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炉外精炼基本方法与工艺分析

作者:未知

  【摘要】随着科学技术的发展,工农业对于钢材的质量提出了更高的要求。炉外精炼工艺是钢厂普遍采用的精炼工艺流程。为了提高钢的纯净度,对于炉外精炼工艺技术的研究不断地研究和开发,以在生产成本降低的条件下,提高炉精炼工艺技术和设备的路基,以推进炉外精炼流程符合实际生产工艺的要求。本论文针对炉外精炼基本方法与工艺进行分析。
  【关键词】炉外精炼;纯净钢;工艺分析
  在现今的钢铁冶金发展进程中,炉外精炼已经成为了确保钢铁质量和实用性的重要途径。鉴于炉外精炼是初炼技术的深加工和精加工,因此其是决定成品钢水质量的关键。从技术的角度而言,炉外精炼质量决定于两个方面,即炉外精炼工艺和炉外技术操作流程,其中确保钢材质量的关键为炉外精炼工艺,只有该工艺具备了先进性、科学性和实践可行性等特点,才能够符合精炼要求。
  一、炉外精炼的冶金功能
  (一)炉外精炼设备的工艺与设计
  炉外精炼设备的作用在于,可以通过这种高效的工艺技术和设备提炼出纯净钢以及超纯净钢。那么,炉外精炼设备就需要满足各项条件才能够完成质量要求。
  1.炉外精炼设备可以改善热力学条件
  在进行炉外精炼的过程中,所出现的冶金化学反应需要满足一定的热力学条件。比如,在冶炼钢铁的过程中,会发生脱碳反应和脱气反应,反应物以气体的形式存在。为了促进反应物的继续进行,需要采取技术措施将气相压力降低,以促进真空度的提高。
  2.炉外精炼设备可以加速冶金化学反应
  不同的精炼设备,所采用的搅拌方式也会有所不同。随着熔池传递速度逐渐加快,液相传质的存在在一定程度上限制了冶金反应速度。在熔池搅拌的过程中强化技术性,以促进混合均匀,从而提高了化学反应速度。
  3.炉外精炼设备可以增加渣钢反应面积,实现加速反应
  炉外精炼设备在技术设计上采用了更为先进的工艺,包括搅拌、喷粉等等工艺,在渣钢反应面积增大的条件下,可以乳化钢渣,所形成的颗粒气泡逐渐上覆,发生相互的碰撞和聚合的反应,从而使反应速度显著提高。
  4,炉外精炼设备配有加热功能,可以对反应条件精确控制
  炉外精炼设备在设计上配备有加热功能,可以满足不同的加热需求。通过精确控制反应温度,并均匀钢水成分,可以实现成分上的微调。这种精确控制条件下所实现的化学反应,可以促进各种冶金反应更为趋向于平衡状态。
  5.完善在线检测设备
  采用炉外精炼设备,在精炼的过程中可以实现设备的智能化控制,以保证产品的精炼质量。为了提高产品质量,要确保精炼的控制精度和终点的命中率。
  (二)炉外精炼设备的冶金功能
  1.炉外精炼设备的冶金功能
  炉外精炼设备具有熔池搅拌功能,这项操作可以钢水的温度以及其中所包含的成分更为均匀,以确保所生产出来的钢材质量更为均匀。炉外精炼设备的提纯精炼功能,在对于钢水提纯的过程中,主要采用钢渣反应的方法和喷射冶金的方法以及真空冶炼的方法,将钢水中的杂质去除,包括钢水中所夹杂的硫、磷、氮、碳、氢、氧等等都会得到有效的清除。炉外精炼设备的控制温度功能可以对钢水中的成分进行微调,以使钢水的质量符合规定的产品标注。此外,在钢材的生产阶段,炉外精炼设备还具有良好的生产调节功能,可以促进炼钢和连铸生产的均衡性。
  2.炉外精炼设备的精炼方法
  采用渣洗精炼的方法,主要采用钢水的脱氧、脱硫,将钢水中的杂质去除,以将炉渣的成分控制在精确的状态。可见,钢水的提纯是通过渣钢的反应来实现的。
  采用真空精炼的方法,对于钢水的提纯精炼是在真空的环境条件下进行的。如果要对于钢液进行脱碳、脱氧和脱气,设备的工作压力环境要超过50帕。
  熔池搅拌的作用是加速熔体的流动。通过向该系统内输入一定的能量,以对流的方式促进熔体内的导热速度,促进传质过程,通常采用机械搅拌、气体搅拌以及电磁搅拌的方式以实现钢液的均匀混合。
  采用真喷射冶金的方法是为了增大熔池反应面积。将固体颗粒反应物通过载体喷入到熔池的深处,使熔池内出现强烈的反应。上浮的固体颗粒熔化或溶解的过程中,就会在固-液反应的作用下,以获得良好的精炼效果。
  多炉炉外精炼设备在加热和温度的控制上,为了避免在炉外精炼的过程中出现降温的现象,可以采用脱碳二次燃烧加热的方法、电弧加热的方法以及化学加热的方法,以将水的反应温度和终点温度控制好,多炉炉外精炼设备可以根据需要采用不同的加热功能。各种炉外精炼设备的冶金功能比较见下表。
  二、炉外精炼基本方法
  具体而言,炉外精炼工艺常用的基本方法包括四类,即搅拌、添加物料、真空或者稀释、加热。
  炉外精炼的搅拌法包括电磁搅拌法、吹Ar法和注入式搅拌法三种。
  炉外精炼的添加物料法包括喷粉法、合成渣法和射粒射弹法三种方法。
  炉外精炼的真空或者稀释法包括静态钢水脱气、钢流真空脱气、钢液分批真空脱机和稀释法四种方法。
  炉外精炼的加热法包括电热法、吹氧法两种。
  (一)炉外精炼搅拌法
  二十世纪40年代,对于炉外精炼搅拌法的实验研究结果表明:要实现钢液的成分均匀,温度均衡化,可以将Ar吹入到钢液中,而且能起到脱氧的作用。工业发达国家运用这种搅拌方法,不但提高钢材,而且还会使非金属夹杂物降低。进入到二十世纪60年代,电磁搅拌法普遍采用。此外,注入式搅拌在工业生产中被采纳,在钢包中注入钢液,应用了机械搅拌原理实现炉外精炼。
  (二)添加物料法
  1.喷粉法
  进入到二十世纪60年代末期,将碱土金属碳化钙和硅化钙吹入到钢包的钢液当中,这就是蒂森公司所提出的TN法。进入到70年代,一种新的喷粉法被研制出来,其是将碳化钙和硅化钙吹入到钢包的钢液当中的同时,还能够将合金粉和钙系的粉末喷入其中,此为SL法。从原理上而言,喷粉法就是将炼钢剂、合成渣剂、增碳剂吹入到钢液中。采用喷粉法,不但能够获得良好的脱氧效果和脱硫效果,而且还能够使夹杂形态得以改善,采用喷粉的方法还可以对于钢液的成分进行调整。   2.合成渣法
  合成渣法就是在钢包中注入固态或者液态的合成渣,然后借助中间包向该包内注入钢水的动能,使钢与渣之间充分融合,形成乳性溶液,使钢渣的反应面积增大。在反应的过程中,在炉渣中注入硫和氧后,钢液中所夹杂的杂物上浮,使钢液清洁。
  3.真空与稀释类
  真空与稀释类的基本原理,是将氢气、氮气以及一氧化碳等等的气相压力降低。真空度是真空处理技术中的关键因素,要求不可以超过70巴。稀释法的技术参数为氧气与稀释气体纸币。比如,钢液处于低含碳量状态下,使用氩进行稀释的时候,就要求氧气与氩之间的比例界定在1:3与1:2之间。
  4,加热类
  在炉外精炼的过程中,对于钢液进行加热,可以增加精炼工艺的灵活性。采用加热法可以提高运用的自由度,无论是添加剂的使用,还是精炼工艺处理时间以及对于温度的要求,都存在着一定的独立性,并可以根据自身的需要自由选择。
  三、炉外精炼工艺
  炉外精炼工艺的各项基本方法,可以按照不同形式的组合以满足产品的特殊要求,以产生更多的精炼工艺。按照设备的目的、功能的不同,可以将炉外精炼工艺划分为四种,即处于常压环境下的炉外精炼,不带有升温装置;真空炉外精炼,不带有升温装置;带有升温装置的炉外精炼;不锈钢精炼法。
  (一)处于常压环境下的炉外精炼,不带有升温装置 其所采用的是吹氛搅拌的方法,将物料添加到钢液中。这种炉外精炼设备操作简单,而且投资少,费用低。特别是对于转炉炼钢来讲,能够在扩大品种、提高质量方面获得良好的效果。
  (二)真空炉外精炼,不带有升温装置 相比较于基本的炉外精炼方法,还采用了“真空”设计。相比较于第一种方法,这种炉外精炼操作费较高。但是从经济的角度而言,其可以在短时间内获得显著效果。特别是对于大型钢锭、优质钢的生产非常有利。
  (三)带有升温装置的炉外精炼 相比较于不带有升温装置的炉外精炼,带有升温装置的炉外精炼费用较高,而且具有很高的操作费用。但是,其在精炼功能上具有其他精炼方法所不可比拟的优势。比如在宇航用钢、耐热钢以及轴承钢的生产上,其精炼功能足以,满足各项特殊要求。
  (四)不锈钢精炼法 不锈钢精炼法在炼钢行业中具有划时代性。采用这种炼钢法,不但可以提高生产质量,而且成本较低,所生产出来的不锈钢具有广泛的应用价值。
  结论
  综上所述,对于特殊钢企业而言,要维持企业的生存和发展,就需要不断地实现技术上的冶金技术的创新。鉴于钢铁冶金质量是维持企业进步的生命线,就要采用炉外精炼技术,提供钢液的纯净度,在降低能源消耗的同时,使钢材的质量得以改善。
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  作者简介
  刘瑜(1976― )女,汉族,四川攀枝花人,研究生学历,讲师,主要从事冶金专业研究。
论文来源:《科技与企业》 2014年9期
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