1、冶金学（冶金学（2 2）第第1 1讲讲炉外处理炉外处理 朱苗勇朱苗勇 东北大学东北大学 20092009年年9 9月月内内 容容 提提 要要 炉外处理技术发展概况炉外处理技术发展概况 炉外处理的基本手段炉外处理的基本手段 铁水预处理铁水预处理 典型钢水精炼工艺典型钢水精炼工艺 炉外处理技术的发展趋势炉外处理技术的发展趋势1 1 炉外处理技术发展概况炉外处理技术发展概况炉外处理的含义炉外处理的含义 指在冶炼炉生产铁水、钢水的基础上，以更加经济、指在冶炼炉生产铁水、钢水的基础上，以更加经济、有效的方法，改进铁水、钢水的物理与化学性能的冶金技有效的方法，改进铁水、钢水的物理与化学性能的冶金技术。包括
2、：术。包括：铁水预处理（铁水预处理（hot metal pretreatment)hot metal pretreatment)钢包精炼钢包精炼(ladle metallurgy)(ladle metallurgy)中间包冶金中间包冶金(tundish metallurgy)(tundish metallurgy)炉外处理炉外处理技术发展的原因技术发展的原因 科学技术进步要求提高钢材质量科学技术进步要求提高钢材质量 交通运输交通运输高速火车、汽车的轻型高速化、船舶大型化高速火车、汽车的轻型高速化、船舶大型化 石油化工石油化工深层采油、长距离高压输油输气深层采油、长距离高压输油输气 钢材质量要求
3、的主要指标钢材质量要求的主要指标 纯净度纯净度 均匀性均匀性 精度精度 各种炉外处理方式则是获得高性能钢材的重要措施。各种炉外处理方式则是获得高性能钢材的重要措施。提高钢材性能和质量的重点之一是提高钢材性能和质量的重点之一是钢的超纯净化，钢的超纯净化，即有效降低钢中的有害杂质元素和夹杂物的含量。即有效降低钢中的有害杂质元素和夹杂物的含量。钢水超纯化钢水超纯化大大减轻了产生中心偏析、裂纹、大大减轻了产生中心偏析、裂纹、大型夹杂、气孔、白点和斑疤等缺陷的倾向，使钢组织大型夹杂、气孔、白点和斑疤等缺陷的倾向，使钢组织致密均匀，改善了连铸坯表面及内部质量，使钢材性能致密均匀，改善了连铸坯表面及内部质量
4、，使钢材性能大为提高。大为提高。精确控制化学成分以保证钢性能稳定精确控制化学成分以保证钢性能稳定 减少钢中减少钢中P P、S S含量含量以改善冲击性能、抗层状拉裂性能、以改善冲击性能、抗层状拉裂性能、热脆性，并能减少中心偏析和防止连铸坯的表面缺陷；热脆性，并能减少中心偏析和防止连铸坯的表面缺陷；减少钢中氧、氢、氮含量减少钢中氧、氢、氮含量以减少超声波探伤缺陷、条以减少超声波探伤缺陷、条状裂纹等，且能改善钢材的制管性能；状裂纹等，且能改善钢材的制管性能；控制夹杂物的形态控制夹杂物的形态以改善钢的深冲性能和钢的加工性能。以改善钢的深冲性能和钢的加工性能。稳定连铸生产要求控制钢水质量稳定连铸生产要求
5、控制钢水质量 实践表明：没有符合连铸要求的钢水质量，就不可能实践表明：没有符合连铸要求的钢水质量，就不可能稳定连铸生产工艺和保证铸坯的质量。稳定连铸生产工艺和保证铸坯的质量。采用炉外精炼工艺，虽然投资将增加采用炉外精炼工艺，虽然投资将增加5-10%5-10%，成本将，成本将增加增加10-3010-30元元/吨，但可冶炼出具有高质量特性的钢种，吨，但可冶炼出具有高质量特性的钢种，能提高总经济效益。能提高总经济效益。总之，采用炉外处理技术可以提高钢的质总之，采用炉外处理技术可以提高钢的质量，扩大品种，缩短冶炼时间，提高生产率，量，扩大品种，缩短冶炼时间，提高生产率，调节炼钢炉与连铸的生产节奏，并可
6、降低炼钢调节炼钢炉与连铸的生产节奏，并可降低炼钢成本、提高经济效益。成本、提高经济效益。炉外处理的发展历程炉外处理的发展历程o 19501950年前就有钢包底部吹氩搅拌钢水以均匀钢水成分、温度年前就有钢包底部吹氩搅拌钢水以均匀钢水成分、温度和去除夹杂物的和去除夹杂物的GazalGazal法（法国）。法（法国）。o 二十世纪二十世纪5050年代，真空技术的发展和大型蒸汽喷射泵的研制年代，真空技术的发展和大型蒸汽喷射泵的研制成功，为钢液的大规模真空处理提供了条件。开发出了各种成功，为钢液的大规模真空处理提供了条件。开发出了各种钢液真空处理方法，钢包除气法，倒包处理法（钢液真空处理方法，钢包除气法，
7、倒包处理法（BVBV法）等。法）等。典型方法：典型方法：19571957年前西德的多特蒙德（年前西德的多特蒙德（DortmundDortmund）和）和豪特尔（豪特尔（HorderHorder）两公司开发的提升脱气法（）两公司开发的提升脱气法（DHDH法）；法）；19571957年前西德的德鲁尔钢铁公司（年前西德的德鲁尔钢铁公司（RuhrstahlRuhrstahl）和海拉）和海拉斯公司（斯公司（HeraeusHeraeus）共同发明的真空循环脱气法（）共同发明的真空循环脱气法（RHRH法）。法）。o 二十世纪二十世纪6060年代和年代和7070年代，是炉外精炼方法发明的繁荣时期，年代，是炉外
8、精炼方法发明的繁荣时期，与该时期提出洁净钢生产，连铸要求稳定的钢水成分和温度与该时期提出洁净钢生产，连铸要求稳定的钢水成分和温度以及扩大钢的品种密切相关联的。在这个时期，炉外精炼技以及扩大钢的品种密切相关联的。在这个时期，炉外精炼技术形成了真空和非真空两大系列。术形成了真空和非真空两大系列。真空处理：真空处理：19651965年西德开发的用于超低碳不锈钢生产的年西德开发的用于超低碳不锈钢生产的真空吹氧脱真空吹氧脱碳法（碳法（VODVOD）和和19671967年美国的年美国的真空电弧加热去气法（真空电弧加热去气法（VADVAD）；19651965年瑞典开发用于不锈钢和轴承钢生产的有电弧加热、年瑞
9、典开发用于不锈钢和轴承钢生产的有电弧加热、电磁搅拌和真空脱气的电磁搅拌和真空脱气的钢包精炼炉法（钢包精炼炉法（ASEA-SKFASEA-SKF）；19781978年日本开发用于提高超低碳钢生产效率的年日本开发用于提高超低碳钢生产效率的RHRH吹氧法吹氧法（RH-OBRH-OB）。非真空处理非真空处理19681968年美国开发用于低碳不锈钢生产的年美国开发用于低碳不锈钢生产的氩氧脱碳精炼法（氩氧脱碳精炼法（AODAOD）；19711971年日本开发配合超高功率电弧炉，代替电炉还原期对钢水进行精年日本开发配合超高功率电弧炉，代替电炉还原期对钢水进行精炼的炼的钢包炉（钢包炉（LFLF）以及后来配套以
10、及后来配套真空脱气（真空脱气（VDVD）发展起来的发展起来的LF-VDLF-VD；喷射冶金技术如喷射冶金技术如19761976年瑞典开发的年瑞典开发的氏兰法（氏兰法（SLSL法）法），19741974年前西德开年前西德开发的发的蒂森法（蒂森法（TNTN法）法），日本开发的，日本开发的川崎喷粉法（川崎喷粉法（KIPKIP）；喂合金包芯线技术如喂合金包芯线技术如19761976年日本开发的年日本开发的喂丝法（喂丝法（WFWF）；加盖或加浸渣罩的吹氩技术如加盖或加浸渣罩的吹氩技术如19651965年日本开发的年日本开发的密封吹氩法（密封吹氩法（SABSAB法）法）和和带盖钢包吹氩法（带盖钢包吹氩法（
11、CABCAB法）法），19751975年日本开发的成分调整年日本开发的成分调整密封吹氩法密封吹氩法（CASCAS法）法）。20 20世纪世纪8080年代以来，炉外精炼已成为现代钢铁生产流程水年代以来，炉外精炼已成为现代钢铁生产流程水平和钢铁产品高质量的标志，并朝着功能更全、效率更高、冶平和钢铁产品高质量的标志，并朝着功能更全、效率更高、冶金效果更佳的方向发展和完善。这一时期发展起来的技术主要：金效果更佳的方向发展和完善。这一时期发展起来的技术主要：RHRH顶吹氧法（顶吹氧法（RH-KTBRH-KTB）RHRH多功能氧枪（多功能氧枪（RH-MFBRH-MFB）RHRH钢包喷粉法（钢包喷粉法（RH
12、-IJRH-IJ）RHRH真空室喷粉法（真空室喷粉法（RH-PBRH-PB）真空川崎喷粉法（真空川崎喷粉法（V-KIPV-KIP）吹氧喷粉升温精炼法（吹氧喷粉升温精炼法（IR-UTIR-UT法）法）我国炉外处理我国炉外处理发展发展 6060s-70s-70s:s:特钢企业和机电、军工行业应用钢水精炼技术。大冶、特钢企业和机电、军工行业应用钢水精炼技术。大冶、武钢的武钢的RHRH，北京重型的，北京重型的ASEA-SKFASEA-SKF，抚钢的，抚钢的VOD-VADVOD-VAD，首钢的钢，首钢的钢包吹氩包吹氩。8080年代年代:我国炉外处理技术发展奠定基础的时期。国产的我国炉外处理技术发展奠定基
13、础的时期。国产的LFLF炉，炉，合金包芯线及喂线设备，铁水喷射脱硫，喷射冶金技术，宝钢合金包芯线及喂线设备，铁水喷射脱硫，喷射冶金技术，宝钢引进大型引进大型RHRH装置、装置、KIPKIP喷粉装置，齐钢引进喷粉装置，齐钢引进SLSL，宝钢、太钢引，宝钢、太钢引进铁水三脱技术与装备。进铁水三脱技术与装备。90年代年代:我国的炉外处理技术得到迅速发展，为我国的炉外处理技术得到迅速发展，为21世纪炉外处世纪炉外处理技术的全面、高水平、快速发展奠定坚实基础。理技术的全面、高水平、快速发展奠定坚实基础。21世纪世纪:铁水预处理和钢水精炼比大幅度增加，我国的炉外处理铁水预处理和钢水精炼比大幅度增加，我国的
14、炉外处理技术得到了全面、高水平、快速发展。技术得到了全面、高水平、快速发展。2 2 炉外处理的基本手段炉外处理的基本手段o 为了创造最佳的冶金反应条件，所采用的基本手段：为了创造最佳的冶金反应条件，所采用的基本手段：搅拌搅拌 真空真空 加热加热 渣洗渣洗 喷吹喷吹 喂丝喂丝1 搅拌搅拌 对反应容器中的金属液（铁水或钢液）进行搅拌，是对反应容器中的金属液（铁水或钢液）进行搅拌，是炉外精炼的最基本、最重要的手段。炉外精炼的最基本、最重要的手段。它是采取某种措施给金属液提供动能，促使它在精炼它是采取某种措施给金属液提供动能，促使它在精炼反应器中对流运动。反应器中对流运动。金属液搅拌可改善冶金反应动力
15、学条件，强化反应体金属液搅拌可改善冶金反应动力学条件，强化反应体系的传质和传热，加速冶金反应，均匀钢液成分和温度，系的传质和传热，加速冶金反应，均匀钢液成分和温度，有利于夹杂物聚合长大和上浮排除。有利于夹杂物聚合长大和上浮排除。o 反应器的搅拌强度，可以用单位重量的金属液所得到的反应器的搅拌强度，可以用单位重量的金属液所得到的搅拌能密度搅拌能密度 衡量，搅拌的效果通常用反应器内的均衡量，搅拌的效果通常用反应器内的均匀混合时间匀混合时间来反映。对于同一反应器通常搅拌能密度来反映。对于同一反应器通常搅拌能密度越大，均匀混合时间就越短，即越大，均匀混合时间就越短，即与与 呈反比关系：呈反比关系：4.
16、0800bDHDa)()(312(1)(1)气体搅拌气体搅拌o 底吹氩底吹氩。底吹氩大多数是通过安装在钢包底部一定位置。底吹氩大多数是通过安装在钢包底部一定位置的透气砖吹入氩气。优点的透气砖吹入氩气。优点:均匀钢水温度、成分和去除均匀钢水温度、成分和去除夹杂物的效果好，设备简单，操作灵便。钢包底吹氩搅夹杂物的效果好，设备简单，操作灵便。钢包底吹氩搅拌还可与其他技术配套组成新的炉外精炼方式。缺点是拌还可与其他技术配套组成新的炉外精炼方式。缺点是透气砖有时易堵塞，与钢包寿命不同步。透气砖有时易堵塞，与钢包寿命不同步。o 顶吹氩顶吹氩。顶吹氩是通过吹氩枪从钢包上部浸入钢水进行。顶吹氩是通过吹氩枪从钢
17、包上部浸入钢水进行吹氩搅拌，要求设立固定吹氩站，该发法操作稳定也可吹氩搅拌，要求设立固定吹氩站，该发法操作稳定也可喷吹粉剂。但顶吹氩搅拌效果不如底吹氩好。喷吹粉剂。但顶吹氩搅拌效果不如底吹氩好。)(211ln2200102gHPuTTTgHPgHPgHnRTwlagbblalalb251046.11ln12.6PHTTWQTLGL QQ气体流量，气体流量，m m3 3/minmin；WW钢液重量，钢液重量，t t；T TG G、T TL L气体与钢液温度，气体与钢液温度，；HH钢液深度，钢液深度，m m；P P2 2钢液面压力，钢液面压力，PaPa。(2)(2)电磁搅拌电磁搅拌 o 对钢水施加
18、一个交变磁场，当磁场以一定速度切割钢液对钢水施加一个交变磁场，当磁场以一定速度切割钢液时，会产生感应电势，这个电势可在钢液中产生感应电时，会产生感应电势，这个电势可在钢液中产生感应电流流J，载流钢液与磁场的相互作用产生电磁力，载流钢液与磁场的相互作用产生电磁力f，从而驱，从而驱动钢液运动，达到搅拌钢液的目的。动钢液运动，达到搅拌钢液的目的。BVJBJf常用钢包搅拌工艺示意图常用钢包搅拌工艺示意图 钢包吹氩搅拌的作用钢包吹氩搅拌的作用:均匀钢水温度均匀钢水温度。由于包衬吸热和钢包表面散热，包衬周围钢水温。由于包衬吸热和钢包表面散热，包衬周围钢水温度较低，中心区域温度较高，钢包上、下部钢水温度较低
19、，而中间度较低，中心区域温度较高，钢包上、下部钢水温度较低，而中间温度较高，这种温度差异导致中间包浇注过程钢水温度前后期低，温度较高，这种温度差异导致中间包浇注过程钢水温度前后期低，中期高。钢包吹氩搅拌促使钢包钢水温度稳定均匀，有利于提高铸中期高。钢包吹氩搅拌促使钢包钢水温度稳定均匀，有利于提高铸坯内部质量，使结晶器内坯壳生长均匀，避免开浇水口冻钢断流。坯内部质量，使结晶器内坯壳生长均匀，避免开浇水口冻钢断流。均匀钢水成分均匀钢水成分。出钢是在钢包内加入大量的铁合金，成分不均匀，出钢是在钢包内加入大量的铁合金，成分不均匀，吹氩搅拌过程中可根据快速分析提供的钢水成分而进行成分微调，吹氩搅拌过程中
20、可根据快速分析提供的钢水成分而进行成分微调，以使钢的成分控制范围更窄，以确保钢材性能均匀。以使钢的成分控制范围更窄，以确保钢材性能均匀。促使夹杂物上浮促使夹杂物上浮。搅动的钢水促使了钢种非金属夹杂物碰幢搅动的钢水促使了钢种非金属夹杂物碰幢长大，上浮的氩气泡能够吸收钢中的气体，同时粘附悬浮与钢长大，上浮的氩气泡能够吸收钢中的气体，同时粘附悬浮与钢水中的夹杂物并带至钢水表面被渣层所吸收。生产实践表明，水中的夹杂物并带至钢水表面被渣层所吸收。生产实践表明，吹氩搅拌后钢水氧含量有明显降低，其降低幅度与脱氧程度有吹氩搅拌后钢水氧含量有明显降低，其降低幅度与脱氧程度有关，一般可降低关，一般可降低20%20
21、%以上。吹氩搅拌排除的夹杂物数量与钢水以上。吹氩搅拌排除的夹杂物数量与钢水液面上覆盖渣层液面上覆盖渣层FeOFeO含量有关，渣中的含量有关，渣中的FeOFeO含量越低，吹氩搅拌含量越低，吹氩搅拌夹杂物排除的量越多。夹杂物排除的量越多。2 2 真真 空空 1 1滴流钢包脱气法滴流钢包脱气法22真空浇注法真空浇注法33出钢脱气法出钢脱气法44真空循环脱气法真空循环脱气法 （RHRH）55真空提升脱气法真空提升脱气法 （DHDH）66真空罐脱气真空罐脱气 （FinklFinkl法或法或VDVD）77钢包真空脱气钢包真空脱气 （GazadGazad法）法）88真空精炼法真空精炼法 （VODVOD）99
22、真空精炼法真空精炼法 （VODCVODC）1010真空电弧加热真空电弧加热 （VADVAD）1111真空电弧加热法真空电弧加热法 （ASEA-SKFASEA-SKF）1212槽型真空感应炉槽型真空感应炉3 3 添加精炼剂添加精炼剂 o 炉外精炼中金属液（铁水或钢液）的精炼剂一类为以钙的化炉外精炼中金属液（铁水或钢液）的精炼剂一类为以钙的化合物（合物（CaO或或CaC2）为基的粉剂或合成渣，另一类为合金）为基的粉剂或合成渣，另一类为合金元素如元素如Ca、Mg、Al、Si及稀土元素等。及稀土元素等。o 将这些精炼剂加入钢液中，可起到脱硫、脱氧、去除夹杂物、将这些精炼剂加入钢液中，可起到脱硫、脱氧、
23、去除夹杂物、夹杂物变性处理以及合金成分调整的作用。夹杂物变性处理以及合金成分调整的作用。o 精炼剂的添加方法主要有精炼剂的添加方法主要有:合成渣洗法合成渣洗法 喷吹法喷吹法 喂线法喂线法 IRSID喷粉法喷粉法TN法（法（德德Thyssen-Niederhein）SL法法(Scandinavian Lances)ABS法法(Aluminum Ball Shoot)WF法（法（Wire Feeding）o 渣洗法渣洗法是在出钢时利用钢流的冲击作用使钢包中的合成渣与是在出钢时利用钢流的冲击作用使钢包中的合成渣与钢液混合，精炼钢液。钢液混合，精炼钢液。o 喷吹法喷吹法是用载气（是用载气（Ar）将精炼
24、粉剂流态化，形成气固两相）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。由于在喷吹法流，经过喷枪，直接将精炼剂送入钢液内部。由于在喷吹法中精炼粉剂粒度小，进入钢液后，与钢液的接触面积大大增中精炼粉剂粒度小，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。加。因此，可以显著提高精炼效果。o 喂丝法喂丝法是将易氧化、比重轻的合金元素置于低碳钢包芯线中，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。提高和稳定合金元素的利用通过喂丝机将其送入钢液内部。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；率
25、；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。设备投资少；处理成本低。喷粉和加合金喷粉和加合金 钢包加合金工艺不断发展，以节省钢包加合金工艺不断发展，以节省合金料用量，精确控制钢的成分。工艺合金料用量，精确控制钢的成分。工艺进展分三步：进展分三步：从块状合金加入发展到喷粉加入从块状合金加入发展到喷粉加入 用喂丝工艺代替喷粉工艺用喂丝工艺代替喷粉工艺 钢包站上装连通管在惰性气氛下加钢包站上装连通管在惰性气氛下加 不少喷粉工艺是在不少喷粉工艺是在7070年代中期发展年代中期发展起来的，如起来的，如TNTN、SLSL。它要求钢包的钢水。它要求钢包的钢水必须无渣，以便进行
26、有效脱硫，此外钢必须无渣，以便进行有效脱硫，此外钢包上方必须有包上方必须有300mm300mm的自由空间。的自由空间。喷粉的冶金效果喷粉的冶金效果：脱硫脱硫。一般脱硫、脱氧用硅钙粉，成分为。一般脱硫、脱氧用硅钙粉，成分为w wSiSi=54%,=54%,w wCaOCaO=30%,=30%,粒度小于粒度小于1mm1mm，其中小于，其中小于0.125mm0.125mm占占50%50%以上，以上，喷枪距包底喷枪距包底250-300mm250-300mm，喷吹压力为，喷吹压力为0.25-0.35MPa0.25-0.35MPa，喷，喷吹时间为吹时间为2-10min2-10min，供粉速率为，供粉速率为
27、7-10kg/min7-10kg/min，氩气流量，氩气流量为为0.5-0.6m0.5-0.6m3 3/min/min。钢中硫含量可以将到。钢中硫含量可以将到0.01%0.01%以下，一以下，一般为般为0.005%0.005%，最低可达，最低可达0.002%0.002%。净化钢液和控制夹杂物性态净化钢液和控制夹杂物性态。喷吹钙、钙的合金或含钙的化。喷吹钙、钙的合金或含钙的化合物时，不仅降低钢中夹杂的含量，还可以改变夹杂物的性合物时，不仅降低钢中夹杂的含量，还可以改变夹杂物的性态。喷钙后，由于其脱氧、脱硫能力强，它能取代态。喷钙后，由于其脱氧、脱硫能力强，它能取代MnSMnS中的中的MnMn，并
28、还原并还原MnOMnO、FeOFeO、SiOSiO2 2、AlAl2 2O O3 3等氧化物夹杂。等氧化物夹杂。CaOCaO与与AlAl2 2O O3 3可形成低熔点的铝酸盐（可形成低熔点的铝酸盐（12CaO 12CaO 7Al 7Al2 2O O3 3或或CaOCaO Al Al2 2O O3 3），在钢液中成球状，易于上浮排除。由于夹杂物），在钢液中成球状，易于上浮排除。由于夹杂物总量减少，特别是由群族状总量减少，特别是由群族状AlAl2 2O O3 3和长条状和长条状MnSMnS变成细小的圆球变成细小的圆球状，因而钢在不降低强度的条件下，显著的提高塑性和冲击状，因而钢在不降低强度的条件下
29、，显著的提高塑性和冲击韧性，并使钢材的各向异性也得到显著的改善。韧性，并使钢材的各向异性也得到显著的改善。提高合金吸收率提高合金吸收率。喷入的合金粉剂能直接与钢水接触，有相。喷入的合金粉剂能直接与钢水接触，有相当大的接触界面和相当长的接触时间。特别是对于一些易氧当大的接触界面和相当长的接触时间。特别是对于一些易氧化的元素，如硼、钛、钒、钙等，可避免它们在炉气、炉渣化的元素，如硼、钛、钒、钙等，可避免它们在炉气、炉渣中的烧损，使钢水成分稳定，对合金元素吸收率高。中的烧损，使钢水成分稳定，对合金元素吸收率高。改善钢水的可浇性改善钢水的可浇性。经钙处理的钢水，流动性显著提高，改。经钙处理的钢水，流动
30、性显著提高，改善了钢水的可浇性。由于善了钢水的可浇性。由于CaOCaO与与AlAl2 2O O3 3结合成低熔点铝酸钙结合成低熔点铝酸钙（12CaO12CaO7Al7Al2 2O O3 3）在钢水中呈球状易上浮，避免水口的堵塞。）在钢水中呈球状易上浮，避免水口的堵塞。目前真空精炼设备与喷粉组合成新的精炼工艺，可进一步提目前真空精炼设备与喷粉组合成新的精炼工艺，可进一步提高钢水精炼效果。高钢水精炼效果。喂线（喂线（WFWF）o喂丝或喂线，是喂丝或喂线，是70年代末出现的一种钢包精炼技术。它将年代末出现的一种钢包精炼技术。它将Ca-Si、稀土合金、铝、硼铁和钛铁等多种合金或添加剂制成包芯线，通稀土
31、合金、铝、硼铁和钛铁等多种合金或添加剂制成包芯线，通过机械的方法加入钢液深处，对钢液脱氧、脱硫，进行非金属夹过机械的方法加入钢液深处，对钢液脱氧、脱硫，进行非金属夹杂物变性处理和合金化等精炼处理，以改善冶金过程，提高钢的杂物变性处理和合金化等精炼处理，以改善冶金过程，提高钢的纯净度，优化产品的使用性能，降低处理成本等。纯净度，优化产品的使用性能，降低处理成本等。o用用80300m/min的速度喂入钙线，可把钙线送到使钢液静压力超的速度喂入钙线，可把钙线送到使钢液静压力超过钙蒸气压的深度。过钙蒸气压的深度。1600时，超过金属钙蒸气压要求的深度约时，超过金属钙蒸气压要求的深度约为为1.5m。在通
32、常的炼钢温度下，钢液中金属钙线在。在通常的炼钢温度下，钢液中金属钙线在13s内即熔化，内即熔化，如以如以180m/min的速度喂入钙线，至少能插入熔池的速度喂入钙线，至少能插入熔池3m深。深。喂线技术的优点 o 合金收得率高。喂入钢液的合金芯线能稳定而垂直的穿透渣合金收得率高。喂入钢液的合金芯线能稳定而垂直的穿透渣层，避免合金元素烧损，合金收得率高而且稳定。层，避免合金元素烧损，合金收得率高而且稳定。o 合金微调接近目标值。用喂线法进行合金成分微调时，可保合金微调接近目标值。用喂线法进行合金成分微调时，可保证成品各元素波动范围小，接近目标值。证成品各元素波动范围小，接近目标值。o 铝的收得率提
33、高。可使铝收得率提高铝的收得率提高。可使铝收得率提高2.54倍，收得率可达倍，收得率可达94.598.6，钢中，钢中Als的标准差从的标准差从0.01降至降至0.008，它特别适用于深冲铝镇静钢的生产，可精确控制钢中它特别适用于深冲铝镇静钢的生产，可精确控制钢中Als值。值。4 4 加热加热o 钢液在进行炉外精炼时，有热量损失，造成温度下降。炉外钢液在进行炉外精炼时，有热量损失，造成温度下降。炉外精炼方法具有加热升温功能，可避免高温出钢和保证钢液正精炼方法具有加热升温功能，可避免高温出钢和保证钢液正常浇铸，增加炉外精炼工艺的灵活性，获得最佳的精炼效果。常浇铸，增加炉外精炼工艺的灵活性，获得最佳
34、的精炼效果。o 常用的加热方法有电加热和化学加热：常用的加热方法有电加热和化学加热：电加热电加热主要有电弧加热和感应加热。电弧加热采用石墨电极，主要有电弧加热和感应加热。电弧加热采用石墨电极，通电后，在电极与钢液间产生电弧，依靠电弧的高温加热钢通电后，在电极与钢液间产生电弧，依靠电弧的高温加热钢液。液。化学加热化学加热是利用放热反应产生的化学热来加热钢液的。常用是利用放热反应产生的化学热来加热钢液的。常用的方法有硅热法、铝热法和的方法有硅热法、铝热法和COCO二次燃烧法。化学加热需吹二次燃烧法。化学加热需吹入氧气，与硅、铝、入氧气，与硅、铝、COCO反应，才能产生热量。反应，才能产生热量。LF
35、(Ladle Furnace)VAD(Vacuum Arc Degassing）ASEA-SKF CAS-OB(Composition Adjustment by Sealed Argon Bubbling with Oxygen Blowing)5 5 低碳钢液的精炼方法低碳钢液的精炼方法 VOD(Vacuum Oxygen Decarburization)SS-VOD(Strong Stirring VOD)RH-OB(RH-Oxygen Blowing)RH-(K)TB(RH-Top Blowing)AOD(Argon Oxygen Decarburization)CLU(法法Creus
36、ot-Loire和瑞和瑞Uddeholm)VDVD(Vacuum Degassing)(Vacuum Degassing)法是将转法是将转炉、电炉的初炼钢水置于真空室中，炉、电炉的初炼钢水置于真空室中，同时钢包底部吹氩搅拌的一种真空同时钢包底部吹氩搅拌的一种真空处理法。可进行脱碳、脱气、脱硫、处理法。可进行脱碳、脱气、脱硫、去除杂质、合金化和均匀钢水温度、去除杂质、合金化和均匀钢水温度、成分等处理。其主要设备由真空系成分等处理。其主要设备由真空系统、真空罐系统、真空罐盖车及加统、真空罐系统、真空罐盖车及加料系统组成。适于生产各种合金结料系统组成。适于生产各种合金结构钢、优质碳钢和低合金高强度钢
37、。构钢、优质碳钢和低合金高强度钢。在在VDVD炉上增加顶吹氧系统，构成炉上增加顶吹氧系统，构成VODVOD炉。此法可以完成真空吹氧脱碳炉。此法可以完成真空吹氧脱碳的功能，适宜冶炼低碳钢和低碳不的功能，适宜冶炼低碳钢和低碳不锈钢。锈钢。VDVD真空处理依靠钢包底部全程吹氩搅拌，目的是均匀钢真空处理依靠钢包底部全程吹氩搅拌，目的是均匀钢水的成分和温度，促进真空脱气、去硫、成分调整、夹杂物上水的成分和温度，促进真空脱气、去硫、成分调整、夹杂物上浮，尤其是喂线后的软吹氩更是去除钢中氧化物夹杂的有效方浮，尤其是喂线后的软吹氩更是去除钢中氧化物夹杂的有效方法。法。与与RHRH真空处理工艺相比，真空处理工艺
38、相比，VDVD的精炼强度受到钢包净空的严的精炼强度受到钢包净空的严格制约。一般要求钢包净空为格制约。一般要求钢包净空为8008001000mm1000mm；若进行钢液碳脱若进行钢液碳脱氧工艺时，钢包净空应不小于氧工艺时，钢包净空应不小于900mm900mm；若实现吹氧脱碳工艺，；若实现吹氧脱碳工艺，则钢包净空为则钢包净空为1.21.21.5m1.5m。19571957年前西德的德鲁尔钢年前西德的德鲁尔钢铁公司（铁公司（RuhrstahlRuhrstahl）和海拉）和海拉斯公司（斯公司（HeraeusHeraeus）发明的钢）发明的钢液真空循环脱气法（液真空循环脱气法（RHRH法）。法）。202
39、0世纪世纪8080年代以来，日本年代以来，日本企业先后开发了企业先后开发了 RHRH侧吹氧（侧吹氧（RH-OBRH-OB）RHRH顶吹氧法（顶吹氧法（RH-KTBRH-KTB）RHRH多功能氧枪（多功能氧枪（RH-MFBRH-MFB）RHRH钢包喷粉法（钢包喷粉法（RH-IJRH-IJ）RHRH真空室喷粉法（真空室喷粉法（RH-PBRH-PB）AODAOD炉即氩氧脱碳法炉即氩氧脱碳法(Argon Oxygen(Argon Oxygen Decarburization)Decarburization)，它是美国联合碳，它是美国联合碳化物公司的专利，化物公司的专利，AODAOD炉的炉体类似氧炉的炉
40、体类似氧气转炉，是一种常压下的精炼设备。气转炉，是一种常压下的精炼设备。AODAOD法通过炉体下部侧面吹入氩氧法通过炉体下部侧面吹入氩氧混合气体，由于氩气稀释降低钢液中混合气体，由于氩气稀释降低钢液中p pCOCO,使高铬钢水在减压下进行脱碳反应。使高铬钢水在减压下进行脱碳反应。由于由于AODAOD法可以在不太高的冶炼温度和法可以在不太高的冶炼温度和常压下将高铬钢液中的碳降到极低的常压下将高铬钢液中的碳降到极低的水平，而铬又没有明显的烧损。该精水平，而铬又没有明显的烧损。该精炼法投资省，生产效率高，生产费用炼法投资省，生产效率高，生产费用低，产品质量高，操作简便。因此，低，产品质量高，操作简便
41、。因此，全世界全世界60%60%不锈钢是由不锈钢是由AODAOD炉来生产的。炉来生产的。3 3 铁水预处理铁水预处理o 铁水预处理铁水预处理，是指铁水兑入炼钢炉之前对其进行，是指铁水兑入炼钢炉之前对其进行脱除杂质元素或从铁水中回收有价值元素的一种脱除杂质元素或从铁水中回收有价值元素的一种铁水处理工艺。铁水处理工艺。o 分为普通铁水预处理和特殊铁水预处理两类。分为普通铁水预处理和特殊铁水预处理两类。普通铁水预处理普通铁水预处理包括铁水脱硅、脱硫和脱磷包括铁水脱硅、脱硫和脱磷;特殊铁水预处理特殊铁水预处理是针对铁水中的特殊元素进是针对铁水中的特殊元素进行提纯精炼或资源综合利用而进行的处理过程。行提
42、纯精炼或资源综合利用而进行的处理过程。铁水预处理工艺已成为转炉钢厂大量生产洁铁水预处理工艺已成为转炉钢厂大量生产洁净钢的必要手段。国外大型转炉已净钢的必要手段。国外大型转炉已100%100%采用此工采用此工艺。日本五大钢铁公司铁水艺。日本五大钢铁公司铁水“三脱三脱”预处理的比预处理的比例已超过例已超过90%90%。我国起步较晚，但近年来发展很快，宝钢、我国起步较晚，但近年来发展很快，宝钢、太钢等分别建成了太钢等分别建成了“三脱三脱”预处理设备，鞍钢、预处理设备，鞍钢、武钢等多家企业都建成了铁水预脱硫、预脱磷设武钢等多家企业都建成了铁水预脱硫、预脱磷设备。备。铁水预处理技术发展经历三个时期铁水预
43、处理技术发展经历三个时期：石灰系铁水脱硫处理工艺；石灰系铁水脱硫处理工艺；铁水脱硅，同时脱硫、脱磷的铁水脱硅，同时脱硫、脱磷的“三脱三脱”工艺；工艺；铁水镁脱硫工艺和转炉脱硅、脱磷的铁水镁脱硫工艺和转炉脱硅、脱磷的“三脱三脱”工工艺。艺。3.1 3.1 铁水炉外脱硅铁水炉外脱硅o 基于铁水预脱磷发展起来的基于铁水预脱磷发展起来的 铁水中硅的氧势比磷的氧铁水中硅的氧势比磷的氧势低得多，当脱磷过程加入氧势低得多，当脱磷过程加入氧化剂后，硅与氧的结合能力远化剂后，硅与氧的结合能力远远大于磷与氧的结合能力，所远大于磷与氧的结合能力，所以硅比磷优先氧化。以硅比磷优先氧化。脱磷前须优先将铁水硅氧脱磷前须优
44、先将铁水硅氧化到远远低于高炉铁水硅含量化到远远低于高炉铁水硅含量的的0.15%0.15%以下，磷才能被迅速以下，磷才能被迅速氧化去除。氧化去除。0.000.050.100.150.200.250.300.000.050.100.150.200.25 脱磷 速率常数/min脱磷 速率常数/min-1-1Si/%Si/%在日本和欧洲，高炉铁水的硅含量平均分别为在日本和欧洲，高炉铁水的硅含量平均分别为0.3%0.3%和和0.6%,0.6%,北美为北美为1.0%.1.0%.硅含量差别将对高炉和转炉操作产生影响。铁水硅含量差别将对高炉和转炉操作产生影响。铁水最佳含硅量取决于最佳含硅量取决于BOFBOF的
45、铁水比。在日本铁水比为的铁水比。在日本铁水比为92-92-97%97%（最佳（最佳SiSi含量含量0.2-0.4%)0.2-0.4%)，北美则为，北美则为56-80%(56-80%(最佳最佳含量含量0.8%)0.8%)。低硅铁水的生产明显节省了低硅铁水的生产明显节省了BOFBOF的操作成本：的操作成本：氧气消耗和熔剂消耗降低；氧气消耗和熔剂消耗降低；渣量减少，金属收得率提高；渣量减少，金属收得率提高；耐材消耗减少，炉衬寿命增加。耐材消耗减少，炉衬寿命增加。铁水炉外脱硅的方法铁水炉外脱硅的方法高炉出铁场主沟内喷吹铁皮与石灰的混合物；高炉出铁场主沟内喷吹铁皮与石灰的混合物；将轧钢铁皮和石灰加到摆动
46、流嘴内；将轧钢铁皮和石灰加到摆动流嘴内；铁水罐内吹氧或将石灰喷入铁水中，轧钢铁皮加铁水罐内吹氧或将石灰喷入铁水中，轧钢铁皮加在铁水表面。在铁水表面。“两段式两段式”脱硅：先在铁水沟内加脱硅剂脱硅，脱硅：先在铁水沟内加脱硅剂脱硅，然后在鱼雷罐车或铁水罐中喷吹脱硅。然后在鱼雷罐车或铁水罐中喷吹脱硅。脱氧剂一般是铁鳞。脱氧剂一般是铁鳞。优点：脱硅不占用时间，能大量处理，温降小，优点：脱硅不占用时间，能大量处理，温降小，时间短，渣铁分离方便。时间短，渣铁分离方便。缺点：氧的利用率低和工作条件较差。缺点：氧的利用率低和工作条件较差。特点：工作条件好，处理能力大，脱硅效率高且特点：工作条件好，处理能力大，
47、脱硅效率高且稳定，缺点是占用时间长，温降较大。稳定，缺点是占用时间长，温降较大。o 当铁水含硅量低于当铁水含硅量低于0.4%0.4%时，可采用简单的铁水沟脱硅法。当硅时，可采用简单的铁水沟脱硅法。当硅含量大于含量大于0.4%0.4%时，脱硅剂用量增大，泡沫渣严重，适宜采用脱时，脱硅剂用量增大，泡沫渣严重，适宜采用脱硅效率高的硅效率高的喷吹法或两段法喷吹法或两段法。o 若炼钢厂扒渣能力不足，应采用若炼钢厂扒渣能力不足，应采用两段脱硅法两段脱硅法，利用挡渣器分离，利用挡渣器分离渣铁。渣铁。o 台湾中钢的实践表明，使用两段脱硅操作可使硅含量下降到台湾中钢的实践表明，使用两段脱硅操作可使硅含量下降到0
48、.15%0.15%以下，同时脱磷、脱硫的程度也明显提高。日本新日铁以下，同时脱磷、脱硫的程度也明显提高。日本新日铁某厂在高炉出铁沟和某厂在高炉出铁沟和300t300t鱼雷罐车上采用两段法进行脱硅处理，鱼雷罐车上采用两段法进行脱硅处理，处理后硅含量可以达到处理后硅含量可以达到0.12%0.12%。铁水炉外脱硅动力学铁水炉外脱硅动力学铁水脱硅反应可表达为：铁水脱硅反应可表达为：W为消耗的熔剂量（为消耗的熔剂量（kg/t)；k为常数。为常数。kWSiSiifln硅从铁水转移到渣中的反应可表达为硅从铁水转移到渣中的反应可表达为：有利脱硅因素：有利脱硅因素：1)1)低温低温 2)2)较低的较低的SiOS
49、iO2 2活度活度 3)3)较高的较高的FeOFeO活度活度)(222lFeSiOFeOSifluxfluxFe22FeOSiSiOaaaK3.2 3.2 铁水炉外脱磷铁水炉外脱磷 随着用户对高强度、高韧性、高抗应力腐蚀性能钢种随着用户对高强度、高韧性、高抗应力腐蚀性能钢种需求量的不断增加和质量要求的日益严格，世界各国都在需求量的不断增加和质量要求的日益严格，世界各国都在努力降低钢中磷含量。努力降低钢中磷含量。对于低温用钢、海洋用钢、抗氢致断裂钢和部分厚板对于低温用钢、海洋用钢、抗氢致断裂钢和部分厚板用钢，除了要求极低的硫含量以外，也要求钢中的磷含量用钢，除了要求极低的硫含量以外，也要求钢中的
50、磷含量小于小于0.01%0.01%甚至甚至0.005%0.005%以下。以下。此外，为了降低氧气转炉钢的生产成本和实行少渣炼此外，为了降低氧气转炉钢的生产成本和实行少渣炼钢，也要求铁水磷含量小于钢，也要求铁水磷含量小于0.015%0.015%。铁水脱磷预处理目前主要在铁水包、鱼雷罐车中铁水脱磷预处理目前主要在铁水包、鱼雷罐车中喷粉脱磷和氧气转炉对铁水脱磷处理三种。喷粉脱磷和氧气转炉对铁水脱磷处理三种。采用铁水包或鱼雷罐车中喷粉脱磷，须将铁水进采用铁水包或鱼雷罐车中喷粉脱磷，须将铁水进行脱硅处理，将硅脱除至行脱硅处理，将硅脱除至0.15%-0.20%0.15%-0.20%，然后再对铁，然后再对铁
