1炉外精炼本.ppt
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1、1/68,炉外精炼,2012年,主讲:战东平,钢铁冶金专业课,2/68,本课程主要内容,绪论炉外精炼概述 炉外精炼的理论基础渣洗、加热、搅拌、真空 典型炉外精炼方法 钢包吹氩搅拌法-CAS-OB 钢包电弧加热精炼法-LF、ASEA-SKF 真空精炼法VD、VOD、RH 钢包喷粉法-IRSID、TN 典型不锈钢精炼方法-AOD,3/68,1 徐曾启.炉外精炼.冶金工业出版社出版.2002年 2 张鉴.炉外精炼的理论与实践.冶金工业出版社出版,1999年 3 尾冈博幸.炉外精炼向多品种、高质量钢大生产的挑战.冶金工业出版社出版,2002年 4 蒋国昌.纯净钢及二次精炼.上海科学技术出版社.1996
2、年 5 朱苗勇,杜钢,阎立懿,战东平.现代冶金学钢铁冶金卷.冶金工业出版社,2005.9 6 赵沛.炉外精炼及铁水预处理使用技术手册.冶金工业出版社 7 成国光,姜周华,战东平等.新编钢水精炼暨铁水预处理1500问.中国科学技术出版社.2007-3-1,参考书目,4/68,第一章 概述,5/68,本章内容,1.1 炉外精炼出现的背景1.2 炉外精炼方法分类及发展1.3 洁净钢冶炼技术概述,6/68,钢铁冶炼工艺路线,7/68,成分变化情况,8/68,大型联合企业冶炼工艺流程,洁净钢冶炼工艺流程,9/68,特殊钢厂冶炼工艺路线,10/68,短流程钢厂冶炼工艺路线,11/68,新一代钢铁制造流程,
3、高炉,转炉,连铸,热连轧,冷连轧,产品,焦化,烧结,8001000万吨钢铁厂,以钢厂为核心的循环经济链,社会废弃物处理功能,多种产品制造功能,市场竞争力,可持续发展,资源、能源可供性,钢铁制造流程,能源转换功能,14/68,实施绿色制造,为钢铁企业的生态化转型创造条件。例如:通过钢厂节能、发电,形成钢、电、水泥等生态制造链;在2000年的基础上,吨钢节能20%30%,节新水约70%左右,主要污染物排放量减少40%;钢的利用效率再提高10%15%;自主创新、集成地解决板带材的制造流程工艺技术和装备问题,基本解决板带材及其深加工产品的供需平衡问题。,到2020年,我国钢铁工业应在2000年钢材消费
4、量的基础上,用增加60%左右的能源消耗,实现GDP翻两番的钢材最低需求量。实现如下目标:,项目目标,15/68,研究内容和关键技术,为了实现战略目标,需要凝练集成一批重大关键共性技术,有序突破,有机集成。新一代板带材制造工艺流程、装备设计、信息控制和产品开发的成套技术 共性平台技术 若干前沿技术,16/68,(1)高效、低成本、洁净钢流程集成技术 铁水“三脱”予处理的集成与调控技术 快速吹氧强化冶炼技术 精炼工艺与非金属夹杂物控制技术 铸坯热装、直接轧制和半无头轧制技术 控轧控冷技术,新一代板带材制造工艺流程、装备设计、信息控制和产品开发的成套技术,17/68,(2)300万吨级薄板坯连铸、连
5、轧流程自主开发设计、制造的集成技术 铸坯断面合理化 提高拉速技术 电磁技术,新一代板带材制造工艺流程、装备设计、信息控制和产品开发的成套技术,18/68,(3)大型冷、热薄板连轧机及涂镀层、深加工流程的自主设计、制造的集成技术(4)制造流程优化集成、多维物质流运行与信息化、智能化控制技术,新一代板带材制造工艺流程、装备设计、信息控制和产品开发的成套技术,19/68,(1)高比例非粘结性煤炼焦新工艺;(2)大型煤基链篦机回转窑生产球团技术;(3)新一代钢铁材料;(4)高炉综合强化技术;(5)能源高效利用、转换与回收的集成技术;(6)综合节水技术;(7)钢铁工业排放物或社会废弃物的再资源化、再能源
6、化及物质循环关键技术;(8)电炉高效冶炼与节能技术。,共性平台技术,20/68,(1)熔融还原近终形连铸集成技术 利用国际上熔融还原、近终形连铸的成果,自主创新地集成,形成全新的短流程生产线。关键是熔融还原装置的大型化,能与轧机能力匹配。(2)铁煤(钢铁)制造流程与新型大容量氢-二甲醚制取技术 利用钢铁制造流程中产生的煤气制取氢气或二甲醚,一方面为钢厂提供氢冶金的还原剂,另一方面作为经济的二甲醚清洁能源使用。,若干前沿技术,21/68,(1)在对引进技术深度消化吸收和研究的基础上,自主集成创新,尽快实现板带材生产工艺、设计、装备的自主化和促进现有钢厂流程结构调整与优化。(2)在某些具备条件的领
7、域和发展阶段,加强关键技术创新和系统集成,实现跨越式发展。新一代钢铁制造流程中的一批工艺课题应结合企业的重大工程项目进行,以促进尽早实现产业化。(3)在若干关键技术领域和若干发展前沿,通过引进和开放式自主集成,形成具有自主知识产权的核心能力。(4)建立以企业为主体,产、学、研结合的研发机制。(5)政府的政策引导和必要的研发投入,仍是重要的条件。,解决途径,22/68,1.1.1 前言炉外精炼:钢液的炉外精炼是把一般炼钢炉(平、转、电)中要完成的精炼转移到炉外的“钢包”或专用容器中进行。如脱S、脱O、去气、去夹杂、调整成分和温度等。这样就把原来的炼钢工艺分成两步:第一步 在一般炼钢炉中熔化和初炼
8、,称初炼炉;第二步 在“钢包”或专用容器中进行精炼,这些“钢包”或专用容器称为精炼炉。炉外精炼的目的:“四脱、二去、二调整”(1)脱碳、脱氧、脱硫、脱磷(2)去气(N、H、O)、去除氧化物(非金属夹杂物)(3)调整钢液成分、调整钢液温度,23/68,1.1.2、炉外精炼出现及快速发展的因素A.科学技术的发展和使用条件对钢材质量的要求日益苛刻(1)化学成分要求越来越严格,以使材料的性能均匀稳定,成分波动越来越小;(2)残余有色金属元素和有害元素要求越来越低;(3)对钢中夹杂物要求越来越低,并且控制其形状;(4)对钢材质量的均匀性要求日益提高。B.连铸技术的发展促进了炉外精炼技术的发展,使之成为炼
9、钢生产工艺中必不可少的手段之一。连铸技术对钢液温度和钢中夹杂物形态的严格要求以及连铸比的提高,大大促进了炉外精炼尤其是钢包精炼的快速发展。为了保证炼钢和连铸之间的协调、防止连铸时水口堵塞和连铸坯的质量,必须保证准确的浇注温度、钢中团絮状Al2O3类夹杂物充分少,钢水良好脱硫、钢水成分准确控制、杂质充分少,这些要求只有通过炉外精炼才能达到。C.节约能源和提高效率的要求,24/68,D.近年来钢的冶炼设备功能趋于专门化。电炉工艺:逐渐由过去普通电炉的熔化氧化扒渣还原模注,改变为废钢预热熔化加热LF炉精炼,即电炉尤其是超高功率电炉成为单一的熔化设备,这样有利于变压器作用充分发挥和提高生产率。转炉炼钢
10、:有了炉外精炼的加热功能就可降低出钢温度,多消化废钢。而出钢温度的降低,对于各种材料尤其是耐火材料的消耗是很有利的。E.炼钢生产率的提高和成本的下降。把钢液温度和成分调整的功能转移到钢包中去,使得包括转炉和电炉在内的初炼炉作为熔化和脱碳单元而得到更高的生产率,合金收得率也得到提高。而且炉外精炼一般都具有加热升温功能,所以转炉和电炉的出钢温度可以下降,耐火材料以及其它消耗相应明显下降。,25/68,近年来新一代钢铁材料制备技术的发展和纯净钢及超纯净钢需求量的迅速增长,极大地促进了炉外精炼技术的发展,而且炉外精炼已经成为新一代钢铁材料制备必不可少的工艺环节。,值得注意的是:,26/68,各种炉外精
11、炼设备都具备高效精炼的特点,适宜冶炼各类纯净钢、超纯净钢。其原因在于各种炉外精炼设备的工艺与设备设计能满足以下冶金特点:(1)改善冶金化学反应的热力学条件。如炼钢中脱碳、脱气反应,反应产物为气体。降低气相压力,提高真空度,有利于反应继续进行。(2)加速熔池传质速度。对于多数冶金反应,液相传质是反应速度的限制环节。各种精炼设备采用不同的搅拌方式,强化熔池搅拌,加速混匀过程,提高化学反应速度。,1.1.3 炉外精炼的冶金特点,27/68,(3)增大渣钢反应面积。对各种炉外精炼设备均采用各种搅拌或喷粉工艺,造成钢渣乳化、颗粒气泡上浮、碰撞、聚合等现象,显著增加渣钢反应面积,提高反应速度。(4)精确控
12、制反应条件,均匀钢水成分、温度。多数炉外精炼设备,配备了各种不同的加热功能,可以精确控制反应温度。同时,通过搅拌均匀钢水成分,精确调整成分,实现成分微调。精确控制化学反应条件,使各种冶金反应更趋近平衡。(5)健全在线检测设施,对精炼过程实现计算机智能化控制。保证精炼终点的命中率和控制精度,提高产品质量的稳定性。,28/68,各种炉外精炼设备的冶金功能主要包括:(1)熔池搅拌功能,均匀钢水成分和温度,保证钢材质量均匀;(2)提纯精炼功能,通过钢渣反应、真空冶炼;(3)钢水升温和控温功能,实现成分微调;(4)生产调节功能,均衡炼钢连铸生产。,1.1.4 炉外精炼的冶金功能,29/68,炉外精炼的手
13、段,渣洗 最简单的精炼手段;真空 目前应用的高质量钢的精炼手段;搅拌 最基本的精炼手段;喷吹 将反应剂直接加入熔体的手段;调温 加热是调节温度的一项常用手段。,30/68,为实现上述冶金功能,各种炉外精炼设备一般均采用以下精炼:(1)渣洗精炼:精确控制炉渣成分,通过渣钢反应实现对钢水的提纯精炼。主要用于钢水脱氧、脱硫和去除夹杂物等方面。(2)真空精炼:在真空条件下实现钢水的提纯精炼。通常工作压力 50Pa,适用于对钢液脱气、脱碳和用碳脱氧等反应过程。(3)熔池搅拌:通常是向反应体系提供一定的能量,促使该系统内的熔体产生流动。通过对流加速熔体内传热、传质过程,达到混匀的效果。搅拌的方法主要有气体
14、搅拌、电磁搅拌和机械搅拌三种方法。,31/68,(4)喷射冶金:通过载气将固体颗粒反应物喷入熔池深处,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,完成固液反应,显著提高精炼效果。(5)加热与控温:为了精确控制反应温度与终点钢水温度,多种炉外精炼设备采用了各种不同的加热功能,避免精炼过程温降。主要的加热方法有:电弧加热、化学加热和脱碳二次燃烧加热。,32/68,1)按精炼手段分类,常压下处理法,真空精炼法,真空和加热法:,渣洗法:合成渣洗、同炉渣洗,合金添加和喷粉法:弹丸发射法、喂丝法、喷粉法,Ar精炼法:Gazal、CAB、AOD、CLU,脱气为主:钢包除气法、DH、R
15、H,脱C、O、气为主:VOD、RH-OB、RH-PI,ASEA-SKF、VAD、LF,1.2 炉外精炼方法分类及发展,33/68,2)按精炼的主要用途分类,3)DH、RH,不同形式的流滴去气法和真空吹Ar法,可脱除钢中气体、氧和夹杂,但无加热设备,适应于普通钢和中低合金钢的真空脱气处理;,4)同炉渣洗法主要用于电炉出钢过程中对钢水脱S、脱O和去除夹杂。,2)桶炉,VAD(VHD)和LF具备加热搅拌功能对温度控制灵活,可去气、脱氧、去除夹杂和合金化;,1)AOD、CLU、VOD、RHOB和VODC适合冶炼低碳和超低碳钢;,1.2 炉外精炼方法分类及发展,34/68,1.2 炉外精炼方法分类及发展
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