钢铁冶金概论-炉外精炼.ppt
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1、第五章第五章 炉外精炉外精炼炼(Secondary Refining)2炉外精炉外精炼炼的定的定义义及特点及特点p炉外精炉外精炼炼S.R.(Secondary Refining):按按传统传统工工艺艺,将常,将常规炼钢规炼钢炉(炉(转转、电电)中完成)中完成的精的精炼炼任任务务(四脱(四脱(S、P、C、O),二去),二去(气体、(气体、夹杂夹杂),两),两调调整(温度、成分),整(温度、成分),部分或全部地部分或全部地转转移到移到钢钢包或其它容器中包或其它容器中进进行精行精炼炼的的过过程。程。p在日本、欧洲先在日本、欧洲先进进的的钢铁钢铁生生产产国家国家,炉外精炉外精炼炼比超比超过过90%,其
2、中真空精,其中真空精炼炼比超比超过过50%,有有些些钢钢厂已达到厂已达到100%。/09:25:5609:25:57/09:25:5609:25:5709:25:572.3p日本日本轴轴承承钢质钢质量好的根本原因就是在炉外精量好的根本原因就是在炉外精炼炼上上大下功夫。日本山阳大下功夫。日本山阳钢钢厂厂对对不同氧含量的不同氧含量的轴轴承承钢钢进进行疲行疲劳试验证劳试验证明,当明,当钢钢中中0由由30ppm降到降到15ppm时时,疲,疲劳劳寿命增加寿命增加5倍;降到倍;降到10PPm,则则提高提高15倍;降到倍;降到5PPm,可提高,可提高30倍。由此倍。由此可以看出,保可以看出,保证钢证钢材有高
3、的材有高的纯净纯净度是提高内在度是提高内在质质量的重要量的重要环节环节。而炉外精。而炉外精炼炼就是就是为为了解决科学技了解决科学技术发术发展展对钢对钢材材质质量的要求不断提高而提出来的。量的要求不断提高而提出来的。/09:25:5609:25:57/09:25:5609:25:5709:25:573.4炉外精炉外精炼炼的特点的特点特点:特点:选择选择一个理想的精一个理想的精炼炼气氛条件,通常气氛条件,通常采用真空、惰性气氛或采用真空、惰性气氛或还还原性气氛原性气氛;对钢对钢液液进进行行搅搅拌,可采用拌,可采用电电磁感磁感应应、惰性气流或机械方法惰性气流或机械方法搅搅拌;拌;钢钢液加液加热热,在
4、精,在精炼过炼过程中通常采用程中通常采用电电弧加弧加热热、埋弧加、埋弧加热热、等离子加、等离子加热热或增加化或增加化学学热热等。等。/09:25:5609:25:57/09:25:5609:25:5709:25:574.5手段:手段:p工工艺艺操作主要包括真空操作主要包括真空处处理,吹氬气,吹氧,理,吹氬气,吹氧,电电磁磁搅搅拌,加入渣料、脱氧拌,加入渣料、脱氧剂剂和合金元素,和合金元素,电电弧加弧加热热等。等。p实际实际操作操作时时主要采用其中一种和几种主要采用其中一种和几种组组合操作合操作制度。制度。/09:25:5609:25:57/09:25:5609:25:5709:25:575.6
5、精精炼炼的的作作用用及及方方法法/09:25:5609:25:57/09:25:5609:25:5709:25:576.7/09:25:5609:25:57/09:25:5609:25:5709:25:577.8/09:25:5609:25:57/09:25:5609:25:5709:25:578.9/09:25:5609:25:57/09:25:5609:25:5709:25:579.10(1)渣洗渣洗p渣洗法渣洗法是在出是在出钢时钢时利用利用钢钢流的冲流的冲击击作用使作用使钢钢包包中的合成渣与中的合成渣与钢钢液混合,精液混合,精炼钢炼钢液。液。p精确控制炉渣成分精确控制炉渣成分,通通过过渣
6、渣钢钢反反应实现对钢应实现对钢水水的提的提纯纯精精炼炼。主要用于。主要用于钢钢水脱氧、脱硫和去除水脱氧、脱硫和去除钢钢中中夹杂夹杂物。物。/09:25:5609:25:57/09:25:5609:25:5709:25:5710.11p对对反反应应容器中的容器中的钢钢液液进进行行搅搅拌,是炉外精拌,是炉外精炼炼的最基本、最重要的手段。它采取某种措施的最基本、最重要的手段。它采取某种措施给钢给钢液提供液提供动动能,促使能,促使钢钢液在精液在精炼炼反反应应器中器中对对流运流运动动。p钢钢液液搅搅拌可改善冶金反拌可改善冶金反应动应动力学条件,力学条件,强强化化反反应应体系的体系的传质传质和和传热传热,
7、加速冶金反,加速冶金反应应,均,均匀匀钢钢液成分和温度,有利于液成分和温度,有利于夹杂夹杂物聚合物聚合长长大大和上浮排除。和上浮排除。(2)搅搅拌拌/09:25:5609:25:57/09:25:5609:25:5709:25:5711.12a 气体气体搅搅拌拌p气体气体搅搅拌主要用拌主要用氩氩气,故又称气,故又称氩氩气气搅搅拌。向拌。向钢钢液吹入液吹入氩氩气可以用气可以用顶枪顶枪插入法,也可以插入法,也可以用底部透气用底部透气砖砖法。法。实实践践证证明,从底部通明,从底部通过过透气透气砖砖吹入吹入氩氩气,气,可充分可充分发挥发挥其其搅搅拌作用,拌作用,氩氩气利用率高气利用率高目前,大多数的吹
8、目前,大多数的吹氩搅氩搅拌均采用透气拌均采用透气砖砖底吹法。底吹法。/09:25:5609:25:57/09:25:5609:25:5709:25:5712.13/09:25:5609:25:57/09:25:5609:25:5709:25:5713.14/09:25:5609:25:57/09:25:5609:25:5709:25:5714.15b 电电磁磁搅搅拌拌 对钢对钢水施加一个交水施加一个交变变磁磁场场,当磁,当磁场场以一定速度以一定速度切割切割钢钢液液时时,会,会产产生感生感应电势应电势,这这个个电势电势可在可在钢钢液中液中产产生感生感应电应电流,流,载载流流钢钢液与磁液与磁场场的
9、相互的相互作用作用产产生生电电磁力,从而磁力,从而驱动钢驱动钢液运液运动动,达到,达到搅搅拌拌钢钢液的目的。液的目的。/09:25:5609:25:57/09:25:5609:25:5709:25:5715.16/09:25:5609:25:57/09:25:5609:25:5709:25:5716.17 c 循循环搅环搅拌拌p典型的循典型的循环搅环搅拌是拌是钢钢液在循液在循环环流流动动的的过过程中程中实现实现搅搅拌,如拌,如RH(真空循(真空循环环脱气法脱气法)与)与DH(真空(真空提升脱气法提升脱气法)的的搅搅拌方式,也有人称吸吐拌方式,也有人称吸吐搅搅拌。拌。在精在精炼炼中,中,钢钢包内
10、的包内的搅搅拌是由真空室内拌是由真空室内钢钢液注流液注流进进入入钢钢包中引起的。包中引起的。/09:25:5609:25:57/09:25:5609:25:5709:25:5717.18/09:25:5609:25:57/09:25:5609:25:5709:25:5718.19(3)真空真空p当冶金反当冶金反应应生成物生成物为为气体气体时时,通,通过过减小反减小反应应体系的体系的压压力即抽真空,可以使反力即抽真空,可以使反应应的平衡向着生成气的平衡向着生成气态态物物质质的方向移的方向移动动。因此,在真空下,。因此,在真空下,钢钢液将液将进进一步脱一步脱气、脱碳及脱氧。气、脱碳及脱氧。/09:
11、25:5609:25:57/09:25:5609:25:5709:25:5719.20向向钢钢液中吹入液中吹入氩氩气,从气,从钢钢液中上浮的每液中上浮的每个小气泡都相当于一个个小气泡都相当于一个“小真空室小真空室”,气泡内的气泡内的H2,N2及及CO等分等分压压接近于接近于零,零,钢钢中的中的H、N以及碳氧反以及碳氧反应产应产物物CO将向小气泡中将向小气泡中扩扩散并随之上浮排散并随之上浮排除。吹除。吹氩对钢氩对钢液具有液具有“气洗气洗”作用。作用。/09:25:5609:25:57/09:25:5609:25:5709:25:5720.21例如例如,电电弧炉冶弧炉冶炼炼不不锈钢锈钢的返回吹氧的
12、返回吹氧法,在法,在1873K下很下很难难使使C降至很降至很低的数低的数值值。而在。而在AOD(氩氩氧精氧精炼炼法法)法)法中,向中,向钢钢液中吹入不断液中吹入不断变换变换Ar/O2比例的气体,可以降低碳氧比例的气体,可以降低碳氧反反应应中中产产生的生的CO分分压压,从而使,从而使钢钢液液的的C含量达到超低碳水平。含量达到超低碳水平。/09:25:5609:25:57/09:25:5609:25:5709:25:5721.22(4)喷喷吹吹n喷喷吹法吹法是用是用载载气(气(Ar)将精)将精炼炼粉粉剂剂流流态态化,形成气固两相流,化,形成气固两相流,经过喷枪经过喷枪,直,直接将精接将精炼剂炼剂送
13、入送入钢钢液内部的方法。液内部的方法。n由于在由于在喷喷吹法中精吹法中精炼炼粉粉剂剂粒度小,粒度小,进进入入钢钢液后,与液后,与钢钢液的接触面液的接触面积积大大增大大增加。因此,可以加。因此,可以显显著提高精著提高精炼炼效果。效果。/09:25:5609:25:57/09:25:5609:25:5709:25:5722.23p炉外精炉外精炼炼中中钢钢液的精液的精炼剂炼剂一一类为类为以以钙钙的化合物的化合物(CaO或或CaC2)为为基的粉基的粉剂剂或合成渣,另一或合成渣,另一类类为为合金元素如合金元素如Ca、Mg、Al、Si及稀土元素等。及稀土元素等。p将精将精炼剂炼剂加入加入钢钢液中,可起到脱
14、硫、脱氧,去液中,可起到脱硫、脱氧,去除除夹杂夹杂物,物,夹杂夹杂物物变变性性处处理以及合金成分理以及合金成分调调整整的作用。的作用。/09:25:5609:25:57/09:25:5609:25:5709:25:5723.24喂喂丝丝法法是将易氧化,密度小的合金元素置是将易氧化,密度小的合金元素置于低碳于低碳钢钢包裹包裹线线中,通中,通过过喂喂丝丝机将其送入机将其送入钢钢液内部。液内部。喂喂丝丝法的法的优优点:点:a 可防止易氧化的元素被空气和可防止易氧化的元素被空气和钢钢液面液面上的上的顶顶渣氧化,准确控制合金元素添加渣氧化,准确控制合金元素添加数量,提高和数量,提高和稳稳定合金元素的利用
15、率;定合金元素的利用率;(5)喂)喂丝丝/09:25:5609:25:57/09:25:5609:25:5709:25:5724.25b 添加添加过过程无程无喷溅喷溅,避免了,避免了钢钢液再氧液再氧化;化;C 精精炼过炼过程温降小;程温降小;d 设备设备投投资资少;少;e 处处理成本低。理成本低。/09:25:5609:25:57/09:25:5609:25:5709:25:5725.26喷喷吹吹类类型型反反应剂应剂作作 用用代表工代表工艺艺单单一气体一气体喷喷吹吹 Ar O2净净化、均匀化、均匀脱脱C钢钢包底吹包底吹氩氩VOD、RH-OB、RH-KTB混合气体混合气体喷喷吹吹 Ar+O2 H
16、2O+O2脱脱C脱脱CAOD CLU(法国、瑞典法国、瑞典)喷喷 粉粉 脱硫脱硫剂剂 合金合金 变变性性剂剂脱硫脱硫合金化合金化控制控制夹杂夹杂物形物形态态TN、SLSLSL、TN喂喂 丝丝铝丝铝丝包芯包芯线线:B、Ti Re、Ca脱氧脱氧合金化合金化脱硫控制脱硫控制夹杂夹杂WF喷喷吹的功能及代表工吹的功能及代表工艺艺/09:25:5609:25:57/09:25:5609:25:5709:25:5726.27喷喷吹工吹工艺艺TN 喷粉钢包精炼法WF 喂丝法/09:25:5609:25:57/09:25:5609:25:5709:25:5727.28(6)加加热热p钢钢液在液在进进行炉外精行炉
17、外精炼时炼时,由于有,由于有热热量量损损失,造成温度下降。若炉外精失,造成温度下降。若炉外精炼炼方法具方法具有加有加热热升温功能,可避免高温出升温功能,可避免高温出钢钢和保和保证钢证钢液正常液正常浇浇注,增加炉外精注,增加炉外精炼炼工工艺艺的的灵活性,精灵活性,精炼剂炼剂用量,用量,钢钢液液处处理最理最终终温温度和度和处处理理时间时间均可自由均可自由选择选择,以,以获获得最得最佳的精佳的精炼炼效果。效果。/09:25:5609:25:57/09:25:5609:25:5709:25:5728.29/09:25:5609:25:57/09:25:5609:25:5709:25:5729.30p常
18、用的加常用的加热热方法有方法有电电加加热热和化学加和化学加热热。电电加加热热方式主要有方式主要有电电弧加弧加热热和感和感应应加加热热。电电弧加弧加热热原理与原理与电电弧炉相似,采用石弧炉相似,采用石墨墨电电极,通极,通电电后,在后,在电电极与极与钢钢液液间产间产生生电电弧,依靠弧,依靠电电弧的高温加弧的高温加热钢热钢液。液。由于由于电电弧温度高,在加弧温度高,在加热过热过程中,程中,需控制需控制电电弧弧长长度及造好度及造好发发泡渣泡渣进进行行埋弧加埋弧加热热,以防止,以防止电电弧弧对对耐火材料耐火材料产产生高温侵生高温侵蚀蚀。/09:25:5609:25:57/09:25:5609:25:57
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