PDF《钢包 精炼技术 的发展 及 其应用选 择》

钢包精炼技术的发展及其应用选择 西安 电炉 研 究所 郭兴 利 【摘要 】本文主要叙述 了钢 包精炼技术 的起源和发 展过程 , 着重 介绍了当前在世 界范 围 内所采用 的儿种主要 的俐 水炉外精炼 的方法和各种方 法所 能适 用的钢种 , 及所 能达到 的工 艺 效果 , 它在现代 冶金工 业当 中所起 的作用和 发展方 向.

近年来 , 随着经 济建设 的不 断发展 , 对于节钢水温度和 合金成份 . 钢 材性能提 出了越 来越 高的要求 , 而 位超 高 年研制成真空吹氢 搅 拌钢 液的功率电弧炉 的出现和使用 , 促使 了 电弧炉和钢 法.包精炼 炉 的配合运行 . 电弧炉作为 高速熔化设 年将 电弧 加热移到钢 包 中进行还原精 备,除了脱磷 、 碳 以外 , 其余 的精炼任务都将 炼的 法,可脱氧 、 硫,因此 还原 精炼便 可 转移到 炉外精炼 中进行 , 这样 , 才能使超高功 在钢 包 内进行 . 率 电弧炉 的高速熔 化特 长得 以充分 发挥 . 而炉以上各种方法主要是 以低合金 钢 的炉外精 外精炼作为二次熔炼更有利于 扩大 品种 , 提高炼为 目的的 , 而 冶炼不 锈钢 的合理方式有氢 、 性能和钢材质 量.钢包精炼还可 为连铸提供 高 氧精炼法 即法和真空吹氧脱碳法 即 质量 的适宜温度 的钢水 , 利于 实现多炉连铸或 法 两种 . 全 连铸 . 近年来 , 随着工 业产 品及 现代科学技术 的 目前, 炉外精炼技术在国外 一 已是蓬勃发展 , 迅猛发展 , 对钢材 质量 不断提出新要 求,即而国内正处在不断发展时期 , 炉外精炼技术将 ①为了使合金 机械性能满足特定的需要 , 必须 会在钢 铁工 业 的发展 中发挥越 来越 大的作用 . 进行合金成分 的精密调 整,②为 了提高 冲击特

一、护外挤蛛的种类及 共发展 性,必须进 行回火处理 以改善脆性和连铸材料 就世界范围来讲 , 炉外精炼 自 年问世 的表面缺陷 , 应 降低钢 中的磷 、 硫 的含量 , ③ 以来,已经历 了即多年 , 从目前看,主要有为了提高管材 的利用率和稳定性 , 必须 降低锅 余种 . 年研制成功 的.比一一中的氧 、 氢、氮的含量 . ④为 了适应 各种特殊 法 即真空脱气 法.当时只是为 了除去钢 中要求的材料 . 如为防止 由氢 引起的裂纹 , 必 的氢 , 它就是 目前以还原精炼为主要 目的的炉 须除氢 , 为调节硫化物形态熔炼镇静钢 改善超 外精炼 . 深拉制加工性能和 防磁 性材料 , 必须脱碳到极 年研制出真空提升脱气法 即法.低的超低碳钢等 . 俐 包扩炼技术是完全能够满 年研制出循环式真空脱气法 即法,足上述要求的 . 这两 种方法使真空脱气和氧化物夹杂分离的功 法和 法 能得 以实现 , 这种 炉外精炼法不仅 适用于转钢液真 空循环脱气法是 年西 德鲁尔钢 炉,也为电炉所采用 . 铁公司 ・ 和 黑罗 伊斯公司 年研制 的一法,对钢 包内・共同设 计 出来的 , 所以又称 的钢液同时进行 电磁 搅拌和 电弧加 热,能够调 为 脱气法 , 结构示 意 图如 图.之《电炉 》 年第 期一尹真空循环 脱气法对 于提高 合金 性能和控制 化学成分 有 明显效果 . 如我国某钢 厂的.吨真空循 环脱 气设备 , 处理 、 , 钢中氢含 量 由原 来降到,脱氢率为 氧含量 由 降到 明 左右 , 脱氧 率为,氧化物夹杂由降到 左右,氧化物 减少、,其机械强度也 明显提高 . 法脱 气效果如表 所示.表法最终脱气指 标图脱气法原理 图 添加 合金 孔 抽气孔 真空室 盛钢桶上升管 吹入气体 氢氧脱氮率 下 降管 ― 法」一真空脱气设备 由真空室 与抽 气 装置组 成.真空 室下端有两 根用 以吸钢液和排放钢 液 的管 . 当钢液脱气处理时 , 首先将这两 根管插 入盛钢 桶 内的钢液 中,通过抽气 , 使钢 液在真 空室中上 升,直至相 当于约的高度约.此时,通过上升管 吹入氢气 , 则上升管内含有气泡的钢液比重变小 , 因而钢 液上升 , 另一方面 , 因下 降管内钢液比重大 , 故下 降返 回盛钢 桶.这样 , 连续反复地循环 , 使钢 液顺次进入 真空室 内,在真空下 进行脱气 . 法 的钢液环 流速度决定反应 速度 , 因此 它是操作上 重要 的参数之 一,环流速度 与从上 升管吹入 的惰性气体量 , 槽 内钢液 面 到气 体吹入 位置 的距离 以及擂入管 的内径等因素有 关.它们通过模拟试 验和 实测得到 下 面结果 . 处理 槽插入钢液深度越深 , 则环流速 度就越快 . 反之 , 由于 钢液和 处理槽之 间摩擦 阻 力增大 , 环 流量就下 降.插入管道直径 的平方和 环流量成正比关系 , 即.在真空度 为甲时进 行处理的环 流量 与在 高真空时大体相 同.真空循 环脱气装置结构型式 主要有三 种 .旋转升 降式 , ② 脱气室 固定式 , ⑧ 脱气室垂 直运动式 . 真空循环脱气法处理 的钢种主要有 锅炉用钢 、 结构钢 、 轴承钢 、 低碳钢 、 不锈钢等 . 真空提升脱 气法 亦即法,是借助 减压到、 . 的真 空室 与盛钢桶 的相对运动,将钢 液经过吸咀分批吸到真空室 内进行脱 气处理 . 真空提升装置有 真空室 、 提升机构 、 加 热装置 、 合金 加料装置 以及抽气系统等组成 , 如图.各各各示环环环环甲甲已已已已已展展展展夔夔二二二竺竺入 入过过过过图真空脱气法原 理图合金料 斗 真空 泵 真空 室 吸管 盛钢 桶 钢液 脱气法 的循 环量是 由钢液一 次吸 入量和包的升降次数决 定的 , 年在新 日铁八番 制铁所运行 的 设备上 , 把升 降速度 定到 , 则循环量提高到 , 此时的 循环 能 在单位时 间内炉钢 液循环 次数 为.次.按照 这个速度 一炉的钢水就可循环一 次.这两 种方法 的脱碳速度与环 流速度成 比例 地增加 , 在图 中示 出了超低碳钢 的脱碳速度 、 水脱气处理 比较适用且较为经济的方法 . 表法与旅脱 气效果 比较 精炼方 法 脱氢 脱氧 脱氮 , … 蘑戳卜,卜一卜一一,,

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、,一一一可去除 脱氮率 撇姗呵洲炭时何 赫图真空处理碳浓度变化 ・ 一法口一不 吹刃法一吹 , 法 曲线 . 在法中采用了三条管 腿法及氢 气二级吹入法等措施 在法中采用氛气吹入 法,都使环 流量增大 , 使脱碳速度提 高了倍左 右,缩短处理 时间.采用这些措施 之后,经过 、 斑证 的处理 , 使炼制基.的 超低碳钢 有了可 能.增加 环 流速度 , 使脱 氢速 度加快 了,如图所示 . 一法一法简称钢 包精炼法 , 是 年瑞典的 公 司和 公 司共 同创造 的,其主要结 构如 图.、'

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赴晚理甘 搁,.少图脱气法 的变化情况 对于大型炼俐设备 , 需票较大 的脱气能力,一般在百吨 以下时 , 循环 流量大约在 、 . 为 了保证足够的脱气时间 以达 到预想的脱气效果 , 在处理容 量俐水时其处理时间咋 皿泣 , 处理容量时处理时间咋五乡处理容量 时,处理 时 间咋 , 总之,处理 容量越 大,处理时 间相应要长 . 从表可以看 出,法和 法对 于脱 氢、脱氧 , 脱氮 、 脱碳 的熬果是相近 的,是钢 图 人一 法设备概况 . 真空 密封沪体 低倾感 应搅 拌装置真空密封护盖 '

真空系统 . 加料 系统 . 电弧 加热系统.合车 其工艺流程 将盛装着钢 液的钢包 , 吊乳 带有搅拌装置的钢包车上进行倾炉扒渣 , 然后 在加热工位进行电弧加热 , 同时造渣脱 硫,成分调整 , 当钢液加热到规定温度之 后,移至真 空工位进行真空脱气 , , 同时进行 电磁搅拌 , 脱 气后 , 微调 合金成份 , 到合适温度进行浇注 . 精炼时 间一般在 '

, 加 热升温速度一 般在、℃左右 , 最快不超过 ℃ 一法主要有三个特点 提高钢材质量 , 在精炼过程 中由于采 用 电弧加热和 电磁搅拌装置 , 使钢液充分 翻腾 脱气 , 为夹杂物上浮创造 了有利条件 , 必要时 还能进行脱 硫和真空下吹氧脱碳 , 因此 , 一次钢液经过钢 包 炉精炼后 质量 大 为改善 . 增加钢材产量 它 与双渣 法操作 电弧 炉双联作业 时,由于精炼过程 移入钢 包炉 内进 雀篇幂行,大大缩短 了电弧炉的冶炼时间 , 使钢产量 得到提高 . 扩大钢材 品种 在精炼过 程 中可 以加入大量 合金调 整 成份 , 可生产碳素钢和 各种合 金钢 . 由于采用 了 电弧加热 , 钢材质量 的提高是 明显的 , 如 日本 某钢 厂在熔炼大型 发 电机用 转子大轴钢 时,在转炉上采用低温吹炼 , 沸腾 出钢,助熔剂脱磷等方法 , 充分利用 电弧加 热的 机能 , 用一 次吹炼法可 以炼 出超低磷 钢呈.此外 , 为了防止大气对钢 液的,再污染 , 把 电弧 加热 后的钢包 与铸型间密 封起来 进行真空铸造 , 使 钢锭的含氧 量降低到、氢达到 , 磷和 硫可 下降到合金 钢的极 限值 . 由于增加了 电磁搅拌 装置 需 再配 一 套低频 搅拌 电源 , 这 就增加 了设备的 投资 费用 . 采用该设备 , 使钢 中氢 、 氧及非金 属 夹杂 物 显著降低 , 化 学成分 均匀 , 机械性能 得到改 善.表为脱 气前后的 效果 比较 . 表一脱气前后的效 果 比较 法法即不锈钢氢氧脱碳精炼 法.目前它是采 用吹入氢氧混 合气体进 行脱碳精炼不锈 钢 的主要方法之 一,法的广 泛采用,使不锈钢 的原料 适应 性增加 , 成本 降低 , 质量改 进,产量 提高.近二十年来 设备在 全世界已经发展到 多台,容量 最小的为吨,最大 的是美 国.. 公司,在年以前世界上 的不锈钢是 由 炉生 产的 . 炉的 主体设备有炉体 、 托圈、倾动机构于气体喷枪和气体混合调 节设 备等五部分,附属装置有排烟 除尘 系统 、 加料系统 、 测温 取样系 统等 . 图为炉的炉体结 构图.・・・氢氢氧氧碳硫吹氧 脱 脱气前 前...脱脱气后 后・'

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. . . . 图炉吨炉帽炉膛风口.炉底炉衬 掩结 耐火材料 . 炉壳国内某钢 厂在 一 钢包 炉上进行钢 包 喷粉脱 硫工 艺 试验效果 很........