【钢铁知识】钢液炉外精炼技术简介
炉外精炼的手段 (1)渣洗：最简单的精炼手段；(2)真空：目前应用的高质量钢的精炼手段；(3)搅拌：最基本的精炼手段；(4)喷吹：将反应剂直接加入熔体的手段; (5)调温：加热是调节温度的一项常用手段。
1.1 合成渣洗
根据要求将各种渣料配置成满足某种冶金功能的合成炉渣；通过在专门的炼渣炉中熔炼，出钢时钢液与炉渣混合，实现脱硫及脱氧去夹杂功能；使渣和钢充分接触，通过渣-钢之间的反应，有效去除钢中的硫和氧（夹杂物）；不能去除钢中气体；必须将原炉渣去除；同炉渣洗、异炉渣洗。
1.2 真空处理
脱气的主要方法，提高真空度可将钢中C、H、O降低； 日本真空技术，真空度到1 torr； C10ppm,H1ppm,O5ppm 中国真空技术，真空度到3 torr；C20ppm,H2ppm，O15ppm。新开发了脱硫功能：KTB
代表性装置：RH、VD、VOD。
1.3 搅拌
目的：加速反应的进行，均匀成分、温度 手段：电磁搅拌，吹气搅拌<br />
1.4 喷吹技术
喷吹实现脱碳、脱硫、脱氧、合金化、控制夹杂物形态；
单一气体喷吹VOD；
混合气体喷吹 AOD；
粉气流的喷吹TN；
固体物加入 喂线。
1.5 升温工艺
提高生产率的需要；保证连铸的顺利进行；加热方法：电加热(电弧加热、感应加热、等离子加热等)、化学热；升温装置：LF加热、CAS化学加热、OB。
2 主要的精炼工艺
LF(Ladle Furnace process)； AOD(Argon-oxygen decaburization process );VOD (Vacuum oxygen decrease process) ; RH (Ruhrstahl Heraeus process);CAS-OB(Composition adjustments by sealed argon -oxygen blowing; process) ；
喂线 (Insert thread) ；钢包吹氩搅拌(Ladle argon stirring)；喷粉( powder injection )。
2.1 LF炉
最常用的精炼方法；取代电炉还原期；解决了转炉冶炼优钢问题；具有加热及搅拌功能；脱氧、脱硫、合金化
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；设备简单，投资较少。
2.2 AOD 炉
目的：主要是冶炼高质量的不锈钢(C20ppm,S,P50ppm)，超低碳不锈钢(20ppm) ，使用更廉价原料(采用高碳铬代低碳铬)；
使用情况：60－70％的不锈钢产量；我国太钢有国内第一台AOD；不锈钢的冶炼方法:电炉；电炉或转炉＋AOD；电炉或转炉＋VOD.
2.3 VD/VOD炉
VD 的功能仅是真空加搅拌，VD主要应用于轴承钢脱氧；VD经常与LF炉双联，生产各种合金结构钢、优质低碳钢和低合金高强度钢；
VOD 是Vacuum and stir and injection oxygen，VOD 主要用于不锈钢冶炼；VD（VOD、VHD、VAD）的特点
（1） 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； 进行钢液碳脱氧工艺，需净空高度900mm;吹氧脱碳，要求净空高度＝1.0~1.2m。钢水脱碳反应强度受到钢包净空高度的严格显著，VD炉脱碳周期较长（一般为40～45min），整个处理周期为75～90min。
（2） 受包盖、炉渣等物理因素的影响，真空脱气效率有所降低
脱气处理20～25min，钢水氢含量可达到2ppm，N含量波动在（30～45）ppm。氩气消耗量也高于RH工艺。
（3） 真空条件下实现钢－渣反应，有利于脱硫和脱氧>
VD处理工程中，钢中氧可从100ppm降低到20ppm；硫含量可从0.01%降低到0.0015%以下，平均脱硫率可达84％。
2.4 RH真空精炼
Ruhrstahl 公司和Heraeus公司1957年开发的。也称钢液循环脱气法，将钢液提升到一容器内处理。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，主要冶炼高质量产品，如轴承钢、IF钢、硅钢、不锈钢、齿轮钢等。国内RH设备主要依靠进口。
RH工艺特点：（1）反应速度快，表观脱碳速度常数kC可达到3.5min-1。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H0.5 times10-6，N25 times10-6，C10 times;10-6的超纯净钢。（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[S]5 times10-6的超低硫钢。<
RH真空工艺过程：出钢后，钢包测温取样；下降真空室，插入深度为150-200mm；起动真空泵，一根插入管输入驱动气体；当真空室的压力降到26－10kpa后，循环加剧；钢水上升速度为5m/s、下降速度为1－2m/s；气泡在钢液中将气体及夹杂带出。<
RH精炼效果影响因素
（1）极限真空度与抽气速率
国际发展趋势：提高真空泵的抽气能力，使RH达到极限真空度（66.7Pa）的抽气时间缩短到2min；
（2）钢水循环流量Q
进一步提高钢水的循环流量Q。Q决定于下降管内径D，真空室内钢水深度H和吹Ar的气体流量G。
（3）表观反应速度常数kx
（4）顶吹供氧强度和枪位控制
向RH内吹入纯氧，可以提高RH在高碳低氧区内的脱碳速度，有利于提高RH的初始含碳量。RH内钢水碳氧比[C]/[O]0.66时，RH脱碳的限制环节是钢水中碳的扩散； 0.6时，熔池内氧的传质速度决定了脱碳速度。
（5）脱硫剂成分及喷粉工艺控制
提高脱硫剂中CaF2的配比至40％，增加脱硫剂用量，有利于提高RH脱硫的效果，适宜冶炼[S]10ppm的超低硫钢。
RH的发展：
-OB (Oxygen Blowing)，真空室下部吹氧脱碳
-KTB (Kawasaki Top Blowing) 日本川崎，顶吹氧燃烧CO，补偿温降。
-PB(Powder Blowing)，真空室下部喷粉脱P、S。
2.5 CAS、CAS－OB精炼工艺
工艺优点：钢液升温和精确控制钢水温度；促进夹杂物上浮，提高钢水纯净度，可控制酸溶铝≤0.005%,钢水T[O]降低20％～40％；精确控制钢液成分，实现窄成分控制，可提高合金收得率20％～50％；均匀钢水成分和温度；与喂线配合，可进行夹杂物的变性处理；冶炼节奏快，适合转炉的冶炼节奏。
CAS－OB在原CAS站增设吹氩提稳功能，增设的氧枪安装在隔离罩的中心，采用顶吹自消耗型氧枪，铝及其它合金由加料口直接投到钢水面。 放热剂主要是铝，提温时采用连续供铝方式；升温速度快，热效率高；6～12℃/min，升幅可达100℃，终点温度波动5℃；设备投资少，操作成本低和控制过程简便、快速、准确；OB后续的CAS处理，保证了吹氧后大量细小Al2O3夹杂的上浮和快速去除，保证了钢水质量不受吹氩的影响；当温度较高时可不作OB处理。
CAS－OB的操作工艺
（1）吹氩升温和终点温度控制
在吹氧过程中连续加入铝丸，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技术。采用溶解铝氧化升温工艺，属于体相加热，热效率高于90％。通常每吨钢水升温1℃，耗铝量为350～450g。升温速度快，整个CAS－OB处理周期为11～16min，可与转炉生产节奏相匹配。
（2）吹Ar工艺与夹杂物去除
采用加铝升温，铝氧化生成大量Al2O3夹杂，并可能使钢中铝含量升高。在加热过程中精确控制Al/O2比及搅拌强度；升温后保证一定时间的吹Ar搅拌，促进夹杂物上浮。
（3）合金微调工艺
出钢时，对钢水成分进行精调，并取钢水样进行快速分析，根据化学分析结果，在CAS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。
CAS－OB的冶炼效果：升温速度5－6℃/min；吹氧前后成分变化不大；[O]基本不变，可降低[N]含量。
2.6 喷粉工艺：效果最好、投资及使用成本最低也是最不好掌握的技术，可脱硫、脱磷、合金化、夹杂变性；