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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（hot metal pretreatment)、钢包精炼(ladle metallurgy)、中间包冶金(tundish metallurgy). 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VOD-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、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、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（