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摘 要：随着现代科学技术的发展和工农业对钢材质量要求的提高,钢厂普遍采用了炉外精炼工艺流程,它已成为现代炼钢工艺中不可缺少的重要环节.由于这种技术可以提高炼钢设备的生产能力,改善钢材质量,降低能耗,减少耐材、能源和铁合金消耗,因此,炉外精炼技术已成为当今世界钢铁冶金发展的方向.对于炉外精炼技术存在的问题及发展方向有必要进行探讨.
关 键 词：炼钢工艺炉外精炼技术
把炼钢用生铁放到炼钢炉内按一定工艺熔炼,即得到钢.钢的产品有钢锭、连铸坯和直接铸成各种钢铸件等.通常所讲的钢,一般是指轧制成各种钢材的钢.钢属于黑色金属但钢不完全等于黑色金属.
1.国内外炉外精炼技术的发展历程和现状
炉外精炼:将炼钢炉（转炉、电炉等）中初炼过的钢液移到另一个容器中进行精炼的炼钢过程,也叫二次冶金.炼钢过程因此分为初炼和精炼两步进行.初炼:炉料在氧化性气氛的炉内进行熔化、脱磷、脱碳和主合金化.精炼:将初炼的钢液在真空、惰性气体或还原性气氛的容器中进行脱气、脱氧、脱硫,去除夹杂物和进行成分微调等.将炼钢分两步进行的好处是:可提高钢的质量,缩短冶炼时间,简化工艺过程并降低生产成本.炉外精炼的种类很多,大致可分为常压下炉外精炼和真空下炉外精炼两类.按处理方式的不同,又可分为钢包处理型炉外精炼及钢包精炼型炉外精炼等.
铁中脱磷问题的认识和解决,在钢铁生产发展史上具有特殊的重要意义.钢的大规模工业生产开始于1856年贝塞麦(H.Bessemer)发明的酸性转炉炼钢法.但酸性转炉炼钢不能脱磷,而含磷低的铁矿石又很少,严重地阻碍了钢生产的发展.1879年托马斯(S.Thomas)发明了能处理高磷铁水的碱性转炉炼钢法,碱性炉渣的脱磷原理接着被推广到平炉炼钢中去,使大量含磷铁矿石得以用于生产钢铁,对现代钢铁工业的发展作出了重大的贡献.
我国早在20世纪50年代末,60年代中期就在炼钢生产中采用高碱度合成渣在出钢过程中脱硫冶炼轴承钢、钢包静态脱气等初步精炼技术,但没有精炼的装备.60年代中期至70年代有些特钢企业(大冶、武钢等)引进一批真空精炼设备.80年代我国自行研制开发的精炼设备逐渐投入使用(如LF炉、喷粉、搅拌设备),黑龙江省冶金研究所等单位联合研制开发了喂线机、包芯线机和合金芯线,完善了炉外精炼技术的辅助技术.现在这项技术已经非常成熟,以炉外精炼技术为核心的“三位一体”短流程工艺广泛应用于国内各钢铁企业,取得了很好的效果.初炼(电炉或转炉)→精炼→连铸,成了现代化典型的工艺短流程.
2.炉外精炼技术的特点与功能
炉外精炼是指在钢包中进行冶炼的过程,是将真空处理、吹氩搅拌、加热控温、喂线喷粉、微合金化等技术以不同形式组合起来,出钢前尽量除去氧化渣,在钢包内重新造还原渣,保持包内还原性气氛.炉外精炼的目的是降低钢中的C、P、S、O、H、N、等元素在钢中的含量,以免产生偏析、白点、大颗粒夹杂物,降低钢的抗拉强度、韧性、疲劳强度、抗裂性等性能.这些工作只有在精炼炉上进行,其特点与功能如下:
(1)可以改变冶金反应条件.炼钢中脱氧、脱碳、脱气的反应产物为气体,精炼可以在真空条件下进行,有利于反应的正向进行,通常工作压力≥50Pa,适于对钢液脱气.
(2)可以加快熔池的传质速度.液相传质速度决定冶金反应速度的快慢,精炼过程采用多种搅拌形式(气体搅拌、电磁搅拌、机械搅拌)使系统内的熔体产生流动,加速熔体内传热、传质的过程,达到混合均匀的目的.
(3)可以增大渣钢反应的面积.各种精炼设备均有搅拌装置,搅拌过程中可以使钢渣乳化,合金、钢渣随气泡上浮过程中发生熔化、熔解、聚合反应,通常1吨钢液的渣钢反应面积为0.8～1.3mm2,当渣量为原来的6%时,钢渣乳化后形成半径为0.3mm的渣滴,反应界面会增大1000倍.微合金化、变性处理就是利用这个原理提高精炼效果.
(4)可以在电炉(转炉)和连铸之间起到缓冲作用,精炼炉具有灵活性,使作业时间、温度控制较为协调,与连铸形成更加通畅的生产流程.
3.发展炉外精炼技术需解决的问题及发展方向
炉外精炼技术已经应用40年,对提高钢的纯净度、精确控制成分含量及细化组织结构等方面都起了重要作用,使冶炼成本大幅降低,同时提高了钢的品质和性能.但在发展的过程中也出现了一些问题,有待于解决,使这项技术更加完美.
(1)实现炉外精炼工艺的智能化控制,根据来料钢水的各种技术参数,利用信息技术,制定最佳的精炼工艺方案,并通过计算机控制各精炼工序.精炼工位配备快速分析设备,实现数据网络化,减少热停等待时间.
(2)钢包精炼:钢包精炼型炉外精炼的简称.其特点是比钢包处理的精炼时间长（约60～180分钟）,具有多种精炼功能,有补偿钢水温度降低的加热装置,适于各类高合金钢和特殊性能钢种（如超纯钢种）的精炼.真空吹氧脱碳法（VOD）、真空电弧加热脱气法（VAD）、钢包精炼法（ASEA-SKF）、封闭式吹氩成分微调法（CAS）等,均属此类,与此类似的还有氩氧脱碳法（AOD）.
(3)减少精炼过程的污染排放,精炼过程会产生大量废气,其中含SO2、Pb、金属氧化物、悬浮颗粒等,在真空脱气冷却水中含有固态悬浮物、Pb、Zn等,这些污染物须经企业内部的相关处理,把污染程度降低到符合排放标准后再排放,加强环境保护意识.
4.结语
炉外精炼技术是一项提高产品质量,降低生产成本的先进技术,是现代化炼钢工艺不可缺少的重要环节,具有化学成分及温度的精确控制、夹杂物排除、顶渣还原脱S、Ca处理、夹杂物形态控制、去除H、O、C、S等杂质、真空脱气等冶金功能.只有强化每项功能的作用,才能发挥炉外精炼的优势,生产出高品质纯净钢种.