王世琢

(邵阳学院 湖南 邵阳 422000)



炉外精炼工艺技术的发展

王世琢

(邵阳学院 湖南 邵阳 422000)

随着科学技术的迅速发展，钢材性能和质量越来越被重视，钢材质量主要包括钢材的洁净度、均匀性能和高的精度。而各种炉外精炼方式恰是获得高纯度、高均匀性和高精度钢材的重要措施简要介绍了炉外精炼工艺的冶金功能和精炼特点、方法,以及喂丝吹氩操作，并对炉外精炼技术的发展趋势作了展望。

炉外精炼；冶金功能；发展趋势

一、概述

炉外精炼：将在常规炼钢炉中完成的精炼任务部分或全部地移到钢包或其它容器中进行；也称二次精炼或钢包冶金；

炉外精炼出现和发展的原因：

1.对钢材质量要求的日益提高

(1)纯洁度高。杂质数量相差几倍甚至几十倍，杂质形态：控制(2)合金成分范围窄，产品成分范围宽，不利于钢材加工。

2.传统工艺方法存在着不合理处

(1)电炉的优势被不合理的工艺安排所抵消；(2)采取的预防措施不能从根本上解决问题：

如：还原期渣料的严格烘烤(3)只有将钢的精炼从炼钢炉内移到炉外。

3.改善炼钢生产和连铸机之间的配合

连铸生产要求：定时、定量提供一定温度的优质钢液；传统炼钢工艺：较难满足；炉外精炼：缓冲作用。

二、炉外精炼的冶金特点

各种炉外精炼设备都具备高效精炼的特点,适宜冶炼各类纯净钢、超纯净钢。其原因在于各种炉外精炼设备的工艺与设备设计能满足以下冶金特点:(1)改善冶金化学反应的热力学条件。如炼钢中脱碳、脱气反应,反应产物为气体。降低气相压力,提高真空度,有利于反应继续进行。(2)加速熔池传质速度,对于多数冶金反应,液相传质是反应速度的限制环节。各种精炼设备采用不同的搅拌方式,强化熔池搅拌,加速混匀过程,提高化学反应速度。(3)增大渣钢反应面积,对各种炉外精炼设备均采用各种搅拌或喷粉工艺,造成钢渣乳化、颗粒气泡上浮、碰撞、聚合等现象,显著增加渣钢反应面积,提高反应速度。(4)精确控制反应条件,均匀钢水成分、温度。多数炉外精炼设备,配备了各种不同的加热功能,可以精确控制反应温度。同时,通过搅拌均匀钢水成分,精确调整成分,实现成分微调。精确控制化学反应条件,使各种冶金反应更趋近平衡。(5)健全在线检测设施,对精炼过程实现计算机智能化控制。保证精炼终点的命中率和控制精度,提高产品质量的稳定性。

三、炉外精炼方法分类

1.渣洗

(1)概念：用合成渣来处理钢液合成渣：基本上都是CaO、Al2O3渣系，CaO含量波动在45～60%的范围；(2)作用：脱硫，脱氧、去夹杂；(3)种类：异炉渣洗，同炉渣洗，混合炼钢。

常用的渣洗工艺是：a.冶炼合成渣；b.按要求的成分、温度、渣量先倒入浇注钢包中；c.吊到电弧炉出钢，乳化；d.乳化的渣滴上浮；e.在此过程脱硫、脱氧、去除非金属夹物；总共十多分钟。

2.吹氩

(1)概念：通过钢包底部专门安装的透气砖向钢液内部吹入氩气；(2)作用：去夹杂，均匀钢液成分和温度；(3)举例：a.钢包吹氩，b.SAB(Scald Argon Bubbling)法(又称CAS:Composition Adjustment by Scalded Argon Bubbling法)c.带盖钢包吹氩法，即CAB(Capped Argon Bubbling)法。

3.真空

作用：脱气、脱碳、脱氧：(1)VD法(Vacuum Degassing)；(2)真空循环脱气法，即RH法；(3)提升脱气法，即DH法；(4)出钢过程的真空脱气，即TD法(Tap Degassing)；(5)真空浇注，即VC法(Vacuum Casting)；(6)真空吹氧脱碳法，即VOD(Vacuum Oxygen Decarburization)。

4.加热

主要有两类：三相交流电弧加热；化学加热；(1)LF法(Ladle Furnace)，若带有真空，则为LFV；(2)VAD法(Vacuum Arc Degassing)；(3)钢包精炼法ASEA-SKF；(4)CAS-OB(Composition Adjustment by Scald Argon Bubbling-Oxygen Blowing)等。

5.固体料的添加方法

(1)主要方法：喷粉法(TN法)喂丝法(WF法，Wire Feeding)弹丸发射法(ABS法，Aluminum Ball Shoot)等；(2)作用：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。

四、炉外精炼技术的发展趋势

20世纪炉外精炼工艺技术的诞生和发展历史,可以预言:在21世纪,炉外精炼作为最重要的炼钢生产工序,将会得到进一步地发展。新世纪炉外精炼技术的发展趋势表现为:(1)真空精炼技术将会更普遍地应用,进一步提高钢水真空精炼的比例。随着钢材纯净度的日益提高,要求真空处理的钢种逐渐增多,真空精炼技术的应用将更加普遍。最近,日本新改建的面向21世纪的炼钢厂已明确提出:全部钢水100%进行真空处理的发展目标。因此,21世纪真空冶金和真空精炼技术将会进一步发展。(2)炉外处理设备将实现“多功能化”。在一台钢水精炼设备中将渣洗精炼、真空冶金、搅拌与喷粉工艺以及加热控温功能全部组合起来,实现多功能精炼,以满足超纯净钢生产的社会需求。(3)炉外精炼工艺进一步实现高效化和高速化。目前,转炉和连铸工艺的发展均以高速化为目标,采用高速吹炼和高拉速工艺,提高设备的生产效率,加快生产节奏,缩短生产周期。在此条件下,精炼往往成为炼钢生产流程中的“瓶颈”。特别是LF工艺,受升温速度的限制,生产节奏已很难适应高效转炉或高速连铸的要求。因此,如何进一步提高炉外处理设备的加热功率和精炼速度,缩短精炼周期,将是21世纪炉外处理工艺发展的重要课题。(4)在线配备快速分析设施。21世纪对钢材成分的控制将更加严格,炉外精炼作为最终钢水成分控制的工序,为缩短精炼周期,需在线配备快速分析设备,实现数据联网,减少等待时间。(5)实现炉外精炼工艺的智能化控制。主要内容包括:准确预报钢水精炼的终点成分与温度,选择最佳的精炼工艺并利用计算机控制精炼过程中吹O2、搅拌、加料、合金调整与钢水加热和温度控制等操作。

[1]刘浏.炼钢.钢铁研究总院.2001

[2]陈家祥主编.钢铁冶金学.冶金工业出版社，1999.

[3]赵保国等.LF精炼造渣工艺研究[J].包钢科技.2003，12(29):24一27.

[4]李宏译.炉外精炼.冶金工业出版社，2002.

[5]赵沛.炉外精炼及铁水预处理实用技术手册[M].北京.冶金工业出版社.2004:409

[6]沈才芳，孙社成，陈建斌.电弧炉炼钢工艺与设备.冶金工业出版社，2002.

王世琢(1995-)，男，汉族，山东省青岛市人，本科在读，学校：邵阳学院，专业：机械设计制造及其自动化。