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（

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

3.白渣精炼，一般采用Al₂O₃－CaO－SiO₂系炉渣，控制包渣碱度R

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

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

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

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。

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。

钢包炉精炼，炉外精炼用的钢包由于添加辅助加热功能而脱胎变成“炉子”，再进行纯净钢冶炼的过程。

特点是精炼时间长，具有各种精炼功能，有补偿钢水降温的加热装置。包括：低压下电弧加热、底吹氩的VAD炉；常压下电弧加热、电磁搅拌的ASEA–SKF炉；常压下三相埋弧加热、底吹氩的LF炉。在世界钢包炉的总台数中，最多的是LF炉（见图）。LF炉精炼的工艺特点是初炼钢水在LF炉内加入造渣料后，通过钢包盖上的三根石墨电极插入渣层中埋弧加热，促使还原渣的形成并对钢水进行升温；在整个精炼过程中钢包底部的吹氩搅拌系统向钢中吹入大量的小气泡，在钢水中上浮的氩气气泡引起钢水强烈搅拌，从而有利于排除气体和夹杂物、加速钢渣间的反应、均匀钢水的温度和成分；从钢水中逸出的氩气覆盖在熔池面上，维持LF炉内的还原性气氛，避免钢水的二次氧化和吸收气体，以此达到脱氧、脱硫、去除夹杂物并均匀钢水温度和成分等精炼目的。 2100433B

包括排渣、加热、氩气搅拌、炉渣成分调整、钢液成分调整、真空处理及保温等。初炼钢液的质量关系到精炼炉能否顺利达到精炼目的，为此要求初炼钢液的磷含量低于0.015%，从初炼炉出钢时进行不同程度的终脱氧。

（1）排渣

初炼炉炉渣对精炼工艺影响很大，一是对精炼钢包包衬的侵蚀，二是渣中（FeO）、（SiO₂）、（P₂O₅）等成分高会严重影响精炼工艺。为此，需将初炼炉炉渣排除，排除方法有：（1）电炉出钢前扒掉炉渣，转炉和平炉出钢时投挡渣球挡渣。（2）精炼炉自动倾斜20°～30°时，用扒渣机扒掉覆盖在初炼钢液上的炉渣。（3）中间倒包避免初炼炉炉渣进入精炼炉。（4）使用压力撇渣器，除掉初炼钢液表面炉渣。

（2）加热

采用电弧加热和氩气搅拌，造出还原气氛和高碱度炉渣。炉盖降下罩在钢包炉口的同时，电极降下，插入炉渣中埋弧加热。补充钢液从初炼炉进入精炼炉中的温降，精炼过程中加造渣剂、合金等的吸热，底吹氩气和真空抽气带走的热量等造成的钢包炉内的钢液热损失，保证钢液能够顺利地进行精炼和最终满足出钢要求的温度。LF炉电极加热功率可用下列公式确定，然后用炉子的热平衡计算与钢液升温速度校正。

W_理=C_M△t S%W_s A%W_A

式中W理为精炼钢液理论上所需要补偿的能量，kW·h/t；CM为钢液升温1℃所需要的能量，kW·h/t；△t为钢液的升温数，℃；S%为造渣材料占钢液重的百分比；Ws为熔化占钢液总重1%的渣料所需要的能量，kW·h；A%为合金料占钢液总重的百分数；WA为熔化占钢液总重1%的合金料所需要的能量，kW·h。钢包炉总的热效率一般为η=30%～35%。故钢包炉实际需要的能量W实=W理/η。加热时间取决于初炼钢液进入钢包炉后的温度和进入真空处理所允许的最低温度（一般≥1600℃）。除电极加热之外，也可以采用铝热法或者硅热法加热。

（3）氩气搅拌

采用包底吹氩搅拌，对于脱硫、脱氧、脱氢、脱氮和夹杂上浮有很大影响。实际上吹氩在钢包炉受钢时即已开始。加热时的底吹氩流量，一般为真空操作时的40%～45%（真空操作时底吹氩气流量为最大）。

（4）造碱性精炼渣

造渣是精炼工艺中的重要环节。将石灰、萤石按不同比例（如5：1或4：1）分两次加入钢液面，加入量是钢液量的1%～2%，造高碱度精炼渣脱硫；然后，用硅铁粉、硅钙粉和铝粉或碳粉，按一定比例混合直接加入钢液面或采取喷吹方法加入钢液中，形成炉渣成分为CaO60%±5%、SiO₂10%±5%、Al₂O₃30%±5%的渣系或者CaO60%、Al₂O₃30%、CaF₂10%的渣系。影响脱硫反应的主要因素，除还原性气氛下高碱度的炉渣之外，还有吹氩搅拌能的影响。包底吹氩搅拌，加速钢液中的硫向渣—钢界面扩散，可使脱硫率提高1.5～2.0倍，达到90%。

（5）钢液成分调整

加热升温达到≥1600℃时，即可向钢液中加入合金调整成分。钢包炉精炼允许的合金成分调整范围大，易均匀且收得率高。凡是在初炼炉合金化时易被氧化的合金，都可以移到炉外精炼过程中在钢包炉内进行。

（6）真空处理

钢包炉在真空状态下进行脱气、去夹杂等精炼。按照钢种要求，分为高真空处理（133Pa以下）和低真空处理（2666Pa以下）。高真空处理的钢种有压力容器、核电站、热壁加氢反应器等用钢。低真空处理的钢种有汽轮机叶片、炮钢、热轧辊等用钢。

在真空处理中，包底吹氩流量随真空度高低而不同。高真空处理的氩气流量达最大，低真空处理氩气流量是最大流量的35%左右。在真空和底吹氩气搅拌作用下，完成脱氧和去除非金属夹杂，钢包炉精炼非金属夹杂物上浮分离比较彻底。最后经测温、取样、化验等均达到目标值（主要是气体含量）后，即完成了真空处理的任务。一般真空精炼15～20min。

（7）保温

完成保温以及窄范围合金微调。在此时仍需底吹适当流量的氩气，以均匀温度和成分。最后测温（浇注方法不同，出钢温度也不同）、取样作全分析（包括钢、渣样）等，均达到出钢要求，即可出钢。