炼钢工艺知识.doc

1、1、LF 炉 (LADLE FURNACE)即 钢 包 精 炼 炉 ， 是 钢 铁 生 产 中 主 要 的 炉 外 精 炼 设 备 。 LF 炉 一 般 指 钢 铁 行 业 中 的 精 炼 炉 。 实 际 就 是 电 弧 炉 的 一 种 特 殊 形 式 。LF 炉 的 主 要 任 务 脱 硫 、 脱 氧 -（ 相 当 于 电 炉 三 阶 段 中 的 还 原 期 ） 温 度 调 节 精 确 的 成 分 微 调 改 善 钢 水 纯 净 度 造 渣LF(Ladle Furnace)炉 是 70 年 代 初 期 在 日 本 发 展 起 来 的 精 炼 设 备 。 由 于 它 设 备 简 单 ，投 资

2、费 用 低 ， 操 作 灵 活 和 精 炼 效 果 好 而 成 为 冶 金 行 业 的 后 起 之 秀 ， 在 日 本 得 到 了 广 泛 的应 用 与 发 展 。 LF 炉 精 炼 主 要 靠 桶 内 的 白 渣 ， 在 低 氧 的 气 氛 中 (氧 含 量 为 5 )， 由 桶内 吹 氩 气 进 行 搅 拌 并 由 石 墨 电 极 对 经 过 初 炼 炉 的 钢 水 加 热 而 精 炼 。 由 于 氩 气 搅 拌 加 速了 渣 一 钢 之 间 的 化 学 反 应 ， 用 电 弧 加 热 进 行 温 度 补 偿 ， 可 以 保 证 较 长 时 间 的 精 炼 时 间 ，从 而 可 使 钢 中

3、 的 氧 、 硫 含 量 降 低 ， 夹 杂 物 按 ASTM 评 级 为 O O 1 级 。 LF 炉 可 以与 电 炉 配 合 ， 以 取 代 电 炉 的 还 原 期 ， 还 可 以 与 氧 气 转 炉 配 合 ， 生 产 优 质 合 金 钢 。 此 外 ，LF 炉 还 是 连 铸 车 问 ， 特 别 是 合 会 钢 连 铸 生 产 线 上 不 可 缺 少 的 控 制 成 分 、 温 度 及 保 存 钢水 的 设 备 。 因 此 LF 炉 的 出 现 形 成 了 LDLFRH（ 真 空 循 环 脱 气 法 ） CC(连 铸 )新的 生 产 优 质 钢 的 联 合 生 产 线 。 在 这 种

4、 联 合 生 产 线 上 钢 的 还 原 精 炼 主 要 是 靠 LF 炉 来 完成 的 。 LF 炉 所 处 理 得 钢 种 几 乎 涉 及 从 特 钢 到 普 钢 的 所 有 钢 种 ， 生 产 中 可 视 质 量 控 制 的需 要 ， 采 用 不 同 的 工 艺 操 作 制 度 。 在 各 种 二 次 精 炼 设 备 中 ， LF 炉 的 综 合 性 价 比 高 。LF 炉 本 身 一 般 不 具 有 真 空 设 备 。 在 精 炼 时 ， 即 在 不 抽 真 空 的 大 气 压 下进 行 精 炼 时 ， 靠 钢 桶 上 的 水 冷 法 兰 盘 、 水 冷 炉 盖 及 密 封 橡 皮 圈

5、 的 作 用 可 以 起到 隔 离 空 气 的 密 封 作 用 。 再 加 上 还 原 性 渣 以 及 加 热 时 石 墨 电 极 与 渣 中FeO、 MnO、 C 如 q 等 氧 化 物 作 用 生 成 CO 气 体 ， 增 加 炉 气 的 还 原 性 。 除 此之 外 ， 石 墨 电 极 还 与 桶 内 的 氧 气 作 用 生 成 碳 一 氧 化 物 ， 阻 止 炉 气 中 的 氧 向 金属 传 递 。 良 好 的 氩 气 搅 拌 是 LF 炉 精 炼 的 又 一 特 点 。 氩 气 搅 拌 有 利 于 钢 一 渣之 间 的 化 学 反 应 ， 它 可 以 加 速 钢 一 渣 之 间 的

6、物 质 传 递 。 有 利 于 钢 液 的 脱 氧 、脱 硫 反 应 的 进 行 。 吹 氩 搅 拌 还 可 以 去 除 非 金 属 夹 杂 物 。 吹 氩 搅 拌 的 另 一 作 用是 可 以 加 速 钢 液 中 的 温 度 与 成 分 均 匀 ， 能 精 确 的 调 整 复 杂 的 化 学 组 成 ， 而 这对 优 质 钢 又 是 不 可 缺 少 的 要 求 。 此 外 吹 氩 搅 拌 可 加 速 渣 中 氧 化 物 的 还 原 ， 对回 收 铬 、 铝 、 钨 等 有 价 值 的 合 金 元 素 有 利 。LF 精 炼 炉 是 采 用 三 根 电 极 并 行 加 热 的 。 加 热 时

7、电 极 插 入 渣 层 中 采 用 埋弧 加 热 法 ， 这 种 方 法 的 辐 射 小 ， 对 炉 衬 有 保 护 作 用 ， 与 此 同 时 加 热 的 效 率 也比 较 高 ， 热 效 率 好 。 LF 是 利 用 白 渣 进 行 精 炼 的 ， 它 不 同 于 主 要 靠 真 空 脱 气 的 其 他 精 炼 法 。白 渣 在 LF 炉 内 具 有 很 强 的 还 原 性 ， 这 是 LF 炉 内 良 好 的 还 原 气 氛 和 氩 气 搅拌 ， 互 相 作 用 的 结 果 。 一 般 渣 量 为 金 属 量 的 2 8 。 通 过 白 渣 的 精 炼 作 用可 以 降 低 钢 中 氧

8、、 硫 及 夹 杂 物 含 量 。 LF 炉 冶 炼 时 可 以 不 用 加 脱 氧 剂 ， 而 是靠 白 渣 对 氧 化 物 的 吸 附 作 用 而 达 到 脱 氧 的 目 的 。2、AOD 冶炼技术利用 AOD 炉炼制不锈钢 AOD 炉(argon oxygen decarburization furnace) 氩氧脱碳炉氩氧精炼法的精炼设备，以该法英文名的缩写字母命名。它的外形与转炉近似，炉体安放在一个可以前后倾翻的托圈上，由销钉固定。在炉子的底侧部装有向熔池水平方向吹入气体的喷枪，喷枪的数量根据炉子的吨位而有所不同，一般为 23 支。喷枪延长线的会合点与炉子的竖轴重合。喷枪由内管(铜质

9、)及外管(不锈钢)两层组成，内管导入主吹炼气体(由 ArO2 或 ArN2 组成)，内管与外管之间的环形缝隙导入 Ar、N2 或碳氢化合物起冷却作用以保护喷枪。喷枪是消耗式的，在筑炉时埋入耐火材料层，在冶炼过程中与炉衬同步烧损。3、VOD 技术VOD 技 术 ， 中 文 “真 空 吹 氧 脱 碳 法 ”， 属 于 炉 外 精 炼 技 术 重 要 的 一 种 方法 。 1965 年 联 邦 德 国 Edelstahlwerk Witten 公 司 最 早 在 1965 年 开 发 了50 吨 VOD 炉 。 现 世 界 上 最 大 的 VOD 炉 是 建 设 在 日 本 新 日 铁 八 幡 制

10、铁 厂 的150 吨 VOD 炉 。 我 国 最 早 的 VOD 炉 始 建 于 1978 年 。 所 谓 VOD 技 术 ， 就 是 增 加 顶 部 吹 氧 ， 在 底 部 使 用 Ar 气 搅 拌 钢 水 ， 然 后在 真 空 条 件 下 合 金 化 、 精 炼 钢 的 技 术 。 一 般 来 说 ， VOD 分 为 两 种 形 式 ， 一 种 是 钢 包 置 于 真 空 罐 内 的 “罐 式VOD”， 一 种 是 钢 包 直 接 加 真 空 盖 的 “桶 式 VOD”。 现 在 世 界 上 使 用 较 多 的是 “罐 式 VOD”， 他 具 有 ： 罐 盖 面 积 大 ， 易 于 布 置

11、 不 同 用 途 的 装 置 ； 罐 内 课题 容 纳 大 小 不 同 的 钢 包 ； 易 于 与 真 空 泵 连 接 ； 钢 包 上 部 不 必 带 法 兰 ， 结 构 简单 且 可 以 使 用 较 小 的 自 由 空 间 ； 易 于 设 置 防 溅 盖 ； 较 易 保 证 密 封 等 优 点 。 VOD 的 主 要 用 途 ： 具 有 很 强 的 合 金 化 、 脱 气 、 脱 碳 、 喷 粉 能 力 ； 另 外 具有 较 强 的 搅 拌 、 升 温 、 渣 洗 、 夹 杂 物 处 理 等 能 力 。 VOD 的 发 展 和 AOD 的 发 展 ， 直 接 促 使 了 钢 铁 行 业 “超

12、 低 C+N”技 术 的 成熟 ， 许 多 新 型 钢 种 的 出 现 ， 直 接 与 AOD 和 VOD 直 接 相 关 ， 特 别 是 世 界 兴 起的 超 低 碳 铁 素 体 不 锈 钢 ， 正 是 VOD 和 AOD 技 术 发 展 带 来 的 福 利 。 4、电炉炼钢：造 渣造 渣 ： 调 整 钢 、 铁 生 产 中 熔 渣 成 分 、 碱 度 和 粘 度 及 其 反 应 能 力 的 操 作 。目 的 是 通 过 渣 金 属 反 应 炼 出 具 有 所 要 求 成 分 和 温 度 的 金 属 。 例 如 氧 气 顶吹 转 炉 造 渣 和 吹 氧 操 作 是 为 了 生 成 有 足 够

13、 流 动 性 和 碱 度 的 熔 渣 ， 能 够 向 金 属液 面 中 传 递 足 够 的 氧 ， 以 便 把 硫 、 磷 降 到 计 划 钢 种 的 上 限 以 下 ， 并 使 吹 氧时 喷 溅 和 溢 渣 的 量 减 至 最 小 。出 渣出 渣 ： 电 弧 炉 炼 钢 时 根 据 不 同 冶 炼 条 件 和 目 的 在 冶 炼 过 程 中 所 采 取的 放 渣 或 扒 渣 操 作 。 如 用 单 渣 法 冶 炼 时 ， 氧 化 末 期 须 扒 氧 化 渣 ； 用 双 渣 法 造还 原 渣 时 ， 原 来 的 氧 化 渣 必 须 彻 底 放 出 ， 以 防 回 磷 等 。熔 池 搅 拌熔 池

14、 搅 拌 ： 向 金 属 熔 池 供 应 能 量 ， 使 金 属 液 和 熔 渣 产 生 运 动 ， 以 改 善 冶金 反 应 的 动 力 学 条 件 。 熔 池 搅 拌 可 藉 助 于 气 体 、 机 械 、 电 磁 感 应 等 方 法 来 实现 。 脱 磷减 少 钢 液 中 含 磷 量 的 化 学 反 应 。 磷 是 钢 中 有 害 杂 质 之 一 。 含 磷 较 多 的 钢 ,在室 温 或 更 低 的 温 度 下 使 用 时 ,容 易 脆 裂 ， 称 为 “冷 脆 ”。 钢 中 含 碳 越 高 ， 磷引 起 的 脆 性 越 严 重 。 一 般 普 通 钢 中 规 定 含 磷 量 不 超

15、过 0.045 ， 优 质 钢 要求 含 磷 更 少 。 生 铁 中 的 磷 ， 主 要 来 自 铁 矿 石 中 的 磷 酸 盐 。 氧 化 磷 和 氧 化 铁 的热 力 学 稳 定 性 相 近 。 在 高 炉 的 还 原 条 件 下 ， 炉 料 中 的 磷 几 乎 全 部 被 还 原 并 溶入 铁 水 。 如 选 矿 不 能 除 去 磷 的 化 合 物 ， 脱 磷 就 只 能 在 （ 高 ） 炉 外 或 碱 性 炼钢 炉 中 进 行 。 碱 性 渣 的 脱 磷 作 用 脱 磷 反 应 是 在 炉 渣 与 含 磷 铁 水 的 界 面 上 进 行 的 。 钢液 中 的 磷 【 P】 和 氧 【

16、O】 结 合 成 气 态 P2O5 的 反 应 电 炉 底 吹电 炉 底 吹 ： 通 过 置 于 炉 底 的 喷 嘴 将 N2、 Ar、 CO2、 CO、 CH4、 O2 等气 体 根 据 工 艺 要 求 吹 入 炉 内 熔 池 以 达 到 加 速 熔 化 ， 促 进 冶 金 反 应 过 程 的 目 的 。采 用 底 吹 工 艺 可 缩 短 冶 炼 时 间 ， 降 低 电 耗 ， 改 善 脱 磷 、 脱 硫 操 作 ， 提 高 钢 中残 锰 量 ， 提 高 金 属 和 合 金 收 得 率 。 并 能 使 钢 水 成 分 、 温 度 更 均 匀 ， 从 而 改 善钢 质 量 ， 降 低 成 本

17、， 提 高 生 产 率 。熔 化 期熔 化 期 ： 炼 钢 的 熔 化 期 主 要 是 对 平 炉 和 电 炉 炼 钢 而 言 。 电 弧 炉 炼 钢 从通 电 开 始 到 炉 料 全 部 熔 清 为 止 。 熔 化 期 的 任 务 是 尽 快 将 炉 料 熔 化 及 升 温 ， 并 造 好熔 化 期 的 炉 渣 。氧 化 期 和 脱 炭 期氧 化 期 和 脱 炭 期 ： 普 通 功 率 电 弧 炉 炼 钢 的 氧 化 期 ， 通 常 指 炉 料 溶 清 、 取样 分 析 到 扒 完 氧 化 渣 这 一 工 艺 阶 段 。 也 有 认 为 是 从 吹 氧 或 加 矿 脱 碳 开 始 的 。氧

18、化 期 的 主 要 任 务 是 氧 化 钢 液 中 的 碳 、 磷 ； 去 除 气 体 及 夹 杂 物 ； 使 钢 液 均匀 加 热 升 温 。 脱 碳 是 氧 化 期 的 一 项 重 要 操 作 工 艺 。 为 了 保 证 钢 的 纯 净 度 ， 要求 脱 碳 量 大 于 0.2 左 右 。 随 着 炉 外 精 炼 技 术 的 发 展 ， 电 弧 炉 的 氧 化 精 炼 大多 移 到 钢 包 或 精 炼 炉 中 进 行 。还 原 期还 原 期 ： 普 通 功 率 电 弧 炉 炼 钢 操 作 中 ， 通 常 把 氧 化 末 期 扒 渣 完 毕 到出 钢 这 段 时 间 称 为 还 原 期 。

19、其 主 要 任 务 是 造 还 原 渣 进 行 扩 散 ， 脱 氧 、 脱 硫 、控 制 化 学 成 分 和 调 整 温 度 。 目 前 高 功 率 和 超 功 率 电 弧 炉 炼 钢 操 作 已 取 消 还 原期 。炉 外 精 炼炉 外 精 炼 ： 将 炼 钢 炉 （ 转 炉 、 电 炉 等 ） 中 初 炼 过 的 钢 液 移 到 另 一 个 容 器中 进 行 精 炼 的 炼 钢 过 程 ， 也 叫 二 次 冶 金 。 炼 钢 过 程 因 此 分 为 初 炼 和 精 炼 两 步进 行 。初 炼 ： 炉 料 在 氧 化 性 气 氛 的 炉 内 进 行 熔 化 、 脱 磷 、 脱 碳 和 主 合

20、 金 化 。精 炼 ： 将 初 炼 的 钢 液 在 真 空 、 惰 性 气 体 或 还 原 性 气 氛 的 容 器 中 进 行 脱 气 、 脱 氧 、 脱 硫 ， 去 除 夹 杂 物 和 进 行 成 分 微 调 等 。将 炼 钢 分 两 步 进 行 的 好 处 是 ： 可 提 高 钢 的 质 量 ， 缩 短 冶 炼 时 间 ， 简 化 工 艺过 程 并 降 低 生 产 成 本 。 炉 外 精 炼 的 种 类 很 多 ， 大 致 可 分 为 常 压 下 炉 外 精 炼 和真 空 下 炉 外 精 炼 两 类 。 按 处 理 方 式 的 不 同 ， 又 可 分 为 钢 包 处 理 型 炉 外 精 炼

21、 及钢 包 精 炼 型 炉 外 精 炼 等 。钢 液 搅 拌钢 液 搅 拌 ： 炉 外 精 炼 过 程 中 对 钢 液 进 行 的 搅 拌 。 它 使 钢 液 成 分 和 温 度均 匀 化 ， 并 能 促 进 冶 金 反 应 。 多 数 冶 金 反 应 过 程 是 相 界 面 反 应 ， 反 应 物 和 生成 物 的 扩 散 速 度 是 这 些 反 应 的 限 制 性 环 节 。 钢 液 在 静 止 状 态 下 ， 其 冶 金 反 应速 度 很 慢 ， 如 电 炉 中 静 止 的 钢 液 脱 硫 需 30 60 分 钟 ； 而 在 炉 精 炼 中 采 取 搅拌 钢 液 的 办 法 脱 硫 只

22、需 3 5 分 钟 。 钢 液 在 静 止 状 态 下 ， 夹 杂 物 *上 浮 除 去 ，排 除 速 度 较 慢 ； 搅 拌 钢 液 时 ， 夹 杂 物 的 除 去 速 度 按 指 数 规 律 递 增 ， 并 与 搅 拌强 度 、 类 型 和 夹 杂 物 的 特 性 、 浓 度 有 关 。 钢 包 喂 丝钢 包 喂 丝 ： 通 过 喂 丝 机 向 钢 包 内 喂 入 用 铁 皮 包 裹 的 脱 氧 、 脱 硫 及 微 调成 分 的 粉 剂 ， 如 Ca-Si 粉 、 或 直 接 喂 入 铝 线 、 碳 线 （ 脱 氧 剂 ） 等 对 钢 水 进行 深 脱 硫 、 钙 处 理 以 及 微 调

23、钢 中 碳 和 铝 等 成 分 的 方 法 。 它 还 具 有 清 洁 钢 水 、改 善 非 金 属 夹 杂 物 形 态 的 功 能 。钢 包 处 理钢 包 处 理 ： 钢 包 处 理 型 炉 外 精 炼 的 简 称 。 其 特 点 是 精 炼 时 间 短 （ 约10 30 分 钟 ） ， 精 炼 任 务 单 一 ， 没 有 补 偿 钢 水 温 度 降 低 的 加 热 装 置 ， 工 艺操 作 简 单 ， 设 备 投 资 少 。 它 有 钢 水 脱 气 、 脱 硫 、 成 分 控 制 和 改 变 夹 杂 物 形 态等 装 置 。 如 真 空 循 环 脱 气 法 （ RH、 DH） ， 钢 包

24、真 空 吹 氩 法 （ Gazid） ， 钢 包喷 粉 处 理 法 （ IJ、 TN、 SL） 等 均 属 此 类 。钢 包 精 炼钢 包 精 炼 ： 钢 包 精 炼 型 炉 外 精 炼 的 简 称 。 其 特 点 是 比 钢 包 处 理 的 精 炼 时间 长 （ 约 60 180 分 钟 ） ， 具 有 多 种 精 炼 功 能 ， 有 补 偿 钢 水 温 度 降 低 的 加 热装 置 ， 适 于 各 类 高 合 金 钢 和 特 殊 性 能 钢 种 （ 如 超 纯 钢 种 ） 的 精 炼 。 真 空 吹氧 脱 碳 法 （ VOD） 、 真 空 电 弧 加 热 脱 气 法 （ VAD） 、 钢

25、包 精 炼 法 （ ASEA-SKF） 、 封 闭 式 吹 氩 成 分 微 调 法 （ CAS） 等 ， 均 属 此 类 ； 与 此 类 似 的 还 有 氩氧 脱 碳 法 （ AOD） 。惰 性 气 体 处 理惰 性 气 体 处 理 ： 向 钢 液 中 吹 入 惰 性 气 体 Ar， 这 种 气 体 本 身 不 参 与 冶 金反 应 ， 但 从 钢 水 中 上 升 的 每 个 小 气 泡 都 相 当 于 一 个 “小 真 空 室 ”（ 气 泡 中H2、 N2、 CO 的 分 压 接 近 于 零 ） ， 具 有 “气 洗 ”作 用 。 炉 外 精 炼 法 生 产 不 锈钢 的 原 理 ， 就 是

26、 应 用 不 同 的 CO 分 压 下 碳 铬 和 温 度 之 间 的 平 衡 关 系 。 用 惰 性气 体 加 氧 进 行 精 炼 脱 碳 ， 可 以 降 低 碳 氧 反 应 中 CO 分 压 ， 在 较 低 温 度 的 条 件下 ， 碳 含 量 降 低 而 铬 不 被 氧 化 。预 合 金 化向 钢 液 加 入 一 种 或 几 种 合 金 元 素 ， 使 其 达 到 成 品 钢 成 分 规 格 要 求 的 操 作过 程 称 为 合 金 化 。 多 数 情 况 下 脱 氧 和 合 金 化 是 同 时 进 行 的 ， 加 入 钢 中 的 脱氧 剂 一 部 分 消 耗 于 钢 的 脱 氧 ， 转

27、 化 为 脱 氧 产 物 排 出 ； 另 一 部 则 为 钢 水 所 吸 收 ，起 合 金 化 作 用 。 在 脱 氧 操 作 未 全 部 完 成 前 ， 与 脱 氧 剂 同 时 加 入 的 合 金 被 钢 水吸 收 所 起 到 的 合 金 化 作 用 称 为 预 合 金 化 。出 钢出 钢 ： 钢 液 的 温 度 和 成 分 达 到 所 炼 钢 种 的 规 定 要 求 时 将 钢 水 放 出 的 操 作 。出 钢 时 要 注 意 防 止 熔 渣 流 入 钢 包 。 用 于 调 整 钢 水 温 度 、 成 分 和 脱 氧 用 的 添 加剂 在 出 钢 过 程 中 加 入 钢 包 或 出 钢 流

28、 中 也 叫 脱 氧 合 金 化 。5、VOD 和 AOD 精炼装置相继产生，它们对不锈钢生产工艺的变革起了决定性作用。前者是真空吹氧脱碳，后者是用氩气和氮气稀释气体来脱碳。将这两种精炼设施的任何一种与电炉相配合，这就形成了不锈钢的二步法生产工艺。 采用电炉与 VOD 二步法炼钢工艺比较适合小规模多品种的兼容厂的不锈钢生产。 采用电炉与 AOD 的二步法炼钢工艺生产不锈钢具有如下优点： 1、AOD 生产工艺对原材料要求较低，电炉出钢含 C 可达 2左右，因此可以采用廉价的高碳 FeCr 和 20的不锈钢废钢作为原料，降低了操作成本。 2、AOD 法可以一步将钢水中的碳托道 0.08，如果延长冶炼时间，增加 Ar 量，还可进一步将钢水中的谈脱到 0.03以下，除超低碳。超低氮不锈钢外，95的品种都可以生产。3、不锈钢生产周期相对 VOD 较短，灵活性较好。 4、生产系统设备总投资较 VOD 贵，但比三步法少。 5、AOD 炉生产一步成钢，人员少，设备少，所以综合成本较低。 6、AOD 能够采用含 C1.5以下的初炼钢水因此可以采用低价高碳 FeCr、FeNi40 以及35的碳钢废钢进行配料，原料成本较低。 其缺点是： 1、炉衬使用寿命短； 2、还原硅铁消耗大； 3、目前还不能生产超低 C、超低氮、不锈钢，且钢中含气量较高； 4、氩气消耗量大。