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1、炉外精炼,一、炉外精炼的发展 二、炉外精炼理论与技术基础 三、CAS工艺 四、CAS系统设备 五、LF炉工艺 六、LF炉系统设备,一、炉外精炼发展,1、炉外精炼概念 就是把常规炼钢炉（转炉、电炉）初炼的钢液倒入钢包或专用容器内，进行脱氧、脱硫、脱碳、去气、去除非金属夹杂物和调整钢液成分及温度，以达到进一步冶炼目的的炼钢工艺。也称二次精炼、二次炼钢、钢包冶金。（炼钢发展史：青铜器、铁器、锻造铁、平炉淘汰、空气转炉、氧气转炉、电炉、炉外精炼）,2、 炉外精炼技术发展原因 氧气转炉炼钢、炉外精炼和连铸三项技术，称为现代炼钢生产的三大关键技术，也称冶金史上的三大技术革命。 炉外精炼起始于20世纪50年
2、代，现已成为现代钢铁生产流程水平与钢铁产品高质量水平的标志。新建电炉短流程钢厂和转炉炼钢厂，100%采用二次精炼。（世贸大厦）,3、 我国炉外精炼技术的发展 我国炉外处理技术开发应用于20世纪50年代中后期，70年代，特钢企业和机电、军工行业钢水精炼技术的应用得到发展。2000年，冶金系统不包括吹氩和喂线的钢水精炼比为28%。1991年全国首次炉外精炼技术工作会议，明确了“立足产品、合理选择、系统配套、强调在线”的基本方针。,4、炉外精炼的任务和功能 炉外精炼的主要任务： （1）承担初炼炉原有的部分功能，在最佳的热力学和动力学条件下完成部分炼钢反应，提高单体设备的生产能力； （2）均匀钢水，精
3、确控制钢种成分； （3）精确控制钢水温度，满足连铸生产的要求； （4）进一步提高钢水纯净度，满足成品钢材性能要求； （5）作为炼钢与连铸间的缓冲，提高炼钢整体效率。,要求炉外精炼设备具备以下功能： （1）熔池搅拌功能，均匀钢水成分和温度，促进夹杂物上浮和钢渣反应； （2）钢水升温和控温功能，精确控制钢水温度，最大限度减少钢包内温度梯度； （3）精炼功能，包括脱气、脱碳、脱硫、去除夹杂和夹杂物变性处理等； （4）合金化功能，对钢水实现窄成分控制，并使其分布均匀； （5）生产调节功能，均衡炼钢-连铸生产。 各厂根据自身条件和冶炼钢种的不同，一般是根据不同需要配备不同炉外精炼设备。,5、炉外精炼手段
4、 （1）渣洗：合成渣倒入钢包内，借钢流的冲击作用，使钢液与合成渣充分混合，完成脱氧、脱硫和去除夹杂等精炼任务。 （2）真空：钢水置于真空室内，由真空作用使反应向生成气相方向移动，达到历史最高水平脱气、脱氧、脱碳等目的。 （3）搅拌：通过搅拌扩大反应界面，加速反应过程，提高反应速度。主要方法有吹氩搅拌、电磁搅拌等。 （4）加热：调节钢水温度的手段，主要有电弧加热、化学热法等。 （5）喷吹：将反应剂加入钢液内的一种手段，喷吹的冶金功能取决于精炼剂的种类，可完成脱碳、脱硫、脱氧、合金化和控制夹杂物形态等精炼任务。 当今炉外精炼方法，都是五种精炼手段的不同组合，综合一种或几种手段便构成一种方法。,6、
5、 当前炉外精炼技术的发展趋势 （1）多功能化。由单一功能的炉外精炼设备发展成多种功能的设备，并将各种不同功能的装置组合到一起，建立综合处理站。如CAS-OB、LF-VD等。 （2）提高精炼设备生产效率和二次精炼比。 （3）炉外精炼技术的发展不断促进钢铁生产流程优化重组、不断提高过程自动控制和冶金效果在线监测水平。,二、炉外精炼理论与技术基础,1、合成渣洗 由炼钢炉初炼的钢水再在钢包内通过钢液对合成渣的冲洗，进一步提高钢水质量的一种炉外精炼方法。 合成渣洗的主要目的是降低钢中的氧、硫和非金属夹杂物含量，可以把WO降到0.002%、WS降至0.005%。,1.1合成渣物理化学性能 （1）成分：合成
6、渣主要有CaO-AI2O3系、 CaO-SiO2-AI2O3系、 CaO-SiO2-CaF2系等。常用的主要是CaO-AI2O3碱性渣系，化学成分大致为：5055%CaO、4045%AI2O3、5%SiO2、0.1%C、1%FeO。 对于固体合成渣洗工艺（转炉），使用目的不同，选用的固体合成渣系也不同：为了脱氧、脱硫多选用CaO-CaF2系；不需脱硫，去除氧化物夹杂，选用AI2O3-SiO2系等。 （2）熔点：渣的熔点应低于被渣洗钢液的熔点。在CaO-AI2O3渣系中，当W（AI2O3）为4856%和W（CaO）为5244%时，其熔点最低（14501500）。即C12A7（见下图）1455 一
7、般来说低熔点的精炼渣可以从渣的相图获得；在一定范围内提高渣中SiO2、Al2O3、MgO尤其是CaF2的含量可以有效降低熔点。此外加入其他成份对渣的熔点也有很大影响，如加入Li2O、Na2O、K2O、BaO等也能降低渣的熔点。,（3）流动性：在相同的温度和混冲条件下，提高合成渣的流动性，可以减少乳化渣滴的平均直径，从而增大渣钢接触界面。在1600时，粘度最小的渣(0.050.06Pas)的组成为（CaOMgO）：6365，MgO：48。 随着MgO含量的增加，渣的粘度急剧上升，当W(MgO)=25%时,粘度达到0.7Pas。 （4）表面张力：熔渣的表面张力受温度影响，随着温度升高，表面张力减少
8、。在合成渣的组成中，SiO2和MgO会降低渣的表面张力。钢液的表面张力也受温度和成分的影响，随温度升高，表面张力下降。 （5）还原性：渣洗所用熔渣要求高碱度（B2）、低W（FeO）1%。,1.2工艺要求,1工艺流程：渣料加入钢包底挡渣出钢吹氩、喂线浇铸 2加入量：控制在0.30.5%即可保证一定的脱硫率且不会因合成渣的大量加入而使出钢温降增大，确保浇铸顺利。 3操作要求： （1）合成渣应预热以充分去除渣中水分； （2）采用挡渣出钢技术，做到少下渣或不下渣； （3）做到红包出钢且钢包干净，无残钢残渣； （4）出钢后进行吹氩处理。,1.3合成渣冶金效果(见下图),(1)脱硫 脱硫反应式： S+（C
9、aO）=O+（CaS） 平衡常数 K= O(CaS)/ S (CaO) 由于合成渣中有较高的CaO，出钢过程深度脱氧，挡渣出钢，出钢过程吹氩充分搅拌，有利于上式反应的进行，因而有较好的脱硫效果，脱硫率可达2030%。钢中氧含量低，则能溶解的硫也低，故高碳钢、低合金锰钢采用合成渣脱硫率高于低碳钢脱硫。 (2)降低非金属氧化物夹杂含量 采用合成渣洗工艺，钢中夹杂物大幅度降低，提高了钢质。 (3)出钢温降情况 采用合成渣工艺相应要提高出钢温度。 (4)钢中氢的变化 合成渣使用前采用预热手段，确保水分小于0.5%，则不会导致钢水增氢。,2、搅拌,2.1 搅拌方法：气体搅拌、电磁搅拌、机械搅拌等。 2.
10、2钢包吹氩原理 氩气是一种惰性气体，吹入钢液内既不参与化学反应，也不溶解，纯氩内含氢、氮、氧等量很少，可以认为吹入钢液内的氩气泡对于溶解在钢液内的气体来说就像一个小的真空室，在这个小气泡内其他气体的分压力几乎为零。钢水中的气体、夹杂物等不断向氩气泡内扩散、碰撞粘附，随氩气泡逸出而去除。,2.3钢包吹氩效果,(1)均匀钢水成份和温度 氩气通过“发泡”对钢水产生强烈的搅拌作用，使钢包内的钢水被充分搅拌，从而达到均匀钢水成份和温度的目的。 (2) 降低钢中气体含量 钢包吹氩可以降低氢、氧、氮的质量分数，底吹氩与顶吹氩比较，去氢有所改善，去活度氧、去氮率可提高10%左右。 (3) 降低钢中夹杂物含量
11、吹氩对降低夹杂物明显，底吹氩比顶吹氩提高约25%。,2.4影响钢包吹氩效果的主要因素,（1）耗氩量 吹氩量低，吹入钢水中的氩气只起到搅拌作用或稍微改善了去除夹杂物的条件。炉外精炼（LF、VD等）要发挥脱氧去气和保护钢水的作用，耗氩量应控制在1.54m3/t钢。 （2 ）氩气压力 氩气压力指氩气管道压力，并不表示处理时钢包中氩气压力。 吹氩压力受钢水静压力、钢渣状况等因素影响，对不同钢种、出钢量、不同渣况等条件，吹氩压力将发生变化。一般钢包吹氩压力为0.20.5MPa之间。 吹氩压力大，搅拌动力大，气泡上升快，气泡在钢水中停留时间短，同时与钢水接触面积小。因而，为提高吹氩效果，应保持较低压力下，
12、加大氩气流量。,（3）氩气流量和吹氩时间 采用透气砖底吹氩，受钢水温度下降和生产节奏的限制，吹氩时间不宜太长；但吹氩时间不足，温度、成份等未能充分搅拌均匀，非金属夹杂物及气体不能很好去除，吹氩效果不明显。 一般吹氩时间控制在515min，氩气流量控制在2040m3/h。 （4）氩气泡尺寸 吹氩正常时，氩气流量和压力一定时，氩气泡越细小，在钢水中分布越均匀，则它与钢水接触的面积就越大，氩气的精炼效果就越好。 氩气泡大小由透气砖的气孔尺寸决定，要求透气砖的孔隙细小一些，如果再细小则阻力增大，透气性会变差。 （5）比搅拌功及均匀时间,3、加热,3.1钢包精炼炉需要加热功能的原因： (1)钢液从初炼炉
13、到精炼炉过程钢液温降； （2）熔化造渣材料和合金材料需要热量； （3）真空脱气时的温降和吹氩搅拌时氩气吸热； （4）需要保证足够的精炼时间和钢液温度； （5）需要保证钢液具有合适的浇注温度。,3.2加热方法,（1）燃烧燃料加热：煤气、天然气、重油等。 （2）电阻加热：石墨电阻棒作发热元件。 （3）电弧加热：电极埋弧加热 （4）化学热法：铝-氧加热法（OB法） （5）其他加热方法：直流电弧加热法、电渣加热、感应加热、等离子弧加热、电子轰击加热等。,4、真空,真空系统是真空炉外精炼设备的重要组成部分。真空精炼的主要目的是脱氢、脱氮、真空碳脱氧和真空氧脱碳。 精炼炉内的真空度主要是根据钢液脱氢的要求
14、来确定。 粗真空(7601)133.3Pa 中真空(110-3)133.3Pa 高真空(10-310-7)133.3Pa 超高真空10-7133.3Pa,2.5喷吹,喷吹即喷粉精炼，是根据流化态和气力传输原理，用氩气或其他的气体作载体，将不同类型粉剂喷入钢水或铁水中进行精炼的一种冶金方法，一般称之喷射冶金或喷粉冶金。 喷射冶金通过载体将反应物料的固体粉粒吹入熔池深处，既可以加快物料的熔化和溶解，而且也大大增加了反应界面，同时还强烈搅拌熔池，从而加速了传输过程和反应速率。能够有效地脱硫、改变夹杂物形态、脱氧、脱磷以及合金化。,2.5.1喂线,喂线法（Wire Feeding,即WF法），即合金芯
15、线处理技术。是将各类金属元素及附加料制成的粉剂，按一定配比，用薄带钢包覆，做成各种大小断面的线，卷成很长的包芯线卷，供给喂线机作原料，由喂线机根据工艺需要按一定的速度，将包芯线插入钢包底部附近的钢水中。通过氩气搅拌和反应，能有效地达到脱氧、脱硫、去除夹杂及改变夹杂物形态以及准确地微调合金成分等目的，从而提高钢的质量和性能。,2.5.1.1喂线设备,喂线机主要由线盘驱动机、喂线驱动机和电气控制等组成，如图所示。 WX-4BF型喂线机示意图,2.5.1.2 喂线冶金效果,(1)合金及铝的收得率高 采用喂线工艺在出钢前向钢包内加入了脱氧剂，有利于合金化时硅、锰收得率的提高。 低碳钢出钢终点碳低，钢水
16、氧化活性强，钢水中aO大于渣中（FeO）相平衡的aO，需要更多的铝脱氧，因此低碳钢喂铝线铝的收得率低。 经验公式：Al=75.9C%-2.24(FeO)%+45.7 (2) 钢中氧及氧化物夹杂含量降低 喂入Ca- Si线或Ca-Fe线，可以降低钢中Al2O3夹杂。 喂Ca线时钙的蒸气压较高，反应剧烈，相当一部分钙烧损，降低了钙的利用率。,(3) 钢中夹杂物变性（见下图钙处理） Al2O3可塑性差，不变形，影响钢材性能。钙处理目的是改变Al2O3形态，可确保在炼钢温度下的铝酸盐呈液态，改变Al2O3形态（固态块状、锐边型变成液态球型）。 aAls较低时，钙处理生成低熔点2CaO Al2O3 Si
17、O2。 在低碳低硅钢喂入Si-Ca线主要是脱氧和形成低熔点球状夹杂物以改善钢水可浇性。中高碳钢喂入Si-Ca线主要在于改变钢水中氧化物夹杂形态，提高钢水洁净度。 bAls较高时，钙处理保持合适的Ca/Al比，在冷礅钢喂入Ca-Fe线，使钢水中含一定量的活性Ca，并使反应生成物的成份在3（CaO）（ Al2O3 ）与（CaO）（ Al2O3 ）范围内，最好生成低熔点的12CaO 7 Al2O3 （ 1455 ）。 (4) 脱硫作用 喂线钢水由于出钢过程加入脱氧剂或合成渣，脱硫条件好，钢水温度越高，吹氩搅拌强度越大越有利于脱硫。,补充：,1、连铸对钢水质量要求： 钢水温度 钢水成份 钢水洁净度：夹
18、杂物数量、形状、尺寸和分布 钢水可浇性,2、钢中夹杂物 （1）分类：A类夹杂物：硫化物 （热脆） B类夹杂物：铝酸盐 C类夹杂物：硅酸盐 D类夹杂物：球状夹杂物 （2）夹杂物评价 金相法 电解法 硫印法 总氧TO法，TO=O溶+O夹 转炉终点：O夹0，TO=O溶 钢包脱氧合金化：O溶很低，TO= O夹,3、钢中夹杂物来源 （1）内生夹杂物：主要是脱氧产物，其特点： O溶，脱氧产物增加； 夹杂物尺寸细小20m； 钢包精炼搅拌，大部分夹杂物上浮； 一般对钢水质量不构成大的危害，成份和温度变化时有新的夹杂物沉淀（5m） （2）外来夹杂物：钢水与环境二次氧化产生（空气、包衬、炉渣等），其特点： 夹杂物
19、尺寸粒径50m，甚至几百m； 来源广泛、组成复杂； 偶然性分布； 对钢水质量危害大。 区别：PPm, m,个 表示含义,4、钢水脱氧方式 简单划分为Si脱氧镇静钢和Al脱氧镇静钢 1600时： Si+OSiO2 平衡O值：160ppm Als0.006% Al+OAl2O3 平衡O值：23ppm AlS+O2（Al2O3） （二次氧化） （1）硅脱氧镇静钢的脱氧产物主要有： 纯SiO2（固体）；熔点约1720 MnOSiO2（液体）； MnOFeO（固溶体）。 通过控制合适的Mn/Si比，可得到液相MnOSiO2，使SiO2系夹杂物上浮去除。 （2）、铝脱氧镇静钢的脱氧产物为含Al2O3夹杂物
20、，其特点： Al2O3熔点高（2050），在钢水中呈固态； 可浇性差，易堵水口； Al2O3不变形,可塑性差，影响钢材性能。 脱氧方法：沉淀脱氧、扩散脱氧、真空脱氧,5、钙处理工艺： 目的是为了提高钢水的可浇性和钢的机械性能。 举例： 降低B类夹杂： 考虑新的脱氧工艺和通过Ca或Ba处理改变氧化产物熔点形态，并选择适当的搅拌促进精炼渣对夹杂物的吸收。 喂入Ca包芯线应使反应生成物铝酸钙的成份在3（CaO）（Al2O3）与（CaO）（Al2O3）范围内，这样可确保在炼钢温度下的铝酸盐呈液态，改变Al2O3形态（固态块状、锐边型变成液态球型）。 Als较低时，钙处理生成低熔点2CaO Al2O3
21、SiO2 Als较高时，钙处理保持合适的Ca/Al比，最好生成低熔点12CaO 7Al2O3。 CaO+ Al2O3 12CaO 7Al2O3 注： Si-Ca线应在软吹Ar状态下喂入，尽量使Ca在钢水均匀分布，保证Ca处理有充分反应时间促进夹杂物聚集、上浮。,复习题,1、吹氩的精炼原理是什么，钢包吹氩的效果有哪些？ 2、影响钢包吹氩效果的因素有哪些？ 3、喂线的主要冶金效果有哪些？ 4、合成渣的冶金效果有哪些？ 5、连铸对钢水质量有何要求？ 6、计算题： 假设已知：焊条钢生产，精炼进站钢水氧为140ppm，要求出站氧为40ppm，钢水量100t，Al线的脱氧效率为30%， Al线折合后的米单
22、重为300g/m，Al原子量为27，O原子量为16。 试从理论上计算须喂入多少米Al线才能保证出站氧合格？ 每米喂线的脱氧量？,三、CAS工艺,1、CAS装置 CAS（Composition Adjustment by Sealed Argon Bubbling,密封吹氩合金成分调整）精炼技术的原理就是在钢包底吹氩气搅拌钢水的条件下，通过在排开渣的钢水中浸入一个耐火材料制品的罩子。在罩内部，钢液面少渣或无渣，并且在浸罩里形成低（或无）氧化性的氩气气氛（氩气可以防止空气进入浸罩内），从而减少合金损失，稳定合金收得率。由日本新日铁八幡技术研究所于1975年开发，如下图所示。,炼钢厂CAS实物图,C
23、AS工作原理图,2、CAS主要功能,（1）对粗合金化的钢水进行成份混匀和微调，使钢水合金成份达到内控成份要求，实现窄成份控制； （2）对钢水温度进行混匀，将钢水温度严格控制在一定范围内； （3）隔离钢水与空气，防止钢水二次氧化，提高合金收得率。 （4）降低钢中活度氧和全氧量，去除钢中气体夹杂物量，进行炉外精炼。,3、CAS工艺要求,（1）钢包烘烤：一般要求钢包烘烤应达到1100以上。出钢在线烘烤。 （2）转炉挡渣出钢 钢包内渣层过厚会对CAS处理带来不良影响：底吹排渣效果差甚至无法裸露出钢液面，从而造成浸罩内残留渣量多甚至无法进行CAS处理； 成份调节时，合金元素收得率降低； 钢水脱氧效果差甚
24、至出现钢水回鳞现象等。 对于CAS处理最好将钢包钢水顶渣厚度控制在3050mm，一般不超过100 mm。,（3）钢包渣改质 钢包渣主要是由转炉出钢过程流入钢包的炉渣和铁合金脱O产物所形成的渣层。所形成渣氧化性高，渣中（FeO）正常含量在310%，转炉末期加矿石或严重过氧化的炉次，渣中（FeO）可高达20%以上。出钢后，会因为硅铁脱氧产物（SiO2）在渣中比例增大，造成钢包渣碱度降低，甚至使渣碱度（CaO/SiO2）2.0。钢包渣改质的目的就是为了改变熔渣的碱度、流动性和氧化性。 改质的方法主要是采用在转炉出钢过程中向钢包内加入改质剂或脱硫剂，利用钢水流冲搅，促进钢渣反应和钢包渣快速生成。使渣碱
25、度达到2.53.0，渣中（FeO+MnO） 35%。 （回磷反应式：Si+（FeO）（SiO2）+Fe FeO SiO2 R P） 2P+5(FeO)+4(CaO)=(4CaOP2O5)+5Fe,（4）底吹排渣工艺 排渣效果（裸露钢液面积）主要与渣层厚度、渣粘度和底吹氩能力等有关。在底吹氩排渣过程中，随着底吹氩气流量增大，排渣面积增大，但当底吹氩气流量达到一定值后，进一步增大底吹氩气流量，其排渣效果变化不大。应选择较佳的底吹氩排渣流量，防止钢水散热过多和减少氩气消耗量。,（5）浸罩底吹搅拌工艺 钢包中浸罩后底吹搅拌效果与普通钢包底吹氩有较大不同，其主要原因是由于浸罩浸入钢水中后使底吹搅拌的钢水
26、钢水循环流态受到影响。一般钢包底吹氩熔池搅拌公式为： E =28.5QTlg(1+H/1.48)/W 式中： E比搅拌能W/t Q气体流量m3/min T钢液温度K（） W钢水重量t H钢水高度m 熔池均匀混合时间为： =800 E-0.4 而在有浸罩的条件下，底吹熔池均匀混合的时间，不仅与底吹气体流量有关，而且与浸罩侵入钢水中深度有关，减少浸罩浸入深度与提高底吹氩气流量，均可加快熔池混合速度。,（6）CAS成份微调工艺 CAS微调成份时可根据调整量设定给料量，实行自动称量，自动给料，实现成份准确要求。 CAS处理，要求浸罩内无渣或少渣，其合金收得率才比较高。影响合金收得率的因素主要有钢水中溶
27、解氧含量，钢渣氧化性和渣层厚度、浸罩内残留渣量和底吹搅拌强度。底吹搅拌均匀混合时间应控制在3min以上。 （7）CAS钢水净化操作 在10min 以内，随着CAS处理延长时间，钢水中总氧含量迅速下降。因此，要求对于CAS精炼处理，在合金化后，应当保持在浸罩条件下底吹氩气搅拌时间和提罩后底吹弱搅拌一定时间，以便确保钢水中夹杂物去除。,CAS处理时间对总氧含量的影响,4、CAS工艺流程操作,工艺 时间(min) 要求 （） 进站 0.5 定位、接底吹氩接头 （） 底吹搅拌 12 先0.40.8Mpa压力吹通底吹透气砖， 再调到0.3-0.8Mpa压力，流量8-10m3/h； （）取样、测温（定氧）
28、 1 取样、测温要求：达到钢液面300mm以下； 分析结果 3 （）测钢液面高度(与等结果同时) （）底吹排渣 (与等结果同时) 将底吹氩流量开到将渣层排到可浸罩的程度； 然后降罩 根据排渣效果降罩，浸罩深度控制在：钢液面 下100-150mm；,工艺 时间(min) 要求 （6）加合金 加料 12 底吹压力35kg/cm2 搅拌 2 底吹流量：15-25m3/h； （7）提罩弱搅拌 1 底吹压力2-4kg/cm2， 弱搅拌10m3/h（以不露钢 水为宜）； （8）测温取样 1 要求同前； （9）喂硅钙线（或铝线）2 喂线量视钢中硅含量和钢 种要求而定，同时底吹氩 ，弱搅拌压力2-4kg/cm
29、2； （10）钢包吊出 1 控制目标成分、温度。 共计1015min 备注： 强搅拌流量：250L/min=15 m3/h 弱搅拌流量：160L/min10 m3/h。 （单位换算：MPa、kg/cm2 与L/min、 m3/h ；烟罩打压）,5、CAS用原料,(1)铁合金及包芯线 铁合金的作用在出钢过程中可脱除钢水中的部分氧，同时满足或调整钢种对化学成分的要求。 可以根据钢种、出钢量及合金成份等来计算合适的合金加入量。 常用的铁合金化学成分见下表：,中碳锰铁,硅铁,Si-Ca包芯线,Si-Ca-Ba包芯线,Al线,（2）调温废钢 要求干燥、清洁，不得混有泥沙、油类和大量氧化铁，不能有密闭容器
30、和夹有铅、锌、锡等有色金属。 块度要求：直径40mm；单重3Kg/块；长度400mm 调温废钢冷却效应：17/t(80T钢水) （3）增碳剂 袋装20Kg/包，要求固定碳含量95%，0.5%,H2O0.5% 粒度3-8mm。 （4）常用气体 氮气、氩气等为冶金用惰性气体。主要用于二次钢水的保护与隔离，以及对钢水精炼时的搅拌、吸气、去杂质等。对人体的危害表现为窒息性伤害，浓度达到25g/m3时有危险。 要求：干燥、干净、无杂质、水分1%、纯度99.99%、 氧气6PPm、氮气20PPm、氧气氮气20PPm,掌握的知识点：,1、精炼用主要耐火材料和辅助材料的规格、名称、性能及主要化学成份。 2、精
31、炼用能源介质的要求、功能特点。 3、喂线机的组成、结构及工艺参数要求。 4、CAS工艺的基本原理及装置结构。 5、CAS工艺主要功能有哪些？ 6、CAS处理应达到哪些基本要求？ 7、熟悉CAS工艺流程操作要求。,掌握的技能点： 1、正确使用CAS设备进行操作。 2、掌握CAS工艺流程及操作标准。 3、正确操作喂线机，掌握喂线工艺参数值的设定、计数。 4、掌握钢包吹氩的要求，熟悉氮、氩气管道开关、走向，掌握调整氩气压力、流量的基本技能。 5、掌握所用合金、材料的微调计算方法。 试计算钢水成份C、Si、Mn增加0.02%，须加多少量？ （已知：钢水量为100t，增碳剂C含量95%，收得率98%；中
32、碳锰铁Mn含量80%，收得率85%；硅铁Si量75%，收得率80%）,四、CAS系统设备,1、喂丝机 1.1主要技术性能 WX-4BF变频喂线机采用无机调速、电机直接驱动、电子记数、数码显示，具有速度长度设定装置；机电分离，手动、气动互补的压紧机构。可以实现双流以不同速度、不同长度、不同时间、喂不同品种的线；亦可任意选取一流单喂。具有功能全、记数准、体积小、传动稳、运行安全可靠等优点。主要技术参数如下 :,1.2主要结构及工作原理 该设备主要由主机，配电操作柜、放线架等部分组成。其中主机部分主要由主传动、压下装置、行走装置、气路系统、导线管升降五大部分组成。,图中： 1、行走装置（现场已废除）
33、 2、 压下装置 3、电机及主传动 4、射线管及升降装置,2、吹氩系统 精炼站的吹氩系统总共由两种吹氩方式，一种是底吹氩，一种是顶吹氩。正常情况下采用底吹氩，当底吹氩效果不能满足工艺要求时可采用顶吹氩系统。 精炼站氩气起源有两路，一路是由氩气阀门室内出来的由计算机控制流量，另一路是从氩气总管直接来的由手动调节流量。两路氩气通过同一个气包，在气包上还接由一路氮气，在同一时刻只使用一路起源。 从气包出去由三路可以对钢水进行吹氩。 一路是顶吹氩，顶吹氩使用顶吹氩枪，通过卷扬控制顶吹氩枪的升降。 一路是临时吹氩，当全程吹氩故障时可采用临时吹氩管吹氩。 一路是全程吹氩，该路氩气从气包出来通过管道、旋转接
34、头进入全程吹氩卷筒。,40米的高压胶管接在吹氩卷筒上并绕在上面。高压胶管的另一端接在钢水车的氩气管道上，钢水车的氩气管道的另一端接在一根1.6米长的金属软管上，该软管上由快速接头可以快速与钢水车相联结。 计算机控制的氩气从总管进入阀门室后经过截止阀、调节阀、快切阀，针阀到气包。 在阀门室内与计算控制并有一路旁通吹氩，该路起源装有快切阀，为点动控制，作用是当渣厚吹氩效果不好时，可打开旁通，短时间内增大氩气流量。 各主要配件参数： 转子流量计：输出电流：420mA DC 电源：24V DC 压力变送器：输出电流：420mA DC 电源：24V DC 气动薄膜调节阀：输入信号：420mA DC 快切
35、阀：电源：24V DC 管道：无缝钢管DN25,3、浸罩系统 CAS浸罩系统由浸罩、支架、钢绳、卷筒、电机、减速机组成。 （参数省） 4、加料系统 （1）料仓 （2）振动给料器 在料仓下方是振动给料器，其作用是通过振动将料从料仓中振下，并通过自身到称量斗中。,（3）称量斗 在振动给料器下是称量斗，称量斗架在三个重量传感器上，其重量通过传感器将信号传递给主控室内的称重变送器内，并将毫伏型号转化为毫安信号传递给PLC，通过PLC控制振动给料器停止，并将重量显示在WINCC画面上。 （4）扇型阀 在称量斗下方是电液动扇形闸门，当打开扇形阀时，料下在运行中的皮带上。 （5）皮带 扇形阀下是皮带，将物料
36、运送到下料斗中。 （6）三通阀 其作用是在正常状态下三通阀的翻板在退料管侧，此时下料管打开，料经下料管从浸罩的下料口下到钢包中。若下错料了则可将三通阀的翻板打至下料管侧，此时退料管打开，料直接下在作业平台上。,5、废钢加入系统 废钢加入系统由废钢斗、电液动扇形阀门、下料管组成。由臂型吊将废钢吊到废钢斗内，然后将电液动扇形阀门打开，废钢沿着下料管加入钢包中。 下料管由钢板焊成，为了节省臂型吊运行的时间，在1、2废钢斗旁增设了一个废钢贮存斗。 电液动扇形阀门型号：DSZ-40A-11 下料管规格：42610,6、 壁形吊 6.1基本结构（参数省） 臂型吊由大车、小车和卷扬组成。大车为臂型吊的基本架
37、构并为小车提供运行的平台。大车上装有电器控制设备，水平轮、和大车走行设备。小车上装有小车走行设备和卷扬升降设备。 小车由小车行走和卷扬组成。小车行走由主动轮、从动轮、车轮连轴器、电机、减速机、制动系统组成。 6.2电气控制系统 电气控制系统分为直流控制系统和交流控制系统。操作分为手动操作和遥控操作两种方式。 直流控制系统为磁盘提供直流电源。基本原理：主电路采用由电网直接输入三相交流电源，经半波整流器整流，通过由两只直流接触器组成的可逆回路，向电磁铁提供正向励磁或反向消磁电流。 交流控制系统主要控制大车走行、小车走行、卷扬升降的电机运行。卷扬升降相互连锁，并由上极限控制上升的最高高度。小车走行东
38、、西方向相互连锁、并由东、西极限限制小车走行的区间。大车南、北走行相互连锁，并由南、北极限控制大车走行的区间。,五、LF炉工艺,1、LF钢包精炼炉 LF（Landle Furnace）钢包精炼炉是日本大同特殊钢公司于1971年开发的，具有在非氧化性气氛下，通过电弧加热、造高碱度还原渣，进行钢液的脱氧、脱硫、合金化等冶金反应，以精炼钢水。旨在取代电弧炉的还原精炼期，以减轻电弧炉的精炼负担，从而大大提高电弧炉的生产率。,1、 LF炉基本原理 LF炉由钢包、炉盖、电极和电极加热系统组成，通过安装在钢包底部的透气砖吹入氩气对钢水进行搅拌，以加速渣-钢之间的反应。炉盖的作用是封闭精炼室以保持室 内的还原
39、气氛。 LF炉是以交流或直流电通过石墨电极与钢包面的钢渣之间产生的高温电弧，作为热源来加热钢水。电弧在物理学上其本质是一种气体放电现象，电弧温度可高达6000以上。,2 、 LF炉主要功能： （1）常压下电弧加热升温、测温取样，最终温度控制准确； （2）底吹氩搅拌使钢液温度、成份均匀，且氩气搅拌加速钢渣物质传递，有利于钢液脱氧、脱硫及去除非金属夹杂； （3）合金微调，使成份控制准确，且提高合金元素收得率； （4）喂线：配合喂丝机，使得钢液脱硫、脱氧，改变夹杂物形 态和分布，同时具有合金收得率高，钢液温降小，环境污染小。 （5）排烟除尘：配合排烟除尘系统，可以有效地控制烟气排出，使烟尘排放量达到
40、环保要求。 （6）缓冲：作为LD与CC设备中间环节，对于调节冶炼与连铸 节奏，实现多炉连铸等方面起着很重要的作用。,3 、钢水成分 3.1 合金化 LF炉内为非氧化性气氛，合金收得率较高且稳定。 合金加入量计算公式：,Q=,钢水量,3.2 钢中其它元素的变化 (1)与氧亲和力大的元素（Al、Si等）因吹氩等因素使液面裸露在空气中，这些元素会发生少量烧损。 (2)钢中气体量 一方面，电弧电离空气会使钢水增氢、氮、氧，另一方面吹氩搅拌会去除一部分气体，一般在常压下钢水气体含量略有增加。,(3)电极增碳 电极消耗分侧面消耗和端面消耗，侧面消耗是由于碳在高温下氧化，端面消耗大部分是碳在电弧高温下升华，
41、端面消耗另一部分是碳原子随电弧进入钢水中造成钢水增碳，但增碳量很小。正常加热时，增碳量10ppm/min（2.5 ppm/min）。 (4)钢中P、S的变化 脱硫、磷的化学反应式： FeS+（CaO）（CaS）+（FeO） （吸热反应） 2P+8（FeO） = （3FeOP2O5）+5Fe （放热反应） 可看出：脱硫反应的有利条件是高温、低氧化铁；脱磷反应用利条件是适当低的温度、高碱度、高氧化铁。 LF炉内非氧化性气氛，碱性还原渣，有利于脱硫，但可能产生回磷现象。,4、LF炉主要性能参数（省） 5、 LF炉作业流程（周期min） 工 艺 作 业 时 间 （1）LD出完钢，吊钢包进 LF 钢包车
42、，接通Ar气。 2min （2）钢包车运行至加热工位， 炉盖下降到位。 1.5min （3）送电加热，加头批渣料的1/22/3 79 min （4）停电、测温取样。 1 min （5）送电、分批补加渣料，用造渣脱氧剂 造还原渣，以确保内埋弧渣良好， 渣中（FeO+MnO1%）。 810 min,工 艺 作 业 时 间 （6）渣白、停电、测温取样。 1 min （7）根据钢水温度，调整电压、电流， 保持白渣（保温等样）。 38 min （8）微调成份，停电提升电极、炉盖、测温取样。 3 min （9）喂Si-Ca线100200m，并软氩。 3 min （10）撒Ar加保温剂，开到吊包工位。 1.
43、5 min 共计： 3238min 备注：强搅拌流量：250L/min=15 m3/h， 正常吹氩流量：100L/min=6 m3/h 弱搅拌流量：40L/min。,6、电弧加热工艺 A、供电制度的选择 精炼初期，为使加入的渣料或合金尽快熔化，应采用比较高的电弧电压，即长弧化渣；精炼中后期，电弧稳定，为达到快速升温目的，采用较大的电弧电流进行加热，即短弧加热。 B、加热升温速度 加热升温速度与钢种、钢水量、渣量等因素有关，同时加热时间越长升温速度越快。,7、造渣工艺 各钢厂根据自身工艺特点，造渣制度不同，大体分两类，一类造碱性白渣，另一类造泡沫渣。 碱性白渣具有电炉还原期的精炼功能：脱硫、脱氧
44、、去除夹杂。 （1）造普通精炼渣 LF炉精炼用渣料为石灰和萤石，或加入合成渣，要求渣中（FeO+MnO）12%，碱度不低于2.5。 （2）造泡沫渣：加入起泡效果好的渣料，要求熔渣碱度低。 8、LF炉用材料（省）,知识点： 1、LF炉精炼的基本原理及主要功能？ 2、熟悉LF炉主要工艺参数及性能有哪些？ 3、熟悉LF炉精炼工艺流程（作业周期）操作要求。 技能点： 1、正确操作LF炉设备。 2、掌握LF炉工艺流程及操作标准。 3、熟练掌握LF炉埋弧加热及造渣工艺要求。,六、LF炉系统设备,整个系统组成如下：钢包车、钢包、短网、电极升降装置、加热桥架及炉盖提升装置、炉盖、冷却水系统、液压系统、氩气系统
45、、合金加料系统、电气控制系统。 1、钢包车 有钢包车2台，互为备用，采用变频控制 。 2、短网 短网是大电流线路部分的重要组成部分，将变压器出线端子与水冷电缆相连接，是实现三相平衡的重要因素，整个短网由补偿器、导电铜管、大截面水冷电缆以及各种绝缘件以及支承件组成，其中，补偿器采用编织铜绞线。联结板一端与变压器出线端子相连，另一端与编织线相连，同时另一块联结板的一端与编织线联结，另一端与导电铜管相连。采用冷挤压将编织线与联结板压接成形。,3、电极升降装置 电极升降装置的功能主要是携带电极上、下运动，并起弧，使钢液升温，主要由升降立柱，升降油缸，导向装置，导电横臂、导电夹头组成。 4、加热桥架及炉
46、盖提升 加热桥架主要由平台、立柱等组成，炉盖提升主要由炉盖提升油缸，板式起重链等组成，桥架主要用于安装提升油缸及链轮，同时平台也可作检修平台。,5、炉盖 炉盖采用管式水冷结构。包盖上部为耐火材料打结层（小炉盖）小炉盖上有3各均匀分布的445的电极插入孔，用于电极的升降。在东面有490458的炉门。操作工可以在操作平台上通过该门进行测温、取样、加料等操作，炉盖理论提升高度400mm。在西北方有915485的除尘烟道。水冷炉盖内壁每隔160mm焊有挂渣钉，并预打结厚为60mm的耐火材料。在炉盖顶的东北方有下料孔，有下料管与之相连，用于向钢包中添加材料。,6、冷却水系统 LF炉设备从总管进水后分为三
47、路，分别为：变压器进水、包盖进水、设备进水。 变压器进水： 总进水经闸阀（DN80）后流入高位水箱中。在高位水箱中由液位监测装置，用于测量高位水箱中的水位。当水位过高或过低时，PLC会对水位进行报警。水从高位水箱经闸阀（DN80）后进入三台油水冷却器中。这三台油水冷却器的作用时对变压器内的油进行循环冷却。三台油水冷却器必须有一台运行高压才能合闸。水经油水冷却器后进入回水管。,包盖进水： 总进水经闸阀（DN150）后经电磁流量计（用于测量包盖总进水流量）、压力变送器（用于测量包盖总进水压力）、测温计（用于测量包盖总进水温度）监测后，经金属软管进入炉盖。金属软管与水分配器相连。炉盖进水经水分配器后被分为7路。水从炉盖出来后与7根金属软管相连，金属软管在与无缝钢管相连，从无缝钢管流入回水集合器中，在从回水管中流走。在7路回水管中都有测温计用于监测回水温度。 设备进水： 总进水经闸阀（DN125）后，经电磁流量计（用于测量设备总进水流量）、压力变送器（用于测量设备总进水压力）、测温计（用于测量设备总进水温度）监测后分别为如下设备提供冷却水：短网铜管1、2、3；水冷电缆1、2、3、横臂1、2、3；导电夹头1、2、3。各路进水经过各自的使用设备后从回水管流入设备回水箱后，被回水泵从回水管中抽走。,7、液压系统 在油箱的顶部装有一个压力变送器（为数字表盘显示）油箱底部有两个内螺