1、炉外精炼材料科学与工程学院 董 方1 概述概述n把常规炼钢炉中要完成的精炼任务，如脱硫、脱氧、脱磷、去除气体和夹杂物、调整钢的成分和温度等，移到钢包或专用容器中进行，也叫二次冶金或钢包冶金。（Secondary Steelmaking ProcessSecondary Steelmaking Process），），“二次精炼二次精炼”（Secondary Secondary RefiningRefining）。）。n纯净钢生产技术、连铸、炼钢新技术以及降低生产成本的要求。n日、欧洲的炉外精炼比接近100%，真空精炼比50%以上。n1933年，法国佩兰（R.Perrin)应用高碱度合成渣，对钢液
2、进行“渣洗脱硫”现代炉外精炼技术的萌芽；n50年代-真空处理技术。n1935年H.Schenck 确定大型钢锻件中的白点缺陷是由氢引起的-氢脆。n1950年，德国Bochumer Verein(伯施莫尔-威林）真空铸锭。n1953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。n1954年，钢包真空脱气。n1956年，真空循环脱气（DH、RH）。1.11.1炉外精炼的产生和发展炉外精炼的产生和发展n60607070年代，高质量钢种的要求，产生了各种精炼方法；年代，高质量钢种的要求，产生了各种精炼方法；n80809090年代，连铸的发展，连铸坯对质量的要求及炼钢炉年代，连
3、铸的发展，连铸坯对质量的要求及炼钢炉与连铸的衔接；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。1.2炉外精炼的冶金特点n改善冶金化学反应的热力学条件。n加速熔池传质速度。n增大渣钢反应面积。n精确控制反应条件，均匀钢水成分和温度。1.3炉外精炼的冶金功能n熔池搅拌功能n提纯精炼功能n钢水升温控温功能n合金化功能n生产调节功能1.4炉外精炼的作用炉外精炼的作用n提高钢的质量提高钢的质量n去除钢种的有害元素及气体，去除钢种的有害元素及气体，S、O、N、H、C 等；等；n成分调整；成分调整；n提高生产效率（电炉），降低成本、优化工艺；提高生产效率（电炉），降低
4、成本、优化工艺；n保证连铸过程的顺利进行（缓冲、温度调整）保证连铸过程的顺利进行（缓冲、温度调整）n扩大品种（转炉）扩大品种（转炉）1.5炉外精炼的手段n渣洗渣洗 最简单的精炼手段；最简单的精炼手段；n真空真空 目前应用的高质量钢的精炼手段；目前应用的高质量钢的精炼手段；n搅拌搅拌 最基本的精炼手段；最基本的精炼手段；n喷吹、喂线喷吹、喂线 将反应剂直接加入熔体的手段；将反应剂直接加入熔体的手段；n调温调温 加热是调节温度的一项常用手段。加热是调节温度的一项常用手段。炉外精炼手段n1)合成渣洗n使渣和钢充分接触，通过渣使渣和钢充分接触，通过渣-钢之间的反应，有效钢之间的反应，有效去除钢中的硫和
5、氧（夹杂物）；去除钢中的硫和氧（夹杂物）；n根据要求将各种渣料配置成满足某种冶金功能的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；合成炉渣；2)真 空 处 理目的：目的：n提高真空度可将钢中提高真空度可将钢中C C、H H、O O降低；降低；3)搅拌n目的：目的：n加速反应的进行加速反应的进行n均匀成分、温度均匀成分、温度n手段：手段：n电磁搅拌电磁搅拌n吹气搅拌吹气搅拌4)喷吹技术n喷吹实现脱碳、脱硫、脱氧、合金化、控制夹喷吹实现脱碳、脱硫、脱氧、合金化、控制夹杂物形态；杂物形态；n单一气体喷吹单一气体喷吹 VODVOD；n混合气体喷吹混合气体喷吹 AODAOD；n粉气流的喷吹粉气流
6、的喷吹 TNTN；n固体物加入固体物加入 喂线。喂线。5)调温n提高生产率的需要；提高生产率的需要；n保证连铸的顺利进行；保证连铸的顺利进行；n加热方法：加热方法：n电加热：电弧加热、感应加热等电加热：电弧加热、感应加热等n化学热：铝氧加热法化学热：铝氧加热法2 炉外精炼理论和工艺n2.1合成渣洗n目的目的:使渣和钢充分接触，通过渣使渣和钢充分接触，通过渣-钢之间的反应，有效钢之间的反应，有效去除钢中的硫和氧（夹杂物）；去除钢中的硫和氧（夹杂物）；2.1.1合成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；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；成分 物理化学性能1）成分（
7、compositions）CaO-SiO2-Al2O3、B、(CaO)u（参与冶金反应的CaO 数量）、FeO、S常用的渣洗合成渣成分n图图2）性质n熔点（melting point）n流动性 粘度（Viscosity）图图CaOAl 2O3渣系的粘度与(CaO)的关系1600时粘度与（CaO+MgO）的关系（CaO-MgO-SiO2-Al2O3渣系）炉外精炼渣的主要成分nCaO:5055%；MgO:610%；SiO2:1520%；Al2O3:815%；CaF2:5%表面张力液体的表面张力是作用于液体表面单位长度上使表面收缩的力。表面张力为液面的分子受液体内部分子吸引的结果。渣洗过程中，直接起
8、作用的是钢渣、渣与夹杂间的界面张力，界面张力的大小与每一组成相的表面张力有关。熔渣表面张力S=1N1+2N2+；熔渣的表面张力还是温度的函数。钢液的表面张力受温度和成分的影响，在炼钢温度下一般为11001350dyn/cm。渣钢界面张力 m-s=m-scos dyn/cmn还原性2.1.2渣洗的精炼作用n1）合成渣的乳化和上浮乳化：rmin=2 m-s/cmH表28合成渣的乳化和上浮n上浮：速度与渣液滴直径、钢渣密度差、钢渣的界面张力等有关。n渣洗过程中乳化和上浮是一对矛盾。保证精炼前提下，增大渣滴直径，提高m-s，降低渣温，延长镇静时间，降低钢的粘度等都利于渣滴上浮。1231000%lglg
9、22TaOSiKSiOSismsmgdDV)(2）合成渣对钢中元素脱氧能力的影响n硅的脱氧 Si+2O=SiO2 n硅、锰综合脱氧n铝脱氧2Al+3O=（Al2O3）lgKAl=-64000/T+20.48=lgAl%2O3/aAl2O3Ar喷CaO+CaF2粉、铝粉可提高铝脱氧能力。不同Mn含量时钢水中1600,Si,O平衡浓度1231000%lglg22TaOSiKSiOSi不同碱度、T=1873K时钢中氧和硅的关系CaOAl2O3渣中各组元活度1873K时与不同铝含量相平衡的氧含量3）扩散脱氧n氧在熔渣和钢液中的分配：LO=O%/(FeO%)rFeO 式中O%0为钢中原始氧含量类似现场条
10、件下，扩散脱氧反应大约在2min左右就能完成。渣洗与二次氧化0%lg2.3%BOAABOA4）夹杂的去除n钢种夹杂物与乳化渣滴碰撞，被吸附、同化上浮排除。n促进二次氧化产物的排出。乳化渣滴表面作为脱氧反应新相形成的晶核。5）脱硫反应式：FeS+(CaO)=(CaS)+(FeO)Ls=(S)/S=Ks(CaO)u/(FeO)渣的成分、流动性（CaF2）及冶炼条件（增加H、吹氩）对Ls影响较大。渣成分对Ls的影响Ls与(CaO%)u、(FeO%)的关系CaOAl2O3渣中，Ls与(CaO%)u的关系LS与(FeO)、(CaO)u的关系2.2渣洗工艺2.2.1工艺异炉渣洗同炉渣洗混合炼钢2.2.2功
11、能功能 通过在专门的炼渣炉中熔炼，出钢时钢液与炉渣混合，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；实现脱硫及脱氧去夹杂功能；局限：不能去除钢中气体；局限：不能去除钢中气体；2.2真空n2.2.1基本原理2.2.1.1钢液的真空脱气一、钢液脱气的热力学 N2=2N 钢中氢的主要来源：22%HOHOpHKO2NNNKp22 HOHO影响气体在钢中的溶解度的因素：温度、压力、铁的相结构、铁中溶解的其它元素等。二、钢液脱气的动力学n1）脱气反应的步骤钢中溶解的气体原子向金属气相界面的扩散为限制性环节。q2）真空脱气的速率 （1）式中：Gt为真空脱气t时间后钢液中的气体浓
12、度 G0为真空脱气前钢液中的气体浓度 t 脱气时间 V钢液体积 A接触面积 k传质系数00.4 3 4l gtGA k tGV传质系数k的确定：传质系数k的确定复杂，它与温度、搅动状况、扩散系数、钢种及时间等因素有关。K的确定可以根据公式（1）由实验计算，另外描述气液相之间反应动力学的表面更新理论，得出了以下公式：122()eDkt式中：D扩散系数，1600 氮5.510-5cm2/sec;氢 3.5110-3cm2/sec;氧2.610-5cm2/sec。te熔体内某一体积元在气液界面停留时间0.010.1秒,与温度、搅动情况有关，一般0.01-0.1。3）钢液沸腾时脱气的速率22%1 2G
13、dGMdCP Gd tKd t2022411()%ArGVPKMGG4）吹氩搅拌时脱气的速率以上两个公式推导时作了两个假设：1钢中溶解的气体与气泡达到平衡。2气泡内的总压等于外压。生产中气泡上浮时1的平衡达不到，实际的气体分压必然小于平衡分压。所以，生产中为脱除一定量的气体须吹入更多的气体或脱掉更多的碳。去气效率f：脱氧钢吹氩0.440.75，未脱氧钢吹氩0.80.9。三、降低钢中气体的措施n使用干燥的原材料和耐火材料n降低与钢液接触的气相中气体的分压n增加钢液的比表面积（A/V)n提高传质系数kn适当延长脱气时间n利用生成氮化物来脱除钢中氮2.2.1.2钢液的真空脱氧一、氧在钢中的溶解氧在钢
14、中的溶解度决定于钢液温度和成分。二、碳脱氧的热力学C+O=CO 为真空下最重要的脱氧反应。其热力学关系式：6 3 2 0lg%2.7 3 4OT 1 1 6 0lg2.0 0 3cKT%c oCcopKfCfO由以上关系推导出：1525，与0.1%碳平衡的氧含量：PCO=1 atm O=250ppm;PCO=10-6 atm O=0.0251ppm。lg()2.645 0.31%0.54%COpCOOC真空下碳的脱氧能力钢液中碳的实际脱氧能力与压力的关系真空下碳脱氧的能力小于计算的原因n碳氧反应未达到平衡。n反应区的压力高于真空压力。C-O反应进行时CO的生成压必须满足：n碳还原钢中氧化物夹杂
15、，反应的动力学条件差。n炉衬和炉渣供氧。表面张力形成的附加压力钢液的静压力真空压力C OaPPg hr 三、碳脱氧的动力学n碳氧反应为在钢液气相界面进行的非自发形核，CO气相形成的核心是炉底和炉壁的耐火材料表面的缝隙和吹入钢液的气体。反应步骤如下：1）碳、氧通过扩散边界层迁移到相界面（DC=2.010-4;DO=2.610-5)2）相界面上反应生成CO3）产物脱离相界面进入气相4）CO气泡长大、上浮、排出以上步骤中，氧在钢液侧界面层的传质是碳脱氧速率的控制环节。%(%)OSDd OAOOdV%dOd 钢中氧浓度的变化速率OD氧在钢液中的扩散系数气液界面钢液侧扩散边界层的厚度%SO气液界面上反应
16、平衡时的氧含量O%SO%1，更多的设计成锥桶形。n对精炼反应的要求 渣钢反应、夹杂上浮、增碳、脱气、降温n设备投资和运行费用完全混匀时间与搅拌能的关系2.4 加热n2.4.1燃料燃烧加热n2.4.2电阻加热n2.4.3电弧加热电弧加热n2.4.4化学热法化学热法n2.4.5其它加热方法钢包炉电弧加热系统的有关参数钢包炉电弧加热系统参数钢包炉加热功率的计算nW=Cmt+S%Ws+A%WA式中：W精炼一吨钢液理论上需要补偿的能量，kWh/t;Cm每吨钢液生温1所需要的热量，kWh/t;t钢液的温升，按精炼工艺要求定；S%渣量，造渣材料的用量与钢液总量的百分比；Ws熔化10kg渣所需能量，约为5.8
17、kWh/1%t;A%合金的加入量与钢液总量的百分比；WA熔化10kg合金所需能量，约为7kWh/1%t;n精炼炉的热效率一般为30%40%，实际需要的能量：W=W/n选用变压器容量时还应考虑电效率，炉外精炼配备变压器的额定单位容量一般是150200 KVA/t左右。n电弧加热的缺点：v对电极的要求高；v电弧距钢包内衬距离近，包衬寿命短；v常压下电弧加热促进钢液吸气；2.4.4化学热法n利用钢液内氧与铝、硅、锰等元素间的氧化反应热。其具有设备简单、加热效率高的特点。n铝氧加热法（AOH）；CASOB；RHOB等利用喷枪吹氧使铝氧化放热加热钢液。工艺如下：向钢液加入足够的铝向钢液吹入合适量的氧气钢
18、液搅拌2.4.5钢包炉的类型n只有加热和搅拌的钢包炉。（LF）n只有真空和搅拌手段的钢包炉。（VD）n具有真空、搅拌、喷吹三种手段的钢包炉。（VOD）nSKF、LFV、VAD等具备真空、搅拌、加热手段的钢包炉，是最典型的钢包炉。1)LF1)LF炉炉n最常用的精炼方法；最常用的精炼方法；n取代电炉还原期；取代电炉还原期；n具有加热及搅拌功能；具有加热及搅拌功能；n脱氧、脱硫、合金化；脱氧、脱硫、合金化；LF炉原理炉原理电极合金料斗透气砖滑动水口LF精炼炉原理LF炉的工艺优点n精炼功能强，适宜生产超低硫、超低氧钢。n热效率高，升温幅度大，温度控制精度高。n具备搅拌和合金化功能，易于实现窄成分控制，
19、提高产品的稳定性。n采用渣钢精炼工艺，精炼成本较低。n设备简单，投资较少。LF LF 工艺操作工艺操作n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，取样分析，加渣料，测温取样，加合金。n一般3050分钟，电耗5080kwh/t；n现代转炉、电炉与连铸联系的纽带。LF精炼工艺v加热与温度控制加热与温度控制加热效率60%;钢水耗电0.50.8kWh/t;比功率为150200kVA/t,升温速度35/min;埋弧泡沫渣技术可减轻辐射热损失，提高加热效率1015%。v白渣精炼工艺白渣精炼工艺LF操作的核心。出钢挡渣，控制下渣量5kg/t；钢包渣改质，控制包渣R2
20、.5,(TFe+MnO)3.0%;白渣精炼；还原气氛；适当搅拌。v合金微调与窄成分控制合金微调与窄成分控制快速分析；精确估算钢水重量及合金收得率；白渣操作。LF炉的主要功能n成分的最终调整和精确控制。n均匀钢水成分和温度。n采用惰性气体搅拌和喂丝等清洁钢液技术，改变夹杂物形态，去除夹杂。n脱硫n钢液加热n利于转炉与连铸之间的衔接、匹配和缓冲，确保连铸稳定生产。2)ASEA-SKF法法ASEA-SKF法原理图法原理图功能功能真空真空电磁搅拌电磁搅拌电弧加热电弧加热ASEA-SKF法法nASEA-SKF具有很全的精炼手段,可以实现去气,脱氧,脱硫,去夹杂,脱碳,调整成分等多种功能.其优点:n1)很
21、快均匀钢液温度,有利于钢纯净度提高并减少耐火材料的消耗.n2)加入的合金熔化快,分布均匀,成分稳定.n3)电弧加热提高炉渣流动性,加快钢渣反应速度,利于脱氧和去除夹杂.n4)感应搅拌可提高真空脱气的效率.3)CAS和CASOBCAS密封吹Ar合金化nCAS功能：避免吹氩强度过高使钢液氧化。合金收得率提高且稳定，成分微调。均匀钢水成分和温度，且控制快速准确，操作方便。净化钢液，去除夹杂物，提高铸坯质量。基建、设备投资少，操作费用低。CASOBCASOB功能：钢液升温和精确控制钢水温度促进夹杂物上浮，提高钢水洁净度。精确控制钢水成分均匀钢水成分和温度。LF与CASOB的比较nLF功能较全面升温速度
22、的控制精度强，钢水温度易调节。对夹杂物进行稳定的控制，对钢水无污染。适应性强，对钢种的处理范围广泛。nCASOB设备及工艺简单，操作及维护简便。升温速度快（612/min,而LF为35/min）易在钢水中产生Al2O3夹杂钢中S、P增加纯净度降低4 4）VADVAD炉炉Vacuum Arc DegassingVacuum Arc Degassing电弧加热电弧加热吹氩搅拌吹氩搅拌真空脱气真空脱气包内造渣包内造渣合金化合金化 VADVAD的功能的功能 （1 1）避免炉渣回磷；）避免炉渣回磷；（2 2）脱硫率高，）脱硫率高，S=0.002S=0.0020.001%0.001%；（3 3）脱氧良好）
23、脱氧良好,TO=0.001%,TO=0.001%；（4 4）脱氢良好）脱氢良好,H,H0.0003%0.0003%；（5 5）去氮率可达）去氮率可达505060%60%；（6 6）去除钢中夹杂物；）去除钢中夹杂物；2.5 喷吹n喷射冶金：通过载气将反应物料的固体粉粒吹入熔池深处，可以加快物料的熔化和溶解，增加反应界面，强烈搅拌熔池，加速传输过程和反应速率。是强化冶金过程和反应效果的重要方法。n优点：增加反应界面，改善冶金反应的动力学条件，成分微调，提高合金收得率，搅拌利于产物浮离。n缺点：粉状物料的制备、储存和运输复杂，喷吹工艺复杂，喷吹过程温度损失大，需要专门设备和气源。2.5.1气粒输送中
24、粉粒的行为n固体粉粒的流动条件流态化技术：使固体粉粒获得流动能力的技术。固定床流态化床粉粒自由沉降状态固体粉粒流态化过程示意图n临界流态化速度：使粉粒从固定床转入流态化床的最低速度。粉气流的密度n质量粉气比（）：=GP/Gg 式中：质量粉气比 kg/kg；GP单位时间通过输送管道有效断面的粉粒质量kg/h；Gg单位时间通过输送管道有效断面的气体质量kg/h；n体积粉气比（M）：M=GP/Qg 式中：M体积粉气比，kg/m3；GP纯粉料的质量流量，kg/h；Gg纯载气的体积流量，m3/h；n喷吹脱硫脱磷熔剂，一般粉气比为1530；喷吹脱氧和合金化粉剂，粉气比可达50120。2.5.2非金属夹杂物
25、变性处理n定义：向钢液中加入某些固体溶剂，即变性剂，改变存在于钢液中的非金属夹杂物的性质，以消除或减少其对钢性质的不利影响，改善钢的可浇注性，保证连铸工艺操作顺利进行。n变性剂：1）与氧、硫、氮有较强的相互作用能力；2）在钢液中有一定溶解度，在炼钢温度下蒸汽压不大；3）操作简便易行，收得率高成本低。常用变性剂是硅钙合金和稀土合金。1）稀土元素的变性作用n2Re+3O=Re2O3 KO=Re2O3 2Re+3S=Re2S3 KS=Re2S3 2Re+3O+3S=Re2O3S KOS=Re2O3Sn研究结果表明：%Re2%O=9.410-18；%Ce%S=1.2 10-4；Ce2O2S=4 10-
26、16；nCeS、Ce3S4、Ce2S3的反应自由能（J/mol)分别为-364650、-420240、-442680。n稀土元素脱氧脱硫的产物与钢中原始氧硫含量的关系稀土氧化物稀土氧硫化物稀土硫化物S/O1001627钢中不同氧硫含量下加入Ce生成产物的平衡图稀土为变性剂硫和稀土元素含量的临界值稀土夹杂的性状与钢中硫、稀土含量的关系2）钙的变性作用n铝镇静钢中夹杂物形态示意图CaOAl2O3相图C12A7熔点1415,密度2.83n钙的沸点1491，蒸汽压与温度的关系：1600 pCa=0.187MPa，Si、C、Al提高Ca在铁中溶解度，钢中要加入硅钙和其它钙合金。n钙脱氧：Ca(g)+O=
27、(CaO)lgKCa=-34680/T+10.035 1600 KCa=3.010-9 Ca+O=(CaO)lgKCa=-33865/T+7.620 1600 KCa=3.4710-11n脱氧产物为低熔点的12 CaO7Al2O3改变Al2O3夹杂性状，从钢液排出。8026log4.55CapT钙脱硫nCa(g)+S=（CaS）(S)nCa(g)+O=（CaO）(S)n钙处理钢中Al、S含量与形成夹杂物的关系013638040.94CaSGT 015866045.91CaOGT 2.5.3喂丝（WF）n合金芯线处理技术，将CaSi、稀土合金、铝、硼铁等合金或添加剂制成包芯线，通过机械的方法加入
28、钢水内部，对钢液进行脱氧、脱硫、夹杂物变性及合金化等处理，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。n在吹氩技术配合下，具备喷粉的优点，弥补了喷粉的缺点，在添加易氧化元素，调整钢的成分，控制气体含量，设备投资与维护，生产操作与运行费用，产品质量，经济效益和环境保护等方面更显著的优势。2.5.4钢包喷粉工艺n以SL为例n70年代瑞典研制成功，我国引进最多的喷粉装置。其主要特点：o喷粉系统中设有回收罐o微孔尼龙套或其它弥散 孔透气材料组成流态化段o利用喷粉罐与管道内压 差控制喷粉速率o下料喉口更换方便工艺过程n脱氧出钢，出钢温度高于规定1020 n钢包到喷粉站：脱硫剂一般为
29、硅钙粉（Si54%,Ca30%）粒度小于1 mm；喷枪使用前要烘烤（600800）。n喷枪插入钢液：喷枪口距包底250300mm；喷吹压力0.250.35MPa；喷吹时间210min；供粉速率710kg/min；粉气比830；氩气流量0.50.6m3/min（水分10ppm）。n精炼后的钢液到连铸。nSL法可喷吹CaSi、CaC2、Mg+CaO、FeB等SL法喷粉装置布置图1储料罐2喷粉罐3喷枪4钢包5喷枪把持升降 旋转机构6喷枪放置架7过滤器8回收罐工艺参数n1）喷枪插入深度（h）：保证粉气流不会冲到包底。n h=H-hc 式中：H包内钢液熔池深度 hc粉气流的喷入深度 式中：d0 喷嘴孔口
30、直径 u 粉气流在喷嘴出口处的速度 粉气流的密度 金属熔体的密度 g 重力加速度gp01/2()g pcldhugl混匀时间的等值线2）喷吹压力（P1）nP1=P0/0n式中：P0喷口处介质的反压 n 0与粉粒的比热容、载流气体的密度、粉气 比的因素有关的系数，不同粉气比时的0值见下表：3）喷吹时间n决定于钢液允许的降温量和降温速率。喷吹时间要满足精炼反应要求：吹氩搅拌喷吹时间略大于混匀时间，对于喷粉喷吹时间应大于反应所需时间和产物排出时间总和。n喷吹硅钙粉时直径大于0.045mm的粉粒可穿透气液界面进入钢液中，因此硅钙粉的粒径范围选01.0mm，平均0.1mm，脱硫的速率方程式：式中：t脱硫
31、所需的时间，min;St、S0分别为喷粉tmin和原始硫含量n吹气搅拌条件下，夹杂物和产物从钢中排出时间可以计算得出，一般只需12min。0lg0.12tStS 冶金效果n脱硫n净化钢液和控制夹杂物形态n提高合金收得率n改善钢液的浇注性能不锈钢不锈钢二步法二步法:是指初炼炉熔化精炼炉脱碳的工艺流程,常见有初炼炉AOD炉；初炼炉MRP转炉；初炼炉VOD炉等。不锈钢三步法不锈钢三步法:在二步法基础上增加深脱碳的装备，通常有初炼炉AOD（LF）VOD；初炼炉MRP（LF）VOD；初炼炉MRP（LF）RH-OB等形式。初炼炉可以是电炉，也可以是转炉；精炼炉一般指以脱碳为主要功能的装备，例如AOD,VO
32、D,RH-OB（KTB）,CLU，MRP等。其他不以脱碳为主要功能的装备，例如LF钢包炉、钢包吹氩、喷粉等，在划分二步法或三步法时则不算做其中的一步。此外，这里把专用炉熔化铬铁的操作，也不列入其中的一步。2.6不锈钢精炼AOD(Argon Oxygen Decarburization)炉简图 Ar,OAr,O2 2混混合气体合气体出钢口出钢口返回返回双层套管风口2.6.12.6.1AODAOD工艺工艺 AOD法是世界上冶炼不锈钢的主要方法，占世界不锈钢产量的70-80%。AOD的原理是吹惰性气体(Ar)作稀释气体,降低碳-氧反应产物CO的分压(PCO),以达到去碳保铬的目的.为了减少铬的氧化和
33、防止钢液温度过高,在吹炼时要改变氩氧的混合比.实际操作中冶炼过程中分阶段变化氧压比例.氮含量要求低的钢种,应使用纯氩.对氮含量要求不高的钢种可以使用粗氮或以氮气代替氩气.为保护炉体耐火材料,钢液温度不应超过1750C,氧化期温度高时可加入清洁干燥的同钢种返回钢,以冷却钢液.工艺参数n氧氩比：AOD吹炼所用的混合气体中氧气和氩气的体积比。氧氩比在很大程度上影响着AOD的脱碳速率，铬的氧化速率以及溶池的升温速率。为尽可能减少铬的氧化和控制溶池温度，吹炼过程中根据溶池含碳量和温度调节氧氩比。氧氩比的理论值可以根据FeCrCO四元素的平衡条件，用热力学的方法计算。n混合气体流量：氧氩比确定后，取决于氧
34、气流量。AOD法的工艺要点法的工艺要点：lAOD对电炉所炼半钢的碳含量没有严格的要求，通常波动于12%；硅的含量一般控制在0.20.4%；对硫含量不做要求；出钢温度控制在162010。lAOD法吹入氧、氩气体的比例一般为3个阶段或4个阶段。第一阶段O2：Ar（N2）=4:1(3：1)，将碳氧化到0.3%左右，此时熔池温度约为1680C.第二阶段O2：Ar=2：1或1：1将碳氧化到0.1%左右，熔池温度约为1690-1720C.第三阶段O2：Ar=1：2，将碳氧化到0.03%左右,当炼碳含量小于0.01%的极低碳钢种时,第四阶段O2：Ar=1：3(1:4)继续脱碳。AOD法的工艺要点法的工艺要点
35、：l最后用纯氩吹炼35分钟，使钢水中溶解氧继续脱碳，还可以减少还原Fe-Si的用量。l钢中碳含量达到要求时,停止吹氧结束氧化期,加入硅铁,铝,石灰进入还原期,还原温度应高于1700C,还原期间继续向炉内吹入氩气,铬的回收率铬的回收率99%,锰的回收率锰的回收率90%以上以上,还原期可脱硫还原期可脱硫.AOD法的工艺要点法的工艺要点l 脱碳终了以后如果不是冶炼含钛不锈钢含钛不锈钢,不需要脱硫操作，一般采用AOD单渣法,不扒渣直接进入还原期。由于脱碳终点温度约在1710-1750，为了控制出钢温度并有利于炉衬寿命，在脱碳后期需添加清洁的本钢种废钢作为冷却剂冷却剂。随后加入Fe-Si、Si-Cr、A
36、l等还原剂和石灰造渣材料，成分、温度合适即可出钢。l 原料条件不好或成品硫要求 50ppm时采用双渣法操作.AOD炉的冶炼时间一般为90分钟左右。气体消耗视原料情况及终点碳水平而不同。一般氩气消耗为氩气消耗为1223Nm3/吨，氧为吨，氧为1525Nm3/吨。吨。Fe-Si用量为用量为820Kg/吨，石灰吨，石灰4080Kg/吨，冷吨，冷却剂为钢水量的却剂为钢水量的310%。AOD主要特点主要特点l可以大量使用廉价的高碳铬铁、粗氩和氮气；l工艺稳定，效率高,产品质量好；l炉龄150300次,高于VOD法；l脱硫效率高于VOD法，可高达90%；l铬收得率95-99%,高于VOD法；l投资少,约为
37、VOD法的1/3。l AOD改进工艺在C0.7%脱碳期采用纯O2吹炼，此时不会发生铬的氧化，其结果与O2/Ar=4/1时是一样的。60吨AOD的供O2速度由2880NM3/h增大到3600Nm3/h，使脱碳速度提高了0.02%/min，Ar消耗减少了2.8 Nm3/t，冶炼时间缩短3分钟。l AOD改进工艺把在钢水碳含量0.11-0.7%区间分阶段降低O2/Ar改为连续降低O2/Ar，脱碳效率提高了6%，硅铁使用量降低了0.7Kg/t。l AOD改进工艺在钢水碳含量0.11%时采用纯氩吹炼，提高脱碳速度，减少铬的氧化。钢水温度由原工艺的提高1-4/min，变成降低3-6/min。改进的改进的A
38、ODAOD工艺工艺 ：基本特征是更加靠近：基本特征是更加靠近C-Cr-TC-Cr-T平衡曲线平衡曲线2.6.2VOD2.6.2VOD特点特点lVOD法在真空下吹氧脱碳，适于冶炼超低碳、氮不锈钢，精炼后碳30 ppm，氮50ppm（而AOD法碳100 ppm，氮100ppm）；l氢1-3ppm，氧30-60 ppm（而AOD法氢3-5ppm，氧40-60ppm）；lEAF-VOD法铬回收率（90-95%）低于EAF-AOD（95-99%）；l脱S效果比AOD法为差，VOD法脱S率30-70%，而 AOD法脱S率60-90%；l炉龄较低，一般50次。VOD炉炉nVD VD 的功能仅是真空加搅拌，的
39、功能仅是真空加搅拌，VOD VOD 是是Vacuum and Vacuum and stir and injection oxygen stir and injection oxygen；nVDVD主要应用于轴承钢脱氧；主要应用于轴承钢脱氧；nVOD VOD 主要用于不锈钢冶炼；主要用于不锈钢冶炼；VODVOD工艺要点工艺要点l电弧炉电弧炉的原料和操作与普通电弧炉炼钢法基本没有差别，温度达到1580开始吹氧脱碳，C从0.8-1.5%降至0.3%。插铝脱氧和还原渣中氧化铬,再添加高碱度渣，经过出钢可使S0.004。lVODVOD炉炉的入炉钢水条件为：碳0.3%、硅0.3%，并扒渣。l真空度达到1
40、50-200Torr后开始吹氧，并不断提高真空度，为了减少喷溅量，适当提高氧枪的高度。l脱碳末期，氧在钢中的扩散成为脱碳反应速度的限制环节，所以供氧速度要减小，氩气搅拌要强化。VOD炉脱碳速度约为0.02%/分。l临近脱碳终点时停氧，用氩气搅拌促使真空C脱O。根据废气成分、废气流量、真空度及耗氧量来判定脱碳的终点。l冶炼超低碳不锈钢时，加强氩气搅拌和控制温度，以便在降低终点碳含量的同时抑制成本的增大和精炼时间的延长。SSSSVODVOD法法 带有强搅拌的VOD法称为SSVOD法。传统的VOD法的降C、N效果均以50ppm（甚至100ppm）为界，而SSVOD采用多个包底透气砖或2-4mm不锈钢管吹氩，氩流量是通常的10-20倍。由于大量用Ar，C含量可降至3010ppm的水平，适于冶炼超低碳不锈钢和超纯铁素体不锈钢。
