钢的炉外精炼是把一般炼钢炉中要完成的脱硫、脱氧、去除非金属夹杂物调整钢液成分和温度等转移到炉外钢包或者专用容器中进行,从而提高钢液的冶金质量和生产率。
1.炉外精炼工艺种类
(1)钢液滴流真空除气法 该工艺包括钢包除气法(LD)、真空浇注法(VC)、倒包除气法(SLD),适合于大型铸锻件生产。
(2)电弧加热真空精炼 该工艺以日本式钢包精炼法[LF(V)]、瑞典式钢包精炼法(ASEA-SKF)、美国式电弧加热钢包脱气法(VAD)为代表,一般与电炉双联生产高合金钢和重要用途的特殊钢。该工艺生产条件灵活,可用于钢液保温,以满足多炉合浇大型铸钢、锻钢件的要求。
(3)真空吹氧脱碳精炼(VOD)和氩氧脱碳精炼(AOD) 这两种工艺主要用于不锈钢、耐热钢和超低碳不锈钢的生产。
(4)真空循环除气法 该工艺以真空提升除气法(DH)、真空循环除气法(RH)为代表,适用于特殊钢和特殊铸钢的生产。
(5)钢包吹氩和喷射冶金法 该工艺以密封吹氩合金成分调整法(CAS)硅钙喷吹精炼法(TN)和钢包喷粉法(SL)及喂丝技术为代表,可以达到脱氧、脱硫、去除夹杂物的目的。
2.钢包精炼法工艺控制
(1)LF(V)法的工艺控制 LF(V)法是集电弧加热、氩气搅拌、炉渣精炼、真空除气于一体的钢包精炼法。
1)LF(V)钢包精炼除气工艺。对于一般合金钢,LF(V)法将氧化末期的钢液倒入LF炉,去掉氧化渣50%~90%,加入还原渣和脱氧剂,并在真空下进行真空除气和还原精炼。
2)LF(V)真空碳脱氧工艺。对于电站、军工、航空灯产品用高质量钢LF(V)法采用还原气氛下白渣扩散脱氧及强搅拌工艺,在真空下进行碳脱氧并进行真空浇注。
3)LF(V)低硫工艺。在LF(V)炉内脱硫还原性气氛条件下,利用高碱度渣及强烈的吹氩搅拌,通过多次渣精炼,达到降低硫含量的目的。
(2)电磁搅拌ASEA-SKF法精炼工艺 其工艺工程与LF(V)法相近,但是搅拌方法由吹氩搅拌改为电磁感应器搅拌。该工艺能显著降低氢、氧、夹杂物含量,促进化学成分的均匀性,缩短冶炼时间,提高合金收得率。但设备造价高,使用成本高,逐渐被LF(V)所取代。
(3)真空电弧加热除气精炼(VAD)工艺
1)其低压电弧加热和真空除气是在一个固定位置的真空容器内完成的,不需要钢包转移装置。由于设备造价高,炉衬侵蚀严重,逐渐被LF(V)所取代。(https://www.xing528.com)
2)经初炼的钢液加入VAD钢包,开始抽真空并电弧加热。当真空度达到26.6kPa时,加热停止。继续抽真空至133~266Pa时,由钢包底部通入氩气进行搅拌,并保持6~10min进行脱氢。然后在13.3~26.6Pa时,进行电弧加热和吹氩30~45min脱氧,加脱硫剂和铁合金时也需加热,直至钢液成分和温度合格为止。
3.氩氧脱碳精炼(AOD)的工艺控制
氩氧脱碳精炼(AOD)技术优势和工艺性能在合金钢精炼领域具有独特的优势。
1)AOD法是一种从容器侧壁风口吹入被氩气或氮气稀释了的氧气,氧气高速吹入,钢液和炉渣充分混合,提高反应速度,使高铬钢5min内碳的质量分数降低至0.05%以下,而金属元素氧化损失很少,可用于生产低碳和超低碳不锈钢。
2)AOD法设备简单,操作方便,生产成本低。一般与电炉、转炉双联,也可与感应炉双联。
3)AOD法化学成分控制准确:碳的质量分数±0.005%,硅、锰的质量分数±0.04%。氧化期将碳的质量分数降至0.003%~0.004%,钢坯、锻坯碳的质量分数降至0.01%。与电炉钢相比,AOD精炼钢的氧含量下降19%~40%氮含量降低16%~46%,氢含量降低37%~45%,硫化物和氧化物夹杂很少。
4.真空氧脱碳精炼(VOD)工艺控制
真空氧脱碳(VOD)的工作原理是在真空条件下,从钢包上部吹入氧气同时从钢包底部通过多孔透气塞吹入氩气搅拌钢液,降低CO分压,加速C—O反应,抑制铬的氧化烧损,进行脱碳精炼。该工艺主要用于生产低碳和超低碳不锈钢。其工艺过程特性如下:
1)增加炉料的配碳量(1.5%),有利于使用廉价的高碳铬铁,获得较高含量的铬。
2)真空度控制在133Pa以下,并保持10~15min。
3)使用水冷氧枪时,氧枪应高于钢液面1000mm,吹氧压力0.8~1.0MPa使用拉瓦尔喷枪吹氧时,氧枪位置可提升至1600mm。
4)调整成分和造渣。
5)在真空下进行还原,真空度应大于67Pa,保持一定时间后加铝粒进行终脱氧。
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