炉外处理技术讲座

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1、炉外处理技术朱苗勇东北大学2006年3月内容提要◆概述◆纯净钢概念◆铁水预处理◆钢包精炼的基本方法◆熔池中的气泡行为◆典型精炼工艺1概述●炉外处理技术发展的原因●炉外处理技术的开发历程●我国炉外处理技术的发展与现状●炉外处理技术的基本方法炉外处理的含义指在冶炼炉生产铁水、钢水的基础上，以更加经济、有效的方法，改进铁水、钢水的物理与化学性能的冶金技术。包括：铁水预处理（hotmetalpretreatment)、钢包精炼(ladlemetallurgy)、中间包冶金(tundishmetallurg

2、y).1.1炉外处理技术发展的原因◆科学技术进步要求提高钢材质量高速火车，汽车的轻型高速化，深层采油●用户对钢材质量的要求，其主要指标有钢材纯净度、均匀性能和高的精度。各种炉外处理方式则是获得高纯度、高均匀性和高精度钢材的重要措施。●提高钢材性能和质量的重点之一是钢的超纯净化。即有效降低钢中的有害杂质元素和夹杂物的含量。钢水超纯化，大大减轻了产生中心偏析、裂纹、大型夹杂、气孔、白点和斑疤等缺陷的倾向，使钢组织致密均匀，改善了连铸坯表面及内部质量，使钢材性能大为提高。●精确控制化学成分以保证钢性能稳

3、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，并能减少中心偏析和防止连铸坯的表面缺陷；减少钢中氧、氢、氮含量以减少超声波探伤缺陷、条状裂纹等，且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钢的加工性能。◆稳定连铸生产要求控制钢水质量实践表明：没有符合连铸要求的钢水质量，就不可能稳定连铸生产工艺和保证铸坯的质量。采用炉外精炼工艺，虽然投资将增加5-10%，成本将增加10-30元/吨，但可冶炼出具有高质量特性的钢种，能提高总经济效益。1.2炉外处理的开发历程◆第一阶段，炉外

4、精炼主要用于：●提高脱氧控制●由熔池的软吹搅拌去夹杂●通过合成渣和喷射冶金脱硫●通过使用钙使夹杂物变性◆第二阶段，开发并使用了钢包炉●加热钢水和温度控制●支撑钢包用于连续浇铸●增加合金的加入量●均匀成份和温度●用于加气体搅拌生产超纯净钢●脱硫●真空脱气去氢和碳◆第三阶段是二次精炼真空工艺的开发50年前的真空脱气主要用于脱氢,目前用于生产超低碳钢和IF钢。1.3我国炉外处理发展与现状◆60’s-70’s:特钢企业和机电、军工行业应用钢水精炼技术。大冶、武钢的RH，北京重型的ASEA-SKF，抚钢的V

5、OD-VAD，首钢的钢包吹氩。◆80年代:我国炉外处理技术发展奠定基础的时期。国产的LF炉，合金包芯线及喂线设备，铁水喷射脱硫，喷射冶金技术，宝钢引进大型RH装置、KIP喷粉装置，齐钢引进SL，宝钢、太钢引进铁水三脱技术与装备。◆90年代:我国的炉外处理技术得到迅速发展，为21世纪炉外处理技术的全面、高水平、快速发展奠定坚实基础。铁水预处理比由1990年的2%增加到2000年的25.1%，钢水精炼比由2.68%增至22.5%，钢水吹Ar喂线比由24.7%增至82%。到1999年8月为止，拥有真空、

6、非真空钢水精炼设备140多台，铁水预处理设备20多台。2.1纯净钢的概念◆钢中总氧含量和夹杂物水平很低的钢；◆钢中氧、硫、磷、氮、氢的含量，甚至包括碳含量很低的钢。国外一些先进钢厂，钢中氧、硫、磷、氮、氢五大元素的总含量已达到80ppm以下，目前尚有继续降低的趋势。◆纯净钢应是所含杂质很少的钢。减少钢中的杂质含量，可以显著地改善钢材的延展性、韧性、加工、焊接、抗腐蚀等性能。对于钢性能要求不同，纯净度所要求的控制因素也不同。如IF钢，要获得成品钢材的高延展性、高r值以及优良的表面性能，要求钢中碳、氮

7、、氧含量尽可能低；管线钢，为了提高钢的冲击韧性及抗HIC的能力则要求钢中硫、磷含量尽可能低。2.2纯净度与钢的性能◆硫：在钢中主要以硫化物（MnS、FeS）的形式存在，除对钢材的热加工性能、焊接性能、抗腐蚀性能有大的影响外，对力学性能的影响主要表现在：●与钢材轧制方向的性能相比，非轧制方向（横向、厚度）的强度、延展性、冲击韧性等显著降低；●显著降低钢材抗氢致裂纹（HIC）能力。●用于高层建筑、重载桥梁、海洋设施等重要用途钢板目前硫控制在80ppm以下，将来会降到50ppm以下；用于含H2S等酸性介

8、质油气输送用管线钢硫含量目前已降低到（5-1）ppm。◆磷：对钢材的延展性、低温韧性、调质钢的回火脆性有很大影响，优质钢对磷的要求已由（200-400）ppm降到150ppm以下，对于少数钢种，如9Ni的低温储罐用钢，要求磷在30ppm以下。磷低浓度条件下对绝大多数钢材的延展性没有明显影响。磷属于偏析较严重的元素，对凝固有较大影响，会造成组织结构脆化，对于大多数钢种磷降到100ppm左右即可满足钢材延展性要求。◆氮：对钢材性能的危害主要表现为：●加重钢材的时效；●降低钢材的冷加工性