精炼概述学习.pptx

炉外精炼技术的发展与现状 炉外精炼是把转炉、平炉或电炉中的初炼钢水移到另一个容器中（主要是钢包）进行精炼的过程，也叫“二次精炼”。炉外精炼把传统的炼钢方法分为两步，即初炼加精炼。初炼：在氧化性气氛下进行炉料融化、脱磷、脱碳和主合金化。精炼：在真空、惰性气氛或可控气氛条件下进行深脱碳、除气、脱氧、脱硫、去夹杂和夹杂物变性处理，调整成分（微合金化），控制钢水温度等。炉外精炼技术的发展可以追溯到1933年Perrin用高碱度合成渣炉外脱硫。50年代的钢水真空处理技术，1956 1959年研究成功了DH法和RH法。60年代研究成功VAD、VOD和AOD炉。70年代以来又有LF、CLU、钢包喷粉和喂丝技术，到80年代又相继出现RH-OB、CAS（CAS-OB）、IR-UT等新技术。第1页/共70页炉外精炼技术的发展与现状炉外精炼在现代化的钢铁生产流程中已成为不可缺少的一道工序。在1970年以前，几乎所有钢包精炼方法已具有相当的工业生产规模，但它的应用尚限于特殊钢的生产，在钢总产量中，经炉外精炼钢的比例不足10%。直到70年代中期，由于能源危机，钢铁工业力求降低成本，提高经济效益。首先是日本然后西欧的钢铁企业，出现两种技术发展趋势，一是连续铸钢技术的广泛应用，以取代传统的锭模浇铸；二是采用大型转炉生产优质钢、特殊钢，以提高产值及利润率。显然，为了使连铸工艺顺行，通过炉外精炼来降低钢中硫、氧含量，以及均匀钢包中的钢水成分、温度是十分必要的。第2页/共70页炉外精炼技术的发展与现状传统的钢铁生产流程：高炉 炼钢炉（转炉、平炉和电炉）铸锭，已逐渐被新的工艺流程所替代，即高炉铁水预处理炼钢炉炉外精炼连铸，已成为国外大型钢铁企业技术改造后的普遍模式。近年来，世界钢产量波动不大，但炉外精炼等新工艺新技术却大量地应用于工业生产之中，真空处理技术是钢铁联合企业的主要炉外精炼设备。由于新技术的应用，经济效益大增。日本企业在广泛采用精炼后，吨钢能耗下降，而钢材的收得率大幅提高。第3页/共70页炉外精炼技术的发展与现状我国于1957年开始研制钢液真空处理技术，由于多种原因，这项技术没有得到推广。我国真空装置为日本的1/3，且大大低于世界平均水平，而真空处理钢比例约占2%，为日本的1/25。目前我国的钢产量已跃居世界第一，生产效益也在提高，钢材品种扩大。已有的精炼装置包括VD、RH、ASEA-SKF、VOD、AOD、LF、CAS（CAS-OB），钢包喷粉和喂丝等多种炉外精炼装置，但利用率很低。钢的质量水平，与发达国家相比，差距是巨大的。炉外精炼技术在我国是方兴未艾，正处于发展之中。第4页/共70页炉外精炼迅速发展的社会背景市场对纯净钢的大量需求。控制钢中T.O10ppm，保证钢的深冲性能（r2.0）；控制钢中C+N 50ppm，提高输油管抗H2S腐蚀能力；控制钢中S 5ppm，提高钢材抗H2至裂纹的能力；钢中H 2ppm。连铸技术高速发展的要求。精练工序作为炼钢连铸间的缓冲环节，有利于实现全连铸生产，保证稳定均衡的生产节奏与工艺、质量要求。努力降低生产成本的要求。如：现代电炉采用超高功率供电、吹氧强化与偏心炉底出钢等技术措施，必须把还原精炼工序转移到炉外精炼中完成。第5页/共70页炉外精炼的任务精确控制化学成分以保证机械性能的稳定减少钢中P、S含量以改善冲击性能、抗层状拉裂性能、热脆性，并能减少偏析和防止连铸坯的表面缺陷减少O、H、N含量以减少超声探伤的缺陷、条状裂纹等，并能改善钢材的制管性能控制夹杂物的形态以改善钢的深冲性能和加工性能第6页/共70页炉外精炼的工艺特点有一个理想的精炼气氛条件，通常是应用真空、惰性气体或还原性气氛搅动钢水，可采用电磁力，惰性气体或机械搅拌的方法为补偿精炼过程中钢水的温度损失，采用加热设施有电弧加热，等离子加热或增加钢水中化学热等。炉外精炼一般可分为两类：钢包处理型，如DH、RH钢包精炼型，如VOD、LF第7页/共70页炉外精炼设备的冶金功能 熔池搅拌功能，均匀钢水成分和温度，保证钢材质量均匀；提纯精炼功能，通过钢渣反应、真空冶炼以及喷射冶金等方法，去除钢中S、P、C、N、H、T.O等杂质和夹杂物，提高钢水纯净度；钢水升温和控温功能，精确控制钢水温度；合金化功能，对钢水实现窄成分控制；生产调节功能，均衡炼钢连铸生产第8页/共70页炉外精炼设备的精炼方法渣洗精炼：通过渣钢反应实现对钢水的提纯精炼。主要用于钢水脱氧、脱硫和去除钢中夹杂物等方面。真空精炼：真空条件下实现钢水提纯精炼。工作压力50Pa，使用于钢液脱气、脱碳和用碳脱氧等反应过程。熔池搅拌：向反应体系提供一定能量，促使该系统内的熔体产生流动，加速熔体内传热、传质过程，达到混匀的效果。主要有气体搅拌、电磁搅拌和机械搅拌三种方法。喷射冶金：通过载气将固体颗粒喷入熔池深处，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，并成固液反应，提高精炼效果。加热与控温：采用各种不同加热功能，避免精炼过程温降。主要加热方法有：电弧加热、化学加热和脱碳二次燃烧。第9页/共70页各种精炼设备的冶金功能第10页/共70页各种碳钢精炼设备第11页/共70页炉外精炼技术的配置与选择现代冶金生产应从整体优化着手，从冶炼、精炼、浇铸、轧制各工序，按照各自的优势进行调整、组合，从而形成专业分工更加合理，匹配更加科学，经济效益更加明显的整体优势。炉外精练技术的应用，必须认真分析市场对产品质量的要求，做到炉外精炼功能对口，工艺方法和生产规模匹配上的经济合理，还要注意主体设备与辅助设备配套齐全，才能获得工艺稳定和良好的经济效益。一钢现采用以钢包吹氩和真空处理装置为核心，结合LF炉，加上喂丝、化学加热、合金成分微调等多种技术相复合的精练站，用于转炉连铸生产衔接。功能全面，可以进行灵活组合，生产出第一流的钢材。第12页/共70页一钢碳钢精炼生产能力碳钢精炼系统总生产规模为：223.3万t/a，其中：RH设备处理能力：120万t/a LF设备处理能力：120万t/aLATS设备处理能力：120万t/a第13页/共70页一钢碳钢冶炼工艺流程脱硫铁水脱硫铁水废钢废钢脱磷转炉脱磷转炉脱碳转炉脱碳转炉RH，CAS，LF碳钢板坯连铸机碳钢板坯连铸机第14页/共70页一钢碳钢精炼路径第15页/共70页碳钢炼钢区域布置第16页/共70页一钢碳钢精炼生产能力碳钢精炼系统总生产规模为：223.3万t/a，其中：RH设备处理能力：120万t/a LF设备处理能力：120万t/aLATS设备处理能力：120万t/a第17页/共70页钢包处理容量钢包公称容量平均处理量最大处理量最小处理量150t160t180t130t（RH）、90t（LF）120t（LATS）第18页/共70页碳钢精炼处理周期RH处理平均周期 38分钟/炉LF处理平均周期 40分钟/炉LATS处理平均周期 约30分钟/炉RH、LF、LATS日平均处理炉数为21炉第19页/共70页主要生产钢种优质碳素钢SPCC、SPCD、SPCE38.6%耐大气腐蚀钢10PCuRe20.4%低、微合金高强度钢09MnNb、15MnV25.4%焊接结构钢SM400AC、SM490AC15.6%管线钢X45X65（X70）微量第20页/共70页主要生产钢种成分及精炼路径第21页/共70页RH工艺概述RH循环脱气法工艺是一种用于生产优质钢的钢水二次精炼工艺，整个钢水冶金反应是在砌有耐火衬的真空槽内进行的。真空槽的下部是两个带耐火衬的浸渍管，上部装有热弯管，气体由热弯管经气体冷却器至真空泵系统。钢水处理前，先将浸渍管浸入待处理的钢包钢水中。当真空槽抽真空时，钢水表面的大气压与真空槽内的压差迫使钢水朝浸渍管里流动。由于上升管不断向钢液吹入惰性气体，吹入气体受热膨胀，从而驱动钢液不断上升，并在真空槽内进行反应。钢水脱气后由于比重增加再经下降管流入钢包，不断反复以达到循环脱气的目的。第22页/共70页RH设备的演变（1）型号代号意义年份、国别主要功能处理效果适用钢种备注RHRuhrstahl Heraeus 真空循脱气法1959年德国蒂森钢铁公司真空脱气H，减少杂质，均匀温度和成分H0.0002%去氢率5080%；N0.004%去氮率15%25%；O=0.002%0.004%，减少夹杂物65%以上特别适用于对含氢要求严格的钢种：主要是低碳薄板钢、超低碳深冲钢、厚板钢、硅钢及轴承和重轨钢等原为钢水脱氢开发，短时间可使H降低到远低于白点敏感极限以下RH-OBRH-Oxygen Blowing Degassing Process带升温的真空脱气1978年日本新日铁同RH，并能加热钢水同RH，且可使处理终点碳C0.0035%同RH，还可生产不锈钢，多用于超低碳钢的处理为钢水升温而开发RH-KTBRH-Kawasaki Top Blowing 川崎顶吹氧真空脱气法1978年日本川崎同RH，并可加速脱碳，补偿热损失H0.00015%N0.004%O0.003%C0.002%同RH，多用于超低碳钢、IF钢及硅钢的处理快速脱碳达超低碳范围，二次燃烧可补偿处理过程中的热损失第23页/共70页RH设备的演变（2）RH-PB()RH-Powder Blowing 循环脱气喷粉1985年日本新日铁同RH，并可喷粉脱硫、磷H0.00015%N0.004%C0.003%S0.001%P0.002%同RH，主要用于超低硫磷钢、薄板钢等处理可同时脱硫脱磷，PB是用OB管喷入，I是指插入盛钢桶RH-KPBRH-Kawasaki Top Powder Blowing循环脱气喷粉1989年日本川崎同RH，并可喷粉脱硫、磷尚未实现工业化，未见相应数据报道同RH，预计主要用于超低硫磷钢等的处理从KTB顶枪在适当时刻向真空室喷粉RH-MFBRH-Multi Function Burner循环脱气带多功能烧嘴1993年日本新日铁同RH，并可喷粉脱硫、磷，带烧嘴H0.00015%N0.004%C0.003%S0.001%P0.002%同RH，多用于超低碳钢、IF钢、硅钢及超低硫磷钢等的处理从MFB顶枪在适当时刻向真空室喷粉或喷燃料升温第24页/共70页RH-OB、RH-KTB工艺简图第25页/共70页RH-MFB工艺简图第26页/共70页RH工艺流程（1）第27页/共70页RH工艺流程（2）第28页/共70页RH主体机械设备钢包运输台车钢包升降系统真空槽真空槽移送台车顶枪系统真空泵系统预加热系统合金加料系统保温剂加入设备浸渍管维护设备测温取样定氧破渣设备热弯管和真空槽修砌、干燥站喂丝吹氩系统第29页/共70页RH工艺设备图（1）第30页/共70页RH工艺设备图（2）第31页/共70页真空泵系统原理示意图第32页/共70页RH主要工艺参数（1）RH装置数量RH装置结构形式RH真空槽形式RH装置钢液循环速度浸渍管内径最大循环气体流量真空槽内径极限真空度真空抽气能力1set单线双槽钢包升降式分体式（可整体更换）Max.150t/min550mmMax.2500L/min(Ar)Approx.1900mm25Pa600kg/h(20,66.7Pa)第33页/共70页RH主要工艺参数（2）最大脱碳能力：最大脱氢能力：最大加热速度：真空槽加热温度：真空泵启动时间：C15ppmH 1.5ppm3.5/min1450 3.5min第34页/共70页LF(Ladle Furnace)工艺概述（1）LF炉作为转炉的炉外精炼设备，对转炉的初炼钢水进行温度控制、合金微调、脱氧、脱硫以及对钢水成分和温度均匀化等精炼处理。在与连铸机配合时，LF炉在转炉与连铸机之间起缓冲作用。LF炉通过变压器、二次短网和电极臂将电能输送到电极，电极起弧后将电能转化成热能传递到钢水，从而达到对钢水加热升温的目的。通过加入合成渣或喂丝的方式，经过底吹惰性气体对钢水进行搅拌，可以达到脱硫、脱氧和改变夹杂物形态的效果。第35页/共70页LF工艺概述（2）加热与温度控制：LF炉采用电弧加热，对钢水加热效率一般60%，高于电炉升温热效率。吨钢水平均升温1，耗电0.50.8kwh。LF炉的升温速度决定于供电的比功率（KVA/t），而供电比功率为150200KVA/t，升温速度可达到35/min，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1015%。LF炉采用计算机动态控制终点温度的控制精度5。第36页/共70页LF工艺概述（3）白渣精炼工艺：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，白渣精炼是LF炉工艺操作的核心，也是提高钢水纯净度的重要保证。白渣精炼的工艺要点是：a.出钢挡渣，控制下渣量b.钢包渣改质，控制包渣碱度c.白渣精炼，一般采用Al2O3CaOSiO2系炉渣，控制包渣d.控制LF炉内炉内气氛为弱氧化性，避免炉渣再氧化。e.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。第37页/共70页适于LF冶炼的钢种管线钢：X4570（需RH双联）冷镦钢：SWRCH35K、ML735碳素结构钢：20#45#弹簧钢：60Si2Mn硬线钢：60#、70#、82B工程机械用钢：A514、A514M等造船用钢：A、D、E级高强度造船板压力容器用钢：16MnR桥梁钢、电钻钢第38页/共70页LF炉工艺优点：精炼功能强，适宜生产超低硫、超低氧钢；具备电弧加热功能，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，精炼成本较低设备相对简单，投资不高第39页/共70页LF炉操作工艺（1）加热升温：通过变压器、二次短网和电极臂将电能输送到电极，电极起弧后对钢水进行加温。LF炉可以根据不同的钢种和不同的精炼阶段自动调节输入钢水的功率，以控制升温速度。一般在精炼初期采用最高的二次电压，以快速熔化渣料。成份微调：测温取样后，LF炉计算机根据取样分析值与目标值计算出需要加入的炉料种类和物料量，并将指令发送至上料系统PLC，该系统根据LF炉计算机指令在规定时间向LF炉加入造渣料或铁合金，从而达到成分微调的目的。第40页/共70页LF炉操作工艺（2）吹氩搅拌：氩气通过钢包底部的透气砖吹入钢包，使钢水在钢包中流动，从而均匀了钢水成分和温度。吹入钢水中的氩气量可以根据不同的精炼阶段进行调节，以期得到最佳的冶金效果。如果出现透气砖堵塞经高压底吹氩仍无法吹开时，或在深脱硫时，可临时采用顶吹氩枪从钢包顶部吹入氩气。脱硫：投料系统向钢包中加渣料，使合成渣与钢水充分混合和反应，以达到钢水脱硫的目的。为了得到较好的脱硫效果，在脱硫前必须先对钢水进行脱氧，使钢中氧含量降到较低水平。第41页/共70页LF炉操作工艺（3）脱氧：通过控制炉压及合理的炉盖结构，保持钢包内还原气氛，以防止钢水二次氧化。在精炼初期通过向钢水加入脱氧剂或通过喂丝机向钢中喂入Al丝，达到初脱氧目的。在精炼后期，当钢中硫含量降到较低水平后，向钢水中喂入CaSi丝进行终脱氧。改变夹杂物形态：根据钢种控制要求，在精炼后期可向钢水中喂入CaSi丝，以控制夹杂物形态。对连铸返回钢水进行升温第42页/共70页LF工艺流程（1）第43页/共70页LF工艺流程（2）第44页/共70页LF炉主体机械设备惰性气体炉盖钢包炉门架系统电极提升装置炉盖提升装置电极横臂（覆铜）二次短网水、介质和润滑分配系统液压系统第45页/共70页LF炉工艺简图第46页/共70页LF炉的DIR炉盖形式第47页/共70页LF炉升温与加料第48页/共70页LF主要工艺参数（1）LF装置数量：LF电极横臂形式：LF炉盖形式：LF电极形式：电极直径：极心圆直径：升温速度：电能消耗：电极消耗：脱硫率：1set铜钢复合导电横臂（PCA）DIR（DEMAG技术）三相交流电极457mm（18”）760mm4/min 0.46Kwh/t.8g/Kwh55%第49页/共70页LF主要工艺参数（2）变压器及二次短网变压器功率：额定电压：额定电流：二次电压：恒功率时 恒电流时二次电流：变压器二次侧三角形连接分接抽头数:25MVA35kV1250A420380V380220V38kAInside9第50页/共70页LF主要工艺参数（3）平均处理量时钢包净空高度冷却水用于炉盖、导电横臂用于变压器、液压系统、通水电缆大约649mm软水工业水第51页/共70页LATS(Ladle Alloy Trimming Station)工艺概述LATS炉作为转炉的炉外精炼设备，对转炉的初炼钢水进行温度控制、合金微调以及对钢水成分和温度均匀化等精炼处理。当钢包吹氩后，钢包渣面被吹开，浸渍罩随即进入钢水，形成氩气保护的无渣区域。通过该区域可加入合金，进行化学成分的精确调整。LATS可以通过氧枪对钢水进行化学升温，同时可以加入冷却剂进行降温。同时，该工位也可进行喂丝操作，进一步提高成品钢的质量。第52页/共70页适于LATS冶炼的钢种普碳钢：Q195Q235普通低合金钢：20MnSi低碳深冲钢：SPHE、08Al低碳钢丝（软线）：SWRM610低碳焊条钢：H08A准沸腾钢：F11、F18耐侯钢：09CuPtiRe、09CrPV等高层建筑钢结构：400450MPa耐侯钢第53页/共70页LATS工艺优点工艺优点：a.具有较快的升温速度b.促进夹杂物上浮c.精确控制钢液成分，实现窄成分控制，提高合金回收率。d.均匀钢水成分和温度e.与喂线配合，可进行夹杂物的变形处理第54页/共70页LATS操作工艺吹氧升温和终点温度控制：吹氧过程中连续加铝，控制Al/O2比是避免钢中C、Si、Mn等元素烧损和控制钢中酸溶铝含量的关键。铝氧化升温属于体相加热，热效益高于90%，升温速度快，可与转炉生产节奏相匹配。吹氩与夹杂物去除：采用铝升温，铝氧化生成大量Al2O3夹杂，使钢中铝含量升高。因此，要精确控制Al/O2比及搅拌强度；升温后要保证一定时间的吹Ar搅拌，促进夹杂物上浮。合金微调工艺：出钢时，对钢水成分进行粗调，并取钢水样进行快速分析，根据化学分析结果，在LATS处理中补加合金进行钢水成分的最终调整，实现窄成分控制。第55页/共70页LATS工艺流程（1）第56页/共70页LATS工艺流程（2）第57页/共70页LATS主体机械设备浸渍罩及其提升装置测温、取样和破渣装置钢包吹氧系统喂丝系统钢包台车氧枪系统钢液面测量棒保温剂加入装置除尘装置合金加料系统（与LF炉共用）第58页/共70页LATS工艺设备图（1）第59页/共70页LATS工艺设备图（2）第60页/共70页LATS主要工艺参数一般OB升温范围：OB升温速度：浸渍罩规格：吹氩流量：吹氧流量：氧枪形式：20 4/min内径1500mm外径1900mm高度3230mmMax.60Nm3/h2000 3000Nm3/h自耗式，覆盖耐材第61页/共70页碳钢精炼系统自动化控制第62页/共70页RH模型静态脱碳模型动态脱碳模型合金最小成本模型成分预报模型温度预报模型加热铝计算模型脱氢处理计算模型脱氧铝计算模型第63页/共70页模型与应用系统数据关系示意图第64页/共70页脱碳模型关系示意图第65页/共70页动态模型原理示意图第66页/共70页LF模型合金最小成本模型成分预报模型温度预报模型温度推定模型脱硫（造渣剂计算）模型脱氧计算模型吹氩搅拌计算模型第67页/共70页LATS模型合金模型温度计算模型第68页/共70页第69页/共70页感谢您的观看！第70页/共70页