进入60年代后，瑞典研制出具有感应搅 拌和电弧加热功能的ASEA—SKF精炼炉。 1965年，德国又研制成真空吹氧脱碳法即 VOD法；1968年，美国研制成氩—氧精炼 炉即AOD法。70年代初，日本研制成具有 电弧加热、氩气搅拌功能的钢包精炼炉即LF 炉。其质量也赶上或超过了有名的瑞典轴承 钢。日本山阳钢厂对不同氧含量的轴承钢进 行疲劳试验证明，当钢中[O]由30ppm降到 15ppm时，轴承钢的疲劳寿命增加5倍；降 到5ppm，可提高30倍
炉外精炼 主要有真 空处理， 吹氮或氩、 吹氧，电 磁搅拌， 加入渣料、 脱氧剂和 合金元素， 电弧加热 等。
流程分类 开发时间 代表性流 程 钢包吹气 1950年 Gazal 1975年 CAS 喷吹 1970年 喂丝 1960年 ＴＮ法 真空处理 1952年电弧加热 1964年 ASEASKF 处理 1967年 VAD 1971年 LF LFV 不锈钢精 1965年 VOD 炼 1968年 AOD
• 为实现上述冶金功能,各种炉外精炼设备一般均采用以下精 炼方法: • (1) 渣洗精炼:精确控制炉渣成分,通过渣钢反应实现对钢水 的提纯精炼。主要用于钢水脱氧脱硫和去除夹杂物等方面。 • (2) 真空精炼:在真空条件下实现钢水的提纯精炼。通常工作 压力≥50 Pa ,适用于对钢液脱气、脱碳和用碳脱氧等反应过 程。 • (3) 熔池搅拌:通常是向反应体系提供一定的能量,促使该系统 内的熔体产生流动。通过对流加速熔体内传热、传质过程, 达到混匀的效果。搅拌的方法主要有气体搅拌、电磁搅拌和 机械搅拌三种方法。 • (4) 喷射冶金:通过载气将固体颗粒反应物喷入熔池深处,造成 熔池的强烈搅拌并增大反应面积。固体颗粒上浮过程中发生 熔化、溶解,完成固—液反应,显著提高精炼效果。 • (5) 加热与控温:为了精确控制反应温度与终点钢水温度,多 炉炉外精炼设备采用了各种不同的加热功能,避免精炼过程 温降。主要的加热方法有:电弧加热、化学加热和脱碳二次 燃烧加热。
(2) 微合金化加入合金元素
将B、Ti、Nb、V和Zr这些元素少量地加入到钢水中， 可提高钢的强度和韧性，在钢筋业和汽车行业中都显示了 微合金化的作用。在钢筋业中，具有高屈服强度的低碳钢 筋是很受欢迎的，因为这些钢筋易于焊接和加工，通过微 合金化方法加入Nb和V后，很容易使低碳钢筋获得高屈服 强度。在汽车工业中使用大量钢卷，要求炼钢各炉之间， 各卷之间，甚至同一卷中前后部分的屈服强度的差别很小。 为此，需通过炉后钢包喂丝方法来控制合金的加入量，以 得到满足上述要求的钢，并可使机械性能进一步提高。由 于微合金化元素本身也是强脱氧剂，因此钢中微合金化元 素的最终含量极不易控制准确，有时会造成贵重的微合金 元素的浪费，所以在加入微合金化元素前一定要先脱好氧。 目前用喂丝机将合金丝插入钢水中的方法，大大提高了合 金的收得率。
12.1 概述
要精确控制钢中的[C]、[P]、[N]、[H]、[0] 含量，在转炉或电炉中进行的精炼，对这些有 害元素的去除是有限的。为了提高精炼水平， 这些冶金操作将移到精炼炉中去进行。早期的 炉外处理设备是钢包脱气，其目的在于减少钢 中的[H]和[O]，德国于1956年发明了真空提升 脱气法即DH法，莱茵钢冶金公司和海拉斯公司 合作开发了真空循环脱气法即RH法，解决了传 统炼钢方法难以解决的脱氧、脱氮等问题。
气氛 大气 Ａr 大气 大气 真空 真空 真空 真空 真空 真空 Ａr 真空 减压 Ar
搅拌方 加热方 精炼功能 法 法 气体 — 脱氧 气体 (Al升温） 脱氧、硫 气体 — 脱氧、硫 气体 — 脱氧、硫 — — 脱氢 吸上 — 脱H、Ｎ、Ｏ、Ｃ 环流 (Al升温） 脱H、Ｎ、Ｏ、Ｃ 气体 — 脱H、Ｎ、Ｏ、Ｃ 气体 电弧 脱H、Ｎ、Ｏ、Ｃ 气体 气体 气体 气体 气体 电弧 电弧 电弧 — — 脱H、Ｎ、Ｏ、Ｃ 脱Ｏ、S 脱H、Ｎ、Ｏ、Ｃ 脱H、Ｎ、Ｏ、Ｃ 脱Ｎ、Ｏ、Ｃ、S
12.2 炉后处理技术
在任何炉外精炼方法操作过程中，最重要的一环是脱 氧。合理地脱氧可以最大程度地回收微合金化元素，如果 钢水脱氧不彻底，那就可能损失掉一部分较为贵重的微合 金元素。钢包中进行脱氧和用喂丝法加入微合金元素。 (1)钢水的脱氧。 众所周知，钢中氧的含量是随着钢中碳的减少和温 度的升高而增加的，很明显，在低碳范围内(0.2％C以下)， 处于与[C]平衡的[O]含量急剧增加。铝在生产中是应用广 泛的一种脱氧剂，这是因为铝与氧的亲和力很强，且易于 加入，反应快，相对成本也较低和具有细化晶粒的作用， 故铝是一种有效的脱氧剂。在平衡条件下，钢中溶入0.04 ％Al，通常可使约含500ppm的最高含氧量(低碳钢)降到 极限值。根据下列反应铝与氧生成A12O3： 2A1十3[O]→Al2O3
12 炉外精炼
• 炉外精炼又称钢包精炼，可分为两种： • 一种是高炉-炼钢炉之间对铁水进行预处理，其 主要目的是：脱硫、脱磷、脱硅。 • 另一种是在炼钢炉-连铸之间处理钢水的二次精 炼，其主要目的是：脱气（H、N、CO）；脱硫、 脱碳、脱氧、
炉外精炼的特点
• 各种炉外精炼设备都具备高效精炼的特点,适宜冶炼各类纯 净钢、超纯净钢。其原因在于各种炉外精炼设备的工艺与设 备设计能满足以下冶金特点: • (1) 改善冶金化学反应的热力学条件。如炼钢中脱碳、脱气 反应,反应产物为气体。降低气相压力,提高真空度,有利于反 应继续进行。 • (2) 加速熔池传质速度,对于多数冶金反应,液相传质是反应速 度的限制环节。各种精炼设备采用不同的搅拌方式,强化熔 池搅拌,加速混匀过程,提高化学反应速度。 • (3) 增大渣钢反应面积,对各种炉外精炼设备均采用各种搅拌 或喷粉工艺,造成钢渣乳化、颗粒气泡上浮、碰撞、聚合等 现象,显著增加渣钢反应面积,提高反应速度。 • (4) 精确控制反应条件,均匀钢水成分、温度。多数炉外精炼 设备,配备了各种不同的加热功能,可以精确控制反应温度。 同时,通过搅拌均匀钢水成分,精确调整成分,实现成分微调。 精确控制化学反应条件,使各种冶金反应更趋近平衡。 • (5) 健全在线检测设施,对精炼过程实现计算机自动控制。保 证精炼终点的命中率和控制精度,提高产品质量的稳定性。