1、 刘中清刘中清四川大学冶金工程学科组四川大学冶金工程学科组 301qzlvip.sina内容提要内容提要炉外精炼方法分类炉外精炼方法分类炉外精炼方法炉外精炼方法炉外精炼的产生n半世纪以来迅速发展的钢铁冶金重要技术；半世纪以来迅速发展的钢铁冶金重要技术；n提高生产率的需要；提高生产率的需要；n提高钢质量的需要；提高钢质量的需要；n满足不同钢种的特殊要求；满足不同钢种的特殊要求；定义定义:把一般炼钢炉把一般炼钢炉(转炉、平炉或电炉）中完转炉、平炉或电炉）中完成的部分精炼任务，移到炉外的成的部分精炼任务，移到炉外的“钢包钢包”或专或专用容器中进行。用容器中进行。炉外精炼发展历程炉外精炼发展历程n20
2、20世纪世纪30304040年代，合成渣洗、真空模铸；年代，合成渣洗、真空模铸；n5050年代，大功率蒸汽喷射泵技术的突破，发明了年代，大功率蒸汽喷射泵技术的突破，发明了钢包提升脱气法钢包提升脱气法(DH)(DH)及循环脱气法及循环脱气法(RH)(RH)；n60607070年代，高质量钢种的要求，产生了各种精年代，高质量钢种的要求，产生了各种精炼方法；炼方法；n80809090年代，连铸的发展，连铸坯对质量的要求年代，连铸的发展，连铸坯对质量的要求及炼钢炉与连铸的衔接；及炼钢炉与连铸的衔接；n2121世纪，更高节奏及超级钢的生产。世纪，更高节奏及超级钢的生产。炉外精炼的内容炉外精炼的内容n脱氧
3、；脱氧；n脱硫；脱硫；n脱气；脱气；n去除夹杂和夹杂物变性处理；去除夹杂和夹杂物变性处理；n合金化合金化;n调整钢液成分及温度。调整钢液成分及温度。手段：渣洗、真空、搅拌、喷吹、加热，过滤等手段：渣洗、真空、搅拌、喷吹、加热，过滤等广泛使广泛使用并得用并得到公认到公认的是的是LF和和 R H法法炉外精炼方法分类在常压下处理精炼钢液的方法在常压下处理精炼钢液的方法 采用真空未用加热手段精炼钢液的方法采用真空未用加热手段精炼钢液的方法 在常压下处理精炼钢液的方法 渣洗法渣洗法(1)合成渣渣洗法(perrin法 1933年法国发明)。(2)同炉渣洗法(电弧炉冶炼时普遍采用)。合金元素等特殊添加法和喷
4、粉法合金元素等特殊添加法和喷粉法(1)弹丸发射法(ABSl973午日本使用)。(2)喂丝法(WF法 1967年日本使用)。(3)喷粉法：TN法(1974年西德使用)；SL法(1976午瑞典)。氩气精炼法氩气精炼法(1)钢包吹氩法(Gazal法，1950年加拿大使用)。(2)带盖钢包吹氩法(CAB法，1965年日本使用)。(3)氩氧脱碳精炼法(AOD法，1968年美国使用)。(4)汽氩脱碳精炼法(CLu法，1973年法国和瑞典使用)。123采用真空和未用加热手段精炼钢液的方法采用真空和未用加热手段精炼钢液的方法 1以脱气为主的精炼方法以脱气为主的精炼方法(1)钢包除气法(西德和苏联首先使用)。(
5、2)倒包处理法(现已被淘汰)，如BV法(1952年西德使用)。(3)出钢过程脱气法(TD法，1962年西德使用)。(4)真空浇注法(苏联首先使用)。(5)真空吹氩法(Finkl或Gazid法，19531963午法 国、英国使用)。(6)提升脱气法(DH法，1956年西德使用)。(7)真空循环脱气法(RH法，1958年西德使用)。采用真空和未用加热手段精炼钢液的方法采用真空和未用加热手段精炼钢液的方法 2以脱碳、脱氧、脱气为主的精炼方法 (1)真空吹氧脱碳法(VOD法，1965年西德使用)。(2)真空循环脱气吹氧法(RHOB法，19681970年日本首先使用)。(3)真空循环脱气喷粉法(RHPI
6、法，1956年我国首先使用)。3采用真空和加热手段的精炼方法(1)钢包精炼法(ASEASKF法，1965年瑞典使用)。(2)真空电弧加热精炼法(VAD法，1967年美国使用)。(3)埋弧加热桶炉法(LF法，1971年日本使用)。循环脱气法循环脱气法(RH法法)钢包真空精炼法钢包真空精炼法(ASEASKF法法)电弧加热钢包脱气法电弧加热钢包脱气法(FINKLVAD法法)钢包炉精炼法钢包炉精炼法(LF炉精炼法炉精炼法)真空吹氧脱碳法真空吹氧脱碳法(VOD法法)氩氧精炼炉氩氧精炼炉(AOD)法和水蒸汽法和水蒸汽-氧气混合精炼氧气混合精炼(CLU)法法 喷射冶金喷射冶金(喷粉精炼喷粉精炼)钢包脱气法钢
7、包脱气法 钢液的滴流脱气精炼钢液的滴流脱气精炼 真空提升脱气法真空提升脱气法(DH法法)内 容 提 要炉外精炼方法炉外精炼方法内 容 提 要 1 钢包脱气法钢包脱气法原理原理:先将钢包放入真空室内，盖上真空室盖后抽真空脱气。先将钢包放入真空室内，盖上真空室盖后抽真空脱气。212HH 68.11670lgTKH212NN 095.1564lgTKN221212(/)%,%(/)HHHHHHKPPfHKHfPP221212(/)%,%(/)NNNNNNKPPfNKNfPP内 容 提 要 1 钢包脱气法钢包脱气法过程过程:（1）气体从钢液中逸出全靠真空室的负压作用 （2）伴随气体逸出，钢液产生沸腾，
8、起到气体搅拌的作用，其间可用加铝或调节真空室压力的方法控制带气相的反应。操作指标操作指标：真空室内的压力真空室内的压力:6662.66104Pa(5200mmHg)处理时间处理时间:1215分钟。分钟。(决定于钢液温度决定于钢液温度)问题与不足：问题与不足：脱气效果不大显著，特别是吨位较大的钢包，因受钢液静脱气效果不大显著，特别是吨位较大的钢包，因受钢液静压力的影响，包底层的气体不易逸出。压力的影响，包底层的气体不易逸出。内 容 提 要 2 钢液的滴流脱气精炼钢液的滴流脱气精炼 目前主要采用目前主要采用:（1）倒包法 （2）真空浇注法 （3）出钢过程脱气法。内 容 提 要 2 钢液的滴流脱气精
9、炼钢液的滴流脱气精炼 基本原理基本原理：将钢液流股注入真空室，由于压力急剧降低，使流股松散膨将钢液流股注入真空室，由于压力急剧降低，使流股松散膨胀，并散开成一定角度以滴状降落，脱气表面积增大，有利于气胀，并散开成一定角度以滴状降落，脱气表面积增大，有利于气体的逸出。体的逸出。内 容 提 要 2 钢液的滴流脱气精炼钢液的滴流脱气精炼 冶金效果冶金效果:真空滴流精炼效果要比钢包真空精炼法好得多。脱除成分OHN镇静钢的脱除量，%30604未脱氧钢的脱除量，%60802025非金属夹杂物的含量也相应降低非金属夹杂物的含量也相应降低5070内 容 提 要 2 钢液的滴流脱气精炼钢液的滴流脱气精炼 存在主
10、要问题存在主要问题（1 1）钢液温降严重，为了保证充分脱气与合适的浇注温度，）钢液温降严重，为了保证充分脱气与合适的浇注温度，钢液需过热钢液需过热100100左右。左右。（2 2）生产能力较大的炼钢车间，完全采用这种方法有很大困）生产能力较大的炼钢车间，完全采用这种方法有很大困难，这种方法主要适用于生产大锻件的机械制造厂。难，这种方法主要适用于生产大锻件的机械制造厂。优点优点：（1）实际上出钢温度比通常不处理的钢液过热）实际上出钢温度比通常不处理的钢液过热200;（2）使用的钢包容积应比一般用的容量稍大，以保证钢液上有较）使用的钢包容积应比一般用的容量稍大，以保证钢液上有较 大的反应空间大的反
11、应空间;（3）中间包的容积约为出钢量的）中间包的容积约为出钢量的l50。内 容 提 要 2 钢液的滴流脱气精炼钢液的滴流脱气精炼 冶金效果比较冶金效果比较:钢种真空精炼方法真空度，帕(毫米汞柱)温度损失，脱气程度，%30CrMnSiA钢包处理法266665(25)3545204030CrMnSiNiA真空钢包吹氩法400800(36)5060405030CrMnSiNiA真空滴流法5401200(49)901045667内 容 提 要 3 真空提升脱气法真空提升脱气法(DH法法)设备组成：设备组成：原西德原西德Dortmund Hrder冶金联合公司于冶金联合公司于1956年首先提出年首先提出
12、。真空室真空室提升机构提升机构加热装置加热装置合金加入装置合金加入装置抽气系统抽气系统 内 容 提 要 3 真空提升脱气法真空提升脱气法(DH法法)工艺原理：工艺原理：（1）将真空室下部的吸嘴插入钢液内，真空室抽成真空后，）将真空室下部的吸嘴插入钢液内，真空室抽成真空后，钢液沿吸嘴上升到真空室内脱气。钢液沿吸嘴上升到真空室内脱气。真空室内压力：真空室内压力：13.366Pa(0.10.5mmHg)，提升的钢液高度：提升的钢液高度：l.48m。（2）当钢包下降或真空室相对提升时，脱气后的钢液重新返）当钢包下降或真空室相对提升时，脱气后的钢液重新返回到钢包内。当钢包上升或真空室下降时，又有一批新的
13、钢液进入回到钢包内。当钢包上升或真空室下降时，又有一批新的钢液进入真空室进行脱气。这样，钢液一次一次地进入真空室，直到处理结真空室进行脱气。这样，钢液一次一次地进入真空室，直到处理结束为止。束为止。内 容 提 要 3 真空提升脱气法真空提升脱气法(DH法法)优点优点：（1）较小的真空室处理大吨位的钢液。（2）可以用石墨电极、重油和煤气对真空室进行烘烤和加 热，因此钢液温降较小。（3）可以用来生产含C0.002的低碳钢。（4）处理过程中可以加合金，合金元素的收得率高。缺点缺点：（1）提升脱气法的设备较复杂，操作费用和投资费用较高。（2）适用于大容量的冶炼设备。内 容 提 要 3 真空提升脱气法真
14、空提升脱气法(DH法法)：(1)钢液吸入量钢液吸入量每次升降时吸入到真空室内的钢液量。它取决于钢包的容量，一般为钢包内钢液的1015。（2）升降次数）升降次数 处理过程中钢液分批进入真空室的次数：01lglg 1ndnad式中式中n升降次数；升降次数；钢液吸入量与总钢液量之比；钢液吸入量与总钢液量之比；dnn次升降后，包内钢液的平均气体含量；次升降后，包内钢液的平均气体含量；处理的钢液残余气体含量；处理的钢液残余气体含量；d0脱气处理前钢液中气体含量。脱气处理前钢液中气体含量。按上式可计算出必要的最高升降次数，在接近于生产的条件下，即按上式可计算出必要的最高升降次数，在接近于生产的条件下，即
15、0.1时，时，n的实际值与计算的偏差不到的实际值与计算的偏差不到15。内 容 提 要 3 真空提升脱气法真空提升脱气法(DH法法)：（3）循环因数）循环因数 在处理过程中进入真空室的钢液量与钢包内钢液量之比。用 表示，计算公式如下：n qQ式中循环因数；n升降次数；q吸入钢液量，t；Q 钢包内钢液量，t。说明：说明：（1）循环因数的选择应根据处理钢种、钢液中原始含气量以及处理时的真空度而定。（2）对于中、高碳钢，循环因数为3时，钢中气体含量才能达到要求。（3）在实际生产中，循环因数是按提升次数来控制的。内 容 提 要 3 真空提升脱气法真空提升脱气法(DH法法)：（4）处理的时间处理的时间 一
16、般提升的钢液要在真空室内停留67s。同样在排除钢液时也要在最低位置停留5s左右，以使钢液完全返回钢包内。（5）升降速度）升降速度 钢液上升速度增大，还有利于钢液喷溅，增加脱气表面积，下降速度增大，有利于钢包内钢液均匀混合。0.05m/s0.2m/s （6）升降行程）升降行程 提升行程取决于处理容量、钢水吸入量及真空室和钢包的直径，也与升降装置等有关。镇静钢：真空室内熔池深度不超过0.45m沸腾钢：不超过0.6m 内 容 提 要 3 真空提升脱气法真空提升脱气法(DH法法)实际效果实际效果：(1)脱氢脱氢 真空提升处理前氢含量为2.56.5ppm，处理后氢含量下降到1.102.5ppm。（2)脱
17、氧脱氧 未经预脱氧钢液的含氧量可降低5590。非金属夹杂物降低4050%。合金的收得率在95以上(3)脱氮脱氮 一般来说脱氮速度较慢。氮在铁液中的扩散系数较小，当钢中氮含量为3040ppm时，短时间处理后氮含量几乎没有什么变化。不过，当氮含量高于100ppm时，脱氮量可达2030ppm。(4)脱碳脱碳 在真空处理过程中，由于碳氧反应降低了碳的含量。因此利用真空提升法可生产超低碳钢，最低碳含量可达0.002，这是目前国内外都很重视的课题这是目前国内外都很重视的课题。4 循环脱气法循环脱气法(RH法法)钢液真空循环脱气法是西钢液真空循环脱气法是西德鲁尔钢铁公司德鲁尔钢铁公司(Ruhrs tahl)
18、和海拉斯公司和海拉斯公司(Hcraeus)于于1957年共同设计的，所以又年共同设计的，所以又称称RH脱气法。脱气法。结构原理结构原理4 循环脱气法循环脱气法(RH法法)（1）钢液脱气是在一个砌有耐火材料内衬的真空室内进行的。（2）真空室下部设有两个管子(钢液上升管和下降管)。在进行真空处理时，将这两个管子插入钢液内，由于真空室内被抽成真空，钢液便从两个管子内上升到压差高度。（3）将驱动气体从上升管下部三分之一处吹入钢液时，上升管内瞬间产生大量气泡核。4 循环脱气法循环脱气法(RH法法)结构原理结构原理（4）钢液中的气体向氩气泡内扩散，气泡在高温和低压的作用下，体积成百倍地增大，以至钢液以约5
19、ms的速度呈喷泉状喷入真空室，使钢液的表面积大大增加，加速了脱气的过程。（5）脱气后的钢液汇集在真空室底部，不断地经下降管以12ms的速度返回到钢包内。（6）未经脱气的钢液又不断地从上升管进入真空室进行脱气。这样连续循环几次后，脱气过程便告结束。优点优点：（1）脱气效果较好脱气效果较好 由于输入驱动气体Ar，上升管内生成大量气泡核，进入真空室的钢液又喷射成极细小的液滴。大大增加了钢液脱气表面积，因而有利于脱气的进行。（2）钢液温降小，般处理只有3050。而且在脱气过程中还可进行电加热，因此钢液在炉内只需少许过热。（3）适用范围较大，用同一设备能处理不同容量的钢液，也可以在电弧炉和感应炉内进行处
20、理。4 循环脱气法循环脱气法(RH法法)工艺参数的选定工艺参数的选定(1)处理容量 钢液真空循环脱气分炉内脱气和炉外脱气(钢包内脱气)两种。采用哪一种方法主要取决于脱气过程中温降速度。4 循环脱气法循环脱气法(RH法法)4 循环脱气法循环脱气法(RH法法)工艺参数的选定工艺参数的选定(2)处理时间 为了使钢液充分脱气，就要保证足够的脱气时间，脱气时间t由下式确定：ctttv式中t脱气时间，min；tc处理时允许的温度损失，；处理过程中平均温降速度，min。tv4 循环脱气法循环脱气法(RH法法)工艺参数的选定工艺参数的选定(3)循环因数u的确定 循环因数u是指钢液在处理过程中循环钢液的当量次数
21、，就是脱气过程中通过真空室的总钢液量与处理容量比：w tuV式中u 循环因数；t脱气处理时间，min；w循环流量，tmin；V钢包容量，t。工艺参数的选定工艺参数的选定(4)循环流量循环流量w的确定的确定循环流量或称循环速率，就是每分钟通过真空室的钢液量。循环流量主要取决于输入的驱动气体量和上升管截面面积。4 循环脱气法循环脱气法(RH法法)4 循环脱气法循环脱气法(RH法法)循环流量循环流量w w表达式一表达式一循环流量与上升管内径和驱动气体量存在以下关系：1.50.350wa dG式中w循环流量，tmin；常数，对脱氧钢，=0.02(测定值)；d上升管内径，cm；Go通入上升管内的驱动气体
22、量，Lmin。4 循环脱气法循环脱气法(RH法法)循环流量循环流量w w表达式二表达式二设计真空室时，循环流量w是根据处理容量V，循环因数u和脱气时间t确定的，如：u Vwt关于循环流量关于循环流量w w讨论讨论当循环因数u=45时：（1）钢包容量为30120t时，循环流量取1525tmin；（2）钢包容量为120200t时，循环流量取3040tmin；（3）钢包容量为200300t时，循环流量取4060tmin。4 循环脱气法循环脱气法(RH法法)冶金效果冶金效果：（1）处理后钢中氢大都小于2ppm，如果延长处理时间，平均含氢量可降到lppm以下。（2）脱氢率和脱氧率有类似的正比关系，这表明
23、氢的去除和碳氧反应均为界面反应。（3）未脱氧的钢液 O由200500ppm降到80300ppm。镇静钢可由60250ppm降到2060ppm。（4）和其它真空脱气法一样，RH处理时脱氮的效果不明显。一般脱氮率在1020之间。（5）真空循环脱气法处理的钢种范围很广，其中包括锻造用钢、高强钢、结构钢、轴承钢、工具钢、不锈钢、电工钢、深冲钢等。4 循环脱气法循环脱气法(RH法法)RH的发展的发展o-OB(Oxygen Blowing)，真空室下部吹氧，真空室下部吹氧o-KTB(Kawasaki Top Blowing)日本川崎，顶吹日本川崎，顶吹氧氧o-PB(Powder Blowing)，真空室下
24、部喷粉脱，真空室下部喷粉脱P、S。5 钢包真空精炼法钢包真空精炼法(ASEASKF法法)该方法是瑞典ASEA公司和SKF公司于1965年联合研制而成的，设备处理容量在20140t之间，其工艺流程如下：5 钢包真空精炼法钢包真空精炼法(ASEASKF法法)工艺过程：工艺过程：（1）钢液出钢后，将钢包炉吊入搅拌器内，进行电磁感应搅拌；（2）加造渣料换新渣，电弧加热熔化渣料，钢液温度合适后，盖上真空盖进行真空脱气处理；（3）真空脱气后，通过斜槽漏斗加入合金调整钢液成分，最后将钢液再加热到合适的温度，将钢包炉吊出并进行浇注。整个精炼在1.53.0 h完成。5 钢包真空精炼法钢包真空精炼法(ASEASK
25、F法法)优点优点：(1)可对钢液进行加热和电磁感应搅拌，钢液的脱气时间可以不受限制，夹杂物易于上浮去除，所以操作灵活，可以进行脱硫、脱氧、脱碳、调整成分和温度，钢液的质量大为提高；(2)提高了初炼炉的生产能力；(3)扩大了品种精炼过程中可入大量的铁合金，可生产由碳素钢到合金钢等品种；(4)降低成本初炼炉的熔炼时间大大缩短，降低了电耗，提高了铁合金的收得率；改善了钢锭的表面质量，所以钢锭修磨量减少；大断面钢坯的氢气扩散退火时间减少，因此节约了能源。5 钢包真空精炼法钢包真空精炼法(ASEASKF法法)缺点：缺点：（1）设备较复杂，搅拌用低频电源装置造价很贵。（2）精炼时间较长。（3）小容量炉子的
26、耐火材料消耗高。操作中注意的问题：操作中注意的问题：耐火砖的选择耐火砖的选择工艺的制定工艺的制定氧枪的设置氧枪的设置铬的回收铬的回收6电弧加热钢包脱气法电弧加热钢包脱气法(FINKLVAD法法)电弧加热钢包脱气法或称真空电弧钢包脱气法，是用氩气搅拌钢液，并且在真空室的盖子上增设了电弧加热装置。这种方法与钢包精炼炉法(ASEA-SKF法)不同之处在于它用氩气搅拌钢液，并在真空下进行电弧加热。工艺特点工艺特点1)由于电弧加热是在真空下进行的，故在加热过程中可以获得良好的脱气效果；2)能够准确地调整浇注温度，而且钢包内衬充分蓄热，浇注时温降稳定；3)由于精炼过程中搅拌充分，所以钢液成分稳定；4)可加
27、入大量的合金，能冶炼范围很广的碳素钢与合金钢；5)可以加入造渣剂和其它造渣材料进行脱硫和脱碳，如果在真空盖上装设氧枪，还可采用真空吹氧脱碳工艺，冶炼超低碳不锈钢。6电弧加热钢包脱气法电弧加热钢包脱气法(FINKLVAD法法)操作工艺操作工艺（1）真空加热约在(2.42.6)104Pa(180120mmHg)进行。（2）可进行钢包脱气和钢包精炼，脱气处理约15分钟。抽真空的同时，包底吹氩搅拌钢液。（3）一个容量为50吨的VAD炉，使钢液升温50需耗电35kWht。(4）真空精炼处理时间一般不小于30分钟。电弧加热后可补偿100200。（5）设有水冷氧枪时可采用真空吹氧脱碳工艺，这对精炼不锈钢有重
28、要意义。铬的收得率约为98%，其质量与VOD法相同。6电弧加热钢包脱气法电弧加热钢包脱气法(FINKLVAD法法)6电弧加热钢包脱气法电弧加热钢包脱气法(FINKLVAD法法)精炼效果：精炼效果：（1）钢液处理后氢含量平均为1.3ppm，脱氢率为65%，脱氢效果显著，锭模内92钢液氢含量小于2ppm。（2）钢液中的氧平均含量为24ppm，脱氧率为54，处理后氧回升约5ppm，90的钢液中总含氧在30ppm以下。7钢包炉精炼法钢包炉精炼法(LF炉精炼法炉精炼法)钢包精炼法采用钢包精炼法采用Ar氩气搅拌，氩气搅拌，在大气压力下用石墨电极埋弧在大气压力下用石墨电极埋弧加热，再加上炉渣精炼技术。加热，
29、再加上炉渣精炼技术。该精炼方法1971年由日本首先使用。炉体部分由一个普通钢包制成，它与VAD炉很相似。LFLF炉炉LFLF炉精炼法炉精炼法VADVAD炉精炼法炉精炼法7钢包炉精炼法钢包炉精炼法(LF炉精炼法炉精炼法)7钢包炉精炼法钢包炉精炼法(LF炉精炼法炉精炼法)LFLF精炼炉工艺参数精炼炉工艺参数（1）加热时升温速度 4/min（2）气体搅拌时钢液温度下降速度1min；（3）脱气造成温度下降速度 3.5min（4）加热时把电极插入渣中，能使电流稳定。LF钢包炉精炼法钢包炉精炼法冶金效果：冶金效果：(1)LF精炼炉脱硫速度依渣中的碱度和(FeO)而变化；(2)当精炼炉渣含(FeO)高时，脱
30、硫效果差，钢种的S含量高。(3)LF炉的全部产品基本上都进行真空脱气处理。钢液中H可达11.5ppm。(4)LF炉熔炼时钢液中成分偏析极小，可将成分控制在极狭窄的范围内。Al和Ti活性元素控制在0.05左右。(5)由于吹氩搅拌，可使钢包内钢液温度偏差控制在5的范围内。(6)LF炉不采用电磁感应搅拌，比真空精炼法设备简单便宜，不采用真空下加热的装置也比VAD设备简单，其冶金效果基本相同。7钢包炉精炼法钢包炉精炼法(LF炉精炼法炉精炼法)8 真空吹氧脱碳法真空吹氧脱碳法(VOD法法)冶炼低碳和超低碳不锈冶炼低碳和超低碳不锈钢。电弧炉冶炼不锈钢钢。电弧炉冶炼不锈钢时，采用较高钢液温度时，采用较高钢液
31、温度(1800)1800)的办法来实的办法来实现去碳保铬的目的，炉现去碳保铬的目的，炉衬寿命低。衬寿命低。8 真空吹氧脱碳法真空吹氧脱碳法(VOD法法)脱碳讨论脱碳讨论 341344CrOCCrCO（1）当降低PCO时，可以起到与提高温度相同的效果。（2）在温度一定时，对一定成分的钢来说，为常数，钢中含碳量C只与PCO有 关。降低PCO就可以达到降低碳含量的目的。3 43 4rCrCCfKf 3 43 4CrCOCCrfKPCf 3 43 4CrCOCCrfCPK f降低降低PCO的方法的方法8 真空吹氧脱碳法真空吹氧脱碳法(VOD法法)（1）真空法，如真空吹氧脱碳法(VOD法)真空循环脱气吹
32、氧脱碳法(RH-OB法)等。（2）稀释法，如氩氧脱碳法(AOD法)，用氩气稀释，降低PCO；汽氧脱碳法(CLU法)，用水蒸汽分解得来的氢气稀释降低Pco。3 43 4CrCOCCrfCPK f8 真空吹氧脱碳法真空吹氧脱碳法(VOD法法)优点优点：（1）VOD法不仅能冶炼不锈钢，也可对各种特殊钢进行真空精炼或真空脱气处理。（2）钢包底部设有吹氩搅拌，其脱气去夹杂的效果较好，冶金反应动力学较为有利。精炼操作工艺精炼操作工艺：（1）碳 0.40.5，钢液温度 16001650时出钢。将钢水倾入钢包，在出钢过程中应尽量避免钢渣流入包内。(2)装有钢水的钢包吊到真空罐内吹氩搅拌边抽真空，压力6700P
33、a(50mm Hg)时开始吹氧精炼。此时，熔池表面上的渣量少些为宜。(3)真空度达1kPa左右。氧化反应放热，使钢液温度略有升高。(4)在真空下或大气中进行脱氧，经调整成分和温度后，从真空罐内将钢包吊出，进行浇注。(5)精炼不锈钢的脱氧：过剩的碳在小于130Pa的真空下脱氧和去除夹杂物。在真空下用氩气搅拌，因此用铝、钛脱氧的不锈钢的纯洁度也显著提高。8 真空吹氧脱碳法真空吹氧脱碳法(VOD法法)9 氩氧精炼炉氩氧精炼炉(AOD)法和水蒸法和水蒸汽汽-氧气混合精炼氧气混合精炼(CLU)法法 AOD法 氩氧精炼法是从炉底侧面向熔池吹入氧和氩的混合气体，1摩尔的氧气与熔池中的碳反应后生成两摩尔的一氧
34、化碳，但是1摩尔氩气通过熔池后数量没有变化，然而通过吹入不同比例的混合气体使气泡内的PCO降低。2C+O2+Ar=2CO+Ar 第一阶段O2/Ar=3:1第二阶段O2/Ar=2:1第三阶段O2/Ar=1:22C+O2+Ar=2CO+Ar9 氩氧精炼炉氩氧精炼炉(AOD)法和水蒸法和水蒸汽汽-氧气混合精炼氧气混合精炼(CLU)法法 特点：脱碳反应不是在真空下，而是在常压下进行的，因此避免了铬的过量损失和高温对耐火材料的损害。9 氩氧精炼炉氩氧精炼炉(AOD)法和水蒸法和水蒸汽汽-氧气混合精炼氧气混合精炼(CLU)法法 AODAOD主要结构炉体、供气装置、除尘装置、加料装置四部分组成。形状近似直筒
35、形转炉变速向前、后旋转180炉子内型熔池深度：内径：高度=l：2：3 AODAOD工艺优点工艺优点：（1）可以利用廉价的原料生产不锈钢）可以利用廉价的原料生产不锈钢（2）容易生产低碳和超低碳不锈钢）容易生产低碳和超低碳不锈钢（3）设备简单，操作方便，基建投资低和经济效益显著。）设备简单，操作方便，基建投资低和经济效益显著。氩氧精炼炉氩氧精炼炉(AOD)(AOD)法法AODAOD工艺缺点：工艺缺点：（1）氩气消耗高）氩气消耗高（2）耐火砖价格高）耐火砖价格高（3）AOD炉不能直接进行浇注，这样会产生二次氧化，因此炉不能直接进行浇注，这样会产生二次氧化，因此钢中的气体含量要稍高。钢中的气体含量要稍
36、高。氩氧精炼炉氩氧精炼炉(AOD)(AOD)法法AOD冶金效果冶金效果（1）脱硫是十分有效）脱硫是十分有效这是因为强烈的氩气搅拌和高碱度炉渣作用的结果，以达到S0.005左右，这是电弧炉冶炼很难实现的（2）脱氧脱氢效果好）脱氧脱氢效果好电炉采用纯氧吹炼时，脱碳完毕钢中总氧量大约为0.16，AOD炉则只有0.14%，VOD炉则更低。AOD法和VOD法生产的钢含氢量比电炉法低2565（4）N2含量低含量低氮含量低3050。因此，精炼炉生产的钢，切削性能优于一般电炉冶炼的钢。10 喷射冶金喷射冶金(喷粉精炼喷粉精炼)定义定义：根据流态化和气体输送的原理，用氩气或其它气体将不同类型的粉剂喷入钢水或铁水
37、。起源起源：作为一种精炼手段，喷射冶金最早在法国得到开发。60年代初，法国钢铁研究院有这方面的报导。目前影响较大的还有西德的TN法和瑞典的SL法。10 喷射冶金喷射冶金(喷粉精炼喷粉精炼)钢液喷粉时的两个反应区用途用途：(1)铁水预处理(2)缩短冶炼时间，降低电耗缩短冶炼时间，降低电耗 电炉炼钢过程中强化氧化期加速脱磷，加速还原期脱氧脱硫，缩短冶炼时间，降低电耗。有的工厂可缩短冶炼期3040min。(3)提高合金元素的利用率将易氧化元素(Al、Ti、B、V、Ca、Re等)粉剂用气作载体喷入钢液，可提高合金元素的利用率，减少烧损，稳定钢水成分。(4)高铬钢水的脱磷 如果在还原期采用喷吹的方法向钢
38、水加入CaC2或CaSi等脱磷剂，可以保证钢水中铬、镍、锰等合金元素含量基本不变，同时可获得2056%的脱磷率。但成本较高，喷后还需精炼脱碳、脱硅。10 喷射冶金喷射冶金(喷粉精炼喷粉精炼)10 喷射冶金喷射冶金(喷粉精炼喷粉精炼)(5)夹杂物形态的控制 向钢水中喷吹CaSi系列粉或稀土金属(Re)份时，在取得良好的脱氧脱硫效果的同时，可以起到控制夹杂物形态的作用。（6）钢水的工艺性能有很大改善 喷吹CaSi后，钢水的工艺性能有很大改善，浇注温度可降低1020，钢水的流动性提高，很少出现水口结瘤和粘包底现象。(7)喷粉增碳 电炉冶炼中一项重要的操作是调整钢中碳含量，利用喷吹法向钢液喷入焦碳粉，
39、碳的回收率在熔化期为8090，电炉还原期为95100，改变了由生铁增碳增加能耗的状况，并降低了钢的成本。用途用途：10 喷射冶金喷射冶金(喷粉精炼喷粉精炼)10 喷射冶金喷射冶金(喷粉精炼喷粉精炼)喷粉速度：p=p1-p2各种炉外精炼工艺钢水比搅拌能的比较各种炉外精炼工艺钢水比搅拌能的比较*合成渣洗及性能合成渣洗及性能*适用于脱氧、脱硫的合成渣是高碱度（R2）的还原渣系（w(FeO)0.40.8%，基本CaO-Al2O3(w(CaO)=53 55%,w(Al2O3)=4345%)，除此之外还采用了石灰-高岭土渣，石灰-火砖块及石灰-硅酸盐渣。合成渣要求：合成渣要求：熔点低于被渣洗的钢液，配加溶
40、剂，如CaF2、Na3AlF6、Na2O；黏度要小于0.2Pa.s；ms要小。FeO、Fe2O3、MnO、Na2O、CaC2能强烈降低合成渣的界面张力。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；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；脱硫及脱氧去夹杂功能；不能去除钢中气体；不能去除钢中气体；必须将原炉渣去除；必须将原炉渣去除；同炉渣洗、异炉渣洗。同炉渣洗、异炉渣洗。合成渣系及性能合成渣系及性能特点特点合成渣系及性能合成渣系及性能 由于熔渣中的w(F
41、eO)远低于钢液中w(O)的平衡的数值，即wOaFeOLO，因而钢液中的O经过钢-渣界面向溶渣滴内扩散，而不断降低，直到wO=aFeOLO的平衡状态。合成渣脱氧合成渣脱氧合成渣脱氧合成渣脱氧 利用钢液与熔渣间的质量平衡关系，可计算出脱氧所需的合成渣量：()/()FeOOw FeOw OL合成渣脱氧合成渣脱氧合成渣洗及性能合成渣洗及性能 由于合成渣是高碱度的还原渣，所以有很强的脱硫能力，可使钢液中的硫的质量分数从0.015%0.033%下降到0.0050.012%，而LS达2777。合成渣脱硫合成渣脱硫合成渣脱硫合成渣脱硫231/3(.)(%)Al OsatCaOaS PSaO=.SaCLSSf
42、3(CaO)+2Al+3S=3(CaS)+(Al2O3)2/30(%)()%(.)3AlsaSGfEXPSS PRT*钢中夹杂物的变形处理钢中夹杂物的变形处理*夹杂物的性能及其对钢性能的影响夹杂物的性能及其对钢性能的影响硫化物夹杂物的变形处理硫化物夹杂物的变形处理铝酸盐夹杂物的变形处理铝酸盐夹杂物的变形处理夹杂物的性能及其对钢性能的影响夹杂物的性能及其对钢性能的影响来源来源:钢中非金属元素(O、S、P、C、N）的化合物，特别是氧及硫的化合物最主要，对钢的性能影响也最大。影响影响:夹杂物在随后的热、冷加工过程中发生形态变化，由于其于基体金属铁在物性及机械性能，如弹性、塑性及热膨胀系数均有较大的差
43、别，在受力过程中，夹杂物不能随金属相应变形。变形大的铁就会在变形小的夹杂物周围产生塑性流动。其连接处应力分布不均匀，出现了应力集中，并急剧升高，为材料的破坏提供了受力的薄弱区，使钢的范性、韧性及疲劳强度降低、方向性加强、加工性能恶化。钢中夹杂物加工前后的形态图为不同精炼阶段图为不同精炼阶段夹杂物组成分布夹杂物组成分布硫化物夹杂物的变形处理硫化物夹杂物的变形处理存在形态及影响：FeS或MnS，Fe-FeS共晶点1216K；当钢中wMn/wS2时，FeS转变成MnS，MnS熔点高（1828K），虽然可降低“热脆”，但MnS具有范性，能沿流变方向形成条带状，严重影响了钢的横向机械性能。防治措施 加入
44、变形剂，控制MnS的形变，使之转变为高熔点的球形（或点状）的不变形的夹杂物。即凡能使硫化物生成熔点高、塑性小、硬度大的化合物的元素，如Ca、Ti、Zr、Mg、Be、RE均可作为硫化物的变形剂。通常RE作为变形剂。厚板中观察到的厚板中观察到的MnS夹杂物夹杂物硫化物夹杂物的变形处理硫化物夹杂物的变形处理防治措施 由于RE与氧的亲和力大于与硫的亲和力，故首先形成稀土氧化物，而后是含氧、硫的稀土化合物，仅当wRE/wS 3时才形成RE的硫化物，而MnS完全消失，新夹杂呈细小分散的球状，热加工时不会变形。RE化合物的热力学数据铝酸盐夹杂物的变形处理铝酸盐夹杂物的变形处理来源及影响来源及影响:向钢中喷入CaO+Al或钙合金脱氧，不仅氧的质量分数降低很大(0.0001%)，而且能生成熔点低（1415）的12 CaO.7Al2O3球形液态，易于上浮，可消除钢材的异向性。但C12A7夹杂物和基体铁的线膨胀系数相差较大，冷却时，C12A7的收缩比例比基体铁要小得多，形成张力，在夹杂物的周围产生空腔，减弱钢的强度。铝酸盐夹杂物的变形处理铝酸盐夹杂物的变形处理防治措施防治措施 当有线膨胀系数较大，且范性较好的硫化物存在时，C12A7就能包围硫化物，形成共生夹杂物，改善C12A7和基体的联结性，消除空腔及减小C12A7在周围基体产生的应力。加入钙脱氧时同时加入稀土。
