浅析炉外精炼技术的应用和发展
李福明
摘要：炉外精炼法能否成功地达到提高钢质量，增加产量的目的，首先要看所选用的炉外精炼设备是否能满足钢种要求，其次是考虑其技术经济效果是否合理，最后再根据各厂具体情况因地制宜地作出判断。为此，在确定上炉外精炼之后，先对炉外精炼设备进行选择，炉外精炼技术已成为当今世界钢铁冶金发展的方向，在此对于炉外精炼技术存在的问题及发展方向有必要进行探讨。
关键词：炉外精炼 应用 发展
0 引言
钢的炉外精炼技术由本世纪50年代初问世至今，已创造有20多种方法。钢的炉外精炼又叫钢的二次冶炼，其目的是提高钢液纯度及改善钢锭结晶。因此，得到世界各国有关厂家的重视。我国钢的炉外精炼技术已有很大地发展，现在已能开发研制各种型式的炉外精炼成套设备，但与国外相比，技术水平仍有一定差距。
钢水炉外精炼是当前国内外炼钢工业的前沿新技术。随着纯净钢生产技术的进步和连铸技术的发展，以及降低生产成本的要求，炉外精炼工艺与设备迅速普及。日本、欧美等先进的钢铁生产国家，炉外精炼比超过90％，其中真空精炼比超过50％，有些钢厂已经达到100％。目前，在钢的生产中，为了提高钢的质量和产量，普遍采用各种新工艺和设备。炉外精炼就是这种措施之一。
1 炉外精炼技术简介
20世纪炼钢技术中的革新，主要是纯氧顶吹转炉炼钢法和连续铸钢法。由于这些实用技术的采用，炼钢生产率飞速提高。炉外精炼技术是设置在转炉和连续铸钢间的连接工序，这一技术的实用化，大大提高并完善亨利贝塞麦发明的液态炼钢法。要提高铸钢生产的质量和产量，同样离不开冶金冶炼技术的发展。炉外精炼技术就是铸件生产中的适用技术之一。
1.1 炉外精炼技术的功能。①脱氢、②脱氧、③脱碳、④脱硫、⑤非金属夹杂物的形态控制、⑥成分调整(添加合金)、⑦钢液成分及温度的微调及均匀化、⑧脱氮、⑨脱磷。针对上述功能，衍生出LF法、VD法、VOD法、RH法、SKF法等炉外精炼设备。但对于各生产厂家具体使用哪种精炼设备，他们会综合考虑冶炼的钢种、生产量、粗／精炼的组合等，选择最适合的炉外精练法。
1.2 电炉加钢包精炼炉双联工艺法简介。目前，电弧炉炼钢是铸钢件生产中最广泛的炼钢方法之一。这种方法是利用电弧产生的高温和热能熔化固体炉料，实现冶炼的目的。在电弧炉炼钢中为了清除钢液中的气体和夹杂物，通常通过脱碳反应形成钢液沸腾，对钢液激烈氧化。在下一步为了去除钢液中残余的氧，又需要对钢液进行脱氧，因此产生大量的夹杂物，这是电弧炉炼钢难以解决的矛盾。为了解决这一问题，经过冶金工作者多年努力，摸索出双联工艺法方案。即将原电弧炉炼钢的两大期——氧化期及还原期分别放在电弧炉和钢包精炼中进行，各自独立操作，以达到提高钢液的冶炼质量，提高生产率的目的。下面是双联工艺法的工艺流程：电炉加料——熔化——氧化——升温——出钢——LF炉接钢液——精炼还原——微调成分，调整温度——出钢——喂丝——钢液测温——钢液浇注。
1.3 双联工艺法的产品质量。对几个采用双联工艺法的铸钢厂产品质量跟踪：①气体含量：[H]<3.5ppm，[O]<40ppm，[N]<80ppm；②杂质含量：[P]<0.015%，[s]<0.0l%，si、Mn可控制在0.02%内，Ni、Mo、Cu可控制在0.0l%内。
1.4 材料性能。屈服强度增加7%～1l%；抗拉强度增加3%～6%，冲击韧度增加20%一45%；断面收缩率、伸长率基本无变化。夹杂物含量明显减少，分布形态多呈不连续状。
2 炉外精炼技术经济效益分析
几家铸钢厂使用钢包精炼炉设备后，吨钢原材料消耗量均有所下降。如吨钢电耗，下降35 kwh左右。但增加LF炉设备后，需配套增大水循环系统，除尘系统及其他投资，使得钢液冶炼成本增加。但钢液化学成分控制稳定，合金成分控制准确，钢液成分均匀。无偏析现象，钢液中气体、夹杂物控制较高，力学性能优良，铸件废品率大大降低。正基于上述原因，钢液成本总体上基本持平。
3 发展炉外精炼技术需解决的问题及发展方向
炉外精炼技术已经应用40年，对提高钢的纯净度、精确控制成分含量及细化组织结构等方面都起了重要作用，使冶炼成本大幅降低，同时提高了钢的品质和性能。但在发展的过程中也出现了一些问题，有待于解决，使这项技术更加完美。
3.1 实现炉外精炼工艺的智能化控制，根据来料钢水的各种技术参数，利用信息技术，制定最佳的精炼工艺方案，并通过计算机控制各精炼工序。精炼工位配备快速分析设备，实现数据网络化，减少热停等待时间。
3.2 炉外处理设备将实现“多功能化”。在水钢精炼设备中将渣洗精炼、真空冶金、搅拌工艺以及加热控温功能全部组合起来，实现精炼，以满足超纯净钢生产的社会需求。
3.3 开发高纯度、高密度、高强度的优质碱性耐火材料，以适应不同精炼炉的需要，注重产品质量的稳定性。耐火材料的使用条件应尽可能与炉渣相适应，最大限度地降低侵蚀速度。要根据精炼设备的实际情况形成不同层次的配套材料，研究开发保温和修补技术，提高炉衬的使用寿命。
3.4 减少精炼过程的污染排放，精炼过程会产生大量废气，其中含SO2、Pb、金属氧化物、悬浮颗粒等，在真空脱气冷却水中含有固态悬浮物、Pb、Zn等，这些污染物须经企业内部的相关处理，把污染程度降低到符合排放标准后再排放，加强环境保护意识.
4 我对现实中炉外精炼设备的认识和看法
4.1 LF精炼炉的设备形式：分为钢包小车移动式和炉盖旋开式。机械设备包括：低压短网、组合横臂、石墨电极、桥架、移动小车、钢包、液压缸升降、碟黄夹紧、液压站、冷却水系统和Ar气搅拌系统。控制系统都是采用PLC控制、整个设备为全液压控制，包括液压升降缸、炉盖提升缸和电极夹紧缸。辅助设备有双线喂丝机和测温取样装置。该设备在国内运用时分成熟，不过在使用过程中Ar气搅拌时有吹不通的情况，主要是透气砖被钢渣堵塞了，现场通常采用二块透气砖同时吹Ar气，减少堵塞机率，另一种办法是采用顶吹Ar，但效果不如底吹Ar搅拌好。我希望在今后Ar搅拌方面会有新的技术突破。
4.2 VD、VOD精炼炉的设备形式：分为罐盖车移动式和罐盖旋开式 机械设备包括：真空罐、真空罐盖、罐盖车及罐盖提升机构、真空管道系统、真空泵系统、冷却水系统、吹氩系统、压缩空气系统。VD与VOD的区别：VOD多1项吹氧升温，要求真空泵的抽气能力要足够大，一般都采用蒸汽喷射泵形式，不仅战地面积大，而且必须配蒸汽锅炉，设备运行成本和投资都很大。主要在大型企业中使用。VD炉主要是抽真空，钢水在真空下（67Pa）以下，钢水中的杂质上浮到表面，加上吹Ar搅拌，钢水质量得到提高。VD炉由于抽气量小，在20吨以下的炉子大多采用机械泵组，配上二级除尘和冷却烟气的管道，就能采用机械泵组抽气，现在机械泵组都选用罗茨真空泵和水环真空泵组成，将抽气能力、抽气速度和使用寿命大大提高，与蒸汽喷射泵的抽气能力相差还比较大。我希望机械泵组在抽气能力和降噪方面有更大的突破。
4.3 电渣炉的设备形式：分为双支臂单工位和单支臂双工位。在实践中普遍采用双支臂单工位形式 机械设备包括：单相低压短网、立柱、旋转横臂、升降丝杆、对中装置、结晶器、底水箱、假电极、自耗电极、冷却水系统、除尘系统，电渣炉主要环节有:开始启弧造渣、结晶器水温控制以及交换电极时形成的断层，最不好解决的是断层问题，通常一个结晶锭需要交换两次以上自耗电极，在工厂我们做过一个实验，将一根很长的自耗电极再重熔炼成一个结晶锭，结果失败了，主要原因是自耗电极长了以后，增加了短网压降，不仅电能白白的损失，而且重熔效果很不好。在生产过程中它浪费能量是最多的。短网由变压器、低压铜排、水冷电缆、导电横臂、假电极、自耗电极和底水箱组成，在整个短网中假电极和自耗电极采用钢制材料。自耗电极是随着产品而定无法改变。假电极要与自耗电极相连。一般采用直接焊接的方法，另一种是用對夹式，但只适合于专用的自耗电极，目前假电极有两种形式，一种是普通的钢棒，另一种就是水冷钢管，效果不错，但装夹又不方便，我希望电渣炉在假电极方面会有重大突破。
5 展望
世界炼钢技术的进展集中表现在炼钢炉前、后工序的发展变化，即铁水预处理、炉外精炼技术以及一些新的炼钢生产的最佳工艺流程的出现和发展。在发展上述精炼技术的同时，对于整个精炼和凝固过程还必须考虑工艺上的灵活性和连续性。为了获得最佳的精炼效果和过程的动态控制，杂质元素精确地在线测定和最终快速测定是必要的。因此，炉外精炼技术在今后若干年中将会获得较快的发展。
参考文献：
[1]RH炉是一种重要的炉外精炼方法：中国炼钢技术网.
[2]高泽平，贺道中主编.炉外精炼，冶金工业出版社，2005.
[3]炉外精炼知识讲座：中国冶金装备网.
摘要：炉外精炼法能否成功地达到提高钢质量，增加产量的目的，首先要看所选用的炉外精炼设备是否能满足钢种要求，其次是考虑其技术经济效果是否合理，最后再根据各厂具体情况因地制宜地作出判断。为此，在确定上炉外精炼之后，先对炉外精炼设备进行选择，炉外精炼技术已成为当今世界钢铁冶金发展的方向，在此对于炉外精炼技术存在的问题及发展方向有必要进行探讨。
关键词：炉外精炼 应用 发展
0 引言
钢的炉外精炼技术由本世纪50年代初问世至今，已创造有20多种方法。钢的炉外精炼又叫钢的二次冶炼，其目的是提高钢液纯度及改善钢锭结晶。因此，得到世界各国有关厂家的重视。我国钢的炉外精炼技术已有很大地发展，现在已能开发研制各种型式的炉外精炼成套设备，但与国外相比，技术水平仍有一定差距。
钢水炉外精炼是当前国内外炼钢工业的前沿新技术。随着纯净钢生产技术的进步和连铸技术的发展，以及降低生产成本的要求，炉外精炼工艺与设备迅速普及。日本、欧美等先进的钢铁生产国家，炉外精炼比超过90％，其中真空精炼比超过50％，有些钢厂已经达到100％。目前，在钢的生产中，为了提高钢的质量和产量，普遍采用各种新工艺和设备。炉外精炼就是这种措施之一。
1 炉外精炼技术简介
20世纪炼钢技术中的革新，主要是纯氧顶吹转炉炼钢法和连续铸钢法。由于这些实用技术的采用，炼钢生产率飞速提高。炉外精炼技术是设置在转炉和连续铸钢间的连接工序，这一技术的实用化，大大提高并完善亨利贝塞麦发明的液态炼钢法。要提高铸钢生产的质量和产量，同样离不开冶金冶炼技术的发展。炉外精炼技术就是铸件生产中的适用技术之一。
1.1 炉外精炼技术的功能。①脱氢、②脱氧、③脱碳、④脱硫、⑤非金属夹杂物的形态控制、⑥成分调整(添加合金)、⑦钢液成分及温度的微调及均匀化、⑧脱氮、⑨脱磷。针对上述功能，衍生出LF法、VD法、VOD法、RH法、SKF法等炉外精炼设备。但对于各生产厂家具体使用哪种精炼设备，他们会综合考虑冶炼的钢种、生产量、粗／精炼的组合等，选择最适合的炉外精练法。
1.2 电炉加钢包精炼炉双联工艺法简介。目前，电弧炉炼钢是铸钢件生产中最广泛的炼钢方法之一。这种方法是利用电弧产生的高温和热能熔化固体炉料，实现冶炼的目的。在电弧炉炼钢中为了清除钢液中的气体和夹杂物，通常通过脱碳反应形成钢液沸腾，对钢液激烈氧化。在下一步为了去除钢液中残余的氧，又需要对钢液进行脱氧，因此产生大量的夹杂物，这是电弧炉炼钢难以解决的矛盾。为了解决这一问题，经过冶金工作者多年努力，摸索出双联工艺法方案。即将原电弧炉炼钢的两大期——氧化期及还原期分别放在电弧炉和钢包精炼中进行，各自独立操作，以达到提高钢液的冶炼质量，提高生产率的目的。下面是双联工艺法的工艺流程：电炉加料——熔化——氧化——升温——出钢——LF炉接钢液——精炼还原——微调成分，调整温度——出钢——喂丝——钢液测温——钢液浇注。
1.3 双联工艺法的产品质量。对几个采用双联工艺法的铸钢厂产品质量跟踪：①气体含量：[H]<3.5ppm，[O]<40ppm，[N]<80ppm；②杂质含量：[P]<0.015%，[s]<0.0l%，si、Mn可控制在0.02%内，Ni、Mo、Cu可控制在0.0l%内。
1.4 材料性能。屈服强度增加7%～1l%；抗拉强度增加3%～6%，冲击韧度增加20%一45%；断面收缩率、伸长率基本无变化。夹杂物含量明显减少，分布形态多呈不连续状。
2 炉外精炼技术经济效益分析
几家铸钢厂使用钢包精炼炉设备后，吨钢原材料消耗量均有所下降。如吨钢电耗，下降35 kwh左右。但增加LF炉设备后，需配套增大水循环系统，除尘系统及其他投资，使得钢液冶炼成本增加。但钢液化学成分控制稳定，合金成分控制准确，钢液成分均匀。无偏析现象，钢液中气体、夹杂物控制较高，力学性能优良，铸件废品率大大降低。正基于上述原因，钢液成本总体上基本持平。
3 发展炉外精炼技术需解决的问题及发展方向
炉外精炼技术已经应用40年，对提高钢的纯净度、精确控制成分含量及细化组织结构等方面都起了重要作用，使冶炼成本大幅降低，同时提高了钢的品质和性能。但在发展的过程中也出现了一些问题，有待于解决，使这项技术更加完美。
3.1 实现炉外精炼工艺的智能化控制，根据来料钢水的各种技术参数，利用信息技术，制定最佳的精炼工艺方案，并通过计算机控制各精炼工序。精炼工位配备快速分析设备，实现数据网络化，减少热停等待时间。
3.2 炉外处理设备将实现“多功能化”。在水钢精炼设备中将渣洗精炼、真空冶金、搅拌工艺以及加热控温功能全部组合起来，实现精炼，以满足超纯净钢生产的社会需求。
3.3 开发高纯度、高密度、高强度的优质碱性耐火材料，以适应不同精炼炉的需要，注重产品质量的稳定性。耐火材料的使用条件应尽可能与炉渣相适应，最大限度地降低侵蚀速度。要根据精炼设备的实际情况形成不同层次的配套材料，研究开发保温和修补技术，提高炉衬的使用寿命。
3.4 减少精炼过程的污染排放，精炼过程会产生大量废气，其中含SO2、Pb、金属氧化物、悬浮颗粒等，在真空脱气冷却水中含有固态悬浮物、Pb、Zn等，这些污染物须经企业内部的相关处理，把污染程度降低到符合排放标准后再排放，加强环境保护意识.
4 我对现实中炉外精炼设备的认识和看法
4.1 LF精炼炉的设备形式：分为钢包小车移动式和炉盖旋开式。机械设备包括：低压短网、组合横臂、石墨电极、桥架、移动小车、钢包、液压缸升降、碟黄夹紧、液压站、冷却水系统和Ar气搅拌系统。控制系统都是采用PLC控制、整个设备为全液压控制，包括液压升降缸、炉盖提升缸和电极夹紧缸。辅助设备有双线喂丝机和测温取样装置。该设备在国内运用时分成熟，不过在使用过程中Ar气搅拌时有吹不通的情况，主要是透气砖被钢渣堵塞了，现场通常采用二块透气砖同时吹Ar气，减少堵塞机率，另一种办法是采用顶吹Ar，但效果不如底吹Ar搅拌好。我希望在今后Ar搅拌方面会有新的技术突破。
4.2 VD、VOD精炼炉的设备形式：分为罐盖车移动式和罐盖旋开式 机械设备包括：真空罐、真空罐盖、罐盖车及罐盖提升机构、真空管道系统、真空泵系统、冷却水系统、吹氩系统、压缩空气系统。VD与VOD的区别：VOD多1项吹氧升温，要求真空泵的抽气能力要足够大，一般都采用蒸汽喷射泵形式，不仅战地面积大，而且必须配蒸汽锅炉，设备运行成本和投资都很大。主要在大型企业中使用。VD炉主要是抽真空，钢水在真空下（67Pa）以下，钢水中的杂质上浮到表面，加上吹Ar搅拌，钢水质量得到提高。VD炉由于抽气量小，在20吨以下的炉子大多采用机械泵组，配上二级除尘和冷却烟气的管道，就能采用机械泵组抽气，现在机械泵组都选用罗茨真空泵和水环真空泵组成，将抽气能力、抽气速度和使用寿命大大提高，与蒸汽喷射泵的抽气能力相差还比较大。我希望机械泵组在抽气能力和降噪方面有更大的突破。
4.3 电渣炉的设备形式：分为双支臂单工位和单支臂双工位。在实践中普遍采用双支臂单工位形式 机械设备包括：单相低压短网、立柱、旋转横臂、升降丝杆、对中装置、结晶器、底水箱、假电极、自耗电极、冷却水系统、除尘系统，电渣炉主要环节有:开始启弧造渣、结晶器水温控制以及交换电极时形成的断层，最不好解决的是断层问题，通常一个结晶锭需要交换两次以上自耗电极，在工厂我们做过一个实验，将一根很长的自耗电极再重熔炼成一个结晶锭，结果失败了，主要原因是自耗电极长了以后，增加了短网压降，不仅电能白白的损失，而且重熔效果很不好。在生产过程中它浪费能量是最多的。短网由变压器、低压铜排、水冷电缆、导电横臂、假电极、自耗电极和底水箱组成，在整个短网中假电极和自耗电极采用钢制材料。自耗电极是随着产品而定无法改变。假电极要与自耗电极相连。一般采用直接焊接的方法，另一种是用對夹式，但只适合于专用的自耗电极，目前假电极有两种形式，一种是普通的钢棒，另一种就是水冷钢管，效果不错，但装夹又不方便，我希望电渣炉在假电极方面会有重大突破。
5 展望
世界炼钢技术的进展集中表现在炼钢炉前、后工序的发展变化，即铁水预处理、炉外精炼技术以及一些新的炼钢生产的最佳工艺流程的出现和发展。在发展上述精炼技术的同时，对于整个精炼和凝固过程还必须考虑工艺上的灵活性和连续性。为了获得最佳的精炼效果和过程的动态控制，杂质元素精确地在线测定和最终快速测定是必要的。因此，炉外精炼技术在今后若干年中将会获得较快的发展。
参考文献：
[1]RH炉是一种重要的炉外精炼方法：中国炼钢技术网.
[2]高泽平，贺道中主编.炉外精炼，冶金工业出版社，2005.
[3]炉外精炼知识讲座：中国冶金装备网.
