常用冶煉方法
1、轉(zhuǎn)爐煉鋼:
一種不需外加熱源、主要以液態(tài)生鐵為原料的煉鋼方法。其主要特點是靠轉(zhuǎn)爐內(nèi)液態(tài)生鐵的物理熱和生鐵內(nèi)各組分,如碳、錳、硅、磷等與送入爐內(nèi)的氧氣進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的熱量作冶煉熱源來煉鋼。爐料除鐵水外,還有造渣料(石灰、石英、螢石等);為了調(diào)整溫度,還可加入廢鋼以及少量的冷生鐵和礦石等。轉(zhuǎn)爐按爐襯耐火材料性質(zhì)分為堿性(用鎂砂或白云為內(nèi)襯)和酸性(用硅質(zhì)材料為內(nèi)襯);按氣體吹入爐內(nèi)的部分分為底吹頂吹和側(cè)吹;按所采用的氣體分為空氣轉(zhuǎn)爐和氧氣轉(zhuǎn)爐。酸性轉(zhuǎn)爐不能去除生鐵中的硫和磷,須用優(yōu)質(zhì)生鐵,因而應(yīng)用范圍受到限制。堿性轉(zhuǎn)爐適于用高磷生鐵煉鋼,曾在西歐獲得較大發(fā)展?諝獯禑挼霓D(zhuǎn)爐鋼,因其含氮量高,且所用的原料有局限性,又不能多配廢鋼,未在世界范圍內(nèi)得到推廣。1952年氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐問世,現(xiàn)已成為世界上的主要煉鋼方法。在氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼法的基礎(chǔ)上,為吹煉高磷生鐵,又出現(xiàn)了噴吹石灰粉的氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼法。隨氧氣底吹的風(fēng)嘴技術(shù)的發(fā)展成功,1967年德國和法國分別建成氧氣底吹轉(zhuǎn)爐。1971年美國引進(jìn)此項技術(shù)后又發(fā)展了底吹氧氣噴石灰粉轉(zhuǎn)爐,用于吹煉含磷生鐵。1975年法國和盧森堡又開發(fā)成功頂?shù)讖?fù)合吹煉的轉(zhuǎn)爐煉鋼法。
2、氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼:
用純氧從轉(zhuǎn)爐頂部吹煉鐵水成鋼的轉(zhuǎn)爐煉鋼方法,或稱LD法;在美國通常稱BOF法,也稱BOP法。它是現(xiàn)代煉鋼的主要方法。爐子是一個直立的坩堝狀容器,用直立的水冷氧槍從頂部插入爐內(nèi)供氧。爐身可傾動。爐料通常為鐵水、廢鋼和造渣材料;也可加入少量冷生鐵和鐵礦石。通過氧槍從熔池上面向下吹入高壓的純氧(含O299.5%以上),氧化去除鐵水中的硅、錳、碳和磷等元素,并通過造渣進(jìn)行脫磷和脫硫。各種元素氧化所產(chǎn)生的熱量,加熱了熔池的液態(tài)金屬,使鋼水達(dá)到現(xiàn)定的化學(xué)成分和溫度。它主要用于冶煉非合金鋼和低合金鋼;但通過精煉手段,也可用于冶煉不銹鋼等合金鋼。
3、氧氣底吹轉(zhuǎn)爐煉鋼:
通過轉(zhuǎn)爐底部的氧氣噴嘴把氧氣吹入爐內(nèi)熔池,使鐵水冶煉成鋼的轉(zhuǎn)爐煉鋼方法。其特點是;爐子的高度與直徑比較;爐底較平并能快速拆卸和更換;用風(fēng)嘴、分配器系統(tǒng)和爐身上的供氧系統(tǒng)代替氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐的氧槍系統(tǒng)。由于吹煉平穩(wěn)、噴濺少、煙塵量少、渣中氧化鐵含量低,因此氧氣底吹轉(zhuǎn)爐的金屬收得率比氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐的高1%~2%;采用粉狀造渣料,由于顆粒細(xì)、比表面大,增大了反應(yīng)界面,因此成渣快,有利于脫硫和脫磷。此法特別適用于吹煉中磷生鐵,因此在西歐用得最廣。
4、連續(xù)煉鋼:
不分爐次地將原料(鐵水、廢鋼)從爐子一端不斷地加入,將成品(鋼水)從爐子的另一端不斷地流出的煉鋼方法。連續(xù)煉鋼工藝的設(shè)想早在19世紀(jì)就已出現(xiàn)。由于這種工藝具有設(shè)備小、工藝過程簡單而且穩(wěn)定等潛在優(yōu)越性,幾十年來許多國家都作了各種各樣方法的大量試驗,其中主要有槽式法、噴霧法和泡沫法三類,但迄今為止都尚未投入工業(yè)化生產(chǎn)。
5、混合煉鋼:
用一個爐子煉鋼、另一個電爐煉還原渣或還原渣與合金,然后在一定的高度下進(jìn)行沖混的煉鋼方法。用此法處理平爐、轉(zhuǎn)爐及電爐所煉鋼水,可提高鋼的質(zhì)量。沖混可增加渣、鋼間的接觸面積,加速化學(xué)反應(yīng)以及脫氧、脫硫,并有吸附和聚合氣體及夾雜物的作用,從而提高鋼的純結(jié)度和質(zhì)量。
6、復(fù)合吹煉轉(zhuǎn)爐煉鋼:
在頂吹和底吹氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼法的基礎(chǔ)上,綜合兩者的優(yōu)點并克服兩者的缺點而發(fā)展起來的新煉鋼方法,即在原有頂吹轉(zhuǎn)爐底部吹入不同氣體,以改善熔池攪拌。目前,世界上大多數(shù)國家用這種煉鋼法,并發(fā)展了多種類型的復(fù)吹轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù),常見的如英國鋼公司開發(fā)的以空氣+N2或Ar2作底吹氣體、以N2作冷卻氣體的熔池攪拌復(fù)吹轉(zhuǎn)爐煉鋼法——BSC——BAP法,德國克勒克納——馬克斯冶金廠開發(fā)的用天然保護(hù)底槍、從底部向熔池分別噴入煤和氧的KMS法、日本川崎鋼鐵公司開發(fā)的將占總氧量30%的氧氣混合石灰粉一道從爐底吹入熔池的K——BOP法以及新日本鋼鐵公司開發(fā)的將占總氧量10%——20%的氧氣從底部吹入,并用丙烷或天然氣冷卻爐底噴嘴的LD——OB法等。
7、頂吹氧氣平爐煉鋼:
從50年代中期開始,在平爐生產(chǎn)中采用1~5支水冷氧槍由爐頂插入熔煉室,直接向熔池吹氧的煉鋼方法。該法改善了熔池反應(yīng)的動力學(xué)條件,使碳氧反應(yīng)的熱效應(yīng)由原來的吸熱變?yōu)榉艧,并改善了熱工條件;生產(chǎn)率大幅度地得到提高。
8、電弧爐煉鋼:
利用電弧熱效應(yīng)熔煉金屬和其他物料的一種煉鋼方法。煉鋼用三相交流電弧爐是最常見的直接加熱電弧爐。煉鋼過程中,由于爐內(nèi)無可燃?xì)怏w,可根據(jù)工藝要求,形成氧化性或還原性氣氛和條件,故可以用于冶煉優(yōu)質(zhì)非合金鋼和合金鋼。按電爐每噸爐容量的大小,可將電弧爐分為普通功率電弧爐、高功率電弧爐和超高功率電弧爐。電弧爐煉鋼向高功率、超高功率發(fā)展的目的是為了縮短冶煉時間、降低電耗、提高生產(chǎn)率、降低成本。隨著高功率和超高功率電爐的出現(xiàn),電弧爐已成為熔化器,一切精煉工藝都在精煉裝置內(nèi)進(jìn)行。近十年來直流電弧爐由于電極消耗低、電壓波動小和噪音小而得到迅速發(fā)展,可用于冶煉優(yōu)質(zhì)鋼和鐵合金。
9、STB法:
原文為SumitomoTopandBottomblowingprocess,由日本住友金屬公司開發(fā)的頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐煉鋼法。該法綜合了氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼法和氧氣底吹轉(zhuǎn)爐煉鋼法兩者的優(yōu)點。用于吹煉低碳鋼,脫磷效果好且成本下降顯著。所用的底吹氣體為O2、CO2、N2等。在STB法基礎(chǔ)上又開發(fā)了從頂部噴吹粉末的STB—P法,進(jìn)一步改善了高碳鋼的脫磷條件,并用于精煉不銹鋼。
10、RH法:
又稱循環(huán)法真空處理。由德國Ruhrstahl/Heraeus二公司共同開發(fā)。真空室下方裝有兩個導(dǎo)管,插入鋼水,抽真空后鋼水上升至一定高度,再在上升管吹入惰性氣體Ar、Ar上升帶動鋼液進(jìn)入真空室接受真空處理,隨后經(jīng)另一導(dǎo)管流回鋼包。真空室上裝有加合金的加料系統(tǒng)。此法已成為大容量鋼包(>80t)的鋼水主要真空處理方法。
11、RH—OB:
RH吹氧法。是在真空循環(huán)脫氣(RH)法中加上吹氧操作(OxygenBlowing)來升溫。用于精煉不銹鋼,是利用減壓下可優(yōu)先進(jìn)行脫碳反應(yīng);用于精煉普通鋼則可減輕轉(zhuǎn)爐負(fù)荷。也可采用加鋁升溫。
12、OBM—S法:
原文為OxygenBottomMaxhutte—Scarp,由德國Maxhutte-Klockner廠發(fā)明的以天然氣或丙烷作底吹氧槍冷卻介質(zhì)的氧氣底吹轉(zhuǎn)爐煉鋼法。OBM—S是在OBM氧氣底吹轉(zhuǎn)爐的爐帽上安裝側(cè)吹氧槍,底部氧槍吹煤氣、天然氣預(yù)熱廢鋼,從而達(dá)到增加廢鋼比的目的。
13、NK—CB法:
原文為NKKCombinedBlowingSystem,由日本鋼管公司于1973年建立的頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐煉鋼法,即在頂吹的同時,從爐底吹入少量氣體(Ar,CO2,N2),以加強(qiáng)鋼渣的攪拌,并控制鋼水中的CO分壓。該法采用多孔磚噴嘴,用于煉低碳鋼可降低成本;用于煉高碳鋼則有利于脫磷。該法應(yīng)與鐵水預(yù)處理工藝結(jié)合起來
14、MVOD:
在VAD法的設(shè)備上增設(shè)水冷氧槍,使之在真空下可吹氧脫碳的方法,由于真空下脫碳為放熱反應(yīng),可省去VAD法的真空加熱措施。操作過程與VOD法相同。
15、LF法:
原文為LadleFurnace,是1971年日本特殊鋼公司(大同鋼特殊鋼公司)開發(fā)的鋼包爐精煉法。其設(shè)備和工藝由氬氣攪拌、埋弧加熱和合金加料系統(tǒng)組合而成。這種工藝的優(yōu)點是:能精確地控制鋼水化學(xué)成分和溫度;降低夾雜物含量;合金元素收得率高。LF爐已成為煉鋼爐與連鑄機(jī)之間不可缺少的一種爐外精煉設(shè)備。
16、LD煉鋼法:
1952年奧鋼聯(lián)林茨(Linz)廠與奧地利阿爾卑斯礦冶公司多納維茨(Donawitz)廠最早在工業(yè)上開發(fā)成功的氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼法,并以該兩廠的第一個字母而命名。該法問世后在全世界范圍迅速得到推廣。美國稱此法為BOF或BOP法,即BasicOxygenFurnace或Process的簡稱。詳見氧氣頂吹,轉(zhuǎn)爐。
17、LD—OTB法:
原文為LD—OxgyenTopanBottomProcess,由日本神戶制鋼公司加古川廠開發(fā)的頂?shù)讖?fù)合吹煉轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝。其特點是使用了專門的底吹單環(huán)縫形噴嘴(SA噴嘴),因而底吹氣體能控制在很寬的范圍內(nèi)。底部吹入惰性氣體。
18、LD—HC法:
原文為LD—HainautSaubreCRM,系比利時開發(fā)的用于吹煉高磷鐵水的頂?shù)讖?fù)合吹煉轉(zhuǎn)爐煉鋼法,即LD+底吹氧,用碳?xì)浠衔锉Wo(hù)噴嘴。
19、LD-AC法:
原文為LD-Arbed-CentreNational,法國鋼鐵研究所開發(fā)的頂吹氧氣噴石灰粉煉鋼法,用于吹煉高磷鐵水。
20、KS法:
原文KlocknerSteelmaking,系采用100%固體料操作的底部噴煤粉氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝。底吹氧比率為60%~100%。
21、K—ES法:
將底吹氣體技術(shù)、二次燃燒技術(shù)和噴煤粉技術(shù)結(jié)合起來的電弧爐煉鋼法,它是由日本東京煉鋼公司和德國Kiokner公司共同開發(fā)的技術(shù),可以以煤代電。
22、FINKL—VAD法:
電弧加熱鋼包脫氣法或稱真空電弧脫氣法。其特點是在真空室的蓋上增設(shè)有電弧加熱裝置,并在真空下用氬氣攪拌。該法的脫氣效果穩(wěn)定,而且能脫硫、脫碳和加入大量合金。設(shè)備主要由真空室、電弧加熱系統(tǒng)、合金加料裝置、抽真空系統(tǒng)及液壓系統(tǒng)組成。
23、DH法:
德國DortmundHorder聯(lián)合冶金公司開發(fā)的一種真空處理裝置。內(nèi)襯耐火材料的真空室,下部裝上有耐火襯的導(dǎo)管插入鋼包,真空室或鋼包周期性地放下與提升,使一部分鋼水進(jìn)入真空室,處理后返回鋼包。上部有加合金料裝置和真空加熱保溫裝置。目前已不再建造這種設(shè)備。
24、CLU法:
一種不銹鋼的精煉方法。其原理與AOD法相同,物點是采用水蒸氣代替氬氣。該方法是法國Creusot-Loire公司和瑞典Uddeholm公司共同研制成功的,并于1973年正式投入生產(chǎn)。水蒸氣與鋼液接觸后分解為H2和O2;H2使CO分壓降低。同時,該分解反應(yīng)為吸熱反應(yīng),因而可抑制鋼液溫度上升。但鉻的氧化燒損比AOD法的嚴(yán)重。
25、CAS法:
原文為Compositionadjustmentbysealedargonbubbling,是在氬氣密封下進(jìn)行合金成分微調(diào)的爐外精煉方法。該法由鋼包底部吹氬,將渣排開后,下降浸漬罩,繼續(xù)吹氬,然后加合金微調(diào)成分。其優(yōu)點是可精確控制成分,且合金收得率高。
26、CAS—OB法:
原文為Compositonadjustmentbysealedargonbubblingwithoxygenblowing,是在CAS設(shè)備上增設(shè)吹氧槍的爐外精煉方法。降可微調(diào)合金成分外,它還可加鋁并吹氧升溫(化學(xué)熱法),升溫速度為5~13℃/分。這種方法可使鋼水溫度精確地控制在±3℃,從而有利于配合連鑄生產(chǎn)。
27、ASEA-SKF法:
瑞典開發(fā)的一種鋼包精煉法。它采用低頻電磁攪拌,在常壓下進(jìn)行電弧加熱,在鋼包中造渣精煉,在另一工位真空除氣,并設(shè)有氧槍,可在減壓下吹氧脫碳。為了提高精煉效果,它還可在鋼包底部通過多孔磚吹氬攪拌,并能加入合金調(diào)整鋼液成分。
28、AOD法:
氬氧脫碳法和簡稱,原文為Argon-OxygenDecarburisation,是冶煉低碳不銹鋼的主要精煉法。1964年由美國碳化物公司研制成功,1968年用于實際生產(chǎn)。其冶金原理是用Ar稀釋CO,使其分壓降低,達(dá)到真空的效果,從而使碳脫到很低的水平。AOD爐體和傳動裝置與轉(zhuǎn)爐相類似,風(fēng)眼安放在接近爐底的側(cè)壁上,向爐內(nèi)吹入的是Ar+O2混合氣體,原料為初煉爐熔化的鋼水。吹煉過程分為氧化期、還原期、精煉期。它已成為不銹鋼的主要生產(chǎn)工藝。
特殊冶金法
包括電渣重熔、真空冶金、等離子冶金、電子束熔煉、區(qū)域熔煉等多種煉鋼方法的總稱。某些高新技術(shù)或特殊用途要求特高純度的鋼,若用普通煉鋼方法加爐外精煉達(dá)不到要求時,則可采用特殊冶金方法煉制。
電渣重熔:將冶煉好的鋼鑄造或鍛壓成為電極,通過熔渣電阻熱進(jìn)行二次重熔的精煉工藝,也稱ESR。它的熱源來自熔渣電阻熱,重熔時自耗電極浸入熔渣中,電流通過電離后的熔渣,使熔渣升溫達(dá)到比被熔自耗電極熔點高得多的溫度。插入熔渣中的自耗電極端頭熔化后形成熔滴,并靠自重穿越渣池,得到渣洗精煉而后在減少空氣污染的情況下進(jìn)入金屬熔池。鋼錠與結(jié)晶器壁之間形成薄的渣皮,既減緩了徑向冷卻,也改善了成品鋼錠表面質(zhì)量,借助結(jié)晶器底部水冷,凝固成軸向結(jié)晶傾向和偏析少的重熔鋼錠,改善了熱加工塑性。
等離子冶金:以等離子流為熱源的冶金過程,即利用等離子槍將電能轉(zhuǎn)變?yōu)槎ㄏ虻入x子射流中的熱能。等離子射流具有電弧穩(wěn)定、熱量高度集中、可達(dá)到非常高的溫度等特點。有的等離子槍的工作溫度高達(dá)5000~20000℃。等離子槍可用惰性氣體(Ar)、還原性氣體(H2)等為介質(zhì),以達(dá)到不同的冶金目的。等離子爐可用于熔煉高熔點金屬和活潑金屬以及金屬或合金的提純。等離子體技術(shù)也已用于鋼鐵廠廢塵處理和鐵合金生產(chǎn)工藝。
噴射冶金:為加速液體金屬與物料的物理化學(xué)反應(yīng),用氣體噴射的方法把粉末物料送入液體金屬,完成冶金反應(yīng)的工藝,亦稱噴粉冶金。該工藝廣泛用于鐵水予處理和鋼包精煉,以達(dá)到脫硫、脫氧、成分微調(diào)、使夾雜物變性的目的。此工藝的反應(yīng)速度快,物料利用率高。
區(qū)域熔煉:1952年W.G.Pfann提出的一種利用液固相中雜質(zhì)元素溶解度不同的特點提煉金屬的工藝。其操作原理是:設(shè)一個均勻的固態(tài)金屬棒中有一小段金屬被熔化成液體,那么,若這一小段液態(tài)區(qū)域自左向右緩慢移動,則每移動一次,雜質(zhì)都會重新分布,其效果就相當(dāng)于把雜質(zhì)驅(qū)趕到右端。經(jīng)過多次這樣的重復(fù),左端金屬便可達(dá)到很高的純度。
真空冶金:在低于0.1MPa至超高真空條件下[133.3×(<760~10-12)Pa]進(jìn)行的冶金過程,包括金屬及合金的提煉、冶煉、重熔、精煉、成形和熱處理。目的主要在于:①減少金屬受氣相的污染;②降低溶解于金屬中的氣體或易揮發(fā)的雜質(zhì)含量;③促進(jìn)有氣態(tài)產(chǎn)物的化學(xué)反應(yīng);④避免由耐火材料容器帶來的污染。以適應(yīng)高性能金屬材料及新型金屬材料的需要。隨著生產(chǎn)電熱材料、電工合金、軟磁合金以及高溫鎳基合金等高性能和新型金屬材料的需要,發(fā)展了各種真空熔煉方法,主要有真空電阻熔煉、真空感應(yīng)熔煉、真空電弧重熔、電子束熔煉及電渣重熔等。
真空電弧熔煉:在真空(10-2~10-1Pa)下借助電弧供熱重熔金屬和合金的工藝,也稱VAR法。其過程是:以水冷銅坩堝為正極,被熔自耗電極接在經(jīng)滑動密封進(jìn)入爐體的假電極上為負(fù)極,輸入低壓直流電流在電極與坩堝底之間引弧,借助電弧供熱重熔金屬和合金。伴隨自耗電極的熔化,通過控制電極的下降速度,將自耗電極重熔為成分均勻、組織致密、純凈度高和偏析少的重熔鋼錠。它不僅用于重熔活性金屬和耐熱難熔金屬,而且也用于重熔使用要求較嚴(yán)格的高溫合金和特殊鋼。
真空電子束熔煉:在較高真空(133.3×10-4~133.3×10-8Pa)下用電子槍發(fā)射電子束,轟擊被熔煉物料(作為陽極),使之熔化并滴入水冷銅結(jié)晶器凝固成錠的熔煉方法。錠由機(jī)械裝置連續(xù)抽出。此法可以調(diào)節(jié)能量分布,控制熔化速度。電子束重熔材料的純凈度比其他真空熔煉法的更高。它適于熔煉鎢、鉬等金屬及其合金、高級合金鋼、高溫合金和超純金屬。
真空電阻熔煉:在真空下以電流通過導(dǎo)體所產(chǎn)生的熱為熱源的熔煉方法。一般采取間接加熱,由電熱體把熱能傳給爐中物料。根據(jù)需要,電阻爐內(nèi)的氣氛可以是惰性或保護(hù)性的。真空電阻爐可設(shè)計成熔煉爐或熱處理爐。
真空感應(yīng)熔煉:在真空下利用感應(yīng)電熱效應(yīng)熔煉金屬和合金的工藝。按爐料和容量選擇電源頻率。它有高頻(>104Hz)和中頻(50~104Hz)以及工頻(50或60Hz)兩類。感應(yīng)爐又分有芯(閉槽式)和無芯(坩堝式)兩大類。前者電熱效率高,功率因數(shù)高,但要有起熔體,熔煉溫度低,適用于單一品種的連續(xù)熔煉;后者熔煉溫度高,電熱效率低,適于特殊鋼和鎳基合金等的熔煉。真空感應(yīng)熔煉在高溫合金、高強(qiáng)度鋼和超高強(qiáng)度鋼等生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。
煉鋼工藝過程
造渣:調(diào)整鋼、鐵生產(chǎn)中熔渣成分、堿度和粘度及其反應(yīng)能力的操作。目的是通過渣——金屬反應(yīng)煉出具有所要求成分和溫度的金屬。例如氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐造渣和吹氧操作是為了生成有足夠流動性和堿度的熔渣,以便把硫、磷降到計劃鋼種的上限以下,并使吹氧時噴濺和溢渣的量減至最小。
出渣:電弧爐煉鋼時根據(jù)不同冶煉條件和目的在冶煉過程中所采取的放渣或扒渣操作。如用單渣法冶煉時,氧化末期須扒氧化渣;用雙渣法造還原渣時,原來的氧化渣必須徹底放出,以防回磷等。
熔池攪拌:向金屬熔池供應(yīng)能量,使金屬液和熔渣產(chǎn)生運動,以改善冶金反應(yīng)的動力學(xué)條件。熔池攪拌可藉助于氣體、機(jī)械、電磁感應(yīng)等方法來實現(xiàn)。
電爐底吹:通過置于爐底的噴嘴將N2、Ar、CO2、CO、CH4、O2等氣體根據(jù)工藝要求吹入爐內(nèi)熔池以達(dá)到加速熔化,促進(jìn)冶金反應(yīng)過程的目的。采用底吹工藝可縮短冶煉時間,降低電耗,改善脫磷、脫硫操作,提高鋼中殘錳量,提高金屬和合金收得率。并能使鋼水成分、溫度更均勻,從而改善鋼質(zhì)量,降低成本,提高生產(chǎn)率。
熔化期:煉鋼的熔化期主要是對平爐和電爐煉鋼而言。電弧爐煉鋼從通電開始到爐料全部熔清為止、平爐煉鋼從兌完鐵水到爐料全部化完為止都稱熔化期。熔化期的任務(wù)是盡快將爐料熔化及升溫,并造好熔化期的爐渣。
氧化期和脫炭期:普通功率電弧爐煉鋼的氧化期,通常指爐料溶清、取樣分析到扒完氧化渣這一工藝階段。也有認(rèn)為是從吹氧或加礦脫碳開始的。氧化期的主要任務(wù)是氧化鋼液中的碳、磷;去除氣體及夾雜物;使鋼液均勻加熱升溫。脫碳是氧化期的一項重要操作工藝。為了保證鋼的純凈度,要求脫碳量大于0.2%左右。隨著爐外精煉技術(shù)的發(fā)展,電弧爐的氧化精煉大多移到鋼包或精煉爐中進(jìn)行。
精煉期:煉鋼過程通過造渣和其他方法把對鋼的質(zhì)量有害的一些元素和化合物,經(jīng)化學(xué)反應(yīng)選入氣相或排、浮入渣中,使之從鋼液中排除的工藝操作期。
還原期:普通功率電弧爐煉鋼操作中,通常把氧化末期扒渣完畢到出鋼這段時間稱為還原期。其主要任務(wù)是造還原渣進(jìn)行擴(kuò)散、脫氧、脫硫、控制化學(xué)成分和調(diào)整溫度。目前高功率和超功率電弧爐煉鋼操作已取消還原期。
爐外精煉:將煉鋼爐(轉(zhuǎn)爐、電爐等)中初煉過的鋼液移到另一個容器中進(jìn)行精煉的煉鋼過程,也叫二次冶金。煉鋼過程因此分為初煉和精煉兩步進(jìn)行。初煉:爐料在氧化性氣氛的爐內(nèi)進(jìn)行熔化、脫磷、脫碳和主合金化。精煉:將初煉的鋼液在真空、惰性氣體或還原性氣氛的容器中進(jìn)行脫氣、脫氧、脫硫,去除夾雜物和進(jìn)行成分微調(diào)等。將煉鋼分兩步進(jìn)行的好處是:可提高鋼的質(zhì)量,縮短冶煉時間,簡化工藝過程并降低生產(chǎn)成本。爐外精煉的種類很多,大致可分為常壓下爐外精煉和真空下爐外精煉兩類。按處理方式的不同,又可分為鋼包處理型爐外精煉及鋼包精煉型爐外精煉等。
鋼液攪拌:爐外精煉過程中對鋼液進(jìn)行的攪拌。它使鋼液成分和溫度均勻化,并能促進(jìn)冶金反應(yīng)。多數(shù)冶金反應(yīng)過程是相界面反應(yīng),反應(yīng)物和生成物的擴(kuò)散速度是這些反應(yīng)的限制性環(huán)節(jié)。鋼液在靜止?fàn)顟B(tài)下,其冶金反應(yīng)速度很慢,如電爐中靜止的鋼液脫硫需30~60分鐘;而在爐精煉中采取攪拌鋼液的辦法脫硫只需3~5分鐘。鋼液在靜止?fàn)顟B(tài)下,夾雜物靠上浮除去,排除速度較慢;攪拌鋼液時,夾雜物的除去速度按指數(shù)規(guī)律遞增,并與攪拌強(qiáng)度、類型和夾雜物的特性、濃度有關(guān)。
鋼包喂絲:通過喂絲機(jī)向鋼包內(nèi)喂入用鐵皮包裹的脫氧、脫硫及微調(diào)成分的粉劑,如Ca-Si粉、或直接喂入鋁線、碳線等對鋼水進(jìn)行深脫硫、鈣處理以及微調(diào)鋼中碳和鋁等成分的方法。它還具有清潔鋼水、改善非金屬夾雜物形態(tài)的功能。
鋼包處理:鋼包處理型爐外精煉的簡稱。其特點是精煉時間短(約10~30分鐘),精煉任務(wù)單一,沒有補(bǔ)償鋼水溫度降低的加熱裝置,工藝操作簡單,設(shè)備投資少。它有鋼水脫氣、脫硫、成分控制和改變夾雜物形態(tài)等裝置。如真空循環(huán)脫氣法(RH、DH),鋼包真空吹氬法(Gazid),鋼包噴粉處理法(IJ、TN、SL)等均屬此類。
鋼包精煉:鋼包精煉型爐外精煉的簡稱。其特點是比鋼包處理的精煉時間長(約60~180分鐘),具有多種精煉功能,有補(bǔ)償鋼水溫度降低的加熱裝置,適于各類高合金鋼和特殊性能鋼種(如超純鋼種)的精煉。真空吹氧脫碳法(VOD)、真空電弧加熱脫氣法(VAD)、鋼包精煉法(ASEA-SKF)、封閉式吹氬成分微調(diào)法(CAS)等,均屬此類;與此類似的還有氬氧脫碳法(AOD)。
惰性氣體處理:向鋼液中吹入惰性氣體,這種氣體本身不參與冶金反應(yīng),但從鋼水中上升的每個小氣泡都相當(dāng)于一個“小真空室”(氣泡中H2、N2、CO的分壓接近于零),具有“氣洗”作用。爐外精煉法生產(chǎn)不銹鋼的原理,就是應(yīng)用不同的CO分壓下碳鉻和溫度之間的平衡關(guān)系。用惰性氣體加氧進(jìn)行精煉脫碳,可以降低碳氧反應(yīng)中CO分壓,在較低溫度的條件下,碳含量降低而鉻不被氧化。
預(yù)合金化:向鋼液加入一種或幾種合金元素,使其達(dá)到成品鋼成分規(guī)格要求的操作過程稱為合金化。多數(shù)情況下脫氧和合金化是同時進(jìn)行的,加入鋼中的脫氧劑一部分消耗于鋼的脫氧,轉(zhuǎn)化為脫氧產(chǎn)物排出;另一部則為鋼水所吸收,起合金化作用。在脫氧操作未全部完成前,與脫氧劑同時加入的合金被鋼水吸收所起到的合金化作用稱為預(yù)合金化。
成分控制:保證成品鋼成分全部符合標(biāo)準(zhǔn)要求的操作。成分控制貫穿于從配料到出鋼的各個環(huán)節(jié),但重點是合金化時對合金元素成分的控制。對優(yōu)質(zhì)鋼往往要求把成分精確地控制在一個狹窄的范圍內(nèi);一般在不影響鋼性能的前提下,按中、下限控制。
增硅:吹煉終點時,鋼液中含硅量極低。為達(dá)到各鋼號對硅含量的要求,必須以合金料形式加入一定量的硅。它除了用作脫氧劑消耗部分外,還使鋼液中的硅增加。增硅量要經(jīng)過準(zhǔn)確計算,不可超過吹煉鋼種所允許的范圍。
終點控制:氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼吹煉終點(吹氧結(jié)束)時使金屬的化學(xué)成分和溫度同時達(dá)到計劃鋼種出鋼要求而進(jìn)行的控制。終點控制有增碳法和拉碳法兩種方法。
出鋼:鋼液的溫度和成分達(dá)到所煉鋼種的規(guī)定要求時將鋼水放出的操作。出鋼時要注意防止熔渣流入鋼包。用于調(diào)整鋼水溫度、成分和脫氧用的添加劑在出鋼過程中加入鋼包或出鋼流中