重庆美高科技王刚：探讨炉外精炼工艺技术的发展 |
| 2012-09-23 21:50 作者：王刚 来源：硅谷网 关注： 编辑： 【搜索试试】
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【硅谷网9月23日讯】原文载于《科技与生活》杂志第13期，文章称，当前，炉外精炼工艺技术已经成为炼钢工艺中必不可少的环节，可有效控制生产成本，提升产品质量，与我国低碳经济发展要求相一致，因此具有广泛的应用价值与现实意义。本文主要对炉外精炼工艺技术的应用与未来发展进行分析与探讨。
关键词炉外精炼；效益；工艺技术；应用；发展
自炉外精炼技术提出并使用以来，已经可以实现20余种应用方法。炉外精炼又可以称作钢铁的二次冶炼，以此提升钢液的纯度，对钢锭结晶有所改善。因此，当前炉外精炼技术已经得到世界各国的关注，我国也位于其中，努力研发了各种型号、各种性质的炉外精炼设备，但是与国外先进水平相比，我国技术仍有待进一步发展、完善。钢水炉外精炼作为国内外先进的炼钢技术之一，随着低碳经济的提出，纯净钢生产工艺、连铸技术被重视起来，而炉外精炼工艺也凭借其优势迅速普及。在日本及欧美等钢铁生产大国，几乎超过90%的炼钢采用炉外精炼工艺，这也将成为我国今后努力发展的重大趋势。
1炉外精炼工艺技术及其应用
1.1真空循环脱气法（RH）
真空循环脱气法的技术原理为：通过气泡将钢水上升到真空室内，完成脱碳、脱气等反应过程，然后再回流至钢包中。通过该种方法处理，对钢包的净空高度没有特殊要求，且钢包的净空高度也不会对反应速度产生影响。与其他真空处理技术相比较，真空循环脱气法主要具备如下优势：①反应速度较快，真空脱气的整个过程约为10min，只需要5min就可以实现均匀化的合金与温度，与转炉联合使用，效果更佳；②可以支持二次燃烧的热补偿过程，避免在精炼过程中温度降低过快；③反应效率良好。钢水可以在真空之内完成反应过程，钢的纯净度较高，符合清洁生产要求。在真空循环脱气法中，相关工艺参数计算如下：
1）循环因数
循环因数主要指在炉外精炼过程中，真空室内通过的钢水以及处理量的比例，计算公式如下：
（1）
在公式（1）中，代表循环因数（次）；w与t分别代表循环量（t/min）、循环时间（min）；v代表钢包的容量（t）。
2）循环量
循环量主要指在单位时间范围内，通过上升管或者下降管的钢水量，其计算公式如下：
（2）
在公式（2）中，Q代表循环流量（t/min）；Du代表上升管的直径（cm）；G代表上升管中氩气的流量（L/min）。
1.2钢包精炼炉法（LF）
钢包精炼炉法源于日本，LF炉已经成为当前应用较多的设备之一。该种工艺技术主要具备以下优势：①可以应用于超低氧、超低硫等钢铁生产中；②具备电弧加热功能，极大提升热效率，满足大幅度升温需求，温度控制较为精确；③应用渣钢精炼工艺，设备简单、便于操作，合理控制精炼成本。以实际应用来看，钢包精炼炉法主要包括以下几方面技术要点：
1）温度控制
LF炉采取电弧加热方式，一般钢水加热的效率达到60%以上，远远超过电炉的升温速度；平均每吨钢水提高1℃，耗电量约0.5kWh～0.8kWh；而LF炉的升温速度快慢将对供电比功率产生直接影响。应用LF炉供电比率约150KVA/t～200KVA/t，每提高1℃，大约需要3min～5min；通过埋弧泡沫技术，可有效控制电弧中损失的辐射热，保障加热效率。
2）白渣精炼
白渣精炼是钢包精炼炉法的核心环节，通过白渣对钢水完成精炼过程，实现脱氧、脱硫目标。其工艺要点分析如下：其一，保持LF炉中的弱氧化状态，避免造成炉渣的再氧化过程；其二，一般情况下将包渣的碱度控制在R≥4范围内，其中w（TFEO+MnO）≤1%，以此确保脱氧与脱硫的效果。其三，采取适当的搅拌方法，避免将钢液面裸露在外，同时确保熔池中的传质速度。
3）合金微调与控制
通过合理的合金微调过程，可确保钢材成分的稳定性，更好地实现LF炉的冶金过程。以齿轮钢生产过程为例，需要将钢材的淬透性带度控制在4HRc以内，就需要对钢材中各种合金元素的成分进行精确控制，以免出现波动现象。采取合金微调，具体方法如下：首先，确保快速分析过程，将分析的响应时间控制在3min～5min范围内；其次，精确计量钢水重量、合金回收率等参数，同时确保钢水的脱氧性能良好；再次，合理确定加入合金的参数，以确保钢水成分的稳定性。
1.3VD与VOD的联合
在整个精炼过程中，VD炉是一种较为常用的真空脱气设备，通过与LF炉的联合使用，可以支持各种优质碳钢、合金钢结构以及低合金高强度钢的生产过程。在VD炉中加设顶吹供氧系统，即合成为VOD炉，可以实现真空吹氧脱碳功能，在低碳不锈钢冶炼中发挥较好功效。与真空循环脱气法相比较，该种方法精炼的强度将受到钢包净空高度的影响。一般情况下，完成一次钢液的脱气处理过程，需要将钢包的净空高度控制到6m以上；完成一次钢液的碳脱氧处理过程，需要将钢包的净空高度控制到9m以上；完成一次吹氧脱碳处理过程，需要将钢包的净空高度控制到约1.0m～1.2m左右。由于考虑到钢包的净空高度将对钢水脱碳的反应强度产生影响作用，因此一般采用VD炉脱碳的时间较长，约30min～45min，而完成整个处理周期则需要60min～90min。
2炉外精炼工艺的发展
随着时间的推移与技术的完善，炉外精炼工艺已经得以广泛认可与应用，并且在提高控制精确度、保障钢的纯净度以及优化组织结构等方面发挥重要作用，极大降低冶炼成本，同时提高钢的质量。但是在发展过程中，针对可能遇到的各种问题，还应不断完善该项技术，更好地实现其应用价值。
2.1合理降低污染
在炉外精炼过程中，随之产生大量的废气，对环境造成一定威胁。为了更好地落实节能减排目标，应该对污染物进行相应的技术处理，如金属氧化物、二氧化硫等，应尽量将污染程度控制到标准范围内，在生产过程中贯彻环保意识。
2.2使用碱性耐火材料
通过应用碱性耐火材料，可更好地满足各种精炼要求，保障生产效率与产品质量。对于使用的耐火材料条件，应尽量符合炉渣环境，以此控制腐蚀速度与腐蚀程度。另外，根据精炼设备实际情况，有针对性地配以材料，提高保温效能与修补技能，延长设备使用寿命。
2.3多功能化趋势
在钢的精炼设备中，将各种工艺技术组合起来，其中包括加热温控、真空冶金、渣选精炼以及搅拌工艺等，更好地生产超纯精钢，满足低碳经济需求。
2.4智能化发展
随着信息技术时代的到来，实现炉外精炼工艺的智能化发展，必然具有一定战略意义。结合来料钢水的各种参数，通过信息技术提出最精确、最合理的精炼方案，再利用计算机对各道程序进行控制，实现网络化数据处理，缩短热停等待的周期，提高生产效率。
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