LF精炼工艺与技术.ppt

LF精炼工艺与技术,1 炉外精炼的产生,半世纪以来迅速发展的钢铁冶金重要技术； 提高生产率、降低生产成本； 代替电炉还原期、缓冲、温度调整（洁净度、C、N） 提高钢质量； 去除钢种的有害元素及气体，S、O、N、H、C 等；成分调整；夹杂物去除及控制 满足不同钢种的特殊要求，扩大品种（转炉）1 炉外精炼的产生,1.1 炉外精炼发展历程 20世纪30－40年代，合成渣洗、真空模铸 1933年，法国佩兰（R.Perrin)应用高碱度合成渣，对钢液进行“渣洗脱硫”—现代炉外精练技术的萌芽； 50年代，大功率蒸汽喷射泵技术的突破，发明了钢包提升脱气法(DH)及循环脱气法(RH) 1935年H.Schenck 确定大型钢锻件中的白点缺陷是由氢引起的-氢脆 1950年，德国Bochumer Verein (伯施莫尔-威林）真空铸锭 1953年以来，美国的10万千瓦以上的发电厂中，都发现了电机轴或叶片折损的事故 1954年，钢包真空脱气 1956年，真空循环脱气（DH、RH）1 炉外精炼的产生,60－70年代，高质量钢种的要求，产生了各种精炼方法 60、70年代是炉外精炼多种方法发明的繁荣时期 与60年代起纯净钢生产概念的提出、连铸生产工艺稳定和连铸品种扩大的强烈要求密切相关 炉外精炼正式形成了真空和非真空两大系列不同功能的系统技术； 同时铁水预处理技术也得到迅速发展，它和钢水精炼技术前后呼应，经济分工，形成系统的炉外处理技术体系，使钢铁生产流程的优化重组基本完成,1 炉外精炼的产生,这个时期，还基本奠定了吹氩技术作为各种炉外精炼技术基础的地位和作用 这一时期发展的技术：VOD－VAD、ASEA－SKF、RH－OB、LF、喷射冶金技术（SL、TN、KTS、KIP）、合金包芯线技术、加盖和加浸渍罩的吹氩技术（SAB、CAB、CAS）,80－90年代，连铸的发展，连铸坯对质量的要求及炼钢炉与连铸的衔接 RH－KTB、RH－MFP、RH－OB；RH－IJ（真空深脱磷），RH－PB、WPB（真空深脱硫）、V－KIP、SRP脱磷 21世纪，更高节奏及超级钢的生产。

1 炉外精炼的产生,1.2 我国90年代四项突出炉外处理技术成果 （1）钢水真空处理综合精炼技术开发与应用 （2）镁质铁水脱硫技术和转炉铁水预处理技术开发与应用 （3）适于中小钢包钢水精炼技术的开发与生产应用的发展 （4）中间包以镁－钙－锆系材料及流场优化为中心的中间包冶金技术的开发应用 （5）与钢包精炼炉吹氩、喂丝等基本技术相结合,1 炉外精炼的产生,,1.3 近几年内炉外处理技术的重点发展方向 （1）以转炉作为主要手段的全量铁水预处理 不仅会大大提高铁水预处理的生产效率，还将为现有冶金设备的功能优化重组开辟新的方向 （2）中间包冶金及钢水凝固过程的精炼技术将逐渐显示其对最终钢铁产品质量优化的重要意义 （3）电磁冶金技术对炉外处理技术的发展将起到积极推动作用 （4）钢铁生产固体原料预处理技术研究,1 炉外精炼的产生,（5）我国中小型钢厂炉外处理技术将会有重大突破性进展 （6）配套同步发展辅助技术 包括冶炼炉、精炼炉准确的终点控制技术和工序衔接技术智能化,1 炉外精炼的产生,1.4 炉外精炼的内容 脱氧、脱硫、脱H、脱N 去气、去除夹杂、夹杂物改性 调整钢液成分及温度,1 炉外精炼的产生,1.5 炉外精炼作用和地位 （1）提高冶金产品质量，扩大钢铁生产品种不可缺少的手段； （2）优化冶金生产工艺流程，进一步提高生产效率、节能强耗、降低生产成本的有力手段 保证炼钢－连铸－连铸坯热送热装和直接轧制高温连接优化的必要工艺手段 优化重组的钢铁生产工艺流程中独立的，不可替代的生产工序,1 炉外精炼的产生,2 炉外精炼的手段,渣洗 最简单的精炼手段； 真空 目前应用的高质量钢的精炼手段； 搅拌 最基本的精炼手段； 喷吹 将反应剂直接加入熔体的手段； 调温 加热是调节温度的一项常用手段。

2.1 合成渣洗 根据要求将各种渣料配置成满足某种冶金功能的合成炉渣； 通过在专门的炼渣炉中熔炼，出钢时钢液与炉渣混合，实现脱硫及脱氧去夹杂功能； 使渣和钢充分接触，通过渣-钢之间的反应，有效去除钢中的硫和氧（夹杂物）； 不能去除钢中气体； 必须将原炉渣去除； 同炉渣洗、异炉渣洗2 炉外精炼的手段,2.2 真空处理 脱气的主要方法 提高真空度可将钢中C、H、O降低；,2 炉外精炼的手段,新开发了脱硫功能：KTB 代表性装置：RH、VD、VOD2 炉外精炼的手段,2.3 搅拌 目的： 加速反应的进行 均匀成分、温度 手段： 电磁搅拌 吹气搅拌,2 炉外精炼的手段,2.4 喷吹技术 喷吹实现脱碳、脱硫、脱氧、合金化、控制夹杂物形态； 单一气体喷吹 VOD； 混合气体喷吹 AOD； 粉气流的喷吹 TN； 固体物加入 喂线2 炉外精炼的手段,2.5 升温工艺 提高生产率的需要； 保证连铸的顺利进行； 加热方法： 电加热：电弧加热、感应加热、等离子加热等 化学热 升温装置： LF加热 CAS化学加热 OB,2 炉外精炼的手段,2.6 主要的精炼工艺 LF(Ladle Furnace process)； AOD(Argon-oxygen decaburizition process ); VOD (Vacuum oxygen decrease process) ; RH (Ruhrstahl Heraeus process); CAS-OB( Composition adjustments by sealed argon -oxygen blowing process) ； 喂线 (Insert thread) ； 钢包吹氩搅拌(Ladle argon stirring)； 喷粉( powder injection )。

2 炉外精炼的手段,LF 精炼是在大气压力（Ar 气氛）下进行电弧加热，是日本大同特钢公司 1971年在 ASEA—SKF 精炼技术的基础上开发的； 采用钢包底吹氩气的方法使钢液获得搅拌动能，具有与电磁搅拌同样好的脱硫、脱氧效果，更有利于钢中夹杂物上浮； 它用强还原性渣脱硫、脱氧，进而实现夹杂物控制和电弧加热熔化铁合金、调整成分、温度等主要冶金功能； 钢包精炼时进行电弧加热，不仅可以调整钢水的温度，而且可以加入大量的合金3 LF精炼,由于电炉—LF—连续铸钢方式使电炉生产率大大提高，及近终形连铸的采用，高效短流程生产普通钢的电炉炼钢法也得到了大力发展； 在转炉工厂采用 LF 精炼，能够生产特殊钢（合金钢），确定“粗精炼—炉外精炼”构成的多品种、高质量钢的大生产体制3 LF精炼,3.1 功能及优点 最常用的精炼方法 取代电炉还原期 解决了转炉冶炼优钢问题 具有加热及搅拌功能 脱氧、脱硫、合金化,3 LF精炼,LF炉精炼原理 1-电极；2-合金料斗；3-透气砖；4-滑动水口,1-电极；2-合金料斗；3-透气砖；4-滑动水口,精炼功能强，适宜生产超低硫、超低氧钢； 具备电弧加热功能，热效率高，升温幅度大，温度控制精度高，控温准确度可达5K； 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； 采用渣钢精炼工艺，精炼成本较低； 设备简单，投资较少。

3.1 功能及优点,3.1 功能及优点,3.1 功能及优点,3.2 LF炉生产流程,转炉、电炉EBT出钢，出钢过程加合金、加渣料(石灰、萤石等2%)，底吹氩、通电升温、化渣，10分钟取样分析，加渣料(1％)，测温取样，加合金看脱氧，准备出钢 一般30－50分钟，电耗50－80kwh/t； 现代转炉、电炉与连铸联系的纽带3.2 LF炉生产流程,（1）加热与温度控制 LF炉采用电弧加热，加热效率一般60％，高于电炉升温热效率吨钢水平均升温1℃耗电0.5～0.8kWh 升温速度决定于供电比功率（kVA/t），供电比功率的大小又决定于钢包耐材的熔损指数通常LF炉的供电比功率为150～200kVA/t，升温速度可达3～5℃/min，采用埋弧泡沫技术可提高加热效率10％～15％ 采用计算机动态控制终点温度可保证控制精度5℃3.3 LF精炼的主要工艺内容,（2）白渣精炼工艺 利用白渣进行精炼，实现脱硫、脱氧、生产超低硫和低氧钢白渣精炼是LF炉工艺操作的核心： 出钢挡渣，控制下渣量5kg/t 钢包渣改质，控制R2.5，渣中w(TFe+MnO)3.0％ 白渣精炼，一般采用Al2O3-CaO-SiO2系炉渣，控制R4，渣中w(TFe+MnO)1.0％ 控制炉内气氛为弱氧化性，避免炉渣再氧化 适当搅拌，避免钢液面裸露，并保证熔池内具有较高的传质速度。

3.3 LF精炼的主要工艺内容,3.3 LF炉精炼的主要工艺内容,（3）合金微调于窄成分控制 建立快速分析设施，保证分析相应时间3min 精确估算钢水重量和合金收得率 钢水脱氧良好，实现白渣精炼 计算机准确计算各种合金加入量，保证钢水成分的准确性与稳定性3.3 LF炉精炼的主要工艺内容,（4）吹氩工艺 从钢包进入LF站开始，就要进行全程吹氩操作; 并且在冶炼过程中，要选择不同的氩气流量，尤其是在冶炼中期，要创造深脱硫的动力学条件，又要防止钢液增碳及吸氮，氩气流量控制在生产中尤其重要3.3 LF炉精炼的主要工艺内容,在进行深脱硫时，随钢中硫含量的降低，反应速度也随之降低，此时延长处理时间是非常必要的，要根据生产节奏和深脱硫的程度来控制LF的处理时间 实际生产中控制LF炉的处理时间为40~50分钟,钢中微量元素（如铌、钒、钛）选择在精炼后期加入，并保证充分的弱搅拌时间目标 较好的流动性、发泡埋弧作用、脱硫及吸收夹杂物的能力 某厂LF精炼目标渣系,3.4 LF炉精炼造渣技术及理论,钢包渣的作用： 熔池的保温隔热，维持钢水的温度 从钢中去除夹杂 保护钢水免受氧化，控制钢水化学成分 脱除有害夹杂硫，改善钢的性质 稳定电弧和埋弧加热，使耐材免受弧光烧蚀 同耐材友好，最大限度减少耐材侵蚀。

3.4 LF炉精炼造渣技术及理论,精炼渣的设计 必须考虑上述要求； 而精炼渣的类型同生产的钢种，进站的钢水成分、原料、各炼钢厂的实际需要等因素有关 例如，某钢厂转炉生产流程，高效率生产，要求钢包炉只起调温、缓冲的作用，精炼渣的埋弧加热显得特别重要 另一钢厂炉精炼钢种时，特别要求脱硫，精炼渣除具备常规功能外，需要有良好的脱硫能力3.4 LF炉精炼造渣技术及理论,3.4.1 精炼渣的物理化学性能 1. 碱度 二元碱度 光学碱度,3.4 LF炉精炼造渣技术及理论,2. 氧化性 全铁法 全氧法 %FeO+%MnO,3.4 LF炉精炼造渣技术及理论,3 硫容量 I定义 硫容量是根据渣一气平衡定义的 式中Cs：硫容量；（%S）渣中硫的质量分数，%； ：渣气间平衡时气相中的氧分压和硫分压 Cs 即为炉渣与钢平衡的硫容量，由炉渣成分和温度确定，表示炉渣吸收硫的能力,3.4 LF炉精炼造渣技术及理论,1627℃时CaO-SiO2-Al2O3-MgO(5%)渣系的等硫容量曲线,3.4 LF炉精炼造渣技术及理论,后来为了运用和计算方便，又根据渣与钢液的平衡定义出另一种硫容量 式中 ：渣钢平衡时钢液中的氧和硫活度。

3.4 LF炉精炼造渣技术及理论,硫容量不表示炉渣从钢液中脱硫的多少钢中硫的去除同以下因素有关： 钢同渣的混合程度 渣量 温度 钢中氧含量 炉渣氧化程度 炉渣的粘度,3.4 LF炉精炼造渣技术及理论,II. 硫容量与渣的光学碱度（Λ）的关系 Sosinsky D J等归纳了由CaO、SiO2、Al2O3和MgO等组成的二元、三元、四元渣系的许多试验数据，得到1400℃一1700℃条件下熔渣的硫容量与熔渣光学碱度八的关系,3.4 LF炉精炼造渣技术及理论,III. 硫分配比和硫容量关系,3.4 LF炉精炼造渣技术及理论,一般情况下，钢中除了碳、硅含量较高外，钢中硫活度系数接近，可用w[S]代替a[s] 硫容量增加到n倍与氧活度降低到1/n对硫。