1、炉外精炼问答题提纲1.炉外精炼的目的、任务及功能有哪些？答：1）目的：在真空、惰性气氛或可控气氛的条件下进行深脱碳、脱硫、脱氧、除气、调整成分（微合金化）和调整温度并使其均匀化，去除夹杂物，改变夹杂物形态和组成等。2）炉外精炼的任务：钢水成分和温度的均匀化；精确控制钢水成分和温度；脱氧、脱硫、脱磷、脱碳； 去除钢中气体（氢氮）及夹杂；夹杂物形态控制。或炉外精炼可以完成下列任务：（1）降低钢中的硫、氧、氢、氮和非金属夹杂物含量，改变夹杂物形态，以提高钢的纯净度，改善钢的机械性能；（2）深脱碳，在特定条件下把碳降到极低含量，满足低碳和超低碳钢的要求；（3）微调合金成分，将成分控制在很窄的范围内，并
2、使其分布均匀，降低合金消耗，提高合金元素收得率；将钢水温度调整到浇铸所需要的范围内，减少包内钢水的温度梯度。 ）炉外精炼设备具备以下功能：熔池搅拌功能，均匀钢水成分和温度，促进夹杂物上浮和钢渣反应；钢水升温和控温功能，精确控制钢水温度，最大限度地减小包内钢水的温度梯度；精炼功能，包括脱气、脱碳、脱硫、去除夹杂和夹杂物变性处理等； 合金化功能，对钢水实现窄成分控制，并使其分布均匀； 生产调节功能，均衡炼钢 连铸生产。2.简述 RH 脱气过程：答：插入管插到钢液内，启动真空泵;随着压力的降低，钢液沿着两根插入管上升;向一根插入管 1/3 处吹入驱动气体；由于高温和低压的作用，气体的膨胀功推动钢液在
3、上升管中快速提升，钢液呈喷泉状进入真空室；钢中气体在真空环境下被脱除；脱气后的钢液，在重力的作用下，经下降管返回钢包；不断循环若干次，以达到去气目的。3.炉外精炼的搅拌方式有几种？工艺上有何不同特点？答：两种：吹氩搅拌和电磁搅拌吹氩搅拌：优点：气体入口正上方，流速最高，搅拌强烈（搅拌强度大） ，不受处理容量限制；促使夹杂物上浮（能去夹杂） ，能脱气；设备投资较低。局限性：对大钢包（300350t）包底四周有低流速的“死点”死区（有死角） ，难以有效控制；夹杂物的上浮排出不好（强烈的搅拌不利于上浮，且顶渣卷入或冲刷炉衬耐材，产生新夹杂源，喷口上方搅拌强烈，顶渣影响较大） ，可能回磷、有二次氧化；
4、电弧加热会增碳（增碳倾向较大） ，不适于超低碳钢的精炼；降温程度较大（气体带走一部分，主要为液面搅动强烈，增加热辐射） 。电磁搅拌：优点：搅拌强度比吹氩搅拌小，包内各点比前者搅拌均匀些、较弱些、无死角，且易控，可靠性较强；夹杂物的上浮排出较好，回磷少、二次氧化少，适于纯洁度要求很高的钢；电弧加热增碳少；降温较小。运行操作简单、运行费用低（不考虑设备折旧和备品备件） 。 局限性：脱气不好。设备复杂、投资较高、运行维护工作量较大、技术要求高。 4.LF 炉具有的主要冶金功能和采用的精炼手段有哪些？LF 炉提温速率一般为多少？与化学加热法相比有何不同特点？答：1）LF 炉具有的主要冶金功能：钢水升温
5、、调温及保温功能；强化脱氧、脱硫功能；合金微调功能协调生产组织（在转炉和连铸之间起到缓冲器作用）2）采用的精炼手段：吹氩搅拌；埋弧加热；造强还原气氛；造碱性合成渣或该炉采用碱性合成渣，埋弧加热，吹氩搅拌，在还原气氛下精炼或埋弧加热/电极埋弧加热进行钢水提温；氩气搅拌/底吹氩搅拌；炉内还原气氛；白渣精炼/还原渣精炼或 LF 炉有如下 4 个独特的精炼功能：（1）埋弧加热；（2）氩气搅拌；（3）炉内还原气氛；（4）白渣精炼。3）LF 炉提温速率一般为 35/min。4）与化学加热法相比的不同特点：最常用的加热方法有电弧加热、感应加热和利用电阻的辐射加热。此外，也可以利用等离子弧、燃烧嘴及化学热。主
6、要比较电弧加热和化学加热。在转炉、连铸车间应用这类加热方法，可有效提高连铸比，同时还可降低转炉的出钢温度，提高转炉的炉衬寿命。电弧加热：原理：将电能转变成热能来加热钢液的。优点：精炼功能强，精炼成本低（采用渣钢精炼工艺） 。脱氧、脱硫、净化钢水效果好，钢的质量显著提高；适宜生产超低硫、超低氧钢种；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。电弧加热热效率较高，升温幅度大/升温快，温度控制精度高。 钢水温度易于控制（温度控制精度高） 。对钢质量影响较小（钢水污染小） 。工艺灵活性强，且便于与其他精炼手段配合使用，应用广。设备简单，投资较少。局限性：对电极的性能要求高；电弧距钢包内
7、衬距离近，包衬寿命短（包衬易蚀损） ；常压下电弧加热促进钢液吸气（易吸气） 。基建设备投资、操作的适应性、成本等方面不够经济。化学加热（钢液铝氧加热法） （2.5 分）原理：利用放热反应产生的化学热来加热钢液的优点：热效率高，升温速度大/快；氧气利用率高（用浸入式氧枪） ；耐火材料热负荷小，设备简单、投资和操作费用低、操作方便、成本低而效率高；可有效提高连铸比，降低出钢温度。是一种简便快速有效的预热装置也称简易钢包快速升温法。局限性：铝和合金的消耗率；因钢中硅、锰的氧化，使熔渣的碱度下降或氧势增加，导致钢液纯洁度下降；易回磷、易回硫，氧化后夹杂物会有部分残留钢液中（铝热法和硅热法若操作不当，易
8、产生氧化物夹杂） 。可适用的钢种有限；加热速度小（26/min） ，升温幅度小，不利于提高生产率。4.0/min解决措施：操作中，应加强搅拌（要求有一定强度的钢液搅拌，即存在一个最小的吹氩强度；顶吹氧气流股对钢液的穿透深度越大，越能促进钢中铝的氧化） ，促进铝的氧化，抑制硅和锰的氧化。升温后保证一定时间的弱吹氩搅拌，促进夹杂物上浮。5.固体料加入的目的和原则是什么？举例说明固体料的添加方法及特点。答： 1）固体料加入的目的和原则：目的：为了完成某种冶金任务，如脱碳、脱硫、脱氧、合金化、控制夹杂物性态，以及达到净化钢液、提高合金吸收率；改善钢水的可浇性，往往需要加入一些固态反应剂。原则：要求所加
9、入的反应剂的利用率尽可能高。因而在反应剂加入时，使反应剂直接加入反应区，与反应物有尽可能大的接触界面，尽量减少反应剂参与反应前的损失。2）方法：为达上述要求，在生产条件下对反应剂的加入方法作了一系列的改进，提出了一些行之有效的措施。这些措施基本上可分为二种类型。将块状的反应剂变成粉剂，用气体载流喷入液态熔池中；（用载流气体将参与精炼反应的熔剂，通过浸入式的喷枪，吹入被精炼的钢液中，如 SL 或TN）将具有较大反应界面的反应剂用机械的方法，使其迅速地穿过渣层而进入液态熔池中（反应剂以较高的速度直接加入熔体中，如喂丝和喷丸） 。固体料的这些加入方法，单独地或与其他精练手段组合成一系列新的炉外精炼方
10、法。炉外精炼中金属液的精炼剂添加方法有:合成渣洗法、喷吹/粉法（TN 法、SL 法） 、喂线法（WF 法，Wire Feeding） 、弹丸发射法（ABS 法，Aluminum Ball Shoot）等。以钙合金的加入方法为例，金属液添加物料法异同点：相同点：将钙合金以不同的形式加入钢液中，均可起到脱硫、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。不同点：喷吹法： 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。喷粉法的实质就是用气体作载体，向钢液内喷吹
11、精炼剂、增碳剂、合成渣或合金。喷粉法不仅有较好的脱硫、脱氧、减少夹杂、改善夹杂形态等效果。喂丝喂丝法一般是把 Ca 或 Al 加工成外有保护层的丝状或是将易氧化、比重轻的合金元素置于低碳钢包芯线中，通过喂丝机将其送入钢液内部。优点：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。喂线冶金效果:合金及铝的收得率高。钢中氧及氧化物夹杂含量降低。钢中夹杂物变性。脱硫作用。喂线钢水由于出钢过程加入脱氧剂或合成渣，脱硫条件好，钢水温度越高，吹氩搅拌强度越大越有利于脱硫。6.试述不
12、锈钢炉外精炼的种类，AOD 与 VOD 法各自特点，解释“降碳保铬”的含义。答：1）不锈钢的冶炼方法：电炉或转炉VOD；电炉；电炉或转炉AOD2） “降碳保铬” 的含义：不锈钢的特点是含有较高的铬、较低的碳，因不锈钢的碳降低了钢的耐腐蚀性能，对于大部分不锈钢，其含碳量是较低的。不锈钢的冶炼关键在于“去碳保铬” ，近年来超低碳不锈钢日益增多，在不锈钢生产中必然面对髙铬钢液的脱碳问题。为降低不锈钢生产成本，希望充分利用不锈钢的返回料和含碳较多的铬铁。冶炼中希望尽可能降低钢中碳而铬少氧化，使铬的氧化损失保持在尽可能低的水平。当钢中铬含量一定时，要脱除碳有两个途径，一是提高钢水温度，二是要降低钢液气泡
13、中一氧化碳分压 Pco。由于在常压和低碳条件下Cr将比C先氧化，所以在 EAF 或转炉中不能容易地生产低碳不锈钢。这会导致过大的 Cr 产率损失，并需要使用高成本的低碳铁铬合金。在真空条件下，从钢水中进行脱碳（和脱氧）是以压力对化学反应的影响为基础的。其中一氧化碳分压的下降可以促进脱碳过程。AOD 法与真空脱碳相似，但它不是利用真空使 PCO降低，而是利用气体稀释的方法使 PCO降低。AOD 法可以在不高的冶炼温度和常压下将高铬钢液中的碳降到基地的水平，而铬有没有明显的烧损。VOD 利用真空使 PCO降低，在真空条件下吹氧去碳，易将钢液中的碳和氧降到很低的水平。AOD 为是氩氧脱碳法。在精炼不
14、锈钢时，标况下，向钢水吹氧的同时，吹入惰性气体（Ar，N 2） ，通过降低 CO 分压，达到假真空的效果，从而使碳含量降到很低的水平，促进 C-O 反应正向进行，有效抑制钢中铬的氧化。VOD 是通过真空技术将炉内抽真空，以降低炉内的 CO 分压，以此促进碳氧反应正向进行，从而达到去碳的目的。两者的本质是通过降低炉内 CO 反应的分压，以使 C 优先于 Cr 反应，而达到保护钢种的铬的目的。3）AOD 与 VOD 法各自特点比较AOD原理：AOD 法与真空脱碳相似，但它不是利用真空使 PCO降低，而是利用气体稀释的方法使 PCO降低，即将氩氧混合气体吹入钢液中，氧首先与钢中碳起反应生成 CO，降
15、低钢中的碳含量。此时生成的 CO分压较高，氩气进入后，分压较高的 CO 即扩散到氩气泡中，降低了碳氧反应所生成的 CO 分压，这样又促进了碳氧化反应的继续进行，从而使钢中碳含量进一步降低，以非常接近 CCrTPCO 平衡的条件脱碳精炼，使高铬钢液在温度不太高的情况下“降碳保铬” ，由此可获得超低碳的钢液。VOD 利用真空使 PCO降低，在真空条件下吹氧去碳，易将钢液中的碳和氧降到很低的水平。主要优点：虽在非真空下冶炼，但过程控制较简单，容易掌握，AOD 在大气压下稀释脱碳，可以造渣、测温、取样，工艺操作控制方便，成分控制方便；重现性好（工艺参数稳定） ，有利于实现自动控制。也更易实现计算机动态
16、控制，可由智能系统自动设定和跟踪。而 VOD 法真空下操作，只能间接控制，自动控制较为困难。AOD 法比 VOD 法精炼过程更容易控制，易于实现自动化。调整方便，操作控制方便（操作自由，能直接观察，造渣及取样方便，成分控制方便， ） ，温度易控制（用改变氩氧比（吹气比例） 、速率及加冷却剂和发热剂控制） ，而 VOD 法调温不方便，较为困难。原料适应性强，可使用廉价原料，能接受 VOD 法倾向于不用的高碳钢液，在要求低含硫量时也可达到。而 VOD 法炉料条件有要求。其中钢水条件：AOD：C=0.52.0，Si0.5，Cr规格中上限，S0.15VOD：C=0.30.5，Si0.3，Cr规格中上限
17、，S0.06脱硫效果好（单渣法操作，由于强烈的 Ar 气搅拌和高碱度炉渣的作用，AOD 法脱硫是十分容易的。脱硫能力好，脱硫率8090，由于氩气的强搅拌作用，硫含量很低，可生产S0.0010.005超低硫不锈钢。AOD 炉可以随时扒渣和进行二次造渣，故容易生产含硫极低的钢（S10ppm） 。 ） ，并在 AOD 炉上试用不锈钢脱磷技术及冶炼超低硫(SO001)钢等工艺。铬的收得率高。生产率高，钢的产量高，质量高（搅拌强烈，夹杂物上浮好） 。成本低。设备费用低（设备简单、投资省） ；劳动强度低。缺点：脱气效果不如 VOD（VOD 利用真空使 PCO降低，在真空条件下吹氧去碳，易将钢液中的碳和氧降
18、到很低的水平） ，且出钢时钢液易二次氧化；操作费用高，氩气和硅铁耗量大；炉衬寿命低；无外加热源，精炼时间短，需配备快速化学分析及温度测量等仪表。要设除尘系统，VOD 法不需要设除尘系统。AOD 没有通用性，只能冶炼不锈钢，而 VOD 法作为脱气设备具有通用性，可适用于各种钢种。脱碳量0.5，只有在炼特低碳（ELC 级）和特低氮级钢种时才有经济性。VOD更易于冶炼超低碳、氮及氧不锈钢。氩氧精炼法(argon oxygen decarburization (process)一种利用喷吹 Ar+O2混合气体精炼低碳不锈钢的炉外精炼技术，简称 AOD 法。该技术是 1964 年由美国联合碳化物(Uni
19、on Carbide)公司研制成功的，1967 年在美国乔斯林(Joslyn)不锈钢厂建成并投产了第一台 15tAOD 炉。由于它具有基建投资少，操作及维护简单，冶炼质量优越，经济效益显著而引起冶金界广泛关注，各国争相引进，发展十分迅速，到 1984 年全世界已建有 AOD 炉约120 台，最大容量为 175t，其发展速度超过了早于它诞生的 VOD 法。至今，世界不锈钢总产量的约 85%是用 AOD 炉生产的。 原理 不锈钢熔炼时的脱碳反应是按照以下方式进行的：当向钢液直接吹纯氧时，Pco 相当于0.101MPa(1 个大气压)此时钢液的含碳量是含铬量 34 次方的函数：工艺 氩氧精炼法是一种
20、双联操作法。初炼炉可以是电弧炉、转炉或感应炉。初炼炉把返回钢、高碳铬铁、镍等原材料熔化并将 Ni、Cr 等元素调整到冶炼钢种的中上限，P 控制在规格允许的范围，C则根据原材料的条件来决定，一般在 1.02.0之间，也可以更高一些。将初炼钢液用转移钢包倒入 AOD 炉，用装在炉壁底侧面的气体喷枪吹入Ar+O2混合气进行钢液的脱硅和脱碳。脱碳期根据碳含量的变化，及时变更 ArO2 的比例，以期达到 pco 逐步降低的目的。一般分为 3 期，其ArO 2比分别为 1：3、1：1 和 3：1，最后再用纯Ar 吹几分钟，使钢中残余氧继续与碳反应进一步降低终点碳含量。当碳含量达到预定目标时，在Ar 气搅拌
21、下加入硅铁、铝等还原剂进行还原。此时，脱碳期被氧化的铬，大部分返回熔池。在扒除大部分炉渣后重造新渣进行脱硫并进一步脱氧和调整成分。精炼过程中强烈的 Ar 气搅拌提供了优越的动力学条件，渣一钢反应充分，因此 AOD 精炼钢的含硫量可以降低到 1010-6，氧含量降到5010-6，而氢含量仅 510-6左右。脱氧良好，成分合格，温度适宜时即可出钢。188 型不锈钢的典型操作工艺过程及成分、温度变化如图 3 所示。效果 氩氧精炼法具有以下的明显效果：(1)1 台电弧炉与 1 台氩氧精炼炉双联操作的产量相当于两台电弧炉的能力；(2)基建投资低，维护容易，操作简单；(3)可以利用返回钢、高碳铬铁等廉价原
22、料生产超低碳不锈钢，铬的收得率可以高达98，因此成本大幅度降低；(4)钢的质量明显优于传统的电炉钢，而可与经钢液真空处理的钢质相媲美。(见表)7.在 AOD 操作工艺中，一般分几个阶段把氧与不同比例的氩混合吹入炉中？每个阶段的氧氩比、冶炼任务、 C及温度的控制范围是多少？答：AOD 操作工艺中，分四个阶段，每个阶段的氩氧混合比及C和温度的控制范围（参见P126、130）：AOD 工艺过程 炉料：废钢、不锈钢返回料、高碳铬铁、高碳镍铁；不同温度及碳含量控制吹炼氩氧比: O2：Ar=3:1 (4:1)， C 下降为 0.2%0.3） 、T16801700） ；O2：Ar=2:1 (1:1)， C 下降为 0.1%、T1700（1740、16901720） ； O2：Ar=1:2， C 下降为 0.02%（或0.03 ） 、T1730（17001730） ； O2：Ar=1:3(1:4)， C 下降为0.01%、T1750；在脱碳氧化期吹入 O2+Ar 的混合气体中，氧气用于脱碳，而氩气在吹炼中起着特殊作用。吹入的氩气在第一期主要起搅拌作用，第二期主要起扩大反应体积的作用，第三期起脱碳、脱气的作用。钢液中 Pco 随着 O2/Ar 比的降低而降低，从而有利于去碳保铬的进行。
