钢包精炼

炉外精炼

钢包精炼是把转炉、平炉或电炉中所炼的钢水移到另一个容器中（主要是钢水包）进行精炼的过程，也叫“二次炼钢或炉外精炼”。

钢包精炼简介

炉外精炼把传统的炼钢分成两步，第一步叫初炼，在氧化性气氛下进行炉料的熔化、脱磷、脱碳和主合金化；第二步叫精炼，在真空、惰性气氛或可控气氛下进行脱氧、脱硫、去除夹杂、夹杂物变性、微调成分、控制钢水温度等。20世纪60年代以来，各种炉外精炼方法相继出现。全世界这一技术已经得到了飞速发展。

炉外精炼在现代化的钢铁生产流程中已成为一个不可缺少的环节，尤其炉外精炼与连铸相结合，是保证连铸生产顺行，扩大连铸品种，提高铸坯质量的重要手段。

在炼钢生产流程中，采用转炉（或电炉）－炉外精炼－连铸已成为钢厂技术改造的普遍模式。

各种炉外精炼方法的工艺各不相同，其共同的特点是：有一个理想的精炼气氛，如真空、惰性气体或还原性气体；采用电磁力、吹惰性气体搅拌钢水；为补偿精炼过程中的钢水温度降损失，采用电弧、等离子、化学法等加热方法。

与连铸相匹配的钢包精炼，在于提高铸坯质量和保证连铸工艺的稳定性。选择合适的炉外精炼方法是连铸钢水准备，提供合格质量钢水的重要手段，为此结合产品质量要求选择钢包精炼设备应满足以下基本要求：

1.调节钢水温度，达到连铸所要求的浇注温度范围；

2.提高钢水清洁度，特别是减少钢中大型夹杂物的含量；

3.降低钢中气体含量（如氢、氮含量）；

4.降低钢中有害杂质（如硫、磷）含量；

5.使钢水中温度和成分均匀化，并微调成分使成品钢的化学成分范围非常窄；

6.改变钢中夹杂物的形态和组成，改善钢水的流动性；

7.减轻炼钢炉的冶炼负荷，缩短冶炼周期，提高生产率；

8.钢包精炼炉成为炼钢炉和连铸机之间的一个“缓冲器”平衡两者之间的生产节奏，有利于提高连铸机的生产率。

钢包精炼方法

炉外精炼的方法多达几十种，这些方法各有特点。究竞选择哪一种方法，首先应针对各厂的具体情况。所处理品种的要求和其他相关条件、如质量、成本、建设费用等而定，可参考表中所列几种主要精炼工艺的效果，选定所需的处理工艺方法与设备。

究竟采用哪种炉外精炼法，取决于工厂条件和对产品质量的要求，以建立不同的生产工艺流程。

对于与电炉或超高功率电炉相匹配的连铸机，选择钢包精炼时，应满足合金比高的产品质量要求，如不锈钢采用电炉－AOD炉－连铸；电－VOD炉－连铸工艺。

对于与大型转炉相匹配的板坯、大方坯、圆坯连铸机，要求提供优质钢水，生产无缺陷铸坯，如采用转炉－RH－连铸，转炉－RH+KPI－连铸工艺。在生产超低碳钢（碳小于0.0015%）或超低硫钢（硫小于0.001%）时，可采用LF炉与真空处理并用工艺，以达到最佳效果。考虑到节省投资也可采用CAS－OB精炼炉工艺。

对于与小型转炉相配合以生产普碳钢为主的小方坯、矩形坯连铸机，一般采用钢包吹氩或钢包喂丝技术，基本上能满足连铸工艺和铸坯质量的要求。

工艺流程

钢包精炼炉LF

钢包精炼炉的工艺优点包括：精炼功能强，适宜生产超低硫、超低氧钢；具有电弧加热功能，热效率高，升温幅度大，温度控制精度高；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，精炼成本低；设备简单，投资较少目前钢包精炼炉在国内50～150t转炉炼钢厂中应用非常广泛。

钢包精炼炉的精炼工艺主要包括3项内容：

加热与温度控制。升温速度可达到3～5℃/min，钢包精炼炉采用计算机动态控制终点温度，可保证终点温度的控制精度（ 5℃）。采用埋弧泡沫技术，可减轻电弧的辐射热损失，提高加热效率。

白渣精炼工艺。钢包精炼炉利用白渣进行钢水精炼，实现钢水脱硫、脱氧，生产超低硫钢和低氧钢。因此，白渣精炼是钢包精炼炉工艺操作的核心，也是提高钢水洁净度的重要保证。白渣精炼的工艺要点为：

1.出钢挡渣，控制下渣量小于5kg/t；

2.包渣改质，控制包渣R 2.5，（TFe+MnO） 3.0%；

3.白渣精炼，一般采用Al2O3－CaO－SiO2系炉渣，控制包渣碱度R 4，（TFe+MnO） 1%，保证脱硫、脱氧效果；

4.控制钢包精炼炉内气氛为弱氧化性，避免炉渣再氧化；

5.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。

合金微调与窄成分控制。合金微调与窄成分控制技术是保证钢材成分性能稳定的关键技术之一，也是钢包精炼炉的重要冶金功能。

钢包吹氩与CAS法

钢包吹氩技术是最普通也是最简单的炉外处理工艺。其主要冶金功能是均匀钢水成分、温度、促进夹杂物上浮。通常钢包吹氩的气体搅拌强度为0.003~0.01m3/（t·min）（标态），提高钢包吹氩强度，有利于熔池混匀和夹杂物上浮。而吹氩强度过大，会使钢液面裸露，造成二次氧化。为解决这一问题，采用强吹氩工艺将渣液面吹开后，在封闭的浸渍钟罩内迅速形成氩气保护气氛，避免了钢水氧化的工艺，这一吹氩工艺通常称为CAS法。CAS法不仅提高了吹氩强度，而且钟罩内氩气氛使合金收得率提高，又使钢包吹氩工艺增加了合金微调的功能。为了解决钢水升温的问题，在CAS法上增设顶吹吹氧枪和加铝丸设备，通过溶入钢水内的铝氧化发热，实现钢水升温，通常称为CAS－OB工艺。

RH法是真空循环脱气法

RH法是真空循环脱气法的一种。其基本工艺原理是利用气泡将钢水不断地提升到真空室内进行脱气、脱碳等反应，然后回流到钢包中。因此，RH法处理不要求特定的钢包净空高度，反应速度也不受钢包净空高度的限制。和其他各种真空处理工艺相比，缺点是设备复杂，投资较大。RH法技术的优点为：

1.反应速度快，处理周期短，生产效率高，常与转炉配套使用；

2.反应效率高，钢水直接在真空室内进行反应，可生产，的超低碳洁净钢；

3.可进行吹氧脱碳和二次燃烧进行热补偿，减少处理温降；

4.可进行喷粉脱硫，生产的超低硫钢。

VD炉与VOD炉

VD炉作为真空脱气设备通常与钢包精炼炉联合，生产各种合金结构钢、优质碳钢和低合金高强度钢。在VD炉上增加顶吹供氧系统，构成VOD炉，可以完成真空吹氧脱碳的功能，适宜冶炼低碳不锈钢。和RH真空处理工艺相比，VD（VOD、VHD或VAD）炉的精炼强度受钢包净空度的严格限制。通常，完成钢液脱气处理，要求钢包的净空高度 600mm；而要进行钢液碳脱氧工艺，则需钢包净空高度 900mm。实现吹氧脱碳工艺，则要求钢包净空高度1000~1200mm，由于钢水脱碳反应强度受到钢包净空高度的严格限制，因此，VD炉脱碳周期较长（一般为40~45min），整个处理周期为75~90min。另外，VD炉可在真空条件下实现钢渣反应，有利于熔池脱硫和脱氧。在VD炉处理过程中，钢中氧含量可从0.01%降低到0.002%；硫含量也可从0.01%到0.00%以下，平均脱硫率可达到84%。

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