壓接近于零，鋼中的[H]、[N]以及碳氧反應(yīng)產(chǎn)物CO將向小氣泡中擴散并隨之上浮排除。吹氬對鋼液具有“氣洗”作用。/22:10:4709:48:1120例如，電弧爐冶煉不銹鋼的返回吹氧法，在1873K下很難使[C]降至很低的數(shù)值。而在AOD（氬氧精煉法）法中，向鋼液中吹入不斷變換Ar/O2比例的氣體，可以降低碳氧反應(yīng)中產(chǎn)生的CO分壓，從而使鋼液的[C]含量達到超低碳水平。/22:10:4709:48:1121（4）噴吹噴吹法是用載氣（Ar）將精煉粉劑流態(tài)化，形成氣固兩相流，經(jīng)過噴槍，直接將精煉劑送入鋼液內(nèi)部的方法。由于在噴吹法中精煉粉劑粒度小，進入鋼液后，與鋼液的接觸面積大大增加。因此，可以顯著提高精煉效果。/22:10:4709:48:1122爐外精煉中鋼液的精煉劑一類為以鈣的化合物（CaO或CaC2）為基的粉劑或合成渣，另一類為合金元素如Ca、Mg、Al、Si及稀土元素等。將精煉劑加入鋼液中，可起到脫硫、脫氧，去除夾雜物，夾雜物變性處理以及合金成分調(diào)整的作用。/22:10:4709:48:1123喂絲法是將易氧化，密度小的合金元素置于低碳鋼包裹線中，通過喂絲機將其送入鋼液內(nèi)部。喂絲法的優(yōu)點：a可防止易氧化的元素被空氣和鋼液面上的頂渣氧化，準(zhǔn)確控制合金元素添加數(shù)量，提高和穩(wěn)定合金元素的利用率；（5）喂絲/22:10:4709:48:1124b添加過程無噴濺，避免了鋼液再氧化；C精煉過程溫降?。籨設(shè)備投資少；e處理成本低。/22:10:4709:48:1125噴吹的功能及代表工藝/22:10:4709:48:1126噴吹工藝TN噴粉鋼包精煉法WF喂絲法/22:10:4709:48:1127（6）加熱鋼液在進行爐外精煉時，由于有熱量損失，造成溫度下降。若爐外精煉方法具有加熱升溫功能，可避免高溫出鋼和保證鋼液正常澆注，增加爐外精煉工藝的靈活性，精煉劑用量，鋼液處理最終溫度和處理時間均可自由選擇，以獲得最佳的精煉效果。/22:10:4709:48:1128/22:10:4709:48:1129常用的加熱方法有電加熱和化學(xué)加熱。電加熱方式主要有電弧加熱和感應(yīng)加熱。電弧加熱原理與電弧爐相似，采用石墨電極，通電后，在電極與鋼液間產(chǎn)生電弧，依靠電弧的高溫加熱鋼液。由于電弧溫度高，在加熱過程中，需控制電弧長度及造好發(fā)泡渣進行埋弧加熱，以防止電弧對耐火材料產(chǎn)生高溫侵蝕。/22:10:4709:48:1130化學(xué)加熱是利用放熱反應(yīng)產(chǎn)生的化學(xué)熱來加熱鋼液的。常用的方法有硅熱法，鋁熱法和CO二次燃燒法?；瘜W(xué)加熱需吹入氧氣，與硅、鋁、CO反應(yīng)，才能產(chǎn)生熱量。/22:10:4709:48:1131LF爐（具有加熱和攪拌功能的鋼包精煉法）/22:10:4709:48:1132爐外精煉方法

1RH（1）RH概述（2）RH工藝流程（3）RH的發(fā)展（4）RH的精煉功能

/22:10:4709:48:1133RH概述運用了真空、攪拌兩種精煉手段；功能：脫氣、成分的微調(diào)。/22:10:4709:48:1134原理：通過真空室抽成真空，使鋼水從兩根管內(nèi)上升到壓差高度約1.5m時從上升管下部三分之一處吹入Ar作為驅(qū)動氣體，使上升管內(nèi)的鋼水中充滿氣泡，Ar經(jīng)高溫鋼水加熱，加之鋼中氣體向Ar氣泡內(nèi)擴散，使其體積迅速膨脹，膨脹的氣泡使上升管內(nèi)的鋼水密度變小，氣泡帶動鋼水上升，當(dāng)鋼水進入真空室時．流速高達5m／s，Ar氣泡在真空下突然膨脹，鋼水呈雨滴狀噴起，大大增加了脫氣表面積，加速了鋼液脫氣過程，/22:10:4709:48:1135脫氣后的鋼水進入下降管，因其比重相對較大，以1—2m／s的速度返回鋼包中如此周而復(fù)始多次循環(huán)．鋼水順次進入真空室，在真空下完成脫氣過程。/22:10:4709:48:1136RH工藝流程①準(zhǔn)備工作；②裝料；③鋼包中測溫取樣；④鋼包上升；⑤啟動真空泵；鋼液上升，上升管輸入驅(qū)動氣體；⑥RH循環(huán)處理鋼水。/22:10:4709:48:1137/22:10:4709:48:1138RH精煉效果

（1）脫氣效果好：脫H至2ppm；脫O（含碳鎮(zhèn)靜鋼）20～60ppm；去氮：脫氮量不大，[N]<50ppm，沒效果；[N]>100ppm，脫N10～20％。（2）凈化鋼液：縱向、橫向機械性能均勻，提高延伸率，斷面收縮和沖擊韌性；（3）提高合金收得率。/22:10:4709:48:1139RH設(shè)備簡介①真空室②鋼包車/22:10:4709:48:1140①真空室結(jié)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MgO-Cr2O3磚，一部分為MgO-C磚。功能：