國內外1爐外精煉技術的發展歷程及現狀
隨著煉鋼技術的不斷進步，爐外精煉在現代鋼鐵生產中發揮了重要作用。傳統的生產工藝(高爐→煉鋼爐(電爐或轉爐)→鑄錠)已逐漸被新工藝(高爐→鐵水預處理→煉鋼爐→爐外精煉→連鑄)所取代。它已成為國內外大型鋼鐵企業的主要工藝流程，特別是在特殊鋼領域，精煉和連鑄技術日趨成熟。精煉過程在整個過程中起著重要的作用。壹方面可以提高鋼的純凈度，去除有害夾雜物，微合金化和變性夾雜物；另壹方面，精煉也是壹個緩沖環節，有利於均衡連鑄生產。
20世紀70年代，為了降低煉鋼成本，提高鋼的純度和質量，日本率先將爐外精煉技術應用於特殊鋼的生產，隨後西歐的鋼鐵企業也加入了這壹技術的推廣和使用。據資料報道，早在1985年，日本精煉率達到65.9%，1989年上升到73.4%，特鋼精煉率達到94%。新建電爐短流程鋼廠100%采用爐外精煉技術。隨著80年代連鑄技術的迅速發展，原有的煉鋼爐已不能滿足連鑄的技術要求，進壹步推動了爐外精煉技術的發展。到1990年，世界主要工業國家共有1000多套外煉油設備。
早在50年代末60年代中期，我國在煉鋼方面就采用了壹些初煉技術，如出鋼時用高堿度合成渣脫硫冶煉軸承鋼，鋼包靜態脫氣等，但沒有精煉設備。從60年代中期到70年代，壹些特鋼企業(大冶、WISCO等。)引進了壹批真空精煉設備。80年代，我國自行研制的精煉設備(如LF爐、噴粉攪拌設備)逐步投入使用，黑龍江冶金研究院等單位聯合研制了餵絲機、包芯線機、合金芯線，完善了爐外精煉技術的輔助工藝。現在這項技術已經非常成熟，以爐外精煉技術為核心的“三位壹體”短流程技術在國內鋼鐵企業得到了廣泛應用，並取得了良好的效果。初煉(電爐或轉爐)→精煉→連鑄成為現代化的典型短流程。
2爐外精煉技術的特點和作用
爐外精煉是指將真空處理、吹氬攪拌、加熱控溫、餵線噴粉、微合金化等技術以不同形式結合在壹起，在鋼包中進行冶煉的過程。出鋼前盡可能去除氧化渣，還原渣在鋼包內再生，維持鋼包內的還原氣氛。爐外精煉的目的是降低鋼中C、P、S、O、H、N等元素的含量，以避免偏析、白點和大顆粒夾雜，降低鋼的抗拉強度、韌性、疲勞強度和抗裂性。這些任務僅在精煉爐上執行，其特點和功能如下:
1)可以改變冶金反應條件。煉鋼脫氧、脫碳、脫氣的反應產物是氣體，可以在真空條件下進行精煉，有利於正向反應。通常工作壓力≥50Pa，適用於鋼水脫氣。
2)可以加快熔池的傳質速度。液相傳質的速度決定了冶金反應的速度。在精煉過程中，采用多種攪拌形式(氣體攪拌、電磁攪拌、機械攪拌)使熔體在體系中流動，加速熔體中的傳熱傳質過程，達到混合均勻的目的。
3)可以增加渣鋼反應的面積。各種精煉設備都有攪拌裝置，在攪拌過程中可以乳化鋼渣，合金和鋼渣會在帶氣泡的漂浮過程中熔化、熔融、聚合。通常鋼渣對於1噸鋼水的反應面積為0.8 ~ 1.3mm2，當渣含量為原來的6%時，乳化後的鋼渣會形成半徑為0.3mm的渣滴，反應界面增加65438+。微合金化和變性處理就是利用這個原理來提高細化效果的。
4)可以在電爐(轉爐)和連鑄之間起到緩沖作用，精煉爐具有柔性，使得操作時間和溫度控制更加協調，與連鑄形成更加順暢的生產過程。
3爐外精煉技術在生產中的應用目前被廣泛認可和使用的爐外精煉方法有:LF法、RH法和VOD法。
3.1 LF法(鋼包精煉爐法)
是日本大同鋼鐵公司在1971發明的。用電弧加熱，鋼包底部吹氬攪拌。
3.1.1流程的優勢
1)電弧加熱熱效率高，溫升範圍大，控溫精度可達5℃；
2)具有攪拌和合金化功能，氬氣攪拌易於在較窄範圍內控制合金成分，提高產品的穩定性；
3)設備投資少，精煉成本低，適合生產超低硫鋼和超低氧鋼。
3.1.2 LF法生產工藝要點
1)加熱溫控LF采用電弧加熱，熱效率高。鋼水在65438±0℃的平均溫升消耗0.5 ~ 0.8 kW·h，LF的加熱速度取決於具體的電源(kVA/t)，而電源又取決於鋼包耐火材料的熔損指數。由於采用了埋弧泡沫渣技術，降低了電弧的熱輻射損失，熱效率提高了10% ~ 15%，終點溫度精度≤ 5℃。
2)采用白渣精煉工藝。渣量控制在≤ 5 kg/t，壹般采用Al2O3-Cao-SiO _ 2渣，爐渣堿度R≥3，避免爐渣再氧化。吹氬和攪拌過程中避免鋼液暴露。
3)合金的微調和窄成分範圍的控制。根據試驗報告，采用合金芯線技術可以提高金屬回收率。齒輪鋼中鈦的平均回收率為87.9%，硼的回收率為64.3%，鋼包中碳絲的回收率為90%，ZG 30 CrMnmore中稀土絲的回收率為68%。高回收率可實現窄組成控制。
3.1.3 LF法在生產實踐中的應用
2000年6月，鞍鋼第壹煉鋼廠新建的連鑄車間正式投產。精煉設備由兩臺LF鋼包精煉爐組成，年處理鋼水200萬噸。年產80萬噸鋼水VD真空處理裝置。LF爐最高升溫速率為4℃，LF爐平均處理時間≤28分鐘。處理效果:平均[H]≤0.0002%；最小值[H]≤0.0001%。
國內重軌生產廠家(攀鋼、包鋼、鞍鋼、WISCO)的典型生產流程為:LD→LF→VD→WF→CC。鋼包吊上LF處理線的包車後，手動連接鋼包底部吹氬快速接頭，根據所需鋼水成分和溫度確定物料的投入(包括餵線)。因此，提高重軌鋼的碳含量非常重要。轉爐出鋼時鋼水碳含量控制在0.2% ~ 0.3% (wt)，爐後提高到0.60% ~ 0.65% (wt)，LF爐處理時在標準成分上限上增加0.10% ~ 0.15% (wt)，VD處理後可達到鋼的成分。
3.2 RH法(真空循環脫氣法)這種方法是西德在1958年發明的。其基本原理是利用氣泡將鋼水連續提升到真空室中脫氣脫碳，然後返回鋼包。
3.2.1 RH法的優點
1)反應速度快。真空脫氣周期短，壹般脫氣操作可在10分鐘內完成，合金化和溫度均勻化可在五分鐘內完成，可與轉爐配套使用。
2)反應效率高。鋼水在真空室中直接反應，超純鋼可達到[H] ≤ 1.0× 10-6，[N] ≤ 25× 10-6，[C] ≤ 10× 10-6。
3)可以進行吹氧脫碳和二次燃燒熱量補償，減少精煉過程中的溫降。
RH工藝參數
1)RH循環。循環量是指單位時間內通過上升管或下降管的鋼水量，單位為t/min。相關資料給出的計算公式為:q = 0.002× du1.5 g0.33，其中:Q——循環流量，t/min；Du——立管直徑，厘米；G——提升管中氬氣流量，升/分鐘。
2)周期因素。He指RH處理時通過真空室的鋼水與處理能力的比值，其公式為:μ = W T/V，其中μ-循環系數，倍；W——循環量，t/min；t-循環時間，minV——鋼包容量，t
3)供氧強度與碳含量的關系。向RH中吹氧可以提高脫碳速度，即RH-OB法。當[c]/[o]>:為0.66時，鋼包內氧氣的傳質速度決定脫碳速度，其計算公式為:
Qo2 = 27.3× q [c]其中:Qo2-氧強度，Nm3/min；Q——鋼水循環量，t/min；[c]-碳含量，nm3/t
3 . 2 . 3 RH法在生產實踐中的應用
軸承鋼生產線EF-LF-RH-CC是日本楊珊鋼廠LF和RH聯合生產的，鋼中全氧含量達到5.8×10-6。LF-RH法是先用LF爐加熱鋼水，再用LF攪拌和渣精煉功能進行還原精煉，也就是對鋼水進行脫硫和預脫氧，然後將鋼水送入RH進行脫氫和二次脫氧。經過這種處理後，鋼水的潔凈度大大提高，鋼水溫度達到連鑄所需的溫度。
寶鋼爐外精煉設備包括RH-OB、鋼包噴粉裝置和CAS精煉裝置。RH-OB冶煉效果理想，脫氫率50% ~ 70%，脫氮率20% ~ 40%。壹般RH-OB處理後，[h]≤2.5×10-6，[c]。鋼中全氧含量≤25×10-6，合金在RH中處理可提高合金的成品率和控制精度。[C]、[Si]、[Mn]的控制精度可達0.01%，鋁的精度可達1.5× 10。
3.3 VOD法(真空罐鋼包脫氧法)
3.3.1 VOD的特點VOD方法最早於1965年在西德開發應用。它將鋼包放入真空罐中，從頂部的氧槍向鋼包中吹入氧氣，從鋼包底部向上吹入氬氣進行攪拌。該方法適用於生產超低碳不銹鋼，達到保鉻除碳的目的，可與轉爐配套使用。他的優點是實現了冶煉低碳不銹鋼所必需的熱力學和動力學條件——高溫、真空和攪拌。
3 . 3 . 2 VOD方法在生產實踐中的應用
90年代初，上海大龍鑄鍛廠從德國leybold公司引進了15tVODC的1套關鍵設備和技術軟件。采用VODC爐外精煉工藝對超低碳不銹鋼、中低合金鋼和碳鋼進行精煉，取得了良好的冶金效果。鋼中非金屬夾雜物減少，氫含量小於3×10-6，氧含量小於6.5×10-6，不銹鋼中鉻的回收率為98% ~ 99%。精煉鋼非常優質。VODC精煉工藝成熟，易於控制，可滿足中小型鋼廠和鑄鋼廠多鋼種、小噸位精煉生產的需要，對發展鑄鋼件行業精煉生產將起到極大的積極作用，發展前景廣闊10。
撫順特殊鋼有限公司有壹臺30tVOD爐。采用電弧爐+VOD技術精煉不銹鋼，可使[H] ≤ 2.58× 10-6，T [O] ≤ 41.9× 10-6，鉻回收率達到99.5%，脫硫率為64.2%。
發展爐外精煉技術需要解決的問題和發展方向應用40年來，在提高鋼的純凈度、精確控制成分含量和細化顯微組織、大幅度降低冶煉成本、提高鋼的質量和性能等方面發揮了重要作用。但在發展過程中也存在壹些問題，需要解決，使這項技術更加完善。
1)實現爐外精煉過程的智能控制。根據來鋼液的各種技術參數，利用信息技術制定最佳精煉工藝方案，各精煉過程由計算機控制。精煉站配備快速分析設備，實現數據聯網，減少熱停等待時間。
2)爐外處理設備將是“多功能”的。在水鋼精煉設備中，渣洗精煉、真空冶金、攪拌過程和加熱溫度控制功能都結合在壹起，實現精煉，以滿足超潔凈鋼生產的社會需求。
3)開發高純度、高密度、高強度的優質堿性耐火材料，滿足不同精煉爐的需要，註重產品質量的穩定性。耐火材料的使用條件應盡可能適應爐渣，以使侵蝕率最小化。應根據精煉設備的實際情況，形成不同層次的配套材料，研發保溫和修補技術，提高爐襯的使用壽命。
4)減少煉油過程中的汙染排放。提煉過程會產生大量廢氣，包括SO2、Pb、金屬氧化物、懸浮顆粒物等。真空脫氣冷卻水中含有固體懸浮物、鉛、鋅等。這些汙染物必須經過內部處理，降低汙染程度達到排放標準後再排放，以加強環保意識。
5結束語
爐外精煉技術是提高產品質量、降低生產成本的先進技術，是現代煉鋼工藝中不可缺少的環節。具有精確控制化學成分和溫度、去除夾雜物、頂渣還原和去除S、Ca處理、夾雜物形狀控制、去除H、O、C、S等雜質、真空脫氣等冶金功能。只有強化各功能的作用，才能充分發揮爐外精煉的優勢，生產出高質量的純凈鋼。